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Comme convenu, un #thread sur l’eau, l’huile et… les #plastiques. Ça ne vous rappelle rien ? il y a quelques mois, on apprenait qu’un jeune irlandais remportait un prix de l’innovation pour avoir extrait des #microplastiques de l'eau avec un aimant. Explications ⬇️⬇️
Petit rappel avec la description et sa vidéo :
forbes.com/sites/trevorna…
J’ai réalisé cette expérience en 3 fois pour vous montrer qu’elle marche vraiment. J’ai fait ça de ma cuisine pendant mes vacances donc soyez indulgents. Petite précision, je ne tente pas ici de réaliser une expérience scientifique comme on la ferait en laboratoire.
C’est un essai pour montrer ce qui a été réalisé et modifier un paramètre ou 2. Comme l’a fait le jeune homme avec ses petits moyens.
Expérience 1 : eau + huile + paillettes (merci à MiniKako pour le prêt 😉)
Expérience 2 : eau + huile + sel + paillettes
Expérience 3 : eau + huile + morceaux de plastique
PS : les vidéos sont illustratives elles ne servent pas vraiment à la démo mais je me suis bien amusée 😁
Ces expériences montrent que cela marche bien, que ce soit avec de petits fragments ou des plus gros. Avec du sel ou non. On précisera que l’eau salée (océan, mer) est plus complexe, mais cela ne changera pas les faits que je vais vous expliquer.
L’eau est un liquide polaire, les forces entre les molécules sont fortes, et il est difficile de les rompre. Dans l’image ci-dessous la boule rouge représente l’atome d’oxygène, les boules blanches les atomes d’hydrogène et les tirets les liaisons hydrogène. Source : ENS Lyon
L’huile est constituée de 2 parties : une partie carbonée qui est apolaire (partie noire et blanche) et une partie avec des atomes d’oxygène qui est polaire (partie rouge sur l’image).
Quand on mélange les deux liquides, la partie polaire (rouge) va se positionner au contact de l’eau mais pas la partie apolaire (noire) qui est repoussée. L’huile forme alors des gouttes qui ne se mélangent pas à l’eau.
Plus vous mélangerez les 2 liquides, plus vous casserez les gouttes pour en former de plus petites. Vous obtiendrez un liquide trouble constitué d’une phase principale, l’eau, et de petites bulles d’huile dispersées.
Maintenant on ajoute un solide, le plastique, qui est constitué de longues chaines carbonées. Exemple du PEHD (parties noires apolaires):
Quand on met une goutte d’eau et une goutte d’huile à la surface d’un plastique, la goutte d’huile va plus s‘étaler que la goutte d’eau. Cela signifie que la surface du plastique aura plus d’affinité avec l’huile qu’avec l’eau, du fait de sa nature chimique.
Du coup, quand vous mélanger les deux liquides et que vous ajoutez le plastique, l’huile ira se positionner entre l’eau et le plastique, pour maintenir un équilibre en diminuant un maximum les forces d’interface.
Comment ça marche ?
Tout système tend vers un état d’équilibre où les énergies mises en jeu sont minimisées (la thermodynamique…). Les molécules vont donc se mettre dans une configuration où cela s’appliquera : les parties polaires ensemble, les parties apolaires ensemble.
Mais que se passe-t-il si le plastique n’est ni totalement polaire ou apolaire? c’est ce que l’on appelle la mouillabilité. Je vous donne l’exemple du PET utilisé dans la fabrication des bouteilles d’eau. Vous pouvez voir les zones polaires en rouge et apolaires en noir
Pour que le liquide puisse s’étaler facilement à la surface du plastique, il faut que son affinité avec la surface de ce dernier puisse être suffisamment élevée pour créer un équilibre avec les forces de cohésion interne.
Un schéma pour vous expliquer la mouillabilité de différents liquides sur un solide. Le liquide A est peu mouillant sur ce solide il ne s’étalera pas du tout. Le liquide B présente un mouillage partiel et le liquide C un bon mouillage puisqu’il s’étale
La capacité du liquide à s’étaler témoigne de la mise en place d’un équilibre thermodynamique entre liquide et solide: L’huile s’étale sur le plastique lorsque l’affinité entre le liquide et le solide est plus importante que l’affinité entre les molécules d’huile entre elles
Avec une goutte d’eau sur un film plastique on sera dans le cas B, avec une goutte d’huile dans le cas C.
Revenons à notre expérience. Ce qui se passe c’est que l’eau n’étant pas la bienvenue à la surface du plastique, elle est remplacée par l’huile lorsque le mélange est réalisé
Donc quand la magnétite est ajoutée, de la même manière elle préférera le contact avec l’huile. L’aimant attirera le tout, qui ne se séparera pas, au risque de rompre l’équilibre thermodynamique.
C’est pour cela que ça fonctionne si bien.
Une dégradation de surface des plastiques formera des fonctions oxydées en surface mais cela ne sera pas suffisant pour modifier cet équilibre, parce que les forces de cohésion interne entre les molécules d’eau sont bien trop fortes.
De la même manière, si un biofilm se forme à la surface du plastique, ce dernier n’aura pas la polarité suffisante pour modifier l’équilibre.
Même si le plastique devient poreux, cette porosité sera microscopique, elle favorisera l’étalement des gouttes d’eau ou d’huile,
mais c’est toujours l’huile qui l’emportera grâce à l’affinité qu’elle aura avec la surface du plastique.
Je pense que le principe peut être utilisé dans les stations d’épuration ou traitement de l’eau s’il n’y a pas d’autres éléments susceptibles de modifier cet équilibre
C’est à réaliser juste avant le rejet. Vous intuitez que ça va récupérer tout ce qui aura des propriétés de surface de ce type. Pas que du plastique.
Par contre pas dans les océans et les mers pour des raisons évidentes de mise en œuvre du procédé.
Vous trouverez des explications techniques dans n’importe quel livre sur la thermodynamique des matériaux ou des surfaces. Au moins les bases. Pour les valeurs de tensions superficielles : Physical properties of polymers handbook (accessible en partie sur Google Book).
Ce qui est bien dans les Handbook c’est que vous avez les sources des valeurs. Il y a également des explications sur les phénomènes observés et beaucoup de sources.
Voilà 😉
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