Des travaux révolutionnaires ouvrent la voie aux applications environnementales et à l’accès aux résultats à partir de vastes quantités de données
Dans une percée qui peut être significative pour les applications environnementales, les chercheurs ont imagé la porosité des biochars via « sans précédent » en fonctionnement expériences, en utilisant les installations disponibles au synchrotron national du Royaume-Uni, Diamond Light Source.
Les travaux – menés par le Dr Roberto Volpe et son équipe de l’Université Queen Mary de Londres et de l’University College de Londres, en coopération avec Diamond – comblent les lacunes existantes dans les connaissances sur la décomposition thermochimique de la biomasse et pourraient permettre la production de bio- chars pour les applications environnementales hautement prioritaires. Entre autres domaines, les biochars peuvent avoir un rôle important à jouer dans les opérations de nettoyage sur les sites où des produits chimiques dangereux ont été déversés dans le sol et l’eau.
Avec le soutien d’une subvention européenne Horizon 2020 appelée ExPaNDs – European Open Science Cloud (EOSC) Photon and Neutron Data Service – Diamond a travaillé avec le Dr Volpe sur une nouvelle technique gourmande en données utilisée au synchrotron pour accélérer l’accès aux résultats.
Les recherches actuelles du Dr Volpe consistent à examiner et à identifier les ombles créés à partir de la biomasse brute des coquilles d’amandes et de noix, car leur porosité est la clé des applications environnementales. La possibilité de personnaliser la morphologie de ces chars pourrait annoncer une grande avancée pour aider à relever les défis mondiaux en créant des solutions peu coûteuses et renouvelables pour le stockage de l’énergie, la catalyse, l’assainissement de l’eau et des sols. Le suivi de la morphologie de la biomasse lors de la production de biochar est la première étape pour y parvenir.
Observer un processus séculaire
“Ce que nous faisons est simple car nous prenons des coquilles d’amandes et de noix et nous les soumettons à une pyrolyse pour créer une biomasse carbonisée – l’étude de la carbonisation de la biomasse reflète essentiellement des techniques datant du début de l’humanité en transformant le bois en charbon de bois. Cependant, dans notre étude, le processus est suivi à chaque étape et ce qui nous intéresse, c’est la porosité qui se crée. En chauffant avec précision, nous pouvons former jusqu’à plus d’un millier de mètres carrés de surface accessible dans le réseau complexe de pores à l’intérieur d’un seul gramme de biochars formé.
Il ajoute : « Les applications de ces travaux sont nombreuses car des contaminants (bactéries, métaux, molécules polluantes) ou des ions (dans le cas du stockage d’énergie) peuvent être transportés par l’eau (ou par un électrolyte) dans le réseau poreux intra-particule, et ils peuvent y être piégés. Suivre l’évolution de ce réseau de pores pendant que nous chauffons les particules de biomasse est la clé et la véritable nouveauté de ce travail.
En plus du temps de faisceau traditionnel à Diamond, le Dr Volpe a travaillé en collaboration sur le côté données de la subvention ExPaNDs pour développer de nouveaux processus pour accélérer l’accès aux données.
Le Dr Volpe dit que l’aide qu’il a reçue en analysant ses données de la part de l’équipe ExPaNDs et Diamond a accéléré ses recherches. Commentant, il a déclaré que l’exploration de données de ces énormes ensembles de données est une nouvelle discipline et nécessite une collaboration étendue.
“Le partage d’ensembles d’informations aussi volumineux et complexes est difficile et la subvention ExPaNDS a permis d’identifier de meilleures façons d’assurer la gestion des données, ce qui est vraiment utile pour accélérer les résultats et la transparence.”
Le Dr Paul Quinn, chef du groupe scientifique pour Diamond, explique ; «Les techniques d’imagerie de Diamond permettent à l’équipe de visualiser la structure de la particule solide avec suffisamment de détails pour examiner de petits espaces ou pores et suivre tout changement dans le temps et avec des variations de température. Cela signifie que nous pouvons extraire beaucoup de détails sur l’évolution de ces pores et leur géométrie complexe. Ce résultat met en lumière le comportement fondamental de la biomasse traitée thermiquement et, en même temps, permet au Dr Volpe et à son équipe de corréler de manière unique la géométrie des particules et des pores à la température.
Il ajoute : « C’est une grande réussite rendue possible grâce au dévouement des scientifiques de mon équipe. Le Dr Christoph Rau et les nombreuses autres personnes qui ont contribué et soutenu les mesures complexes, des conseils sur la faisabilité de l’expérience à la configuration expérimentale du four pour créer l’environnement correct et des conditions d’imagerie par rayons X optimales, en passant par l’exploitation de la richesse des données générées. ”
Garantir un accès ÉQUITABLE aux grands ensembles de données
Comme des pétaoctets de données sont produits chaque année dans les synchrotrons, la nécessité d’une collaboration et d’une approche coordonnée avec ces énormes ensembles de données est un problème auquel sont confrontés la plupart des scientifiques et des chercheurs, en particulier ceux qui travaillent dans des installations à grande échelle au Royaume-Uni et en Europe. Pour augmenter la valeur de ces données, elles doivent suivre des principes clés pour être finalement trouvables, accessibles, interopérables et réutilisables (FAIR). Ces principes contribueront à rendre les données éventuellement accessibles à tous. L’un des principaux objectifs d’ExpaNDS est de faciliter la recherche et le partage de données de recherche qui aideront à prévenir la répétition d’expériences, à stimuler le progrès scientifique et à rendre les données synchrotron FAIR. Un deuxième objectif d’ExpaNDS est de fournir des lignes directrices sur la gestion des données pour soutenir le partage et la réutilisation.
Le projet ExPaNDS est une collaboration entre 10 infrastructures nationales de recherche sur les photons et les neutrons (PaN RI). Cette communauté couvre pratiquement tous les domaines de recherche avec une grande diversité d’approches de gestion des données. Cela rend l’harmonisation difficile.
Le professeur Dr Helmut Dosch, président du conseil d’administration de DESY, qui est le principal partenaire de la subvention ExPaNDS, a déclaré : « Nous pouvons maintenant créer des solutions de nos jours et encore plus à l’avenir – atome par atome, vous connaissez des matériaux qui peuvent être utilisé pour lutter contre le changement climatique et les maladies. Mais ces données, ces informations nous arrivent avec une énorme avalanche de données, et nous avons besoin de concepts pour transformer ces données en informations utiles et en connaissances. Il a besoin des bonnes personnes ; elle a besoin de la bonne infrastructure et elle a besoin de ressources financières. Mais je peux seulement dire maintenant que la connaissance coûte cher, mais l’ignorance, nous ne pouvons pas nous le permettre.
