Les plastiques fabriqués à partir d’azote – mais avec trois inconvénients majeurs

Deux blobs en plastique transparent de la taille d’une pièce de monnaie dans un laboratoire de l’Université Dalhousie à Halifax, au Canada, sont destinés à résoudre un problème mondial. Du moins si le plan d’une équipe dirigée par le chimiste Saurabh Chitnis fonctionne. Au lieu de produire comme d’habitude des plastiques à partir de pétrole brut ou de gaz naturel, ils souhaitent utiliser de l’azote. Avec une proportion de plus de 70 pour cent, le gaz est le principal composant de l’air et est donc disponible en quantités pratiquement illimitées. De plus, le « plastique de l’air » peut marquer des points grâce à sa biodégradabilité et son caractère ignifuge.ont récemment écrit les chercheurs dans la revue JACS.

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Avec son étude de faisabilité, l’équipe espère avoir résolu un problème clé des composés à forte teneur en azote. L’azote, en tant que gaz présent dans l’air, est chimiquement extrêmement stable. Mais s’il est contenu dans d’autres molécules, il peut certainement avoir des propriétés explosives. Ce n’est pas pour rien qu’il est contenu dans des explosifs. Les engrais azotés tels que le nitrate d’ammonium peuvent également présenter un danger. Ils font office d’accélérateur, comme ce fut le cas à Beyrouth à l’été 2020, lorsque l’explosion d’un entrepôt d’engrais a détruit tout un quartier portuaire.

Problème clé résolu

“Nous avons montré que nous pouvions produire des polymères thermiquement très stables à partir de l’azote. Ce faisant, nous avons résolu un problème clé des matériaux à forte teneur en azote”, explique Chitnis. L’astuce des chercheurs : ils incorporent l’azote dans des cages à molécules stables contenant du phosphore. “Ensuite, vous pouvez rassembler ces cages et les utiliser pour relier les molécules d’azote en de longues chaînes. Et c’est la base du plastique.”

Comparés aux plastiques courants fabriqués à partir de chaînes de carbone, ceux fabriqués à partir de cages à molécules contenant de l’azote seraient assez résistants au feu. Seule la surface est légèrement endommagée, précise l’étude. Il est également biodégradable. « Dans la nature, ces plastiques se décomposent en engrais, phosphates et nitrates », explique Chitnis.

Précurseurs d’explosifs

Cependant, les nouveaux plastiques présentent quelques inconvénients : le processus de fabrication actuel est tout sauf durable. Il est basé sur des matières premières toxiques et explosives. Même si ceux-ci fonctionnent pour la plupart en circuits fermés, ils ne sont guère adaptés à une production de masse, simplement en raison de leur manipulation complexe. Les cages à molécules des nouveaux plastiques nécessitent également du phosphore, dont l’agriculture a un besoin urgent comme engrais.

Et le processus consomme beaucoup d’énergie : l’azote est d’abord séparé de l’air, pour lequel il doit être considérablement refroidi, liquéfié puis réchauffé de manière contrôlée. Il est distillé puis combiné à l’hydrogène – dont la production nécessite également beaucoup d’énergie – à des températures et des pressions élevées pour former de l’ammoniac. Ce nouveau type de plastique est finalement créé à partir d’ammoniac, qui est utilisé, entre autres, pour produire des engrais et est commercialisé comme future source d’énergie dans le transport maritime.

Chitnis ne conteste pas ces critiques. Nous recherchons actuellement des solutions et poursuivons diverses idées, rapporte-t-il. “On pourrait par exemple remplacer tout ou partie du phosphore par du silicium ou du titane.” Vous pourriez alors également vous passer des substances de départ dangereuses. D’un autre côté, les plastiques fabriqués à partir de cages à azote contenant du phosphore pourraient finir par être utilisés comme engrais, afin de ne pas perdre de précieux phosphore. L’équipe, en collaboration avec des partenaires de recherche, souhaite réduire les besoins énergétiques élevés et les couvrir à partir de sources renouvelables.

L’idée de l’équipe a récemment été présentée à l’événement berlinois “Falling Walls”. à des projets potentiellement révolutionnaires jusqu’à la finale. Il faut encore de la patience : les tests sur les prototypes – les petites taches de plastique dans le laboratoire d’Halifax – relèvent actuellement davantage de la recherche fondamentale. On ne sait pas si et, si oui, quand les plastiques fabriqués à partir d’azote apparaîtront dans les premiers produits. “Aucun des polymères de nos publications ne deviendra une table ou une chaise”, souligne Chitnis. “Mais nous avons pu montrer que l’idée fonctionne.”

(Grand frère)