Une nouvelle technique pour séparer l’huile de l’eau dans une émulsion

L’huile et le vinaigre (ou l’eau) ne se mélangent pas, mais peuvent coexister sous forme d’émulsion. Dans de nombreux procédés industriels, il peut être nécessaire de séparer les deux produits antagonistes, pour, par exemple, traiter des effluents ou récupérer des produits d’intérêt. Les procédés de séparation actuels demandent soit de l’énergie (centrifugation), soit des ajouts de produits chimiques (coagulation). Et, malheureusement, ils ne récupèrent qu’un seul des produits ; le reste devant être retraité.
Une équipe chinoise de l’université Zhejiang (Hangzhou) a mis au point un procédé peu coûteux qui sépare les deux en une seule fois. Elle explique dans la revue Science du 8 novembre comment elle a utilisé deux membranes aux propriétés différentes, hydrophiles et hydrophobes, séparées de 4 millimètres, pour réaliser le traitement.

Un nouveau procédé permet de séparer l’huile de l’eau en une seule fois grâce au passage de la solution à travers un canal bordé de deux membranes aux propriétés chimiques différentes.
Huile et eau ne se mélangent pas, mais des gouttes d’huile, d’environ 20 micromètres de diamètre, peuvent se disperser dans l’eau formant une émulsion. La couleur de cette solution est différente de celle de l’eau ou de l’huile seules.
La membrane hydrophile, en polypropylène, attire les molécules d’eau qui passent à travers les pores et sont récupérées dans un récipient. Cela augmente la concentration des gouttes d’huile dans le canal.
Les membranes hydrophobes, à base de silice, repoussent l’eau. Suite au filtrage de l’eau par l’autre membrane, les gouttelettes d’huile sont plus concentrées et se rapprochent l’une de l’autre jusqu’à fusionner. Leur grande taille favorise la capture par la membrane et facilite le passage de l’huile au travers.
Le dispositif peut aider à traiter les rejets de la pétrochimie (en séparant les hydrocarbures) ou de la métallurgie (pour récupérer des ions métalliques en solution). Dans l’agroalimentaire, des protéines ou des vitamines pourraient être extraites du lait.En biologie, des cellules pourraient être triées en fonction de leur solubilité.
Source : Xin-Yu Guo et al., Science, 8 novembre
Infographie : Le Monde
« Nous avons découvert ces membranes en 2014 et trouvé le moyen de les exploiter pour parvenir, pour la première fois, à faire la séparation des deux composants des émulsions », explique Hao-Cheng Yang, premier signataire de l’étude. Des brevets ont été déposés et des collaborations industrielles sont envisagées. Une entreprise pourrait être créée.
Sur une des faces du canal, c’est l’eau qui est séparée. Et sur l’autre, c’est l’huile. Les chercheurs ont observé que l’efficacité dépendait des propriétés hydrophobes et hydrophiles de leurs membranes, qui sont des produits commerciaux à base de polymères, mais aussi de la distance qui les sépare. Un écart de 4 millimètres est doublement plus efficace qu’une distance de 16 millimètres.
Utiliser une telle technique peut sembler être complexe, alors que chacun observe, dans sa cuisine, que l’huile et le vinaigre finissent par se séparer tout seul, si on attend assez longtemps. Mais, souvent, les émulsions industrielles sont plus compliquées et plus stables grâce à la présence de surfactants – nommés aussi tensioactifs –, qui maintiennent les gouttes en suspension. Les chercheurs ont d’ailleurs montré que plus la concentration en surfactants est grande, moins leur procédé est efficace. Mais il reste meilleur que si le canal n’était fait que d’une seule membrane hydrophile ou hydrophobe. Cependant, ils ont aussi testé des surfactants qui réduisent à néant leurs efforts.