Les «produits chimiques pour toujours» nocifs et persistants s'accumulent dans l'environnement et dans le corps des animaux – y compris les humains. Mais un nouvel article de revue présente un plan pour remplacer ces produits chimiques dans certaines situations.
Une équipe de recherche a compilé plus d'une décennie de travail de plusieurs laboratoires pour détailler les principes chimiques des substances per- et polyfluoroalkyle, autrement connues sous le nom de PFAS. Les PFA apparaissent dans des produits aussi variés que les mousses de lutte contre les incendies, les ustensiles de cuisine antiadhésifs et les tissus résistants aux taches. Bien qu'aucun des remplaçants proposés ne surpasse encore les APF existants, les meilleures alternatives approchent de la même performance dans certaines applications de réparation de l'eau, rapportent les scientifiques le 15 juillet Journal of Colloïd and Interface Science.
Les PFA contiennent généralement de longues chaînes d'atomes de carbone. Selon le produit chimique, la plupart ou la totalité des atomes de carbone ont de fortes liaisons à un ou plusieurs atomes de fluor. Mélanges avec de l'eau, certains PFA agissent comme des tensioactifs, qui font que les gouttelettes d'eau se propagent plutôt que de perle, même en présence de produits chimiques gras où l'eau ne se mélangeait normalement pas. Ce comportement repose sur des propriétés appelées énergie de surface et en tension de surface. Les molécules dans un matériau avec une faible énergie de surface ou une tension de surface ne se soucient pas d'être à la surface d'un solide ou d'une gouttelette de liquide, où entrer en contact avec quelque chose de différent. Les tensioactifs PFAS abaissent la tension en surface de l'eau, de sorte qu'ils excellent dans des applications comme des mousses qui luttent contre l'essence ou les incendies de graisse.
Alternativement, lorsqu'ils sont utilisés comme revêtements solides, les PFAS forcent des liquides sur une surface à se perleurer dans des gouttelettes plutôt qu'à se propager, ce qui donne des matériaux enduits de PFAS comme des pansements antiadhésifs leurs propriétés de répartition de l'eau et de l'huile.
Mais les fortes liaisons en carbone-fluorine dans les PFA ne se décomposent pas facilement, explique Julian Eastoe, scientifique de l'interface à l'Université de Bristol en Angleterre. Les produits chimiques s'accumulent régulièrement dans l'environnement et dans notre corps, une accumulation qui «peut être considérée comme l'une des grandes bombes à ticking dans notre civilisation», explique Eastoe. Certains chercheurs étudient comment décomposer les PFA dans l'environnement, tandis que d'autres – comme Eastoe – développent des alternatives sans fluor.
Pour remplacer les PFA, les scientifiques doivent trouver un moyen de maintenir l'énergie de surface d'un matériau bas sans invoquer du fluor. Eastoe et ses collègues rapportent que pour les PFAS agissant comme des tensioactifs, des chaînes d'atomes principalement en carbone et en silicium avec une structure de type arborescence arborée peuvent remplacer les fragments riches en fluor.
Les chercheurs ont déterminé la tension en surface des solutions contenant de l'eau et les tensioactifs sans fluor à différentes concentrations, généralement en mesurant la force nécessaire pour retirer une plaque métallique de chaque solution. Ces tests suggèrent que les «branches» des tensioactifs se comparent étroitement à la surface d'une gouttelette d'eau pour réduire la tension superficielle. Certaines des alternatives les plus performantes ont réduit la tension de la surface de l'eau ainsi que les surfactants PFAS utilisés aujourd'hui.
Il est cependant beaucoup plus difficile de rivaliser avec les PFA dans les applications de réparation à l'huile. Les huiles se répandent généralement facilement, de sorte que la conception d'un revêtement de surface qui repousse les huiles nécessiterait un matériau avec une énergie de surface très faible – un exploit difficile sans invoquer du fluor, explique Kevin Golovin, ingénieur en mécanique à l'Université de Toronto qui n'était pas impliqué dans le travail. Pour repousser efficacement les huiles avec des surfaces sans fluor, «nous avons vraiment besoin d'une percée.»
Pourtant, la recherche pourrait faciliter une transition loin des APF dans certaines applications et pourrait aider à contrer la perception que les PFA ne peuvent pas être remplacés, explique Martin Scheringer, chimiste chez Eth Zurich qui n'a pas été impliqué dans les travaux. «Nous avons besoin de scientifiques, de chimistes et de scientifiques des matériaux, qui sortent de cette piste PFAS.»
