Depuis des millénaires, les verres et les céramiques sont fabriqués en chauffant le sable ou l’argile dans des fours à très haute température. Pourtant, l’observation du vivant nous montre que certains micro-organismes ont appris à développer des conditions de synthèse beaucoup plus douces, compatibles avec la vie. De simples micro-algues, comme les diatomées, élaborent ainsi leurs coques de silice. La nature peut-elle nous inspirer pour fabriquer des verres dans des conditions plus douces ?
Trouve les applications industrielles inspirés par la nature !
1. Des enzymes immobilisées
2. Des cellules vivantes dans une cage de verre !
3. Vers des matériaux vivants !
4. Des vecteurs thérapeutiques pour la nanomédecine
La croissance de la frustule de la diatomée peut être illustrée par les jardins chimiques : c’est parti !
Protocole
– placer une solution de silicate (SiO44-) de sodium dans un bécher ;
– déposer délicatement de la poudre de sel métallique (sels de fer, cobalt, nickel, calcium…) au fond de la solution à l’aide de « pailles spatules » ;
– observer. La polymérisation se fait et on voit croître la silice ;
Au départ on a une solution d’ions silicates. En ajoutant le cation métallique on provoque la condensation autour du cation.
Explication
1 – La dissolution des sels métalliques entraîne l’acidification du milieu. Cette variation de pH (diminution) provoque la condensation des ions silicates avec formation d’une membrane en verre, poreuse.
2 – La membrane semi-perméable formée, sépare deux solutions de concentrations en cations différentes. L’eau présente dans la solution de silicate traverse la membrane sous l’effet du phénomène d’osmose, il y a passage de molécules d’eau de l’extérieur de la membrane vers l’intérieur. L’osmose est le passage de molécules de solvant d’une solution A moins concentrée vers une solution B plus concentrée, à travers une membrane semi-perméable (perméable aux molécules de solvant et non perméables aux molécules de soluté). Ce passage crée une pression osmotique.
3 – La pression augmente à l’intérieur de la membrane, la membrane casse.
4 – La membrane se reforme et ainsi de suite…
Minh-Thu Dinh-Audouin, journaliste scientifique à L’Actualité Chimique.
Myriam Dubreuil, professeure de physique chimie au lycée Déodat de Séverac (Toulouse).
[1] La diatomite est utilisée couramment pour filtrer l’eau des piscines ou les liquides alimentaires tels que le vin, comme support de catalyseur, ou encore comme charge dans les plastiques. La production de diatomite en France est de l’ordre de 200 000 tonnes par an.
[2] Voir la conférence de Jacques Livage, La chimie douce quand la nature inspire la science, et la conférence de Clément Sanchez, La nature, source d’inspiration.
[3] Vidéo sur Les métiers au laboratoire Chimie sol-gel et simulation au CEA.