Bientôt de l’eau, de l’agriculture et de l’oxygène sur Mars ?

Des chercheurs ont mis au point un catalyseur qui détruit le perchlorate, un contaminant de l’eau. Ce nouveau procédé de traitement de l’eau pourrait permettre de nettoyer le sol de Mars et le rendre favorable au développement des cultures.

Une équipe dirigée par des ingénieurs de l’université de Californie à Riverside (États-Unis) a développé un catalyseur pour éliminer un produit chimique nocif présent dans l’eau sur Terre. Ce catalyseur pourrait également rendre le sol martien plus sûr pour l’agriculture. Et contribuer à produire de l’oxygène pour les explorateurs humains de Mars. Une grande avancée pour l’exploration spatiale martienne…

Le perchlorate, un composé nocif sur Terre et sur Mars

Le composé chimique toxique dont on parle ici, c’est le perchlorate. Un ion négatif constitué d’un atome de chlore lié à quatre atomes d’oxygène. Ce produit se trouve à l’état naturel dans certains sols sur Terre. Et il s’avère particulièrement abondant dans le sol martien. En tant que puissant oxydant, le perchlorate est d’ailleurs fabriqué par l’homme et utilisé dans le combustible solide pour les fusées, les feux d’artifice, les munitions, les initiateurs d’airbag pour véhicules, les allumettes ou encore les fusées de signalisation. On le retrouve également comme sous-produit de certains désinfectants et herbicides.

En raison de son omniprésence dans le sol et les produits industriels, le perchlorate est un contaminant commun de l’eau. En quoi est-il dangereux ? Il peut provoquer certains troubles de la thyroïde. En outre, le perchlorate se bioaccumule dans les tissus végétaux. Ainsi, le perchlorate présent dans le sol martien pourrait rendre les aliments qui y sont cultivés impropres à la consommation. Ce qui limiterait considérablement les possibilités d’implantations humaines sur Mars… Cela ne suffit pas ? Le perchlorate présent dans la poussière martienne pourrait également être dangereux pour les explorateurs.

S’inspirer de la nature pour s’en débarrasser

Les méthodes actuelles d’élimination du perchlorate dans l’eau nécessitent soit des conditions difficiles à atteindre, soit un processus enzymatique compliqué en plusieurs étapes pour abaisser l’état d’oxydation de l’élément chlore en ion chlorure inoffensif.

Pourtant, des scientifiques de l’université de Californie à Riverside pourraient avoir trouvé la solution. Le doctorant Changxu Ren et Jinyong Liu, professeur adjoint de génie chimique et environnemental au Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering, se sont inspirés de la nature pour réduire le perchlorate dans l’eau à pression et température ambiantes en une seule et unique étape.

Le point de départ : Ren et Liu ont remarqué que les bactéries anaérobies (comprenez les bactéries qui vivent sans oxygène) utilisent le molybdène dans leurs propres enzymes afin de réduire le perchlorate et de récolter de l’énergie dans des environnements privés d’oxygène. Le molybdène ? Un métal pur et un oligo-élément essentiel pour l’alimentation des plantes qui se trouve dans certaines enzymes.

Seulement, ce n’est pas la première fois que des chercheurs tentent d’exploiter le molybdène comme catalyseur. « Les efforts précédents pour construire un catalyseur chimique à base de molybdène pour la réduction du perchlorate n’ont pas été couronnés de succès, explique ainsi Liu. De nombreux autres catalyseurs métalliques nécessitent des conditions difficiles ou ne sont pas compatibles avec l’eau ».

Un processus qui réduit plus de 99,99 % du perchlorate dans l’eau

Les chercheurs ont alors tenté d’imiter le processus microbien complexe de réduction des perchlorates par une approche simplifiée. Pour cela, ils ont eu l’idée de mélanger trois composés d’usage commun :

• un engrais appelé molybdate de sodium,
• un ligand (entité unie à un ou plusieurs atomes ou ions centraux d’un édifice chimique) organique appelé bipyridine pour lier le molybdène,
• et un catalyseur d’activation de l’hydrogène appelé palladium sur charbon.

Ils ont ainsi obtenu un catalyseur puissant capable de  décomposer rapidement et efficacement le perchlorate dans l’eau en utilisant de l’hydrogène gazeux à température ambiante, sans aucune combustion. « Ce catalyseur est beaucoup plus actif que tout autre catalyseur chimique signalé à ce jour et réduit plus de 99,99 % du perchlorate en chlorure, quelle que soit la concentration initiale de perchlorate », affirme Ren.

Le nouveau catalyseur réduit le perchlorate dans une large gamme de concentrations, de moins de 1 milligramme par litre à 10 grammes par litre. Il peut donc être utilisé dans divers scénarios, notamment pour assainir les eaux souterraines contaminées, traiter les eaux usées fortement contaminées provenant de la fabrication d’explosifs et, surtout, rendre Mars habitable ! Affaire à suivre…

L’article intitulé A bioinspired molybdenum catalyst for aqueous perchlorate reduction a été publié dans le Journal of the American Chemical Society. Ren et Liu ont été rejoints dans leurs recherches par Jinyu Gao, étudiant en doctorat à l’UC Riverside, Jacob Palmer, étudiant de premier cycle, et Eric Y. Bi, lycéen. Peng Yang et Mengqiang Zhu, de l’université du Wyoming, ont caractérisé le catalyseur par spectroscopie d’absorption des rayons X, tandis que Jiaonan Sun et Yiying Wu, de l’université d’État de l’Ohio, ont effectué les tests électrochimiques. La recherche a été financée par la National Science Foundation.

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