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Limiter les risques dès la conception pour mieux les démocratiser

Par Dinhill On

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L'Ineris a présenté les résultats de ses travaux sur l'évaluation de la sécurité des liquides ioniques. Pour l'Institut, le développement des liquides ioniques ne pourra se faire qu'avec une démarche de « Safety by design ».

« Les liquides ioniques offrent un haut potentiel d'innovation en devenir », affirme Guy Marlair, référent technique et responsable de programmes de recherche à l'Institut national de l'environnement industriel des risques (Ineris). Connu depuis plus de 30 ans, ces sels organiques issus de l'association d'un anion et d'un cation intéressent les industriels, notamment grâce leur variété d'applications possibles : stockage électrochimique d'énergie (batteries), fabrication de matériaux à changement de phase, catalyse, additifs pour la fabrication de polymères, etc. « Les liquides ioniques peuvent permettre d'obtenir des réactions difficilement obtenues avec une chimi e dite "classique". De plus, ils permettent de travailler à basse température, ou dans des milieux multi-phasiques de type milieux de dépollution ou station d'épuration », détaille Guy Marlair. Avant de compléter : « Ces composés possèdent en plus une recyclabilité accrue, comparés à d'autres réactifs ».

Pourtant, le déploiement industriel de ces composés est encore limité, en raison notamment de verrous technologiques dans certaines applications. Par exemple, les liquides ioniques ne sont pas employés dans le domaine des batteries, à cause de leur viscosité trop élevée. De plus, les risques liés à l'utilisation de ces composés sont encore méconnus. C'est dans ce cadre que l'Ineris a développé une méthode d'évaluation pour des propriétés physico-chimiques dangereuses de ces composés : inflammabilité, explosibilité, toxicité, écotoxicité, etc. « Contrairement à certains discours persistants, les liquides ioniques ne sont pas nécessairement exempts de risques. Ils doivent être caractérisés au cas par cas avec des bons outils », avertit Guy Marlair.

 

Halte aux idées reçues

 

Parmi les messages communément véhiculés à leur propos, les liquides ioniques sont réputés pour leur non-inflammabilité. Les travaux menés par l'Ineris en collaboration avec l'Université de technologie de Compiègne (Oise) et l'Escom ont prouvé qu'il était nécessaire d'évaluer chacun de ces sels organiques au cas par cas, y compris dans une même famille. « Nous avons effectué des tests d'inflammabilité au calorimètre de Tewarson, et il s'avère que l'inflammation existe bien, mais au bout de quelques minutes, pour la plupart des liquides ioniques », explique Guy Marlair. Avant de poursuivre : « En ce qui concerne la combustion, ces composés se comportent comme des solides, nécessitant des résidus de décomposition plutôt que des vapeurs comme les hydrocarbures ou des alcools ». En ce qui concerne la stabilité thermique, l'Ineris a déterminé qu'il existait plusieurs classes de stabilité selon la présence ou non de certaines fonctions au sein du sel fondu. Par exemple, les liquides ioniques contenant des acétates, du dicyanamide ou des acides aminés sont beaucoup moins stables que d'autres composés. Enfin, la corrosivité des liquides ioniques a été testée par l'Ineris dans le cadre du projet Ecorbio. « Dans la littérature, les liquides ioniques possèdent un potentiel de corrosion extrêmement variable », soutient Guy Marlair. Avant de continuer : « Nos travaux ont confirmé que les liquides ioniques pouvaient avoir un impact sur des aciers noirs, de l'inox ou de l'aluminium en interaction avec de l'eau. De plus, la longueur de la chaîne alkylée peut influencer la corrosivité d'un sel fondu de type imidazolium ».

L'Ineris s'est également intéressé à l'écotoxicité de deux types de liquides ioniques (sels d'imidazolium et sels de phosphonium) à la fois classiques et biosourcés. Selon les résultats de l'étude, il semble bien que les liquides ioniques aient bien un impact toxique sur les écosystèmes aquatiques, en particulier au travers de leur structure. Le degré de toxicité est dépendant du caractère lipophile de liquide ionique. « Il semblerait également que cette écotoxicité soit fonction du type de cation présent, de la longueur de la chaîne alkylée, et la présence ou non d'un substituant comme les molécules biosourcées », explique Anne Bado-Nilles, ingénieur de recherche au sein de l'Unité d'écotoxicologie in vitro et in vivo de l'Ineris.

 

Un potentiel à exploiter pour la chimie durable

 

Si les industriels parviennent à maîtriser les risques évoqués précédemment, les liquides ioniques pourraient contribuer à l'essor de certaines applications en chimie. Par exemple, ces composés pourraient servir à la synthèse de matériaux pour le stockage d'énergie. Plus précisément, ils sont étudiés en tant qu'électrolytes et/ou comme réactifs pour la synthèse d'électrodes de batterie. Autre domaine où les liquides ioniques intéressent particulièrement : la chimie du végétal. Ces sels organiques fondus sont utilisables dans les procédés de bioraffinerie : prétraitement de la biomasse lignocellulosique (séparation des différentes fractions de la plante), transformation de la cellulose (glucose, pulpe de papier, etc.), production de saccharides, extraction de sous-produits tels que les biocarburants (éthanol, butanol, etc.).

Par ses travaux de recherche, l'Ineris souligne qu'il est nécessaire d'évaluer les propriétés dangereuses des liquides ioniques dès leur conception en jouant sur leur structure moléculaire. Une démarche de « Safety by design » qui permet ainsi de réduire les risques liés à leur utilisation dans des procédés et leur impact sur les écosystèmes. Cela permettra également d'optimiser les performances de ces composés selon les applications industrielles ciblées. « Comme dans toute technologie émergente, il faudra accompagner les industriels dans l'évaluation des risques de ces produits et contribuer à leur déploiement », indique Guy Marlair. Et cela tombe bien, l'Ineris est parfaitement à même de répondre à cette future demande.

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