source : centre de presse

Éléments de terres rares(REE) commelanthaneetnéodymesont des composants essentiels de l’électronique moderne, des téléphones portables et panneaux solaires aux satellites et véhicules électriques. Ces métaux lourds sont présents partout autour de nous, quoique en quantités infimes. Mais la demande continue d’augmenter et, du fait de leur faible concentration, les méthodes traditionnelles d’extraction des ETR peuvent s’avérer inefficaces, polluantes pour l’environnement et préjudiciables à la santé des travailleurs.

Aujourd’hui, grâce au financement du programme Environmental Microbes as a BioEngineering Resource (EMBER) de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), les chercheurs de l’Université d’État de San Diego développent des méthodes d’extraction avancées dans le but de stimuler l’approvisionnement national en ETR.

"Nous essayons de développer une nouvelle procédure de récupération qui soit respectueuse de l'environnement et plus durable", a déclaré la biologiste et chercheuse principale Marina Kalyuzhnaya.

Pour ce faire, les chercheurs exploiteront la propension naturelle des bactéries consommatrices de méthane vivant dans des conditions extrêmes à capter les ETR de l’environnement.

"Ils ont besoin d'éléments de terres rares pour effectuer l'une des réactions enzymatiques clés dans leurs voies métaboliques", a déclaré Kalyuzhnaya.

Les ETR comprennent les nombreux éléments lanthanides du tableau périodique. En collaboration avec l'Université de Californie à Berkeley et le Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), les chercheurs du SDSU prévoient de procéder à l'ingénierie inverse des processus biologiques qui permettent aux bactéries de récolter les métaux de l'environnement. Comprendre ce processus permettra de créer des protéines synthétiques qui se lient avec une grande spécificité à différents types de lanthanides, selon le biochimiste John Love. L'équipe du PNNL identifiera les déterminants génétiques des bactéries extrémophiles et accumulatrices d'ÉTR, puis caractérisera leur absorption d'ÉTR.

L'équipe modifiera ensuite les bactéries pour produire des protéines liant les métaux à la surface de leurs cellules, a déclaré Love.

Les ETR sont relativement abondants dans les résidus miniers, les déchets de certains minerais métalliques, comme l'aluminium.

"Les résidus miniers sont en fait des déchets qui contiennent encore beaucoup de matériaux utiles", a déclaré Kalyuzhnaya.

Pour purifier et collecter les ETR qu'elles contiennent, ces boues d'eau et de roches concassées passeront à travers un biofiltre contenant les bactéries modifiées, permettant aux protéines de conception à la surface des bactéries de se lier sélectivement aux ETR. À l’instar des bactéries qui aiment le méthane et qui leur ont servi de modèles, les bactéries améliorées toléreront des conditions extrêmes de pH, de température et de salinité, conditions que l’on retrouve dans les résidus miniers.

Les chercheurs collaboreront avec un partenaire industriel, le Palo Alto Research Center (PARC), une société Xerox, pour bio-imprimer un matériau poreux et absorbant à utiliser dans le biofiltre. Cette technologie de bio-impression est peu coûteuse et évolutive et devrait générer des économies significatives lorsqu’elle est largement appliquée à la récupération des minéraux.

En plus de tester et d'optimiser le biofiltre, l'équipe devra également développer des méthodes de collecte des lanthanides purifiés du biofiltre lui-même, selon l'ingénieur en environnement Christy Dykstra. Les chercheurs se sont associés à une start-up, Phoenix Tailings, pour tester et affiner le processus de récupération.

Parce que l'objectif est de développer un procédé d'extraction des ETR commercialement viable mais respectueux de l'environnement, Dykstra et plusieurs partenaires du projet analyseront les coûts du système par rapport à d'autres technologies de récupération des lanthanides, mais également l'impact environnemental.

"Nous prévoyons que cela présenterait de nombreux avantages environnementaux et des coûts énergétiques inférieurs par rapport à ce qui est actuellement utilisé", a déclaré Dykstra. « Un système comme celui-ci serait davantage un système de biofiltration passive, avec moins d’apports d’énergie. Et puis, théoriquement, moins d’utilisation de solvants vraiment nocifs pour l’environnement et ce genre de choses. De nombreux procédés actuels utilisent des solvants très agressifs et non respectueux de l’environnement.

Dykstra note également que puisque les bactéries se reproduisent, les technologies basées sur les microbes s’auto-renouvellent, « alors que si nous devions utiliser une méthode chimique, nous devrions continuellement produire de plus en plus de produits chimiques ».

"Même si cela coûte un peu plus cher, mais sans nuire à l'environnement, cela aurait du sens", a déclaré Kalyuzhnaya.

L'objectif du projet financé par la DARPA est de fournir une preuve de concept de la technologie de récupération biologique des ETR en quatre ans, ce qui, selon Kalyuzhnaya, nécessitera une vision stratégique et une perspective interdisciplinaire.

Elle a ajouté que le projet offrira aux étudiants diplômés du SDSU la possibilité de participer à des recherches multidisciplinaires « et de voir comment les concepts peuvent passer de simples idées à une démonstration pilote ».

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Heure de publication : 17 avril 2023