Un nouveau composite de chitosane et d’exopolysaccharide de Bacillus subtilis pour l’élimination du bleu de méthylène des solutions aqueuses

Pourquoi il est important d’assainir l’eau colorée

Des jeans que nous portons au papier que nous utilisons, la vie moderne dépend des colorants synthétiques. Mais lorsque des résidus de teinture sont rejetés dans les drains d’usine, ils peuvent teinter les rivières, bloquer la lumière, nuire à la vie aquatique et même représenter un risque sanitaire pour les personnes. Traiter cette « eau colorée » est coûteux, en particulier dans les régions déjà confrontées à la rareté de l’eau. Cette étude examine un matériau peu coûteux et biodégradable fabriqué à partir de polymères naturels — l’un issu de déchets de crustacés et l’autre d’une bactérie utile — pour extraire rapidement et efficacement une teinture bleue courante de l’eau.

Une équipe naturelle pour dépolluer l’eau

Les chercheurs se sont concentrés sur l’élimination du bleu de méthylène, une teinture bleue largement utilisée et difficile à dégrader une fois dans l’environnement. Ils ont mis au point un nouveau matériau en combinant le chitosane — un composé à base de sucres obtenu à partir de carapaces de crustacés — avec des exopolysaccharides, des sucres en chaîne longue produits par la bactérie Bacillus subtilis. Les deux ingrédients sont biodégradables et déjà reconnus pour leur affinité avec les polluants. L’idée était que leur mélange en un « composite » unique offrirait davantage et de meilleurs sites de liaison pour la teinture que chacun des matériaux pris séparément, tout en valorisant un sous-produit bactérien généralement jeté.

Comportement du nouveau matériau filtrant

Pour évaluer l’efficacité de ce composite naturel, l’équipe a d’abord étudié sa chimie et sa structure par spectroscopie infrarouge et microscopie électronique. Ces outils ont confirmé que le matériau possède de nombreux groupes chimiques actifs — tels que hydroxyles, amino, carboxyles et groupes phosphate — capables de se lier aux molécules de teinture. Au microscope, le chitosane pur apparaissait lisse et relativement dense, avec peu de pores. En revanche, le composite chitosane–sucre bactérien présentait une surface plus rugueuse et plus poreuse, à texture semblable à une éponge. Cette surface plus ouverte et irrégulière offre davantage d’espace pour que les molécules du bleu s’insèrent et s’attachent.

Déterminer les meilleures conditions de traitement

Les scientifiques ont ensuite testé l’influence des conditions de l’eau sur l’élimination de la teinture. Ils ont fait varier l’acidité (pH), le temps de contact et la concentration initiale de teinture. Le composite éliminait le mieux la teinture à un pH faiblement acide à quasi neutre d’environ 6, tandis que le chitosane pur fonctionnait mieux à pH 7. Lorsque le pH augmentait, passant d’un milieu fortement acide vers le neutre, la surface du matériau devenait plus chargée négativement, attirant fortement les molécules de bleu de méthylène chargées positivement. Les deux matériaux ont éliminé la majeure partie de la teinture en environ 30 minutes, mais le composite a systématiquement été supérieur, supprimant environ 72 % de la couleur contre environ 61 % pour le chitosane seul. Quand la concentration initiale de teinture était très élevée, l’efficacité d’élimination diminuait, principalement parce que le nombre limité de sites de liaison devenait saturé.

Ce qui se passe à l’échelle moléculaire

Pour approfondir le mécanisme d’adsorption, l’équipe a analysé la capacité et la cinétique de rétention de la teinture par les matériaux. Leurs mesures s’accordaient avec un modèle où la teinture forme une couche unique et ordonnée à la surface, signe de sites d’attachement bien définis. Le composite a stocké légèrement plus de teinture par gramme que le chitosane seul et la retenait plus fortement. Les expériences temporelles ont montré que le processus suivait une cinétique « d’ordre deux », ce qui signifie, en termes simples, que la vitesse est contrôlée par la formation de liaisons entre les molécules de teinture et des sites spécifiques. Ici, le composite était nettement plus rapide : sa constante de vitesse était d’environ un ordre de grandeur supérieure à celle du chitosane pur. Des mesures infrarouges complémentaires, avant et après l’élimination de la teinture, ont révélé de petits mais significatifs décalages dans des signaux chimiques clés, montrant que des groupes contenant de l’oxygène, de l’azote et du phosphore étaient directement impliqués. L’ensemble des preuves indique une combinaison d’attraction électrostatique entre charges opposées, de liaisons hydrogène et d’interactions d’empilement entre les molécules de teinture en anneau et l’épine dorsale sucrée du composite.

Une voie plus verte pour traiter les eaux usées colorées

Globalement, l’étude montre que l’association du chitosane et des exopolysaccharides bactériens donne un matériau entièrement biodégradable qui élimine le bleu de méthylène de l’eau plus efficacement et bien plus rapidement que le chitosane seul. Bien que certains matériaux synthétiques de pointe puissent retenir encore plus de teinture, ils nécessitent souvent des produits chimiques agressifs pour leur fabrication et mettent plus de temps à agir. En revanche, ce composite naturel est fabriqué à partir d’ingrédients renouvelables, y compris un sous-produit bactérien qui serait autrement perdu, et il fonctionne bien dans des conditions proches de celles des eaux usées industrielles réelles. Cette combinaison de rapidité, de performance et de durabilité suggère que ce matériau pourrait être développé en filtres pratiques pour les usines utilisant des colorants vifs — contribuant à garder nos rivières plus claires sans introduire de nouveaux polluants.

Citation: Abd-Alla, M.H., Hassan, E.A., Mohammed, E.A. et al. A novel composite of chitosan and Bacillus subtilis exopolysaccharide for the removal of methylene blue from aqueous solutions. Sci Rep 16, 6349 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36875-7

Mots-clés: traitement des eaux usées, adsorbant biodégradable, élimination du bleu de méthylène, composite de chitosane, exopolysaccharide bactérien