Élimination durable des colorants des eaux usées industrielles à l’aide de biosorbants dérivés d’algues marines et de composites hybrides à base de MOF

Transformer les eaux usées colorées en eau claire

Des vêtements que nous portons aux draps de nos lits, le textile repose sur des colorants synthétiques vifs qui se retrouvent souvent dans les rivières et les zones côtières. Même de faibles quantités de ces colorants peuvent réduire la pénétration de la lumière, nuire à la vie aquatique et contenir des substances toxiques ou potentiellement cancérigènes. Cette étude examine si des algues communes et un matériau poreux moderne peuvent être combinés pour offrir une méthode plus douce et plus durable d’éliminer la couleur des eaux usées industrielles avant qu’elles n’atteignent l’environnement.

Pourquoi les colorants textiles sont difficiles à éliminer

Les colorants réactifs sont prisés dans les usines textiles parce qu’ils se fixent fortement aux fibres, conservent leur éclat après de nombreux lavages et se dissolvent facilement dans l’eau. Ces mêmes qualités posent problème lorsque l’eau chargée de colorant est rejetée. Les traitements conventionnels — coagulation chimique, oxydation avancée ou filtration par membranes — peuvent être coûteux, énergivores et générer de nouveaux déchets. Les auteurs se sont concentrés sur trois colorants couramment utilisés — jaune, rouge et bleu — comme témoins des mélanges complexes présents dans les effluents réels. Leur objectif était de comparer des matériaux biologiques peu coûteux avec un adsorbant high‑tech dans des conditions identiques, afin d’identifier les options offrant un assainissement efficace à coût raisonnable et avec un impact environnemental minimal.

Les algues comme éponge naturelle à colorants

Les chercheurs ont collecté deux types de macroalgues marines, Ulva fasciata (une algue verte en feuillets) et Pterocladia capillacea (une algue rouge), sur la côte méditerranéenne d’Égypte. Ils ont testé à la fois des fragments frais et vivants et des formes séchées et pulvérisées. Lorsqu’elles sont mélangées à de l’eau colorée, les algues extraient progressivement les molécules de colorant du liquide et les retiennent à leur surface. Ce phénomène repose principalement sur des attractions électrostatiques entre charges opposées et sur des liaisons faibles telles que les liaisons hydrogène. Les algues séchées ont systématiquement surpassé les algues fraîches, atteignant dans certains cas plus de 90 % d’élimination des colorants. Le séchage augmente la surface spécifique et expose davantage de sites de liaison, facilitant le stockage, la manipulation et le dosage de la biomasse — des caractéristiques importantes pour des systèmes de traitement pratiques.

Un cristal poreux high‑tech rejoint l’équipe

Parallèlement aux algues, l’équipe a synthétisé un cadre métal‑organique à base de zirconium connu sous le nom d’UiO‑66‑NH₂. Ce matériau se comporte comme une éponge rigide formée de nœuds métalliques reliés par des molécules organiques, parsemée de pores minuscules et uniformes. Les groupes amine à sa surface portent une charge positive en milieu acide et peuvent attirer les molécules de colorant chargées négativement. Les essais ont montré que ce cadre possède une très grande capacité d’adsorption des colorants, avec des efficacités d’élimination supérieures à 95 % dans des conditions optimisées. Il est resté stable en milieu aqueux et a pu être réutilisé plusieurs fois, bien que ses performances aient légèrement décliné au fil des cycles à mesure que certains pores se sont obstrués ou que des sites de liaison se sont affaiblis.

Ce qui contrôle l’efficacité du traitement

Les scientifiques ont soigneusement fait varier plusieurs paramètres pratiques : la quantité d’algues ou de cadre ajoutée, le temps de contact avec l’effluent, la concentration initiale des colorants et l’acidité (pH) de la solution. Dans tous les cas, de faibles concentrations initiales de colorant et des temps de contact plus longs ont conduit à une élimination plus élevée. Des conditions acides autour de pH 2 ont donné les meilleurs résultats pour les algues et pour le cadre métal‑organique, car les surfaces deviennent chargées positivement et attirent fortement les colorants chargés négativement. Pour les algues fraîches, des quantités plus importantes de biomasse amélioraient la performance jusqu’à environ 5 grammes pour 100 millilitres d’eau ; pour les algues séchées, seulement 2,5 grammes suffisaient pour atteindre des niveaux d’élimination comparables. Le cadre montrait également une meilleure performance à mesure que l’on ajoutait plus de matériau, bien que les gains se stabilisent une fois que la plupart des sites accessibles sont saturés. Testée sur de véritables eaux usées textiles, l’approche a fortement réduit la couleur avec les deux adsorbants, et le cadre a en particulier réduit près de moitié la charge de pollution organique.

Allier biologie marine et science des matériaux

L’étude conclut que les algues marines courantes et les cristaux de cadres poreux offrent chacun des voies puissantes mais complémentaires pour assainir les eaux polluées par les colorants. Les algues marines séchées se distinguent comme des « éponges » vertes bon marché, biodégradables et largement disponibles, tandis que le cadre métal‑organique fournit un matériau hautement efficace et modulable capable d’affiner l’eau jusqu’à des niveaux de couleur très faibles. Utilisés seuls ou en combinaison, ces adsorbants peuvent transformer des effluents industriels fortement colorés en eaux beaucoup plus claires avec moins de recours à des produits chimiques agressifs. Pour le grand public, le message clé est que l’association de la biologie marine et des matériaux avancés pourrait rendre les traitements des eaux usées futurs à la fois plus propres pour la planète et plus accessibles aux régions disposant de ressources limitées.

Citation: Abdel‑Razik, S.A.R., Abdel‑Kareem, M.S., El‑Agawany, N.I. et al. Sustainable dye removal from industrial wastewater using marine algae-derived biosorbents and MOF-based hybrid composites. Sci Rep 16, 11349 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41983-5

Mots-clés: eaux usées industrielles, colorants textiles, algues marines, cadres métal‑organiques, biosorption