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Un étonnant mécanisme de diffusion de CO2 dans les carbonates fondus !

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Un étonnant mécanisme de diffusion de CO2 dans les carbonates fondus !

Bien que le carbone ne soit présent dans le manteau terrestre qu’en très faibles quantités, les fluides formés lorsque la fusion de la roche débute sont très riches en carbone et s’apparentent à des carbonates fondus. Ces liquides jouent alors un rôle très important dans le cycle du carbone et en particulier du dioxyde de carbone dans le manteau terrestre. Une particularité des carbonates est qu’ils peuvent dissoudre facilement le dioxyde de carbone, avec une solubilité deux cents fois plus grande que pour d’autres sels fondus. Ceci ouvre par exemple la voie à la valorisation ou au stockage du CO2 dans ces milieux. Cependant le mécanisme à l’origine de ce phénomène n’est pas bien compris. Des travaux récents du pôle de physico-chimie théorique du laboratoire P.A.S.T.E.U.R. (ENS Paris/CNRS/UPMC) du département de chimie de l’ENS en collaboration avec l’Institut de Recherche de Chimie Paris, publiés dans Nature Chemistry, lèvent le voile sur ce mystère.

 

D. R.

 

Par des simulations de dynamique moléculaire, les auteurs expliquent cette solubilité par un équilibre chimique entre le CO2 moléculaire et une nouvelle espèce, l’ion pyrocarbonate C2O52-. Mais plus étonnant encore, ces simulations numériques prédisent que la diffusion du CO2 dans les carbonates fondus est rendue très rapide par un mécanisme en tout point analogue au transport de proton dans l’eau, par un mécanisme dit de Grötthus. Dans les carbonates fondus, le transport de CO2 semble avoir lieu par transferts successifs d’anions O2-, ayant pour intermédiaire l’ion pyrocarbonate. Ceci ressemble à course de relais avec passage de témoin mais ici tous les ions carbonates portent un témoin tandis que le CO2 n’en dispose pas. Le CO2 peut cependant récupérer un témoin de son voisin, qui sera alors déficitaire et récupérera alors à son tour un témoin d’un autre ion carbonate, et ainsi de suite. Le mécanisme de Grötthus semble alors beaucoup plus général que ce qui était jusqu’alors envisagé. Du point de vue du CO2, cela change notre description du transport dans les systèmes contenant des carbonates, comme par exemple à travers les membranes mixtes oxyde-ion carbonate-ion utilisées pour la séparation électrochimique du CO2. Plus généralement, cela suggère que des mécanismes similaires peuvent avoir lieu dans d’autres sels fondus, comme des sels fluorés par exemple.

Pour en savoir plus :

Laboratoire P.A.S.T.E.U.R. (Processus d'activation sélectif par transfert d'énergie uni-électronique ou radiatif, ENS Paris/CNRS/UPMC)Nouvelle fenêtre

Institut de Recherche de Chimie Paris (Chimie ParisTech/CNRS/Ministère de la culture et de la communication)Nouvelle fenêtre

 

Référence :

Carbon dioxide transport in molten calcium carbonate occurs through an oxo-Grotthuss mechanism via a pyrocarbonate anion. Dario Corradini, François-Xavier Coudert, and Rodolphe Vuilleumier. Nature Chemistry, 2016, Feb. doi:10.1038/nchem.2450Nouvelle fenêtre



10/03/16