électrophorèse

L'électrophorèse est la séparation physique de molécules par l'application d'un champ électrique à travers un milieu conducteur. Lorsque des particules chargées sont introduites dans une solution tampon et que des électrodes sont connectées à des extrémités opposées, ces particules migrent vers l'électrode de charge opposée. La vitesse de migration dépend de la densité de charge de la particule, de sa taille et de l'intensité du champ. Dans les travaux liés à l'énergie et aux services publics, ce principe est le plus important dans le traitement de l'eau, où les solides en suspension et les contaminants portent des charges électriques qui peuvent être manipulées pour faciliter la séparation et la purification.

Le milieu lui-même est essentiel. Pour les travaux de laboratoire et d'analyse, les gels comme l'agarose ou le polyacrylamide sont standards : les molécules se déplacent à travers les pores à des vitesses déterminées par leur rapport charge/masse et la résistance de la matrice du gel. Dans le traitement industriel de l'eau, le milieu est souvent l'eau elle-même ou une solution électrolytique spécialement préparée. L'intensité du champ électrique est mesurée en volts par centimètre. Les intensités de champ dans les travaux d'analyse varient de 5 à 15 V/cm ; la remédiation électrocinétique industrielle ou le polissage de l'eau peuvent fonctionner à des gradients beaucoup plus faibles pour éviter l'échauffement et les réactions chimiques indésirables.

Deux variantes principales apparaissent dans le secteur des services publics. Le dépôt électrophorétique utilise l'électrophorèse pour déplacer les particules chargées vers un substrat, les recouvrant ou les concentrant ; ceci est utilisé dans certains systèmes avancés de traitement de l'eau pour déposer les solides coagulés. Le traitement électrocinétique applique l'électrophorèse dans le sol et les eaux souterraines, où un champ électrique entraîne les contaminants ioniques et l'humidité à travers le matériau contaminé vers des électrodes d'extraction. Les deux exploitent le même principe physique mais à des échelles et des échelles de temps très différentes.

Limites pratiques et effets secondaires

Le processus génère de la chaleur. Le courant circulant à travers la résistance du milieu produit un échauffement Joule proportionnel à I2R. Dans les espaces confinés ou les solutions à haute conductivité, les températures augmentent rapidement, ce qui peut dénaturer les protéines, provoquer des réactions indésirables, ou même faire bouillir le milieu. L'électroendosmose, le flux global de liquide vers une électrode, peut également se produire et interférer avec la séparation si elle n'est pas contrôlée. En électrophorèse sur gel analytique, cela est géré par le choix du tampon et la géométrie du champ ; dans la remédiation sur le terrain, c'est souvent un atout pour le déplacement de l'eau.

Le nom reflète son mécanisme : du grec electron, ambre (la source historique de charge statique), et phoresis, transport ou portage. Le terme est entré dans le vocabulaire scientifique au 19e siècle alors que les chercheurs étudiaient les effets électriques sur les particules colloïdales et les molécules biologiques. Aujourd'hui, il reste fondamental à la fois pour la biologie moléculaire en laboratoire et les processus à l'échelle industrielle dans la purification de l'eau, où il fonctionne souvent aux côtés de la coagulation conventionnelle et de la filtration membranaire plutôt que de les remplacer.