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14
Sep

TRACESENSE – L’innovation au service des mesures de polluants ultratraces dans l’eau. Interview de David Point, chercheur à l’IRD et responsable du projet

14/09/17

Par Amelia TULACZ, chargée d’affaires au CVT Valorisation Sud, amelia.tulacz@cvt-sud.fr

Quel est le contexte actuel des solutions en mesure des polluants ?

La mesure de polluants métalliques, organométalliques ou molécules organiques toxiques émergentes (perturbateurs endocriniens, résidus de médicaments, pesticides, etc.) dans l’environnement représente un challenge analytique et socio-économique considérable compte tenu des besoins règlementaires et de recherche qui nécessitent aujourd’hui un suivi de ces composés toxiques à des niveaux ultratraces (μg/L, pg/L).

Existe-t-il des systèmes qui permettent de faire de tels prélèvements et analyses ?

Les prélèvements et l’analyse de micropolluants à l’état d’ultratrace dans les hydrosystèmes sont essentiellement réalisés par des laboratoires hautement spécialisés qui nécessitent toujours la collecte d’échantillons d’eau, leur filtration, stabilisation, et purification avant l’analyse. Le coût et la complexité des méthodes « propres » de prélèvement, de traitement d’échantillon et d’analyse, qui sont souvent aussi spécifiques à chaque composé étudié, rendent l’application de ces approches traditionnelles non adaptées aux besoins actuels et futurs des différents acteurs socio-économiques et des organismes de recherche et de santé concernés.

Quelles sont les innovations et nouvelles méthodes pour répondre à ces contraintes?

Afin de répondre à ces contraintes techniques, opérationnelles et budgétaires dans un contexte croissant de composés toxiques à « screener » dans de nombreux hydrosystèmes, le développement de solutions innovantes à très haute performance, simple à mettre en œuvre et à bas coût est nécessaire. Une approche récente et intéressante consiste à utiliser des dispositifs de préconcentration in situ jetables déployés dans l’eau et qui sont spécifiques à certaines molécules d’intérêt. Ces dispositifs de préconcentration passifs se composent d’une membrane « accumulatrice » qui contient des groupes chimiques spécifiques capables de préconcentrer spécifiquement certains composés toxiques d’intérêt (métaux, traces, pesticides, perturbateurs endocriniens) et d’une couche spécifique de diffusion inerte (hydrogel, membrane). La surface de ces capteurs passifs, la nature et l’épaisseur de la membrane de diffusion influencent de façon directe la vitesse de préconcentration des composés toxiques d’intérêt depuis le milieu aquatique vers la zone accumulatrice du capteur. Après exposition, ces capteurs passifs sont démontés et la membrane accumulatrice est analysée en laboratoire. Les capteurs les plus utilisés sont de type Polar Organic Chemical Integrative Sampler (POCIS) pour l’analyse de pesticides et micropolluants organiques hydrophiles, ou la technologie Diffusive Gradient in Thin film (DGT) pour l’analyse des métaux lourds et métalloïdes présents en faible concentration dans les environnements aquatiques.

Ces méthodes semblent prometteuses mais très peu utilisées… Pourquoi ?

Bien que cette approche représente une méthode simple à mettre en œuvre, avec un coût très limité, et offre la possibilité très attractive de suivi à large spectre pour plusieurs familles de composés organiques, organométalliques et inorganiques, elle souffre de plusieurs limitations. Ces limitations sont liées à la lenteur des vitesses de préconcentration (déploiement de plusieurs jours/semaines nécessaires), des problèmes de biofouling et de dynamique physique du milieu (courant, agitation) qui affectent les propriétés de préconcentration et qui induisent des biais significatifs sur les mesures réalisées. Partant de ce constat, nous venons de mettre au point et de breveter une nouvelle technologie de préconcentration dynamique intelligente à haute performance permettant de résoudre les contraintes actuelles des échantillonneurs passifs et de booster leur performance avec des temps de préconcentration in situ de quelques minutes seulement.

En quoi consistent donc ces derniers travaux au sein des laboratoires de l’IRD ?

Durant deux années, nous avons mis au point et récemment breveté une solution technologique innovante, intelligente et à haute performance permettant de préconcentrer en quelques minutes directement dans le milieu naturel et de façon spécifique des quantités importantes de certains composés toxiques présents en ultratraces dans l’eau. Le principe de fonctionnement consiste à faire vibrer à haute fréquence et de manière contrôlée des supports de préconcentration solides nanostructurés sur lesquels sont greffés des groupements chimiques capables d’accumuler spécifiquement certaines molécules toxiques d’intérêt. Mon équipe a développé en particulier des nanostructures complexantes spécifiques au mercure inorganique (iHg) et au méthylmercure (MeHg). D’autres familles de groupements fonctionnels peuvent être utilisées pour cibler dans le futur d’autres composés hydrophiles tels que les pesticides, les résidus de médicaments, ou divers perturbateurs endocriniens, etc. Cette technologie dynamique, appelée Tracesense, est illustrée à la figure ci dessous. Notre capteur est piloté par un système intelligent de régulation électronique permettant de contrôler précisément la vitesse de préconcentration des analytes ultratraces depuis le milieu aquatique ambiant vers les supports solides complexants quel que soit le positionnement du capteur une fois immergé. Cette approche de « smart sensor» est primordiale afin de garantir des performances optimales de préconcentration pour une utilisation par un large public non-expert. Notre objectif est de simplifier au maximum les processus de création d’observatoires participatifs de monitoring de la qualité des eaux.