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Une puce-laboratoire pour pister les pics de pollution

Rejet dans une rivière © Gauthier Daniel / Irstea

09/12/2013

En cas d’orage, le risque de pollution des cours d’eau s’accroit et un suivi minutieux est nécessaire. Pour perfectionner ce suivi, Irstea a développé un laboratoire miniature permettant de mesurer instantanément les pics de pollution qui surviennent lorsque les réseaux d’assainissement rejettent un trop-plein d’eau. Une innovation récompensée au dernier salon Pollutec 2013.

Comment assurer un suivi efficace du niveau de pollution des cours d’eau lors de violents orages ? Les scientifiques d’Irstea ont miniaturisé leurs laboratoires d’analyses. Pas plus gros qu’un dé à coudre, ces micro-laboratoires sont faciles à transporter, peuvent être utilisés pour mesurer directement dans l'eau la concentration en métaux toxiques comme le Cadmium, le Nickel, le Mercure, le Plomb, le Zinc et l’Uranium.

« L’idée est d'utiliser cette puce directement sur le terrain au niveau des déversoirs d’orages. C’est là que les eaux en provenance des réseaux d’assainissement sont déversées lorsqu’un trop-plein est identifié et ce afin de protéger le réseau. Le problème, c'est que ces déversements sont aussi l’une des principales sources de pollution des rivières. C’est important que nous soyons capables de mesurer immédiatement les éventuels pics de pollution qui en découlent », explique Philippe Namour, du centre Irstea de Lyon-Villeurbanne, en poste à l’Institut des Sciences Analytiques. Mieux connaître la dynamique de ces pollutions permettrait en effet de développer de nouvelles méthodes, comme la déviation des eaux, à même d'atténuer les pollutions affectant les rivières après des épisodes orageux.

La pollution des eaux visualisable en temps réel

En pratique, la méthode jusque-là utilisée pour mesurer ces pics de pollution laisse à désirer. Les eaux issues des déversoirs d’orages sont d’abord pompées vers un canal de mesure contenant des capteurs ; 3 à 4 minutes sont alors nécessaires avant que les eaux parviennent sur le dispositif de mesure. Un délai trop long : le pic de pollution, lui, a très sûrement été manqué ! Avec l’innovation développée par Philippe Namour, la mesure est immédiate : dès les premiers instants du déversement, la puce-laboratoire peut être mise au contact de l'eau.

Puce © Eric Le Roux/Communication/Université Claude Bernard Lyon 1Cette puce comprend 3 électrodes, lesquelles peuvent passer successivement par différents états électriques (on parle de différents potentiels électriques). La raison ? Chacun des métaux a la propriété de réagir à un potentiel bien précis : lorsque l’eau est mise au contact de ces électrodes, les métaux s'accumulent alors suivant le potentiel qui parcourt à ce moment les électrodes, puis se dissolvent. Reste alors aux scientifiques à observer la feuille de résultats : si un pic y apparaît lorsqu'un potentiel d'action a été appliqué, c'est que le métal associé à ce potentiel est présent dans l'échantillon d'eau.

Pour les chercheurs, il est intéressant de comprendre ce que contient le premier flux rejeté par les déversoirs d’orages. « On soupçonne que lorsqu’un déversoir entre en fonction, la concentration en polluants pourrait être élevée. D’autres paquets arrivent ensuite, et on ne sait pas non plus très bien ce qu’ils transportent. En établissant le portrait de ces flux, des décisions pourraient être prises pour atténuer les pollutions rejetées dans les rivières. S’il s’avérait par exemple que le premier flux est très chargé en polluants, on pourrait par exemple l’orienter systématiquement vers des bassins de rétention plutôt que vers un cours d’eau », explique Philippe Namour.

Une puce en diamant

Pour miniaturiser ce laboratoire de poche, il a fallu opter pour un matériau de choix : le film de diamant dopé au bore. Très résistant, le diamant a le désavantage d’être isolant. Mais couplé à des atomes de bore, il se fait conducteur. Les 3 électrodes sont en fait usinées au laser à même le diamant. « On vaporise le diamant là où les découpes doivent être réalisées. D’un point de vue industriel, c’est intéressant, il n’y a que ça à faire ! La production de nombreuses unités peut se faire rapidement, ce qui réduit considérablement les coûts. Il est également facile de changer le dessin de la découpe au besoin », décrit le chercheur.

Une langue électronique qui discrimine les eaux polluées

Autre innovation technologique, cette puce a été couplée à un traitement de données. Ce couplage a ni plus ni moins que permis de créer... une « langue électronique » ! Celle-ci fonctionne sur le modèle de notre langue qui, à partir de 4 saveurs primaires, est capable de différencier des goûts nombreux. Sauf qu’ici, au lieu de saveurs primaires, on a affaire aux différentes concentrations de métaux mesurées dans les eaux : lorsque la puce les « goûte » et les reconnaît, elle est capable de reconnaître à quel type d'eau elle est en présence.

En plus de pouvoir évaluer la qualité chimique des eaux (un des objectifs de la Directive-cadre européenne sur l’eau), cette innovation pourrait aussi être adaptée pour identifier des polluants spécifiques, tels que les pesticides, les cytotoxines (des toxines produites par certaines bactéries comme Escherichia coli par exemple) ou les mycotoxines (produites par des champignons microscopiques).

Forte de ces premiers résultats encourageants, la puce-laboratoire a été brevetée et les scientifiques continuent de la développer pour l'intégrer dans un analyseur qui serait lui aussi utilisable in-situ. Cette innovation a d'ores et déjà été récompensée par le prix Pollutec 2013 des Techniques Innovantes pour l’Environnement : un coup de pouce qui devrait lui ouvrir les portes de la valorisation industrielle.

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