Nouvelle méthode de lutte contre les produits chimiques à vie
Les chercheurs utilisent pour la première fois une technologie connue sous le nom de "piézocatalyse"
Des chercheurs de l'ETH Zurich ont mis au point une nouvelle méthode pour décomposer un dangereux sous-groupe de PFAS connu sous le nom de PFOS. Avec l'aide de nanoparticules et d'ultrasons, la piézocatalyse pourrait constituer à l'avenir une alternative efficace aux procédés existants.
Quel est le point commun entre la mousse anti-incendie, les ustensiles de cuisine antiadhésifs, les textiles hydrofuges et les pesticides ? Ils contiennent tous des substances per- et polyfluoroalkyles, ou PFAS - des produits chimiques fabriqués par l'homme qui ne se décomposent pas naturellement. Il n'est donc pas étonnant que les PFAS contaminent aujourd'hui le sol et l'eau et qu'elles puissent être détectées dans le corps des humains et des animaux. Les dangers sont bien connus : ces substances chimiques à vie peuvent endommager le foie, déclencher des troubles hormonaux et provoquer des cancers, pour ne citer que quelques-uns de leurs effets.
Les chercheurs du groupe de Salvador Pané i Vidal, professeur à l'Institut de robotique et de systèmes intelligents de l'ETH Zurich, ont mis au point une nouvelle méthode pour décomposer un sous-groupe de PFAS appelé sulfonates de perfluorooctane, ou PFOS. En raison de leur toxicité, les PFOS font aujourd'hui l'objet de restrictions sévères, voire d'une interdiction. "Le principal problème est que les molécules sont constituées de longues chaînes de carbone entourées d'atomes de fluor. Cette liaison carbone-fluor est si forte qu'il faut beaucoup d'énergie pour la briser", explique Andrea Veciana, doctorante de Pané i Vidal.
Décomposer les molécules à l'aide d'ultrasons et de nanoparticules
Pour briser les molécules de SPFO et ainsi les dégrader dans l'eau, les chercheurs ont utilisé pour la première fois la piézocatalyse. Le terme "piézo" fait référence à la piézoélectricité, une charge électrique générée lors d'une déformation mécanique, et le terme "catalyse" désigne l'accélération d'une réaction chimique à l'aide de substances appropriées. "Nous avons mis au point des nanomatériaux piézoélectriques. À l'œil nu, ce matériau ressemble un peu à du sable", explique M. Veciana. Dans le bain ultrasonique, ces particules se chargent électriquement et agissent comme un catalyseur. Pané i Vidal ajoute : "C'est cette charge électrique qui déclenche toute la chaîne de réaction et décompose les molécules de SPFO pièce par pièce. C'est pourquoi les nanoparticules sont dites piézoélectriques".
Pour mesurer la concentration de SPFO dans leurs échantillons, les chercheurs ont travaillé avec Samy Boulos, spécialiste analytique du Laboratoire de biochimie alimentaire. À l'aide d'un spectromètre de masse, les chercheurs ont pu prouver que 90,5 % des molécules de SPFO étaient dégradées. "Il convient toutefois de préciser que nous avons travaillé avec une concentration très élevée de 4 milligrammes par litre", précise Mme Veciana. "Dans la nature, comme dans les lacs et les rivières, la concentration de SPFO est inférieure à 1 microgramme par litre. Et plus la concentration est faible, plus il faut de temps pour que les SPFO se dégradent". Certaines des technologies actuellement en cours de développement concentrent d'abord l'eau, puis détruisent les SPFO. Il s'agirait également d'une étape clé de la piézocatalyse, qui devrait être mise en œuvre dans une application spécifique telle que les effluents de l'industrie chimique.
Mieux que les méthodes précédentes
Le potentiel de la nouvelle méthode apparaît clairement lorsque l'on considère les options existantes pour dégrader les SPFO. "L'une des méthodes est la décomposition thermique, mais elle nécessite une température de plus de 1 000 degrés Celsius, ce qui la rend très énergivore", explique M. Veciana. Les PFAS peuvent également être dégradés par photocatalyse. Ce processus est similaire à la piézocatalyse, mais il utilise la lumière pour activer le catalyseur au lieu de l'énergie mécanique. Le principal problème de cette méthode est que, dans la pratique, l'objectif est de traiter les eaux usées et que, les eaux usées étant troubles, la pénétration de la lumière est faible. Veciana mentionne une troisième méthode : "Il y a aussi l'absorption, qui consiste à utiliser une sorte d'éponge pour absorber les polluants présents dans l'eau. Mais cela ne fait que déplacer le problème d'un endroit à l'autre ; il faut maintenant trouver une solution pour l'éponge imprégnée de PFAS".
Les inconvénients des méthodes existantes ont été l'une des raisons pour lesquelles les chercheurs de l'ETH ont cherché une nouvelle façon de décomposer les PFAS. La piézocatalyse présente l'avantage de pouvoir fonctionner avec différentes sources d'énergie mécanique. "Si l'eau doit être purifiée dans les stations d'épuration et qu'il y a déjà des turbulences dans l'eau, cette énergie pourrait peut-être être exploitée pour décomposer les PFAS qu'elle contient", explique Veciana.
Combattre ensemble les PFAS
Malheureusement, les résultats obtenus par les chercheurs en laboratoire avec des échantillons d'eau de 50 millilitres n'ont pas encore été mis en pratique. "L'extensibilité de notre méthode est l'un des plus grands défis", explique Pané i Vidal. "Cependant, nous avons réussi à montrer que la piézocatalyse est une méthode efficace pour dégrader les SPFO et qu'elle présente des avantages par rapport aux méthodes précédentes. En outre, leur méthode peut être utilisée non seulement pour les SPFO, mais aussi pour tout autre SPFO et micropolluant.
En général, les méthodes de dégradation des SPFO devraient être utilisées avant que les produits chimiques ne se retrouvent dans l'environnement, c'est-à-dire dans les stations d'épuration des eaux usées industrielles ou sur les eaux agricoles collectées en vue de leur réutilisation. "Les entreprises doivent prendre toutes les mesures possibles pour s'assurer que l'eau qu'elles rejettent dans l'environnement est aussi propre que possible", déclare Pané i Vidal. Mme Veciana ajoute : "Les PFAS constituent un problème mondial qu'il convient d'aborder avant tout en modifiant les politiques et en améliorant la transparence. Les médias ont déjà beaucoup parlé d'une interdiction des PFAS et d'une réglementation plus stricte pour obliger l'industrie à être plus transparente sur l'utilisation de ces produits chimiques. Veciana ajoute : "Néanmoins, il est également important de continuer à innover par le biais de la recherche afin de réduire et de remédier autant que possible à l'exposition existante aux PFAS."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Andrea Veciana, Sarah Steiner, Qiao Tang, Vitaly Pustovalov, Joaquin Llacer‐Wintle, Jiang Wu, Xiang‐Zhong Chen, Trust Manyiwa, Venecio U. Ultra, Beltzane Garcia‐Cirera, Josep Puigmartí‐Luis, Carlos Franco, David J. Janssen, Laura Nyström, Samy Boulos, Salvador Pané; "Breaking the Perfluorooctane Sulfonate Chain: Piezocatalytic Decomposition of PFOS Using BaTiO3 Nanoparticles"; Small Science, 2024-8-28
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