Une nouvelle méthode pour lutter contre les produits chimiques éternels

Les mousses anti-incendie, les ustensiles de cuisine antiadhésifs, les textiles hydrofuges et les pesticides ont tous un point commun : ils contiennent des PFAS (substances alkyles per- et polyfluorées), des substances chimiques créées par l'homme qui ne se dégradent pas naturellement. Il n'est donc pas étonnant que les PFAS polluent aujourd'hui les sols et les eaux et qu'ils soient également détectables dans le corps des hommes et des animaux. Les dangers sont connus : Ces produits chimiques éternels peuvent entre autres endommager le foie, provoquer des troubles hormonaux et causer le cancer.

Des chercheurs du groupe de Salvador Pané i Vidal, professeur à l'Institut de robotique et de systèmes intelligents, ont mis au point une nouvelle méthode pour dégrader un sous-groupe de PFAS, les PFOS (perfluorooctane sulfonates). Les SPFO font désormais l'objet de restrictions sévères, voire d'interdictions, en raison de leur toxicité. "Le principal problème réside dans le fait que ces molécules sont constituées de longues cha?nes de carbone entourées d'atomes de fluor. Cette liaison carbone-fluor est si forte qu'il faut beaucoup d'énergie pour la rompre", explique Andrea Veciana, doctorante chez Pané i Vidal.

Dégrader des molécules avec des ultrasons et des nanoparticules

Pour casser les molécules de SPFO et ainsi les dégrader dans l'eau, les chercheurs ont utilisé pour la première fois la piézocatalyse. La piézo-électricité fait référence à la piézoélectricité, une tension électrique générée par une déformation mécanique. La catalyse désigne l'accélération d'une réaction chimique par des substances appropriées. "Nous avons développé des nanomatériaux qui sont piézoélectriques. ? l'?il nu, ce matériau ressemble un peu à du sable", explique Veciana. Dans un bain à ultrasons, ces particules se chargent électriquement et agissent comme un catalyseur. Pané i Vidal ajoute : "C'est cette charge électrique qui déclenche toute la cha?ne de réactions et dégrade petit à petit les molécules de SPFO. C'est pourquoi on dit que les nanoparticules sont piézoélectriques".

Pour pouvoir mesurer la concentration de SPFO dans leurs échantillons, les chercheurs ont collaboré avec Samy Boulos, un spécialiste des analyses du laboratoire de biochimie alimentaire. Gr?ce à un spectromètre de masse, les chercheurs ont pu démontrer que 90,5 pour cent des molécules de SPFO avaient été dégradées. "Il faut toutefois ajouter que nous avons travaillé avec une concentration très élevée de quatre milligrammes par litre", explique Veciana. "Dans la nature, par exemple dans les lacs et les rivières, la concentration de SPFO est inférieure à un microgramme par litre. Plus la concentration est faible, plus les SPFO mettent du temps à se dégrader". Certaines technologies en cours de développement concentrent d'abord l'eau et ne détruisent les SPFO qu'ensuite. Ce serait également une étape importante pour la piézocatalyse, qu'il faudrait mettre en ?uvre dans un cas d'application concret comme les eaux usées de l'industrie chimique.

Meilleure que les méthodes précédentes

Le potentiel de la nouvelle méthode appara?t clairement si l'on considère les possibilités actuelles de dégradation des PFAS. "L'une des méthodes est la décomposition thermique qui, à plus de 1000 degrés Celsius, est très gourmande en énergie", explique Veciana. Les PFAS peuvent également être dégradés par photocatalyse. Il s'agit d'un processus similaire à la piézocatalyse, mais au lieu d'utiliser de l'énergie mécanique, la lumière est utilisée pour activer le catalyseur. Le principal problème de cette méthode : dans la pratique, il s'agit de traiter des eaux usées. Celles-ci sont troubles et peu de lumière peut les traverser. Le Veciana cite une troisième méthode : "On peut aussi utiliser l'absorption. On utilise alors une sorte d'éponge qui absorbe les polluants de l'eau. Mais on déplace ainsi le problème d'un endroit à un autre. Car 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 un nouveau moyen de décomposer les PFAS. La piézocatalyse a l'avantage de fonctionner avec différentes sources d'énergie mécanique. "Si l'eau doit être nettoyée dans les stations d'épuration et qu'il y a de toute fa?on déjà des turbulences dans l'eau, on pourrait peut-être utiliser cette énergie pour décomposer le PFAS dans l'eau", explique Veciana.

Ensemble contre les PFAS

Ce que les chercheurs ont réussi à faire en laboratoire avec des échantillons d'eau de 50 millilitres ne peut malheureusement pas encore être transposé dans la pratique. "L'évolutivité de notre méthode est l'un des plus grands défis", explique Pané i Vidal. "Mais nous avons réussi à montrer que la piézocatalyse fonctionne comme méthode de dégradation du SPFO et qu'elle présente des avantages par rapport aux méthodes utilisées jusqu'à présent". En outre, la méthode peut être appliquée non seulement au SPFO, mais aussi à tous les PFAS ainsi qu'à d'autres micropolluants.

D'une manière générale, les méthodes de dégradation des PFAS devraient être mises en ?uvre avant que les produits chimiques ne soient rejetés dans l'environnement, c'est-à-dire dans les stations d'épuration des entreprises industrielles ou dans les eaux collectées dans l'agriculture et destinées à être réutilisées. "Les entreprises devraient 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. Veciana ajoute : "Les PFAS sont un problème mondial qui devrait être abordé en premier lieu par des changements politiques et une plus grande transparence". Les médias parlent déjà beaucoup d'une interdiction des PFAS et d'une réglementation plus stricte qui forcerait l'industrie à être plus transparente dans son utilisation. Veciana souligne : "Néanmoins, il est également important d'encourager l'innovation par la recherche afin de réduire et d'éliminer autant que possible l'exposition déjà existante aux PFAS".