Éliminer efficacement les substances problématiques

Nous utilisons tous une multitude de substances chimiques dans notre vie quotidienne. Produits cosmétiques, médicaments, pilules contraceptives, engrais pour plantes, produits de nettoyage - tous ces composés facilitent certes notre vie. Mais pour l'environnement, l'utilisation de ces produits a des conséquences défavorables. En effet, nombre de ces composés ne peuvent pas être entièrement éliminés des eaux usées dans les stations d'épuration actuelles. En tant que micropolluants, ils se retrouvent ensuite dans l'environnement et polluent la faune et la flore de nos cours d'eau.

Dans le cadre d'une révision de la loi sur la protection des eaux, le Parlement a donc décidé en 2014 d'équiper certaines stations d'épuration d'une étape de traitement supplémentaire pour éliminer les micropolluants d'ici 2040. Bien que le principe du financement soit assuré, ce projet représente un défi pour les exploitants des stations d'épuration. En effet, les substances critiques ne peuvent être éliminées que par des procédés coûteux, généralement basés sur l'ozone, le charbon actif ou la lumière.

Les nanoparticules favorisent la dégradation

Des chercheurs de l'Institut de robotique et de systèmes intelligents de l'ETH ont développé une approche qui pourrait permettre d'éliminer plus facilement ces substances de manière élégante. À l'aide de nanoparticules dites multiferroïques, ils ont réussi à stimuler la décomposition de résidus chimiques dans l'eau polluée. Les nanoparticules ne sont pas directement impliquées dans la réaction chimique, mais agissent comme catalyseurs pour accélérer la transformation des substances en composés inoffensifs.

"De telles nanoparticules sont déjà utilisées dans l'industrie à différents endroits comme catalyseurs dans des réactions chimiques", explique Salvador Pané, qui a largement contribué à cette recherche en tant que Senior Scientist. "Nous avons maintenant pu montrer qu'elles pouvaient également être utiles pour le nettoyage des eaux usées".

Réduction de 80 pour cent

Pour leurs expériences, les chercheurs ont utilisé des solutions aqueuses contenant des traces de cinq médicaments très répandus. Les expériences confirment que les nanoparticules peuvent réduire la concentration de ces substances dans l'eau d'au moins 80 pour cent. "Parmi ces substances, il y en avait deux qui ne peuvent pas être éliminées par la méthode traditionnelle à l'ozone", souligne Fajer Mushtaq, doctorante au sein du groupe, en soulignant l'importance de ces résultats.

"Ce qui est remarquable, c'est que nous pouvons contrôler avec précision l'action des nanoparticules à l'aide du champ magnétique", explique Xiangzhong Chen, également impliqué dans le projet en tant que post-doctorant. Les nanoparticules ont un noyau en ferrite de cobalt entouré d'une enveloppe en ferrite de bismuth. Si l'on applique un champ magnétique alternatif depuis l'extérieur, certaines zones de la surface des particules reçoivent une charge électrique positive et d'autres zones une charge négative. Ces charges à la surface entraînent la formation de radicaux d'oxygène réactifs dans l'eau, qui brisent les polluants organiques en composés inoffensifs. Les nanoparticules magnétiques peuvent ensuite être facilement retirées de l'eau, constate Chen.

Réactions positives de la pratique

Du point de vue des chercheurs, cette nouvelle approche est prometteuse, car elle est techniquement plus facile à mettre en œuvre que, par exemple, le traitement des eaux usées à l'ozone. "L'industrie des eaux usées est très intéressée par nos résultats", rapporte Pané.

Mais il faudra encore attendre un certain temps avant de passer à l'application pratique, car le procédé n'a été étudié jusqu'à présent qu'en laboratoire. Néanmoins, un projet de passerelle financé conjointement par le Fonds national suisse et Innosuisse et destiné à soutenir le transfert dans la pratique a déjà été approuvé, explique Mushtaq. Et la création d'une entreprise spin-off, avec laquelle les chercheurs souhaitent développer leur idée jusqu'à ce qu'elle soit prête à être commercialisée, a également déjà été décidée.