L'élimination des agents pathogènes de l'eau potable est particulièrement difficile lorsque les germes sont trop petits pour être capturés par des filtres conventionnels. Des chercheurs de l'Empa et de l'Eawag développent de nouveaux matériaux et procédés pour libérer l'eau des micro-organismes pathogènes tels que les virus.

L'eau est la vie, la biologie nous enseigne. La réalité nous enseigne quelque chose de différent :l'eau contaminée par des agents pathogènes cause des centaines de milliers de décès chaque année dans des endroits où le traitement de l'eau fait défaut ou fonctionne mal. Pour mettre un terme à cela, la disponibilité de l'eau potable pour toute l'humanité a été incluse dans l'Agenda mondial de durabilité des Nations Unies (ONU) depuis 2015. Conformément à cet objectif, Chercheurs de l'Empa, en collaboration avec leurs collègues de l'Eawag, développent de nouveaux matériaux et technologies pour éliminer les agents pathogènes de l'eau potable, qui jusqu'à présent pouvait difficilement être éliminé avec des mesures conventionnelles, ou seulement avec des processus coûteux et complexes.

De minuscules agents pathogènes

Les chercheurs visent le plus petit des germes :de minuscules agents pathogènes qui, contrairement au coronavirus actuellement en circulation SARS-Cov-2, se propagent via l'eau contaminée et provoquent ainsi diverses maladies d'origine hydrique telles que la polio, diarrhée et hépatite. Parmi ces agents pathogènes se trouve le rotavirus, qui n'a qu'une taille d'environ 70 nanomètres.

"Les filtres à eau conventionnels sont inefficaces contre les rotavirus, " explique Thomas Graule, chercheur de l'Empa, du laboratoire Céramique haute performance de l'Empa à Dübendorf. ce sont précisément ces microbes qui comptent parmi les agents pathogènes les plus courants à l'origine d'infections gastro-intestinales. Selon l'Organisation mondiale de la santé (OMS), en 2016 environ 130, 000 enfants dans le monde sont morts d'infections à rotavirus. Les chercheurs ont désormais développé des stratégies de technologies de filtration basées sur de nouveaux matériaux qui contournent habilement le problème de la minutie. En effet, une propriété des particules virales peut être utilisée pour un nouveau type de filtre :la charge électrique négative des particules virales.

Sur la base de cette idée, les chercheurs ont commencé à développer des matériaux appropriés qui permettent l'adsorption de surfaces virales chargées négativement. Jusqu'à maintenant, il a été difficile de créer des surfaces chargées positivement facilement régénérées avec une capacité d'adsorption élevée, et les études expérimentales systématiques ont été rares. Pour leurs enquêtes, les chercheurs ont donc choisi un virus modèle encore plus petit que le rotavirus :le bactériophage MS2, qui ne mesure que 27 nanomètres, un virus qui attaque les bactéries mais qui est inoffensif pour l'homme. En utilisant ce virus modèle, les scientifiques ont pu montrer que les virus présents dans l'eau s'adsorbent à la surface du filtre à des degrés divers selon le pH de l'eau. "Cela doit être pris en compte lors du développement de nouvelles technologies de traitement et de filtration de l'eau, " dit Graule.

Nanorevêtement poreux

Afin de développer des technologies de filtrage capables de capturer des virus à l'échelle nanométrique, Graule se concentre sur des matériaux composites fonctionnalisés de telle sorte qu'ils se lient spécifiquement aux virus. "Dans l'eau, la surface des particules virales est chargée négativement. Nous avons pu montrer comment les particules virales se fixent sur des surfaces chargées positivement, " explique-t-il. Par exemple, le chercheur travaille dans une équipe internationale sur des granulés céramiques à base d'oxyde d'aluminium, dont les granulés fins sont recouverts de couches nanométriques d'oxyde de cuivre. "Avec la céramique, la couche de cuivre hautement poreuse forme un matériau composite avec une surface spécifique chargée positivement et immensément grande, " dit Graule. Les chercheurs ont également pu enrober de minuscules nanotubes de carbone multicouches avec de l'oxyde de cuivre, permettant ainsi l'élimination du virus.

Afin de développer une technologie de filtrage rentable et durable, les chercheurs utilisent spécifiquement des matériaux valorisables après usage dans le sens d'un cycle de matériaux fermé. Il est également important qu'aucun composant du filtre ne soit lavé dans l'eau purifiée. À cette fin, des méthodes analytiques pour la nano-sécurité doivent encore être développées afin de déterminer le matériau composite le plus approprié. A la fin du projet, une technologie de filtrage devrait également être disponible pour le traitement de l'eau dans les pays en développement avec leur nombre particulièrement élevé de rotavirus et d'autres maladies d'origine hydrique.

À l'échelle mondiale, environ 3,4 millions de personnes, principalement des enfants dans des pays structurellement sous-développés, meurent chaque année de maladies d'origine hydrique. Parmi les agents pathogènes se trouvent les parasites unicellulaires, comme les amibes et les lamblia d'une taille allant jusqu'à 40 micromètres. Des bactéries telles que la salmonelle, qui causent la fièvre typhoïde, Les germes d'E. coli et les agents pathogènes du choléra sont significativement plus petits (0,5 à 6 micromètres), mais des agents pathogènes tout aussi puissants. Avec une taille de 25 à 80 nanomètres, soit environ 100 à 1000 fois plus petite, les virus sont les agents pathogènes les plus difficiles à filtrer de l'eau. Dans les pays en développement, la contamination de l'eau potable par les rotavirus est particulièrement répandue, suivi d'autres virus tels que les agents pathogènes qui causent l'hépatite et la polio.