Astucieux, l'ingénierie fondamentale pourrait contribuer grandement à prévenir les maladies d'origine hydrique et l'exposition aux substances cancérigènes dans l'eau.

La plupart d'entre nous sont habitués à ouvrir un robinet et à faire sortir de l'eau. Nous nous demandons rarement si cela se produira ou si l'eau est suffisamment propre pour se baigner ou boire. Bien que le processus de maintien de la qualité de l'eau soit pratiquement invisible pour la plupart d'entre nous, éliminer les bactéries et les contaminants de l'eau nécessite beaucoup d'efforts de la part des humains et des systèmes de traitement.

Mohamed Alizadeh Fard, doctorant au département de génie civil et environnemental de Michigan Tech, et Brian Barkdoll, professeur de génie civil et environnemental, développent des low-tech, des solutions abordables pour améliorer la qualité de l'eau dans les réservoirs d'eau municipaux, et éliminer les micropolluants de l'eau en utilisant des matériaux renouvelables.

Leurs recherches ont été publiées dans trois revues : Journal de génie hydraulique , Journal des liquides moléculaires , et Colloïdes et surfaces A —avec un quatrième article en attente d'examen. Leur travail prouve que les solutions aux problèmes épineux peuvent être élégantes dans leur simplicité.

Un élégant, Solution low-tech

Dans les communautés à travers le pays, il y a de grands réservoirs de stockage d'eau pour la consommation municipale. Beaucoup de ces réservoirs ont une ligne pour alimenter le réservoir en eau, et une sortie de ligne. Cependant, ces lignes d'entrée et de sortie sont fréquemment au fond du réservoir. Bien que les réservoirs soient remplis quotidiennement, l'eau en haut du réservoir n'est jamais utilisée et devient stagnante. Même si de nombreux approvisionnements en eau municipaux sont traités au chlore, la couche d'eau supérieure peut devenir un terrain fertile pour les bactéries, les algues ou les maladies d'origine hydrique, tels que Giardia et E. coli.

"Si l'eau ne bouge pas, (bactéries et algues) peuvent commencer à se développer, " dit Barkdoll. " Ce n'est peut-être pas à l'origine de la source d'eau; ça peut venir du ciel. Ou le chlore dans l'eau stagnante pourrait être épuisé après un certain temps. Vous voulez que l'eau continue de bouger, surtout dans les régions chaudes du pays."

Mais s'il y a un grand incendie dans la communauté ou la campagne environnante, le réservoir d'eau est fortement sollicité, et les gens boivent alors l'eau stagnante.

"Donc, quand tu as un feu, toute l'eau stagnante sort dans la maison de tout le monde, " dit Barkdoll. " Après un incendie, les gens tombent malades, c'est une chose connue. C'est le problème que nous essayons de résoudre."

Pour remédier au problème, Alizadeh Fard et Barkdoll ont créé des accessoires en forme de pomme de douche qui peuvent être ajoutés à des réservoirs d'eau nouveaux ou existants pour un coût minimal. Ajout d'un arroseur en tuyau PVC en haut du réservoir, et un arroseur inversé en fond de cuve, injecte de l'eau dans le système et maintient toute l'eau en circulation. Alizadeh Fard et Barkdoll ont publié leur article sur ce système simple mais efficace dans le Journal of Hydraulic Engineering du 15 mars. Ils espèrent que ce sera une solution low-tech facile à adopter pour les responsables de la qualité de l'eau.

Menace invisible :les micropolluants

Mais les contaminants organiques ne sont pas la seule source d'eau contaminée. Peu de systèmes municipaux sont équipés pour traiter les micropolluants, tels que les produits pharmaceutiques, les hormones, microplastiques, nanoparticules dans les chaussettes et polaires synthétiques, et des composés antifongiques, voire des types de déchets industriels présents à de très faibles concentrations. Malgré les petites quantités - de simples microgrammes - de ces polluants dans l'eau, ils ont toujours des effets cancérigènes sur les humains et les créatures aquatiques. Rénover les stations d'épuration pour filtrer les micropolluants coûte cher, conduisant Barkdoll et Alizadeh Fard à explorer des solutions potentielles.

« Ces contaminants ont des effets à long terme sur la santé, " dit Alizadeh Fard. " La plupart de nos stations d'épuration n'ont pas été conçues pour les retirer de l'eau, il est donc important de trouver une solution fiable pour résoudre le problème."

Les chercheurs ont eu l'idée d'adsorber les polluants de l'eau. L'adsorption se produit lorsque les molécules adhèrent essentiellement à une surface. La première méthode testée par Alizadeh Fard et Barkdoll consistait à utiliser des nanoparticules magnétiques enrobées de polymère pour adsorber le Tonalide (utilisé pour masquer les odeurs et souvent présent dans les détergents), Bisphénol-A (mieux connu sous le nom de BPA, utilisé pour rendre les plastiques clairs et résistants), Triclosan (un agent antibactérien et antifongique utilisé dans les produits d'entretien qui est désormais interdit), Le métolachlore (un herbicide), Kétoprofène (un anti-inflammatoire) et Estriol (un supplément d'œstrogène).

Les nanoparticules magnétiques recouvertes de polymère étaient les plus efficaces pour adsorber le kétoprofène et le BPA, éliminer les polluants en 15 minutes avec une efficacité de 98 et 95 pour cent, respectivement, avec seulement 0,1 milligramme d'adsorbant.

Mais que se passe-t-il une fois que les nanoparticules ont fait leur travail ? Parce que l'adsorbant est magnétique, les chercheurs peuvent utiliser des aimants pour retirer les nanoparticules de l'eau.

Barkdoll et Alizadeh Fard disent que l'un des éléments clés de leur travail est que les adsorbants sont réutilisables une fois rincés avec une solution de méthanol réparatrice. Dans le laboratoire, les nanoparticules recouvertes de polymère ont été restaurées et réutilisées cinq fois avant de voir leur efficacité diminuer.

Les chercheurs ont également utilisé des nanotubes de carbone magnétiques et du charbon actif comme absorbants. Pendant les essais en laboratoire, les nanoparticules enrobées de polymère se sont jusqu'à présent avérées les plus efficaces.

Prochaines étapes :Validation empirique de la recherche

Les chercheurs disent que la prochaine phase consiste à étendre l'utilisation dans les usines de traitement de l'eau. L'élimination des micropolluants de l'eau à l'aide d'une technologie durable et abordable offre le potentiel de protéger la santé humaine et aquatique sans rénover coûteusement les usines de traitement.

Malheureusement, certains des plus grands problèmes de l'humanité sont ceux de leur propre fabrication. Mais les technologies pionnières et de validation pour résoudre les problèmes créés par l'homme ont longtemps été providentielles et continueront sans aucun doute.

« Les ingénieurs civils et environnementaux devront gérer tout ce que la société nous remet, " dit Alizadeh Fard. " Il va falloir éliminer les nanoparticules, et d'autres choses comme les opioïdes. C'est un sujet dont nous devons également discuter politiquement et socialement."