Sans le savoir, la plupart des Américains comptent chaque jour sur une classe de produits chimiques appelés substances per- et polyfluoroalkyles, ou PFAS. Ces matériaux synthétiques ont des qualités uniques qui les rendent extrêmement utiles. Ils repoussent à la fois l'eau et la graisse, on les retrouve donc dans les emballages alimentaires, tissu imperméable, tapis et peinture murale.

Les PFAS sont également pratiques lorsque les choses chauffent. Les consommateurs apprécient cette propriété dans les poêles à frire antiadhésives. Les agences gouvernementales et l'industrie les utilisent depuis des décennies pour éteindre les incendies dans les aéroports et les installations de stockage de carburant.

Cependant, l'utilisation généralisée des PFAS a conduit à une contamination importante des systèmes publics d'approvisionnement en eau. Aujourd'hui, ces substances peuvent être trouvées dans le sérum sanguin de presque tous les résidents américains. L'exposition aux PFAS a été liée au cancer du rein et des testicules, ainsi que le développement, immunitaire, problèmes hormonaux et autres problèmes de santé.

Mais les retirer de l'environnement n'est pas facile. Les liaisons chimiques entre le fluor et le carbone – l'épine dorsale des molécules de PFAS – sont extrêmement fortes. Les PFAS peuvent être retirés de l'eau en les filtrant, mais les filtres usagés doivent être éliminés par la suite, et la mise en décharge ne fait que transférer le problème à un autre endroit. La meilleure solution au problème est de décomposer complètement les PFAS - et sur ce point, nous faisons des progrès.

Nettoyage électrochimique de l'eau

Des études ont montré qu'une méthode appelée oxydation électrochimique est un moyen efficace d'éliminer les PFAS des eaux usées. Il fonctionne en faisant passer un courant électrique continu entre les électrodes, qui sont des plaques métalliques conductrices. Lorsque la tension est suffisamment élevée, Les molécules de PFAS cèdent un électron à l'électrode positive. Cela déclenche une réaction en chaîne qui transforme les PFAS en dioxyde de carbone et en fluorure.

Ce processus est relativement facile dans un laboratoire, mais le réaliser à l'échelle du terrain est un tout autre défi. Typiquement, le but serait d'enlever les PFAS qui se sont répandus et se sont imbibés dans la terre, contaminer les nappes phréatiques.

Nous pouvons pomper les eaux souterraines contaminées jusqu'à la surface et à travers un réacteur, mais la plupart des contaminants qui contiennent du carbone - y compris certains des nombreux types de molécules de PFAS - adhèrent au sol et ne sont libérés que lentement. Cela peut prendre des années voire des décennies de pompage pour traiter une grande zone contaminée. Les approches qui traitent les contaminants sous terre au lieu de les pomper à la surface sont souvent moins chères.

Lors de recherches antérieures sur un ancien site de stockage de munitions à Pueblo, Colorado, nous avons démontré qu'il était possible de traiter des eaux souterraines contaminées par des explosifs en les faisant passer à travers une barrière électrolytique. Pour faire ça, nous avons enfoncé des électrodes à mailles qui ressemblaient à des moustiquaires dans une tranchée. Les eaux souterraines contaminées se sont déplacées naturellement à travers ces électrodes à mailles, où un courant électrique décomposait les polluants qu'il contenait.

Ce processus nécessite environ 5 à 15 volts d'électricité, soit à peu près la quantité fournie par une batterie de voiture. Dans les régions éloignées, cette énergie peut provenir de panneaux solaires. Avec une bonne gestion, les barrières électrolytiques peuvent décomposer les polluants pendant plusieurs années.

Intensifier le traitement des PFAS

Nos recherches actuelles visent à appliquer la technologie de barrière électrolytique au traitement de l'eau contaminée par les PFAS. Mais les PFAS sont plus difficiles à dégrader que les polluants du site de Pueblo.

La première étape consiste à identifier des électrodes plus puissantes. Les électrodes peuvent être revêtues de divers matériaux, dont le titane, l'étain et bien d'autres oxydes métalliques. Les propriétés des revêtements de surface des électrodes détermineront à quelle vitesse ils dégradent les contaminants.

Jusqu'à présent, nous avons utilisé un treillis en titane expansé recouvert d'un mélange d'oxydes d'iridium et de tantale. Ces électrodes sont largement utilisées pour protéger les tuyaux en acier inoxydable de la rouille, donc ils sont abordables, se vendant environ 40 $ US le pied carré. Le coût est un facteur important à prendre en compte car les électrodes peuvent représenter une part importante du coût total de l'installation.

Revêtements d'oxyde d'iridium et de tantale, cependant, sont très lents à dégrader les PFAS. Nos investigations préliminaires ont montré que les électrodes à mailles recouvertes d'oxyde d'étain sont beaucoup plus efficaces. Actuellement, les électrodes en oxyde d'étain sont des matériaux de recherche sur mesure, et donc beaucoup plus cher que les oxydes d'iridium et de tantale. Mais comme le coût de l'étain est nettement inférieur à celui des deux autres, nous nous attendons à ce que les prix baissent une fois que ces électrodes seront produites en plus grand nombre.

En outre, Dr Shaily Mahendra à l'Université de Californie, Los Angeles et ses collaborateurs ont découvert un champignon pourrissant le bois qui s'est révélé prometteur dans la transformation de certaines espèces de PFAS. Ces champignons ont besoin d'oxygène pour respirer, mais il y a généralement très peu d'oxygène dans les eaux souterraines. Heureusement, les électrodes que nous utilisons pour décomposer les contaminants décomposent également les eaux souterraines qui les entourent, et ce processus génère de l'oxygène.

Nous envisageons ainsi de coupler oxydation électrochimique et dégradation biologique, en utilisant le champignon vivant pour aider à décomposer le PFAS. Nos travaux préliminaires sur un autre polluant organique persistant appelé 1, Le 4-dioxane a montré que la dégradation s'accélère lorsque ces deux processus travaillent ensemble. À la fois, la tension qui est envoyée à travers les électrodes peut être abaissée. Des tensions inférieures signifient des coûts d'énergie inférieurs, durée de vie plus longue des électrodes et moins de formation de sous-produits de désinfection. Ce sont des composés indésirables et potentiellement nocifs qui peuvent se former à partir de substances naturellement présentes dans l'eau, comme le chlorure.

Existe-t-il des alternatives ?

Même avec l'émergence du traitement électrochimique de l'eau, La dégradation des PFAS reste difficile. Les PFAS étant extrêmement stables et largement utilisés, ils sont maintenant distribués dans le monde entier.

Les chercheurs développent des moyens de remplacer les PFAS dans certains produits, comme les mousses anti-incendie. Dans de nombreux autres produits de consommation, les fabricants remplacent simplement les plus grosses molécules de PFAS par des plus petites. Cependant, ce n'est pas une solution complète. On pense que les PFAS plus petits s'accumulent moins dans les tissus biologiques, mais ils se propagent aussi plus facilement dans l'environnement.

L'exposition aux produits chimiques est un prix que nous payons pour les commodités de la vie moderne. Finalement, l'étendue de la présence de PFAS dans l'environnement dépendra en grande partie des choix des consommateurs et de la rapidité avec laquelle nous pourrons remplacer ces produits chimiques par des alternatives plus sûres. Pour l'instant, cependant, nous avons besoin de moyens plus efficaces pour les éliminer du sol, les eaux souterraines et d'autres endroits où elles menacent la santé humaine et l'environnement.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.