Six ans après ses débuts, le silex, Michigan, La crise de l'eau reste l'une des urgences les plus médiatisées aux États-Unis.

Corrosion importante du fer et du plomb du système de distribution d'eau à Flint, couplé avec la libération de plomb, créé des plaintes « eau rouge », perte rapide de désinfectant chloré et épidémie de maladie du légionnaire qui a tué 12 personnes. Les agences étatiques et fédérales ont déboursé 450 millions de dollars d'aide jusqu'à présent. En août, l'État du Michigan a conclu un règlement par médiation dans une poursuite civile et devrait verser environ 600 millions de dollars aux victimes, dont beaucoup sont des enfants.

"L'histoire de Flint est un récit édifiant d'une mauvaise anticipation des risques, des actions trop peu trop tardives, réactionnaires et non motivés par des données scientifiques, " John R. Scully, Université de Virginie Charles Henderson a présidé le professeur de science et d'ingénierie des matériaux, mentionné. Scully est également rédacteur en chef technique de CORROSION Journal.

Dans un article publié le 8 septembre dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , Scully et Raymond J. Santucci, qui a obtenu son doctorat. du Département de science et génie des matériaux de l'UVA en 2019, aborder les questions scientifiques non résolues qui peuvent aider à éviter de futures catastrophes d'empoisonnement au plomb. L'empoisonnement au plomb dû à la dégradation des tuyaux en plomb est une menace omniprésente, et de futurs incidents sont probables.

"Cela demande un regard neuf, pour éviter de simplement regarder dans le rétroviseur et se concentrer plutôt sur ce qui se trouve autour de la courbe à venir, " dit Scully.

Les stratégies couramment proposées offrent un faux confort basé sur des tests d'eau clairsemés, règles de base, et des stratégies d'atténuation traditionnelles plutôt que par des principes scientifiques solides et rigoureusement remis en question, selon les auteurs de l'article.

"Nous devons mieux comprendre les facteurs scientifiques qui régissent la libération du plomb, et cela commence par une meilleure stratégie de test et une meilleure compréhension de certaines vérités fondamentales, " dit Scully.

Scully et Santucci soutiennent que les personnes qui gèrent et réglementent les réseaux d'eau publics devraient utiliser des données scientifiques pour prédire les risques de rejet de plomb. Les évaluations des risques fondées sur des données scientifiques devraient remplacer la dépendance actuelle à l'échantillonnage de l'eau, ce qui est imprécis et souvent trop tard pour éviter une catastrophe.

Un cadre prédictif de la corrosion du plomb permettrait aux organismes de réglementation et aux gestionnaires d'infrastructures d'anticiper les problèmes et de gérer le risque d'état de l'eau associé à un rejet inacceptable de plomb.

Santucci et Scully recommandent de meilleurs calculs et modèles thermodynamiques et cinétiques qui peuvent prédire la libération et l'accumulation de plomb. Les modèles proposés pourraient générer des évaluations des risques basées sur des données dynamiques telles que la chimie de l'eau, taux de réaction, mécanismes de formation de tartre et d'inhibiteur de corrosion, ainsi que la stagnation et l'écoulement de l'eau.

Les scientifiques citoyens peuvent aider à relever le défi de la collecte de données. "Tests précis et rapides, peut-être via des kits de test de téléphone portable, pourrait fournir plus de données en temps réel. À main, la technologie mobile qui permet aux citoyens de surveiller leur propre eau potable devrait déjà avoir progressé, " dit Scully.

Santucci et Scully illustrent comment la thermodynamique chimique peut prédire la formation de composés à base de plomb thermodynamiquement stables sur les surfaces des tuyaux en plomb. Certains composés forment des films avantageux qui pourraient agir comme des barrières cinétiques pour empêcher la corrosion et fonctionner pour séquestrer le plomb autrement soluble.

"Le développement d'un film stable dépend d'une certaine chimie d'équilibre, avec des conséquences pour le traitement des phosphates, " a déclaré Santucci. "Ajoutez plus de phosphate et vous pouvez éliminer plus de plomb soluble pour former un film protecteur de phosphate de plomb. Eliminer complètement le phosphate, et vous comptez alors sur l'espoir que d'autres composés de plomb (plomb-carbonate, -sulfate, -oxyde, etc.) peut supprimer les niveaux de plomb dont vous avez besoin, " ce qui n'est généralement pas le cas.

Dans l'eau traitée au phosphate, un film de plomb-phosphate se formera. « À partir de nos données, il est thermodynamiquement impossible de rester dans la plage acceptable de la règle du plomb et du cuivre de l'EPA sans un inhibiteur comme le phosphate. Mais il faut du temps pour que l'échelle se forme. Nous devons explorer de nouveaux produits chimiques inhibiteurs et agents modifiant la surface qui optimisent la couverture protectrice du tartre sur une paroi de tuyau, " a déclaré Santucci.

Les auteurs suggèrent également des idées tout à fait nouvelles à anticiper, surveiller et prévenir le plomb futur dans les crises de l'eau. L'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique pourraient aider à identifier les relations entre les conditions de l'eau et des conduites et les niveaux de plomb dans l'eau potable. Santucci et Scully proposent également une stratégie prometteuse consistant à utiliser l'analyse isotopique pour retracer les sources de plomb. "Cette stratégie améliorerait notre compréhension de la façon dont le plomb est libéré des tuyaux en plomb et d'autres sources pas si évidentes, qui manque cruellement, " indique leur papier.

Les fonctionnaires peuvent faire valoir que l'investissement dans la recherche scientifique et la modélisation est inutile parce que les tuyaux à base de plomb sont remplacés, bien qu'aux frais des propriétaires. Scully et Santucci sont en désaccord avec cette perspective. « Le remplacement total des lignes de service en plomb est un objectif merveilleux, but finding all sources of lead can be difficult, " Scully said.

Replacing lead in public water systems does not simply mean replacing lead pipes. Additional sources include lead-based solder used to join pipes together and commercial brass that commonly contains small amounts of lead, and lead ions that soak into the corrosion film of steel pipes over time. Partial replacement of lead pipes with other pipes such as steel or copper can actually increase lead release due to galvanic corrosion, a process where contact between two dissimilar metals causes protection of one and accelerated degradation of the other.

Santucci and Scully argue for holistic, kinetic models that incorporate the rate of lead release from all possible sources, under many real-world operating conditions.

"The root cause of the Flint water crisis can be found at the intersection of materials science, surface science, water chemistry and electrochemistry, " Scully said. "A better-informed society can prevent such disasters from happening in the future through improved risk assessment, anticipation and management of factors affecting lead release. We all have a part to play in averting future lead poisoning disasters."