En plus de fournir de la vitamine D, aider les fleurs à pousser et créer l'excuse parfaite pour aller à la plage, la lumière du soleil aide également à décomposer les produits chimiques dans les cours d'eau, lacs et rivières. Des chercheurs de l'Université technologique du Michigan ont développé un modèle d'oxygène singulet pour calculer comment certains produits chimiques se décomposent dans les eaux de surface.

Alors que les piscines utilisent des carreaux bleus pour imiter la couleur des Caraïbes, la plupart des eaux de surface sont jaunes ou brunes. Par exemple, Chutes de Tahquamenon, une destination populaire de la péninsule supérieure, est connue pour la couleur caramel de ses chutes. Cette couleur provient des débris de feuilles et d'écorce qui produisent des tanins—polyphénols, ou des composés organiques naturellement présents dans les plantes. Ce sont ces débris qui absorbent la lumière du soleil et créent l'oxygène singulet qui dégrade les contaminants.

Cette espèce réactive de l'oxygène provoque ce qu'on appelle la transformation photochimique, un processus dans lequel les matériaux légers et oxydants produisent des réactions chimiques. Mais combien de temps faut-il pour qu'un produit chimique particulier se décompose sous cet assaut ensoleillé et végétatif ?

Comprendre combien d'heures ou de jours il faut à un contaminant particulier pour se décomposer à mi-chemin aide les ingénieurs et scientifiques de l'environnement à protéger nos cours d'eau. Connaître la demi-vie d'un produit chimique particulier aide les gestionnaires de ressources à estimer si ce produit chimique s'accumule ou non dans l'environnement.

Daisuke Minakata, professeur agrégé de civil, ingénierie environnementale et géospatiale à Michigan Tech, a développé un modèle complet d'activité réactive qui montre comment les mécanismes de réaction de l'oxygène singulet se comportent contre un groupe diversifié de contaminants et calcule leur demi-vie dans un environnement aquatique naturel.

"Nous avons testé 100 bio différents, composés structurellement divers, " dit Minakata. " Si nous connaissons la réactivité entre l'oxygène singulet et les contaminants, nous pouvons dire combien de temps il faudra pour dégrader une structure spécifique d'un contaminant jusqu'à la moitié de la concentration."

Les collaborateurs de Minakata sont les étudiants diplômés Benjamin Barrios, Benjamin Mohrhardt et Paul Doskey, professeur au Collège des ressources forestières et des sciences de l'environnement. Leurs recherches ont été publiées cet été dans la revue Sciences et technologies de l'environnement .

Le soleil oxyde et dégrade les produits chimiques toxiques

Le taux d'oxydation chimique provoquée par la lumière indirecte du soleil est unique à la masse d'eau; chaque lac, rivière ou ruisseau a son propre mélange distinct de matière organique. Et parce que le processus ne se déroule pas dans le noir, la quantité de lumière solaire qu'un plan d'eau reçoit affecte également les réactions. Par exemple, l'oxygène singulet joue un rôle partiel dans la dégradation des toxines dans les proliférations d'algues nuisibles et dans la décomposition de l'excès d'azote et de phosphore produits par le ruissellement agricole.

Les espèces réactives de l'oxygène ont également des avantages au-delà de nos lacs et rivières préférés.

« L'oxygène singulet peut être utilisé pour la désinfection des agents pathogènes, " Minakata a déclaré. "Il peut oxyder les produits chimiques dans l'eau potable ou les traitements des eaux usées. Il existe de nombreuses façons d'utiliser cet oxydant chimique puissant à de nombreuses fins dans nos vies."

Aller au-delà des réactions envers les sous-produits

Avec les calculs de demi-vie établis par le modèle de Minakata, l'équipe de recherche prévoit d'étudier plus avant les sous-produits produits par les réactions chimiques/oxygène singulet, en vue de prédire si les sous-produits eux-mêmes seront toxiques. En comprenant les étapes de dégradation, Minakata et son équipe peuvent développer un modèle étendu pour prédire la formation de sous-produits solaires et comment les interactions recommencent.

Finalement, une compréhension complète des demi-vies des nombreux produits chimiques qui s'infiltrent dans nos sources d'eau est une étape vers la garantie d'une eau propre à usage humain.