De nombreuses substances dangereuses s'infiltrent des décharges dans le sol et les eaux souterraines, menaçant la santé humaine et l'environnement. Cependant, les méthodes actuelles de surveillance de ces substances sont lourdes et peuvent créer des produits chimiques dangereux supplémentaires.

Une méthode connue sous le nom de spectroscopie de rupture induite par laser (LIBS) offre un approche plus rapide et plus simple que les technologies existantes pour détecter les contaminants dans les fluides provenant des décharges, connus sous le nom de lixiviats. Dans le journal de la Société d'optique Optique appliquée , une équipe de chercheurs travaillant dans la société brésilienne Embrapa Instrumentation rapporte des améliorations à la technologie LIBS et confirme que LIBS peut être utilisé pour détecter le mercure dans les lixiviats.

"LIBS est une technique écologiquement propre et sans résidus chimiques, par rapport aux techniques de référence standards actuellement utilisées pour le même type d'analyse, " a déclaré Carlos Menegatti, Université de São Paulo, Brésil, et le premier auteur de l'article. "De plus, LIBS est une technique beaucoup plus rapide et ne nécessite pas de pré-préparation des échantillons."

Analyser les lixiviats des décharges

Lorsque l'eau de pluie s'écoule dans une décharge, il capte divers types de contaminants dissous et en suspension. Les gestionnaires de décharges doivent collecter et traiter ce fluide avant qu'il ne puisse entraîner la pollution dans le sol environnant. Pour savoir quelles méthodes de traitement employer, les gestionnaires s'appuient sur des tests qui détectent les contaminants spécifiques présents, qui doit être ramenée en deçà des seuils de concentration légaux.

Le mercure est l'un des contaminants les plus dangereux trouvés dans le lixiviat des décharges. Il nuit à la faune et a été associé à des problèmes neurologiques et de développement chez l'homme. La plupart des normes environnementales exigent que le mercure soit réduit à moins de 0,5 partie par million (ppm); on le trouve souvent dans les lixiviats de prétraitement à des concentrations de 0,05 à 160 ppm.

Les techniques actuelles de détection du mercure et d'autres contaminants métalliques dans les lixiviats comprennent la spectroscopie d'absorption atomique, fluorescence aux rayons X, la spectroscopie d'émission atomique à plasma à couplage inductif et la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif. Bien que ces techniques soient très précises, ils nécessitent une préparation laborieuse des échantillons, rendant impossible l'acquisition des résultats des tests en temps réel. Certaines de ces techniques génèrent également des déchets chimiques.

La nouvelle étude est la première à appliquer LIBS à la détection du mercure dans le lixiviat des décharges. Dans LIBS, un échantillon est ciblé avec une impulsion laser intense, qui génère un plasma très chaud. La lumière émise par ce plasma est ensuite captée et mesurée par un spectromètre, qui peut être calibré pour détecter les signatures chimiques de contaminants spécifiques.

Affiner la configuration LIBS

Le système LIBS conventionnel n'est pas suffisamment sensible pour détecter le mercure aux niveaux de concentration pertinents pour le lixiviat des décharges. Pour surmonter cette limite, les chercheurs ont utilisé une configuration à double impulsion dans laquelle une série de deux impulsions laser cible l'échantillon, générant un plasma encore plus intense. Cela augmente la quantité de lumière émise par le plasma, ce qui améliore la sensibilité de détection.

"C'était la première fois que le LIBS à double impulsion était appliqué pour mesurer le mercure dans un échantillon solide, " a déclaré Menegatti. " Il est bien établi dans la littérature que le LIBS à double impulsion a plus de sensibilité que le LIBS à impulsion unique, nous avons donc atteint de meilleures limites de détection dans les échantillons solides que les travaux précédents."

L'approche à double impulsion a également permis d'utiliser une raie d'émission différente (la région du spectre d'émission utilisée par les scientifiques pour identifier un produit chimique d'intérêt spécifique) pour détecter le mercure. La raie d'émission proche de 253 nanomètres (nm) est souvent utilisée pour détecter le mercure, mais quand le fer est également présent, la raie d'émission du fer peut provoquer des interférences à 253 nm, nécessitant une analyse plus complexe des données pour séparer l'empreinte du mercure de celle du fer. L'utilisation du laser à double impulsion permet d'observer une raie d'émission de mercure différente proche de 194 nm, évitant ainsi les interférences avec la raie d'émission du fer.

L'équipe a testé expérimentalement son système à l'aide de lixiviat contenant du mercure. La plus faible concentration de mercure détectable dans leurs tests était de 76 ppm. Les chercheurs ont déclaré que des améliorations supplémentaires devraient permettre la détection de niveaux inférieurs de mercure, finalement à 5 ppm ou moins, afin que le système soit utile pour assurer le respect des normes légales. Dans les expériences de validation, le système a montré une erreur moyenne d'environ 20 pour cent, ce qui, selon les chercheurs, devrait être satisfaisant pour quantifier le mercure dans le lixiviat des décharges.

Prochaines étapes

Les chercheurs prévoient d'affiner davantage l'instrumentation LIBS afin d'améliorer la capacité de détecter le mercure à des concentrations plus faibles et de quantifier plus précisément la quantité de mercure présente. En outre, bien que le mercure ait été au centre de cette démonstration de validation de concept, le système pourrait être calibré pour mesurer les signatures chimiques de contaminants autres que le mercure.

"Ce concept peut être appliqué à d'autres éléments chimiques, " a déclaré Menegatti. " Selon le type d'échantillon, vous pouvez choisir des lignes plus appropriées pour éviter les interférences dans le spectre causées par les lignes d'émission d'autres éléments."