L'atrazine est l'un des pesticides les plus utilisés en Amérique du Nord. Des chercheurs de l'Institut national de la recherche scientifique (INRS) ont mis au point une nouvelle méthode pour le dégrader qui associe un nouveau matériau nanostructuré et la lumière du soleil.

L'atrazine est présente dans tout l'environnement, même dans l'eau potable de millions de personnes à travers le pays. Les traitements conventionnels de l'eau ne sont pas efficaces pour dégrader ce pesticide. Les nouveaux processus sont plus efficaces, mais utilisez des produits chimiques qui peuvent laisser des sous-produits toxiques dans l'environnement.

Professeur My Ali El Khakani, un expert des matériaux nanostructurés, et le professeur Patrick Drogui, spécialiste de l'électrotechnique et du traitement de l'eau, ont uni leurs forces pour développer un nouveau procédé de dégradation écologique de l'atrazine, le moins chimique possible. « En travaillant en synergie, nous avons pu développer un procédé de traitement de l'eau que nous n'aurions jamais pu réaliser séparément. C'est une des grandes valeurs ajoutées de l'interdisciplinarité dans la recherche, " dit le professeur El Khakani, auteur principal de l'étude, dont les résultats sont publiés aujourd'hui dans la revue La catalyse aujourd'hui .

Les chercheurs utilisent un procédé existant, appelé photoélectro-catalyse ou PEC, qu'ils ont optimisés pour la dégradation de l'atrazine. Le processus fonctionne avec deux photoélectrodes (électrodes photosensibles) de charges opposées. Sous l'effet de la lumière et d'un potentiel électrique, il génère des radicaux libres à la surface des photoélectrodes. Ces radicaux interagissent avec les molécules d'atrazine et les dégradent. « L'utilisation de radicaux libres est avantageuse car elle ne laisse pas de sous-produits toxiques comme le ferait le chlore. Ils sont très réactifs et instables. Comme leur durée de vie est très courte, ils ont tendance à disparaître rapidement, " explique le professeur Drogui, qui est co-auteur de l'étude.

Les défis des matériaux

Pour réaliser des photoélectrodes (électrodes photosensibles), Le professeur El Khakani a choisi l'oxyde de titane (TiO 2 ), une matière très abondante, chimiquement stable, et utilisé dans de nombreuses applications, y compris le pigment blanc dans les peintures ou les écrans solaires. D'habitude, ce matériau semi-conducteur convertit l'énergie lumineuse fournie par les rayons UV en charges actives. Afin de profiter de l'ensemble du spectre solaire, c'est-à-dire la lumière visible en plus des UV, Le professeur El Khakani a dû rendre les films de TiO2 sensibles à la lumière solaire visible. À cette fin, son équipe a modifié l'oxyde de titane à l'échelle atomique en incorporant des atomes d'azote et de tungstène à l'aide d'un procédé plasma. Ce dopage réduit l'énergie photonique requise pour déclencher la PEC dans ces nouvelles photoélectrodes.

Le procédé PEC étant véritablement un phénomène de surface, le traitement d'un volume important nécessite une grande surface des photoélectrodes. Pour ça, L'équipe du professeur El Khakani a exploité les avantages de la nanostructuration de la surface des photoélectrodes. "Au lieu d'avoir une surface plane, imaginez le sculpter à l'échelle nanométrique pour créer des vallées et des montagnes. Cela augmente la surface active disponible sans changer la surface physique. C'est ce qu'on appelle la nanostructuration. Ainsi, la surface active est augmentée artificiellement de plusieurs milliers de fois par rapport à la surface physique. Avec 1 g de matière, surfaces actives entre 50 et 100 m ² peut être réalisé—c'est à peu près la surface d'un appartement, ", explique le professeur El Khakani.

L'efficacité du nouveau procédé et ses limites

Une fois les photoélectrodes développées et intégrées dans un réacteur PEC, L'équipe du professeur Drogui a optimisé le processus. Son équipe a d'abord utilisé des échantillons d'eau déminéralisée additionnée d'atrazine. La PEC avec la photoélectrode a éliminé environ 60 pour cent du pesticide après 300 minutes de traitement. Les chercheurs sont ensuite passés à de vrais échantillons d'eau prélevés dans la rivière Nicolet (QC, Canada) à proximité de zones de cultures intensives de maïs et de soja où les herbicides sont souvent utilisés.

Lors de l'utilisation d'échantillons d'eau réels, seulement 8 pour cent de l'atrazine ont été dégradés initialement. Ce faible pourcentage est dû à la présence de particules en suspension qui empêchent une grande partie de la lumière d'atteindre la photoélectrode. En outre, les espèces présentes dans la solution peuvent se fixer à l'électrode réduisant ainsi sa surface active. Capitalisant sur son expertise en dépollution des eaux, L'équipe du professeur Drogui a réalisé des prétraitements basés sur la coagulation et la filtration de certaines espèces avant d'appliquer à nouveau l'approche PEC. Ils ont ensuite réussi à dégrader 38 à 40 pour cent d'atrazine dans les échantillons réels.

L'efficacité du traitement reste relativement faible par rapport à l'eau de synthèse car l'eau réelle contient des bicarbonates et des phosphates qui piègent les radicaux libres et les empêchent de réagir avec l'atrazine. « Le prétraitement par coagulation chimique permet d'éliminer les phosphates, mais pas les bicarbonates. Du calcium pourrait être ajouté pour les précipiter, mais nous voulons minimiser l'utilisation de produits chimiques, " dit le professeur Drogui.

Selon les auteurs, leur nouveau PEC optimisé pourrait être utilisé comme traitement tertiaire, après élimination des particules en suspension et des espèces coagulables. Cependant, une étape de démonstration préindustrielle est nécessaire avant d'envisager une utilisation à grande échelle. Finalement, leur procédé a été utilisé pour dégrader l'atrazine, mais les deux équipes continuent de travailler ensemble pour lutter contre d'autres polluants émergents et résidus d'antibiotiques dans l'eau.