Une fois qu'une source d'eau est contaminée, elle peut être coûteuse et difficile à assainir. Les remèdes naturels peuvent prendre des centaines d'années et ne parviennent toujours pas à éliminer tous les contaminants dangereux. Lorsqu'il s'agit de problèmes de santé publique mondiaux comme celui-ci, le besoin de solutions nouvelles et sûres est urgent. John Fortner conçoit des solutions à partir de zéro pour y parvenir.

Fortner, professeur agrégé de génie chimique et environnemental, dirige l'un des rares laboratoires aux États-Unis à étudier l'intersection entre la science des matériaux et le génie environnemental. Là, les matériaux synthétisés directement en laboratoire, qu'il s'agisse de nanoparticules magnétiques, de composites à base de graphène ou de catalyseurs hyperthermiques, sont soigneusement conçus pour traiter les contaminants dans les sources d'eau.

Fortner a toujours été attiré par l'amélioration de la santé publique par des voies environnementales. Il a d'abord envisagé une carrière en médecine lorsqu'il a découvert le domaine de l'ingénierie environnementale.

"J'ai suivi un cours de bioremédiation et je suis devenu fasciné par l'ingénierie des systèmes biologiques pour décomposer les contaminants in situ", a déclaré Fortner.

À l'époque, la recherche traditionnelle en génie de l'environnement se concentrait sur l'utilisation de microbes - des organismes biologiques à l'échelle microscopique - pour dégrader les contaminants dans les flux d'eaux usées industrielles. Après avoir suivi des cours qui combinaient son intérêt pour la biologie avec les systèmes d'ingénierie appliqués, Fortner a trouvé sa « forme » et est rapidement passé à l'ingénierie environnementale.

Bien qu'omniprésente aujourd'hui, la recherche sur les nanomatériaux est un domaine relativement nouveau. À la fin du 20e siècle, le développement de technologies d'imagerie avancées a permis aux scientifiques d'étudier les nanomatériaux pour la première fois. En 1989, 15 ans après l'invention du terme « nanoscience », la première entreprise de nanotechnologie a commencé à commercialiser des nanostructures. En 2001, lorsque Fortner est entré à l'école doctorale, les nanomatériaux avaient été industrialisés en informatique et en génie biomédical.

Par rapport à leurs homologues plus grands, les nanomatériaux présentent des avantages, tels que l'accordabilité et/ou la réactivité unique, découlant de leurs tailles incroyablement petites et de leurs propriétés inédites. Comme le dit Fortner, « les nanomatériaux ont le potentiel de faire ce que les matériaux traditionnels ne peuvent tout simplement pas faire ».

En 1985, les chimistes de Rice ont découvert un nouvel allotrope de carbone, le buckminsterfullerène (appelé fullerènes ou "buckyballs"), ce qui les a conduits à un prix Nobel de chimie en 1996 et a déclenché un boom de la nanotechnologie chez Rice et au-delà. Grâce à cela, le Center for Biological and Environmental Nanotechnology, un centre de recherche financé par la NSF, a été fondé à Rice lorsque Fortner a commencé ses études supérieures. Là, il a travaillé avec des collaborateurs pour comprendre le comportement des nanomatériaux dans l'environnement, avec son doctorat. thèse portant sur les fullerènes dans les systèmes naturels. À l'époque, on en savait très peu sur le sujet, ce qui a conduit à plusieurs découvertes passionnantes qui sous-tendent le domaine émergent des nanotechnologies environnementales.

"A l'époque, il y avait tellement de choses à explorer", a déclaré Fortner. "Au-delà de la compréhension du comportement fondamental des nanomatériaux dans l'environnement, il était clair qu'il existait des opportunités fantastiques d'appliquer les nanomatériaux à des problèmes environnementaux critiques dans la détection et le traitement (remédiation de la pollution)… pour aider à rendre la vie des gens plus saine grâce à un environnement meilleur et plus propre. "

Peu de temps après l'obtention de son diplôme, Fortner a rejoint la faculté de l'Université de Washington à St. Louis où il a étudié les mécanismes fondamentaux impliqués dans la synthèse et la réactivité des nanostructures. Il était particulièrement intéressé à comprendre comment les nanoparticules dégradent les contaminants différemment des systèmes traditionnels et si les nanoparticules ont des applications au-delà de l'industrie de l'eau.

Pendant son séjour à l'Université de Washington, il a été membre du Centre international pour l'énergie, l'environnement et la durabilité, où il a collaboré avec d'autres chercheurs pour développer des nanotechnologies pour une gamme d'applications, notamment de nouvelles membranes de traitement de l'eau et des technologies de détection.

"C'était un endroit merveilleux pour commencer une carrière de chercheur indépendant", a déclaré Fortner. "J'y ai développé des collaborations incroyables, qui m'ont poussé encore plus vers le côté fondamental de la chimie et de la science des matériaux."

Fortner a rejoint la faculté du département de génie chimique et environnemental de Yale en 2019. Dans le laboratoire Fortner, presque tout est créé à partir de zéro :les chercheurs conçoivent et synthétisent des nanoparticules, des composites multicomposants et des revêtements fonctionnels associés pour résoudre les problèmes environnementaux liés à l'eau.

L'une de ses collaborations les plus récentes porte sur les contaminants perfluoroalkyliques (PFAS), qui sont des structures de carbone fluoré présentes dans de nombreux produits de consommation allant des emballages de restauration rapide aux casseroles en téflon en passant par les mousses anti-incendie. Étant donné que ces produits ont été conçus pour ne pas réagir à la plupart des produits chimiques ou aux températures élevées, les contaminants PFAS ne peuvent pas être traités à l'aide de procédés de traitement biologique conventionnels. Pour lutter contre ces "produits chimiques éternels", le laboratoire de Fortner, en collaboration avec Kurt Pennell de l'Université Brown et Natalie Capiro de l'Université d'Auburn, a conçu des nanoparticules superparamagnétiques, qui sont spécialement recouvertes de sorbants. Ils ont découvert que lorsque ces nanoparticules modifiées sont dispersées dans une source polluée, les contaminants sont attirés par des groupes fonctionnels spécifiques sur la molécule. Les particules, ainsi que les contaminants, peuvent ensuite être collectés à l'aide d'un champ magnétique et le PFAS concentré peut être éliminé. Cette stratégie permet de gérer de très gros volumes de médias de manière ciblée et économe en énergie.

"C'est incroyable", a déclaré Fortner. "Nous pouvons sorber une quantité importante de PFAS sur une particule et utiliser simplement un aimant pour l'enlever. C'est une bonne façon d'aller "pêcher" pour éliminer le PFAS, ou d'autres contaminants, d'une source d'eau polluée."

Comparé à d'autres laboratoires de recherche autour de Yale, le Fortner Lab est une force petite mais puissante. Actuellement six doctorats. les étudiants sont encadrés par Fortner, en plus de deux chercheurs postdoctoraux. La petite taille du groupe lui permet de travailler individuellement avec les étudiants, leur permettant ainsi de s'approprier réellement les projets de recherche. Susanna Maisto, titulaire d'un doctorat de première année en génie de l'environnement. étudiant, décrit le groupe de recherche comme « solidaire, accueillant et collaboratif ».

"Le Dr Fortner a un excellent style de mentorat ; il fournit toujours le soutien dont vous avez besoin, mais ne dépasse jamais les limites." dit Maisto. "Il vérifie souvent que nous prospérons à l'intérieur et à l'extérieur du laboratoire." + Explorer plus loin

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