Capteurs fluorescents à base de liquides ioniques à tâche spécifique pour la quantification de traces de métaux lourds dans l’eau - Fluosensors based on task specific ionic liquids for quantification of heavy metals in water – FLUOSENSIL

La Directive Cadre Européenne 2000/60/EC (DCE/2000) et ses déclinaisons nationales traduisent le formidable enjeu que représente l'objectif de la restauration des milieux d'ici 2015, et plus particulièrement les concepts de bon état chimique des eaux et de bon état écologique , qu'elle impose. La mise en application de ces textes réglementaires est un puissant moteur pour le développement nécessaire d'outils de mesure, contrôle et surveillance des performances environnementales. Or, cette évaluation requiert une métrologie adaptée à des situations spatio-temporelles variables et même parfois largement imprévisibles induisant des spécificités d'échelle spatio-temporelle non prises en compte par les méthodes actuelles d'analyse en laboratoire (mesures nécessairement différées). Parmi les polluants à détecter, les éléments traces, spécialement les métaux lourds (plomb, mercure, cadmium), sont considérés comme une des principales sources de pollution dans l'environnement, puisqu'ils présentent, même à faible dose, une toxicité à long terme. Dans le cadre de la DCE 2000/60/EC les valeurs provisoires retenues (DCE/2005/14) définissant le bon état chimique des eaux vont de 0,4 µg/l pour le plomb, 1 µg/l pour le mercure et jusqu'à 5 µg/l pour le cadmium. Ces valeurs peuvent être considérablement réduite pour les « eaux de très bonne qualité » (SEQ-EAU) : < 0,007 µg/l pour le mercure et < 0,004 µg/l pour le cadmium.Dans ce contexte, ce projet concerne la conception et la réalisation d'un microdispositif intégré portable peu onéreux et permettant la détection quantitative et sélective de métaux lourds (plomb, mercure, cadmium) avec une sensibilité compatible avec les concentrations maximales admissibles exigées par les normes européennes. L'analyse de l'eau sera ainsi effectuée sur des petits volumes et en continu à l'aide de microsystèmes intégrés (de quelque centimètre carré) en utilisant la fluorescence comme moyen de détection. Pour ceci, des sondes dont la fluorescence est modifiée en présence de cation, seront conçues et synthétisés. Par une démarche d'ingénierie moléculaire, diverses sondes fluorescentes « fluoroionophores » répondant spécifiquement au cation à détecter (Hg2+, Pb2+, Cd2+) avec diverses fonctionnalités seront synthétisées.
Les fluorophores seront excités par excitation biphotonique afin de s'affranchir d'un certain nombre de contraintes extérieures responsables du bruit de fond et les fluoroionophores seront incorporés dans des liquides ioniques afin de permettre une extraction concentrante du cation à détecter. La mise en œuvre d'un telle approche permettra d'atteindre des limites de détection inégalées sur des capteurs portables. Les propriétés photophysiques et complexantes de ces systèmes seront déterminées dans un premier temps en cuvette et permettront d'évaluer les caractéristiques de ces systèmes en termes de sensibilité, de sélectivité et de capacité d'extraction. Le liquide ionique contenant le fluoroionophore supporté sera introduit dans un microsystème fluidique et un prototype de laboratoire intégrant toutes les fonctionnalités avec détection de la fluorescence sera réalisé.
Enfin un prototype préindustriel de ce type de capteur sera réalisé et ses performances en milieu réel seront évaluées, de façon à atteindre des limites de détection inégalées jusqu'à présent.
Ce projet présente une approche innovante permettant de réaliser une nouvelle génération de capteur complémentaire aux capteurs électrochimiques existants et un tel système pourra être étendu, par la suite, à d'autres polluants métalliques ou organiques (aluminium, pyralène ..).