Voltammétrie par échantillonnage de courant sur réseau d'électrodes pour la détection des éléments-traces métalliques dans les eaux – EASCVsens

Les techniques électrochimiques utilisant des électrodes spécifiques, comme celles basées sur la complexation des ETMs par des molécules utilisées comme récepteurs spécifiques, apparaissent de plus en plus comme une alternative crédible car elles sont rapides, peu onéreuses, robustes et peuvent conduire à la réalisation de capteurs portables. Ce projet s’appuie sur des avancées récentes dans les domaines de l’analyse électrochimique et de la fonctionnalisation de surface développées par l’équipe de recherche pour mettre en place un système d’analyse rapide et transportable permettant l’analyse sélective d’ETMs (Pb2+, Hg2+, Cd2+) à l’état de traces (1 à 10 µg/L) en milieu aqueux. Outre la mise au point de capteurs sensibles, sélectifs et stables pouvant réaliser des analyses d’ETMs sur le terrain, ce projet a pour but le développement d’une méthode d’analyse électrochimique originale pouvant s’appliquer à de nombreux types de polluants.

Des capteurs électrochimiques ont été mis au point à l’aide d’une méthode de fonctionnalisation de surface constituant une plateforme générique pour l’immobilisation de récepteurs spécifiques d’ETMs, avec notamment un capteur de cadmium robuste, sélectif dont la limite de détection est compatible avec l’application.

Des avancées essentielles au projet portent également sur la fabrication d’un potentiostat transportable dédié à la méthode d’analyse et l’élaboration d’un réseau de vingt électrodes en carbone ou en or dont chaque électrode peut être composée de plusieurs ultramicroélectrodes.

Ce projet a conduit à la publication de plusieurs articles scientifiques à comité de lecture ainsi qu’à des communications orales dans des congrès nationaux et internationaux. Les réseaux d’ultramicroélectrodes réalisés en collaboration avec la société Vmicro constituent un support pour l’électrochimie analytique qui s’étend au-delà du projet. Un nouveau produit a pu être développé par la société Origalys et sera commercialisé pour répondre à différents besoins en électrochimie.

Les éléments-traces métalliques forment une classe importante de polluants, qui sont parvenus dans l’eau à la fois naturellement et à cause de l'exploitation minière, de l'agriculture et de l'industrie. Détecter et éliminer les éléments métalliques présente un intérêt majeur car ils sont toxiques même à l’état de traces. Les méthodes courantes pour suivre ces polluants dans l’eau restent coûteuses et font généralement appel à des analyses longues réalisées en laboratoire. Les méthodes électrochimiques utilisant des électrodes spécifiques, comme celles basées sur les ligands, apparaissent de plus en plus comme une alternative crédible car elles sont rapides, peu onéreuses et peuvent conduire à la réalisation de capteurs portables.
Le but de ce projet est la simplification de l'analyse des métaux lourds dans le milieu naturel et de ce fait la capacité à augmenter la densité de données pour un certain budget analytique. Il s’agit de mettre en place un système d’analyse électrochimique rapide et transportable permettant l’analyse sélective d’éléments métalliques (Pb2+, Hg2+, Cd2+) à l’état de traces (10-9-10-8 mol L-1) en milieu aqueux (mer et rivières) s’appuyant sur des avancées récentes dans les domaines de l’analyse électrochimique portable et la fonctionnalisation de surface. Dans ce domaine de recherche très actif de l’électroanalyse, le projet combine plusieurs aspects originaux à la fois fondamentaux et appliqués pour développer ces capteurs : i) un nouveau concept de dispositif basé sur de la voltammétrie par échantillonnage sur réseau d’électrodes (EASCV) permettant le renouvellement de la surface de l’électrode et de la solution en son voisinage pendant l’analyse. L’acquisition des données, qui ne nécessite pas de rampe de potentiel, est simplifiée et le dispositif peut être portable. ii) un bon contrôle du procédé de fonctionnalisation pour introduire des récepteurs spécifiques à chaque ion cible (notamment l’électrogreffage de sels d’aryldiazonium associé à une stratégie de « protection-déprotection »). L’adaptation du système électrochimique basé sur l’EASCV aux électrodes modifiées sera réalisée pour la première fois dans ce projet. Une augmentation du signal comparé à une analyse classique réalisée sur une électrode unique est attendue car le signal électrochimique obtenu sur chaque électrode du réseau est indépendant des autres électrodes.
A l’aide de l’expertise complémentaire des quatre partenaires, nous développerons un outil analytique transportable, efficace et peu coûteux par la combinaison de l’analyse EASCV en redissolution anodique et l’immobilisation de récepteurs spécifiques sur la surface d’un réseau d’électrodes. Les tests des capteurs dans des conditions réelles représenteront une large part du projet qui sera effectué selon les tâches suivantes :
1) Un réseau d’électrodes compatible avec l’EASCV sera réalisé et modifié par un procédé de fonctionnalisation contrôlé afin d’introduire des récepteurs spécifiques à chaque ion.
2) L’optimisation des conditions analytiques par voltammétrie par échantillonnage sur un réseau d’électrodes modifiées sera réalisée dans des solutions tests. La recyclabilité du capteur sera également testée.
3) Les performances du capteur utilisant des matrices simples et un multipotentiostat de laboratoire seront évaluées. Les interférences et la capacité du capteur à détecter des polluants dans des milieux complexes seront testées.
4) Un point important sera le développement d’un système électroanalytique transportable dédié à l’EASCV. Cette étape conduira à la validation de la technologie en laboratoire.
5) La dernière tâche sera consacrée à la validation de la technologie électroanalytique dans un environnement pertinent. L’objectif premier est une meilleure connaissance des contraintes liées à la mise en œuvre du système analytique dans un environnement réel.