Surveillance de la qualité de l'eau et rémédiation : microcapteur multifonctionnel innovant – AQUAE

Il existe un besoin urgent de développer des technologies de détection fiables et reproductibles pour la surveillance in situ et en continu des eaux de surface et des eaux usées. Le projet AQUAE répondra à ce besoin en développant spécifiquement des capteurs chimiques dédiés qui sont suffisamment polyvalents et adaptables pour surveiller les substances prioritaires et leur dégradation dans un large éventail d'environnements aquatiques.
La surveillance en temps réel de la qualité de l'eau à l'aide de ces capteurs chimiques sera effectuée dans l'environnement réel et au point de rejet, ce qui est nécessaire pour prévenir la micropollution, définir les actions correctives appropriées pour l'assainissement de l'environnement et décider quand elles doivent être entreprises (SCIRPE, BRGM, IFREMER avec CEDRE). Le projet AQUAE fournira une solution séduisante pour le suivi en temps réel de la concentration en nitrates afin de contrôler les processus de remédiation durable tels que la phytoremédiation (SCIRPE avec DEEP INSA) et le traitement de récupération des nutriments (Laboratoire de Bioengine, U. Laval, Canada).

Le développement de capteurs chimiques pour la détection sur site combineront habilement la photonique infrarouge (IR) et la technologie électrochimique (EC), toutes deux bien maîtrisées par le consortium (ISCR, KLEARIA, I.FOTON, BRGM & IFREMER). Ces deux méthodes spectroscopiques seront couplées dans un dispositif portable avec un système microfluidique commun pour un suivi rapide, multivarié et in situ de contaminants organiques. Ce prototype hybride associant des capteurs IR et EC est orienté vers les problèmes de pollution de l'eau et le traitement des eaux usées par phytoremédiation ou traitement de récupération.

Outre sa fabrication pour une utilisation sur site, un défi majeur du projet est de surmonter un nouveau verrou scientifique en concevant et en fabriquant des capteurs IR & EC sur un unique "laboratoire sur puce". Les capteurs multifonctionnels du LOC d'AQUAE avec un système microfluidique adapté seront conçus pour détecter divers substances prioritaires (BTEX, HAP, pesticides, phtalate, résidus de médicaments et nitrates). Son efficacité sera testée à l'échelle du laboratoire pour une première preuve de concept.

Les concentrations de détection dans le projet AQUAE pour les micropolluants considérés seront : BTEX et HAPs dans le cas de proximité de pollution accidentelle de 50-150 µg/L, phtalate DEHP souvent dans la gamme de 1-100 µg/L dans les eaux usées et les eaux de pluie, pesticides plus de 5 µg/L dans les sites pollués pour lesquels la norme à 0.1 µg/L peut être largement dépassée comme dans le nord de la France (métolachlore), des anti-inflammatoires non stéroïdiens (diclofénac et ibuprofène) et avec des gammes testées entre le µg/L et le mg/L.

Pour les nitrates détectés par capteur électrochimique, nous considérerons la directive sur les nitrates (91/676/CEE) qui impose aux Etats membres de respecter la norme de qualité à ne pas dépasser pour le bon état des eaux souterraines (50 mg/L). La recommandation pour les rejets dans l'eau est d'environ 15 mg/L d'azote total dans le cas d'une station d'épuration d'une capacité supérieure à 600 kg/jour. Au niveau national, la charge polluante en nitrates des petites stations d'épuration reste marginale. Les efforts de réduction doivent être concentrés sur les intrants agricoles notamment dans les " zones vulnérables " où des pratiques agricoles spécifiques sont imposées pour limiter les risques de pollution. Dans le projet AQUAE, la robustesse des capteurs sera démontrée dans la gamme 1-100 mg/L, au moins avec des mesures quotidiennes pour prévenir tout événement accidentel et avec un t de 30 min pour suivre le processus de dénitrification, en accord avec l'analyse des eaux de surface et les applications industrielles. La gamme 0,05-1 mg/L est un plus pour les analyses d'eau de mer.