Représentation graphique d’un polymère contenant du métal avec des unités de ferrocène utilisé pour l’absorption réversible de composés perfluorés. Crédit : Markus Gallei
Les PFAS sont des produits chimiques incroyablement polyvalents. Ces composés organiques riches en fluor permettent aux gouttes de pluie de glisser sans effort sur nos vestes d’extérieur. Ils servent de couche antiadhésive sur le papier d’emballage alimentaire et sont des composants essentiels des mousses d’extinction d’incendie et des équipements de sécurité utilisés par les pompiers. Depuis leur introduction dans les années 1940, la gamme et la portée des produits incorporant des PFAS se sont considérablement élargies.
Cependant, cette utilisation généralisée est à l’origine des inquiétudes. En raison de leur nature stable et de l’absence de voies de dégradation naturelles, ces produits chimiques durables s’accumulent de manière persistante dans notre environnement, posant des problèmes importants pour la santé humaine et notre environnement. Aujourd’hui, des traces de PFAS peuvent être trouvées dans le monde entier : de l’eau, de l’air et du sol aux plantes et aux animaux. Et inévitablement, ils se retrouvent aussi chez les humains.
Le degré de risque pour la santé que ces produits chimiques posent n’est toujours pas clair. Les premières études sur des animaux de laboratoire ont montré que les PFAS peuvent nuire à la santé reproductive. Ce qui est clair, c’est que ces composés synthétiques n’appartiennent pas à l’environnement naturel et certainement pas aux organismes vivants. Il est donc logique de trouver des moyens d’essayer de réduire les niveaux de contamination par les PFAS dans l’environnement.
Mais la remédiation des PFAS est à la fois complexe et difficile, et les processus utilisés peuvent eux-mêmes avoir un impact néfaste sur l’environnement et le climat. Et avant de pouvoir être retirés, les PFAS doivent être détectés. La détection n’est pas facilitée par le fait que seules de petites quantités de PFAS sont nécessaires pour un effet important (par exemple, les revêtements ultra-minces des emballages alimentaires).
Traditionnellement, les PFAS ont été éliminés de l’eau par filtration à l’aide de membranes spéciales ou d’adsorbants au charbon actif à moindre coût. Cependant, la récupération des PFAS de ces systèmes de filtres afin qu’ils puissent être définitivement détruits nécessite l’utilisation de conditions chimiques difficiles ou l’incinération.
C’est du moins le cas jusqu’à présent. Une équipe de chercheurs dirigée par Markus Gallei, professeur de chimie des polymères à l’Université de la Sarre, le professeur Xiao Su de l’Université de l’Illinois Urbana-Champaign, et leurs doctorants Frank Hartmann (Sarre) et Paola Baldaguez (Illinois) ont développé une nouvelle méthode électrochimique qui peut éliminer les produits chimiques PFAS de l’eau, puis les libérer efficacement pour les détruire. Cette nouvelle plateforme de remédiation des PFAS permet de collecter, d’identifier puis de détruire ces contaminants fluorés sans avoir besoin d’incinérer le filtre.
Dans la méthode développée par l’équipe de recherche, le rôle central est joué par les polymères contenant des métaux appelés métallocènes. Les métallocènes sont apparus pour la première fois en 1951 avec la découverte du ferrocène, une molécule contenant du fer. Depuis, de nombreux autres métallocènes ont été signalés. Frank Hartmann, Markus Gallei et leur équipe internationale ont découvert que les électrodes fonctionnalisées avec du ferrocène ou – encore plus efficacement – avec un cobaltocène synthétisé par Frank Hartmann, sont capables d’éliminer même des quantités infimes de molécules de PFAS de l’eau.
Mais la vraie clé réside dans le fait que si une tension est appliquée aux métallopolymères de ferrocène ou de cobaltocène, ils peuvent « commuter » leur état électrique et libérer les molécules de PFAS précédemment capturées. « Et le cobalt est nettement meilleur que le fer pour ce faire », a observé Frank Hartmann. «Nous avons trouvé un moyen par lequel le PFAS peut être efficacement retiré de l’eau, puis libéré à nouveau, régénérant efficacement l’électrode pour une utilisation ultérieure.
Contrairement au filtre à charbon actif, que je dois détruire une fois qu’il est saturé de molécules PFAS, je peux changer de métallocène mille fois, si je le souhaite», a déclaré Markus Gallei, résumant l’importance des travaux de recherche.
Après avoir jeté les bases, Frank Hartmann, Markus Gallei et leurs collègues de l’Université de l’Illinois cherchent maintenant à accélérer le développement pour faciliter l’élimination de ces contaminants hautement persistants de nos rivières et océans.
