Des hydrogels biodégradables pour éliminer les microplastiques de l’eau
Les microplastiques sont de petites particules de plastique de moins de 5 mm. Couramment utilisés dans un large éventail de produits allant des cosmétiques aux vêtements, ils se retrouvent dispersés dans l’environnement. Selon les estimations, 1,3 million de tonnes de microplastiques se retrouvent chaque année dans l’océan(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Outre la réduction de l’utilisation des microplastiques, des solutions destinées à éliminer ceux qui sont déjà présents dans l’environnement sont indispensables. Leur petite taille complexifie toutefois leur élimination, en particulier dans les réseaux d’égouts et des eaux usées. Qui plus est, les procédés synthétiques de filtration et/ou de coagulation généralement utilisés peuvent nuire à l’environnement. Le projet MICROPLASTINE, financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (MSCA), a développé des hydrogels de biopolymères biodégradables qui offrent une alternative respectueuse de l’environnement. Les hydrogels de biopolymères biodégradables piègent et regroupent les contaminants microplastiques, ce qui facilite leur élimination des eaux usées. «Nos hydrogels de gélatine biodégradables ont pu piéger et éliminer plus de 98 % des contaminants microplastiques dans une solution d’eaux usées modèle, et plus de 70 % dans des environnements très salins, tels que l’eau de mer», fait remarquer Tim J. Wooster, le coordinateur du projet. Le projet a démontré qu’il était possible de piéger un large éventail de contaminants microplastiques, notamment le polystyrène, le polyméthacrylate et le polyéthylène. Des essais en laboratoire ont également confirmé la haute biodégradabilité des particules d’hydrogel de biopolymère dans l’eau de mer et de lac.
Les propriétés uniques des hydrogels
Les hydrogels de gélatine biodégradables ont par nature une charge de surface positive qui peut attirer les contaminants microplastiques chargés négativement à leur surface. Plus les contaminants microplastiques adhèrent à la surface de l’hydrogel, plus ils deviennent lourds, et coulent pour se déposer au fond des eaux usées, d’où ils peuvent être séparés et éliminés. Juliette Behra, post-doctorante MSCA de MICROPLASTINE, a bénéficié de l’expertise de l’hôte du projet, Nestlé Research(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), et de sa compréhension des biopolymères naturels, pour créer les hydrogels biodégradables de l’étude. La microstructure de ces hydrogels de biopolymères a été analysée à l’aide de la rhéologie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et de techniques avancées de diffusion de la lumière, ce qui a permis de découvrir comment ils modifient leur microstructure en refroidissant. «L’étude de la structure de l’hydrogel pendant la chimie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (synérèse), lorsque les liquides sont expulsés des gels, nous a permis de mieux comprendre l’accumulation des contraintes dans les hydrogels, ce qui contribue à la création de structures robustes», ajoute Juliette Behra.
Quand l’hydrogel rencontre le microplastique
Des expériences en laboratoire ont été menées pour étudier l’interaction des hydrogels de biopolymères avec des microplastiques modèles de diverses charges, afin de déterminer la meilleure façon de maximiser la fixation des microplastiques. Les expériences ont révélé que les hydrogels de biopolymères pouvaient éliminer environ 98,5 % des contaminants, les hydrogels se détachant facilement du fond des conteneurs d’eaux usées. La charge des hydrogels étant sensible au pH, les microplastiques piégés peuvent être rapidement libérés en modifiant le pH, ce qui signifie que les billes d’hydrogel peuvent être facilement régénérées après avoir été éliminées de la source d’eaux usées. La capacité de ces hydrogels de biopolymères à lier et à libérer les microplastiques altérés a également été testée avec succès. Enfin, la biodégradabilité des hydrogels de biopolymères dans l’eau de mer et de lac a été testée en laboratoire, révélant un haut degré de biodégradabilité. «Et surtout, les premiers essais en laboratoire ont démontré que le processus est réversible à plus de 80 %, ce qui signifie que les hydrogels pourraient être régénérés et réutilisés», explique Juliette Behra.
Soutenir les engagements de l’UE à réduire la pollution par les microplastiques
Les résultats de MICROPLASTINE soutiennent les engagements de l’UE(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) à réduire la quantité de microplastiques de l’environnement, protégeant la vie marine, animale et végétale. «Il s’agit d’une technologie émergente dont les premiers résultats en laboratoire s’avèrent très prometteurs. Une approche systématique est toutefois indispensable pour relever les défis potentiels liés à la mise à l’échelle et à la transposition dans les stations d’épuration réelles», explique Tim J. Wooster. À cette fin, l’équipe s’efforce à présent d’obtenir des investissements supplémentaires et de futures collaborations de recherche.
Mots‑clés
MICROPLASTINE, microplastiques, hydrogel, eaux usées, biodégradable, réseaux d’égouts, biopolymère
