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L'accès à l'eau potable et l'assainissement de l'eau font partie des plus grands défis de l'humanité. C'est sans compter sur ces chercheurs américains qui ont peut-être trouvé une solution durable à ces problèmes. Ils ont notamment pu dépolluer et purifier l'eau grâce à ce matériau imprimé en 3D.
Un matériau en 3D pour décomposer les polluants et obtenir de l'eau potable
Selon une initiative américaine œuvrant quotidiennement dans la fourniture d'eau potable, 780 millions de personnes à travers le monde n'ont pas accès à l'eau potable. Par ailleurs, 2,5 milliards de personnes, soit plus de 35 % de la population mondiale, ne disposent pas des moyens nécessaires pour traiter l'eau avant de la consommer.
L'eau potable a toujours constitué un défi mondial majeur et continue de l'être. Une équipe de chercheurs américains de l'Université de Californie à San Diego (UCSD) s'est concentrée sur le problème et a travaillé sur des solutions efficaces, écologiques et durables. Les chercheurs ont réussi à développer un matériau conçu pour décontaminer l'eau.
L'un des chercheurs, Dabika Datta, a écrit un article intitulé « Phenotypically complex living materials containing modified cyanobacteriade » (Matériels vivants phénotypiquement complexes contenant des cyanobactériades modifiées). Dans cet article publié sur le site de la revue scientifique Nature, l'équipe parle de leur recherche.
Les chercheurs expliquent avoir développé un « matériau vivant artificiel » doté d'une propriété particulière : la capacité de décomposer et d'éliminer les polluants de l'eau. Ce matériau est constitué d'un polymère naturel combiné à des bactéries génétiquement modifiées, disent-ils.
Le « matériau vivant » purificateur d'eau en détails
Les chercheurs qualifient ce nouveau type de matériau d'innovant, même si le principe reste relativement simple pour reprendre leurs mots. Ce polymère vivant n'est pas un filtre ni un agent chimique comme on a l'habitude de de voire dans le traitement de l'eau. Il s'agit d'une structure imprimée en 3D. Le polymère est conçu à base d'algues, l'alginate.
Pour créer ce matériau avant-gardiste, les scientifiques sont partis de l'alginate transformé en une consistance gélatineuse. Le polymère a ensuite été combiné avec des cyanobactéries. Il s'agit d'une bactérie photosynthétique, connue pour prospérer dans l'eau. La bactérie a été génétiquement modifiée de sorte qu'elle puisse produire une enzyme capable de désintégrer divers polluants organiques.
Mieux encore, les chercheurs ont ajouté d'autres gènes aux bactéries, des gènes qui les rendent vulnérables au théophylline. Au contact du théophylline, le matériau enclenche comme qui dirait un mécanisme d'autodestruction des bactéries. Grâce à ce mécanisme, il sera possible d'éliminer les bactéries une fois qu'elles auront atteint leur objectif de purification.
« Nous exploitons le potentiel sans précédent de la biologie et le fusionnons avec la structure des polymères, introduisant ainsi un nouveau domaine dans lequel les matériaux ne sont pas seulement inanimés : ils sont vivants, réactifs et révolutionnaires », précise Jon Pokorski, professeur de nano-ingénierie qui fait partie de l'équipe.
Un matériau révolutionnaire déjà testé par les chercheurs
Une fois que les chercheurs ont terminé la composition du matériau, ils ont soumis ce dernier à une imprimante 3D. Plusieurs tests de formes ont été effectués. La grille qui a été la plus concluante est la forme retenue par l'équipe.
Grâce à cette structure, la plupart des cyanobactéries restent à la surface du matériau, leur permettant ainsi d'accéder aux nutriments, aux gaz et à la lumière. « Ces bactéries sont photosynthétiques et relativement économes en ressources, car elles ont principalement besoin de CO2, d'eau et d'une lumière abondante », explique Datta.
La structure en grille offre par ailleurs un rapport surface/volume élevé, ce qui suppose une meilleure performance et efficacité dans la décontamination. L'équipe avait besoin d'une solide preuve de concept pour valider le potentiel de son innovation. Ils ont effectué le test sur le carmin indigo, une teinture bleue largement utilisée dans le secteur textile, notamment pour colorer le denim.
Les résultats ont été impressionnants selon les chercheurs. La solution aqueuse qui a été contaminée par le colorant, a été décolorée avec succès par le matériau qu'ils ont développé. Le mécanisme d'autodestruction provoqué par la théophylline, garantit que ces bactéries génétiquement modifiées ne persistent pas dans l'environnement. Ce qui élimine tout problème environnemental ou éthique potentiel.
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