Projet ANR-14-CE04-0004 – Lab-on-Ship : Système « Lab-On-Valve » pour la mesure embarquée de métaux lourds
Programme : Innovation technologique pour analyser, remédier ou réduire les risques environnementaux	 (DS0102) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Bruno COULOMB (Laboratoire de Chimie de l'Environnement)
Partenaires : Divers public; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 426591.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : Afin de réduire considérablement la pollution des eaux marines et continentales, l'Union Européenne a pris une série de mesures (DCE, Directive 2000/60/EC et DCSMM, Directive 2008/56/EC). Dans ce cadre réglementaire, une liste de substances prioritaires a été établie parmi celles présentant un risque significatif pour l'environnement aquatique. Parmi les 33 substances prioritaires concernés par la DCE, les métaux toxiques tels que Cd, Pb, Hg et leurs composés sont répertoriés comme "substance prioritaire".
Il existe très peu d'instruments permettant de procéder à des analyses chimiques directement sur site dans de grands écosystèmes aquatiques comme les estuaires et les milieux marins. Bien que certains capteurs électrochimiques ou optiques soient largement utilisés dans ce contexte pour mesurer des paramètres physico-chimiques, il n'existe pas de système d'analyse pour la mesure en ligne sur le terrain simultanément de métaux toxiques tels que Cd , Pb et Hg.
Le projet Lab-on-Ship vise à la préservation des ressources aquatiques naturelles par le développement d'un instrument facilement déployable sur site afin de déterminer à moindre coût et avec précision les niveaux de contamination environnementale par les métaux toxiques. Parmi toutes les substances concernées par les directives, nous avons choisi celles qui présentent une forte toxicité à faible concentration: Cd, Pb, et Hg.
Les objectifs du projet Lab-on-Ship sont de développer un système d'analyse modulaire, à haute performance et déployable sur site en développant un système de Laboratoire-sur-Vanne (Lab On Valve - LOV) combiné avec un système en flux de micropompes solénoïdes (MultiPumping Flow System -  MPFS). Ce système d'analyse sera basé sur des modules miniaturisés directement intégrés dans une vanne laboratoire imprimée en 3D et qui comprendra toutes les étapes de pré-traitement de l'échantillon. Le système LOV-MPFS sera validé par son déploiement d'une manière progressive et interactive afin de i ) valider ses performances analytiques en laboratoire et évaluer l'applicabilité à l'analyse d'échantillons réels et ii ) déployer le système sur site pendant des campagnes de terrain.
Dans ce projet, la sélectivité et la sensibilité seront des paramètres primordiaux. Pour atteindre la sélectivité et la sensibilité nécessaires pour de tels systèmes d'analyse, le système LOV-MPFS sera développé sur la base d'une extraction en phase solide sélective (SPE) de Cd, Pb et Hg, suivie d'une détection de chaque métal par absorptiométrie après dérivation par un réactif spécialement formulé pour chacun. La sélectivité est actuellement un problème lors des étapes de préconcentration des métaux, et elle est difficile à atteindre avec les matériaux généralement utilisés (échange d'ions ou chelation). Dans ce projet, l'étape d'extraction en phase solide sera réalisée par des polymères à empreintes ioniques (IIP) qui présentent des propriétés de reconnaissance remarquables pour l'ion cible utilisé lors de leur synthèse. D'autre part, dans les échantillons environnementaux, une fraction importante des métaux est complexée par des ligands naturels ou anthropiques. Pour la détermination des métaux totaux dissous, il est donc nécessaire de libérer le métal avant l'analyse. Cette étape de pré-traitement sera effectuée par un procédé de photo-oxydation par des DELs UV-C qui remplaceront les lampes à vapeur de mercure ou les procédés couplant UV/persulfate classiquement utilisés.
La dernière phase de ce projet sera de valider le système analytique développé par un déploiement sur le terrain dans des environnements où les directives doivent être mis en œuvre. Lors de cette opération, les données obtenues par cette méthode automatisée sera comparée aux données obtenues par les méthodes de référence. Cela permettra de vérifier que le projet aura atteint ses objectifs scientifiques et techniques et permettra de passer à une étape ultérieure de normalisation et/ou de prototypage industriel.