Projet ANR-15-MRSE-0006 – NEWMAT : Nanomatériaux pour la détection de toxines algales dans les eaux de l'environnement
Programme : Montage de Réseaux Scientifiques Européens ou Internationaux (MRSEI) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Manuel dossot (Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l'Environnement)
Montant : 30000.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 18 mois
Résumé : La détection de toxines algales dans les eaux environnementales, en particulier dans les eaux des lacs, est un enjeu important pour la santé public. Lors des phénomènes de bloom de cyanobactéries, des toxines telles que la microcystine LR peuvent être libérées dans l'eau par les bactéries. Ces toxines sont dangereuses pour les animaux et les hommes, essentiellement en raison du risque d'ingestion de l'eau contaminée. Il est donc crucial de déterminer dans les phases préliminaires d'un bloom de cyanobactéries si ce dernier conduit à un relargage de toxines dans l'eau. Le projet NEWMAT qui constitue le fondement scientifique de la présente réponse à l'appel MRSEI vise à développer un rover autonome aquatique équipé de trois types de capteurs de toxines algales, couplé à un réseau de capteurs sans fils à très bas coût localisé sur les côtes du lac à surveiller. Le réseau costal de capteurs détermine un changement dans les aspects organoleptiques de l'eau (principalement la turbidité ou la couleur) et guide ainsi le chemin de patrouille automatique du rover vers les endroits où un bloom de cyanobactéries est suspecté. Les analyses physico-chimiques déclenchées par le rover déterminent et quantifient la présence éventuelle de toxines algales, essentiellement de la famille des microcystines, toxines les plus présentes dans ces circonstances. Le rover transmet par un système de communication sans fil les informations à un centre de collection et de traitement des données. Le personnel de ce centre peut alors engager une action de contrôle humaine et de remédiation en temps réel contre le bloom de cyanobactéries et avertir les organismes de santé publique qui se chargent de la protection des usagers du lac. 
Le rover sera équipé de trois technologies de capteurs à développer : i) Un capteur à fluorescence reposant sur des techniques de marquage spécifique ii) Un capteur utilisant l'effet Raman exalté de surface (SERS) constitué d'un système organisé de nanoparticules de métal noble piégées dans une matrice spécifique évitant le relargage de ces particules dans l'eau au cours de l'analyse iii) un capteur bioélectrochimique utilisant une réaction enzymatique spécifique de la microcystine LR et constitué de nanotubes de carbone fonctionnalisés par un antigène et déposés à une électrode. Ces capteurs avancés utilisant des nanomatériaux constituent une approche originale peu explorée dans la littérature pour la quantification des toxines. L’utilisation de trois capteurs pour une analyse en parallèle d’un même échantillon permet d’étendre la gamme linéaire de mesure de la concentration de toxines et offre la possibilité d’une validation croisée. Le développement des capteurs nécessite une expertise internationale dans la fonctionnalisation de nanomatériaux et leur intégration dans des dispositifs robustes et fiables. La construction du rover aquatique demande une expertise dans la conception de systèmes optoélectroniques embarqués aussi bien qu’en spectroscopies optiques.
L’exploitation de l’information contenue dans les données obtenues sur des échantillons d’eau réelle nécessitera également l’utilisation d’algorithmes de traitement du signal pertinents pour la problématique visée. Le système de réseau de capteurs à bas coût repose sur des technologies à LED déjà existantes mais nécessite une optimisation du quadrillage costal qui doit rester optimal malgré les fluctuations saisonnières de niveau du lac. Une expertise en réseau de capteurs est donc également indispensable pour la réussite du projet.
Ce projet est donc éminemment multidisciplinaire et requiert une prise de contact en amont importante de la part des futurs participants. Le dispositif MRSEI se révèle donc précieux pour financer le montage d’un tel réseau européen d’expertise afin d’élaborer au mieux un consortium européen solide à même de déposer un projet européen viable.