Filtre à microplastiques inspiré de la bouche des poissons
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Les eaux usées provenant des machines à laver sont considérées comme une source importante de microplastiques - de minuscules particules de plastique soupçonnées de nuire à la santé humaine et animale. Des chercheurs de l'université de Bonn ont développé un nouveau filtre qui pourrait endiguer ce problème. Ils se sont inspirés du système de nasse branchiale des poissons. Lors des premiers tests, le filtre, dont le brevet a été déposé entre-temps, a pu éliminer plus de 99 pour cent des fibres plastiques des eaux usées des machines à laver.
Une machine à laver dans un ménage de quatre personnes produit chaque année jusqu'à 500 grammes de microplastiques, qui proviennent de l'abrasion des textiles. Les appareils ménagers sont donc l'une des principales sources de ces minuscules particules. Actuellement, les microplastiques se retrouvent directement dans les boues des stations d'épuration via les eaux usées. Comme celles-ci sont souvent utilisées comme engrais, les fibres finissent par atterrir dans les champs.
Depuis une dizaine d'années, de nombreux fabricants cherchent donc des moyens d'éliminer les microplastiques de l'eau de lavage afin qu'ils ne se répandent pas dans l'environnement. "Les systèmes de filtration disponibles jusqu'à présent présentent toutefois divers inconvénients", explique le Dr Leandra Hamann de l'Institut de biologie organismique de l'université de Bonn. "Certains d'entre eux se colmatent rapidement, d'autres n'ont pas un effet de filtration suffisant".
À l'intérieur de la bouche de cet anchois, les particules de plancton sont retenues par le système de nasse branchiale.
Photo: Jens Hamann
Regarder dans la bouche des poissons
La scientifique a donc cherché, avec son directeur de thèse, le Dr Alexander Blanke, ainsi que des collègues, des solutions possibles dans le règne animal. Pour ce faire, les chercheurs se sont orientés vers des animaux qui peuvent être considérés comme de véritables maîtres de la technologie de filtrage - et ce depuis des centaines de millions d'années déjà.
Il s'agit de poissons qui se nourrissent par filtration, comme le maquereau, la sardine ou l'anchois : Ils nagent dans l'eau, la bouche ouverte, et récupèrent le plancton grâce à leur système de reins branchiaux. "Nous avons étudié de plus près la construction de ce système et avons développé, sur ce modèle, un filtre qui peut être utilisé dans les machines à laver", explique Blanke, qui est membre des domaines de recherche transdisciplinaires "Life & Health" et "Sustainable Futures" à l'université de Bonn.
Au cours de l'évolution, les espèces de poissons mentionnées ont donné naissance à une technique similaire à la filtration tangentielle : Leur système de nasse branchiale a la forme d'un entonnoir, qui est le plus large au niveau de la bouche des poissons et se rétrécit en direction de leur gosier. Les parois de l'entonnoir sont formées par les arcs branchiaux. Celles-ci sont à leur tour garnies de structures en forme de peigne, les râteaux, sur lesquels sont à leur tour placées de petites dents. Il en résulte une sorte de tissu maillé, tendu par les arcs branchiaux.
L'auto-nettoyage : Le plancton roule en direction du gosier
"Lors de l'alimentation, l'eau passe à travers la paroi perméable de l'entonnoir, est filtrée et l'eau exempte de particules est rejetée dans l'environnement par les branchies", explique Blanke. "Le plancton est toutefois trop gros pour cela ; il est retenu par la structure naturelle du tamis. Grâce à la forme de l'entonnoir, il roule ensuite en direction de la gorge et s'y accumule jusqu'à ce que le poisson l'avale, vidant et nettoyant ainsi le système".
Ce principe empêche le filtre de se boucher - les fibres ne frappent pas le filtre verticalement, mais roulent le long de celui-ci en direction de la gorge. En même temps, le processus est très efficace : il élimine presque tout le plancton de l'eau. Ce sont deux points qu'un filtre à microplastiques doit également remplir. Les chercheurs ont donc reproduit le système de nasse branchiale. Pour ce faire, ils ont fait varier aussi bien la taille des mailles de la structure du tamis que l'angle d'ouverture de l'entonnoir.
Le filtre atteint une efficacité élevée
"Nous avons ainsi trouvé une combinaison de paramètres qui permet à notre filtre de séparer plus de 99% des microplastiques de l'eau sans pour autant se colmater", explique Hamann. Pour ce faire, l'équipe n'a pas seulement eu recours à l'expérimentation, mais aussi à des simulations informatiques. Le filtre inspiré de la nature ne contient pas de mécanisme complexe et devrait donc pouvoir être fabriqué à très faible coût.
Les microplastiques qu'il récupère dans l'eau de lavage s'accumulent à la sortie du filtre, d'où ils sont aspirés plusieurs fois par minute. On pourrait ensuite le presser dans une machine pour éliminer l'eau qu'il contient, estime la scientifique, qui a entre-temps rejoint l'université d'Alberta à Edmonton, au Canada. Tous les quelques dizaines de lavages, on pourrait alors retirer la pastille de plastique ainsi obtenue et la jeter avec les autres déchets.
L'Université de Bonn et l'Institut Fraunhofer pour les techniques de l'environnement, de la sécurité et de l'énergie UMSICHT ont déjà déposé une demande de brevet pour cette technologie en Allemagne ; l'objectif est de la faire breveter dans toute l'UE. Les chercheurs espèrent maintenant que les fabricants continueront à développer le filtre et l'intégreront dans les futures générations de machines à laver. Cela permettrait au moins d'endiguer un peu la propagation des microplastiques provenant des textiles. Et c'est nécessaire : des études indiquent que les particules peuvent potentiellement provoquer de graves problèmes de santé. Elles ont déjà été détectées dans le lait maternel et le placenta - et même dans le cerveau.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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