Air polaire et thé : l'invention de TUW permet de mesurer les polluants environnementaux
Poussières fines dans l'air ou nanoparticules dans l'eau - une nouvelle technologie étonnante de l'Université technique de Vienne permet de détecter en peu de temps des quantités infimes des substances les plus diverses
Annonces
Une nouvelle technique de mesure inhabituelle a été mise au point à l'Université technique de Vienne après des années de travail : On utilise des nanomembranes et des rayons infrarouges pour détecter des quantités infimes de différentes substances. On a maintenant pu le montrer : La technologie est prête à être utilisée dans la pratique et dépasse de plusieurs ordres de grandeur les méthodes existantes sur de nombreux points. Il est possible de détecter des polluants environnementaux à l'échelle du nanogramme ou du picogramme - on obtient en quelques minutes des résultats qu'il fallait attendre jusqu'à présent pendant des jours ou des semaines.
Cette technique de mesure a été développée et affinée au cours des dernières années à l'Université technique de Vienne - en collaboration avec la spin-off "Invisible-Light Labs", fondée par le professeur Silvan Schmid en collaboration avec le Dr Josiane P. Lafleur, le Dr Niklas Luhmann et le Dr Hajrudin Bešić. Le produit "EMILIETM" qui en est issu est désormais disponible dans le commerce et les premières publications scientifiques sont parues. Dans deux articles spécialisés, l'équipe a pu montrer à quel point la nouvelle méthode fonctionne bien : Dans "Science Advances", la technique a été appliquée à des aérosols dans l'air, dans "ACS Nano" à des nanoparticules dans l'eau - il a ainsi été possible de mesurer des résidus minuscules d'un sachet de thé en nylon dans le thé. "Nous avons maintenant franchi l'étape décisive : nous avons pu montrer que notre méthode donne d'excellents résultats dans la pratique et qu'elle est nettement meilleure que d'autres méthodes".
Grâce à la lumière invisible, beaucoup de choses deviennent visibles
"En principe, on peut aujourd'hui détecter pratiquement n'importe quelle substance chimique à l'état de traces minuscules", explique Silvan Schmid, le responsable de l'équipe de recherche. "On peut par exemple irradier un échantillon avec de nombreuses longueurs d'onde différentes dans le domaine infrarouge. Différentes molécules réagissent à différentes longueurs d'onde - cela permet de savoir quelles molécules sont présentes dans l'échantillon".
Cependant, on se heurte à des problèmes : Il faut une quantité suffisante de la substance recherchée pour obtenir un signal mesurable. D'autres composants inintéressants de l'échantillon peuvent se superposer au signal réellement recherché et le rendre invisible, un peu comme le bruit d'un marteau-piqueur rend inaudible le chant d'un oiseau.
L'astuce de la nano-membrane
"Ces dernières années, nous avons toutefois développé une méthode de détection qui permet de mesurer de manière fiable de minuscules quantités de substances", explique Silvan Schmid. On étudie les particules qui se déposent sur une minuscule membrane. La membrane et les particules sont éclairées par un faisceau infrarouge. Certaines longueurs d'onde sont particulièrement bien absorbées par les particules, ce qui entraîne un échauffement des particules et donc de la membrane. Cela entraîne une légère modification du comportement vibratoire, un peu comme un tambour dont le son varie légèrement en fonction de la température. On peut mesurer ces différences et ainsi identifier chimiquement de minuscules quantités de particules.
L'air du Groenland et un nanolitre de thé
Jusqu'à présent, si l'on voulait détecter de minuscules particules de poussière fine dans l'air, on utilisait des filtres spéciaux qui devaient souvent être traversés par l'air pendant des jours ou des semaines jusqu'à ce qu'une quantité détectable de particules s'y soit accumulée. Avec l'astuce de la membrane, un nombre beaucoup plus faible de particules suffit - on obtient un résultat après seulement 15 à 45 minutes. Ce prélèvement 100 fois plus court permet de réaliser à moindre coût des études de terrain sur la composition chimique des aérosols atmosphériques - des agglomérations urbaines aux régions polaires.
Le professeur Julia Schmale du Laboratoire de recherche sur les environnements extrêmes (EERL) de l'EPFL en Suisse a pu utiliser cette nouvelle méthode pour étudier les aérosols des régions arctiques et antarctiques afin de comprendre leur influence sur le climat. Les nouveaux capteurs sont si sensibles et en même temps si transportables qu'il a été possible de les faire monter sur des ballons captifs dans les régions polaires afin d'étudier la répartition verticale des particules atmosphériques et leur composition chimique.
"Grâce à la grande sensibilité de notre méthode, l'équipe de Julia Schmale peut étudier la composition chimique des particules avec une haute résolution temporelle. Il est désormais possible, en quelque sorte, d'observer à l'aide de ballons captifs comment la composition chimique des particules d'aérosols évolue sur de très courtes périodes et comment elles se répartissent verticalement à la surface de la Terre et en altitude - ce qui était pratiquement impossible avec les méthodes précédentes", explique Josiane P. Lafleur, directrice d'Invisible-Light Labs.
La technologie fonctionne aussi parfaitement avec les liquides : le groupe de Silvan Schmid à l'université technique de Vienne a analysé 100 nanolitres d'eau de thé - environ un millième d'une goutte. Et dans cette quantité minuscule, ils n'ont pas seulement trouvé des particules de thé, ils ont même pu détecter des résidus de nylon du sachet de thé.
"Nous avons ainsi démontré que notre méthode permettait de faire un important bond en avant dans l'analyse environnementale", explique Silvan Schmid. "En collaboration avec Invisible-Light Labs, nous voulons maintenant continuer à travailler à la commercialisation de cette technique et ainsi, nous l'espérons, contribuer à une protection plus efficace de l'environnement".
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.
Publication originale
Mihnea Surdu, Radiance Calmer, Jelena Timarac-Popović, Tatjana Penn, Niklas Luhmann, Johannes Hiesberger, Veljko Vukićević, Erine Alvino Démolis, Lionel Favre, Berkay Dönmez, Hajrudin Bešić, Kostas Kanellopulos, Silvan Schmid, Josiane P. Lafleur, Satoshi Takahama, Julia Schmale; "Quantifying submicrometer atmospheric aerosol chemical composition using nanoelectromechanical Fourier transform infrared spectroscopy"; Science Advances, Volume 12
Autres actualités du département science
Actualités les plus lues
Plus actualités de nos autres portails
Il se trame quelque chose dans l'industrie chimique…
Voilà à quoi ressemble le véritable esprit pionnier : De nombreuses start-ups innovantes apportent des idées fraîches, de la passion et un esprit d'entreprise pour changer positivement le monde de demain. Plongez dans l'univers de ces jeunes entreprises et profitez de la possibilité d'entrer en contact avec leurs fondateurs.