Comment les simulations pourraient aider à éliminer les PFAS du sol

Les chimistes de l’Université de l’État du Michigan découvrent de nouvelles informations pour aider à remédier aux « produits chimiques éternels » en montrant pour la première fois comment ils interagissent avec le sol au niveau moléculaire.

Les chercheurs, Narasimhan Loganathan et Angela K. Wilson du College of Natural Science, ont publié leurs découvertes en ligne dans la revue Sciences et technologie de l’environnement.

Les « produits chimiques pour toujours » – plus formellement connus sous le nom de PFAS ou de substances perfluoroalkyles et polyfluoroalkyles – ont obtenu le label parce qu’ils ne se décomposent pas naturellement. Lorsque les PFAS polluent le sol et l’eau, ils peuvent pénétrer dans le système alimentaire par les plantes, le bétail et l’eau potable.

Un rapport des Centers for Disease Control and Prevention de 2015 a estimé que le PFAS est dans le sang de 97% des Américains. D’autres études plus récentes ont rapproché ce chiffre de 99 %.

Ce qui rend les PFAS si omniprésents, c’est une combinaison de persistance et d’utilité. Plus de 9 000 produits chimiques sont qualifiés de PFAS et on les trouve dans un large éventail d’applications, notamment les emballages alimentaires, les ustensiles de cuisine antiadhésifs, les mousses anti-incendie et bien d’autres. Alors que le temps et la nature peuvent dégrader certains composants de ces produits – et des déchets générés lors de leur production – les PFAS persistent et s’accumulent dans l’environnement.

L’élimination des PFAS du sol et de l’eau est donc importante pour réduire l’exposition à ces produits chimiques et les dommages qu’ils peuvent causer, notamment les maladies de la thyroïde et le risque accru de certains cancers.

« Lorsque vous commencez à examiner les stratégies d’atténuation, vous voyez beaucoup de choses sur l’élimination des PFAS de l’eau, mais il y a très peu de PFAS dans le sol », a déclaré Loganathan, associé de recherche principal au département de chimie de MSU.

« Et certaines des études sont » aveugles aux molécules «  », a déclaré Wilson, professeur émérite de chimie John A. Hannah et scientifique au MSU Center for PFAS Research. « C’est-à-dire qu’ils ne font pas attention à la chimie. »

Wilson et Loganathan ont décidé d’aider à changer cela en effectuant les premières simulations au niveau moléculaire des interactions entre les PFAS et un composant du sol, la kaolinite.

Pour l’étude, le duo s’est concentré sur certains des produits chimiques PFAS les plus répandus et les plus problématiques. Ils ont choisi la kaolinite côté sol car c’est un minéral de sol courant, en particulier dans le Michigan.

Les PFAS sont une préoccupation partout, mais ils présentent un défi unique au Michigan. Le Michigan a une abondance de PFAS, avec plus de 200 sites connus contaminés par les PFAS. De plus, l’agriculture et les Grands Lacs sont à la base de l’identité de l’État. La protection des terres et des eaux du Michigan est un objectif partagé par de nombreuses communautés, législateurs et entreprises de l’État.

« Même avant ce travail, nous allions à d’énormes réunions et parlions de PFAS avec des gens de différentes municipalités, fermes, usines de traitement des eaux usées et plus encore », a déclaré Wilson. « Beaucoup de gens cherchent des solutions. »

L’étude a été inspirée par une société d’ingénierie du Michigan qui a demandé à Wilson comment les PFAS pourraient se propager dans le sol et comment remédier au mieux aux produits chimiques. Elle n’avait pas les réponses, mais elle savait que Loganathan pourrait l’aider à commencer à en trouver.

Elle l’a recruté pour rejoindre ce projet, soutenu par la National Science Foundation. Le duo a également eu accès aux ressources informatiques fournies par le National Energy Research Scientific Computing Center et l’Institute for Cyber-Enabled Research, ou iCER, de MSU.

Les résultats des simulations ont fourni quelques raisons d’être optimistes en ce qui concerne l’assainissement. Par exemple, certains des PFAS étudiés par les chercheurs avaient des chaînes carbonées plus longues servant de squelettes rassemblés sur la kaolinite.

« Idéalement, c’est ce que vous voudriez. Vous voudriez que tous les PFAS soient juste assis dans un bouquet afin que vous puissiez le saisir et le filtrer », a déclaré Wilson. Le revers de la médaille est que les PFAS à chaîne plus courte étaient moins susceptibles de s’agglutiner, restant plus mobiles dans le sol.

« Le message à retenir est que tous les PFAS ne se comportent pas de la même manière », a déclaré Wilson. « Et tous les sols ne se comportent pas de la même manière vis-à-vis des PFAS. »

« Les composants du sol jouent un rôle important », a déclaré Loganathan. « La composition du sol autour de tout site contaminé sera essentielle pour déterminer jusqu’où les PFAS pénètrent dans le sous-sol, où ils peuvent ensuite atteindre les eaux souterraines. »

Bien que l’idée d’examiner la myriade de combinaisons de PFAS et de composants du sol soit imposante, les chercheurs ont montré que leur approche informatique est bien adaptée pour s’attaquer à la diversité des problèmes inhérents à la pollution par les PFAS.

« La beauté de la chimie computationnelle est que vous pouvez étudier autant de systèmes différents », a déclaré Wilson, dont l’équipe de recherche examine également les interactions du PFAS avec les protéines du corps. Son équipe étudie également les PFAS chez différentes espèces de poissons avec le soutien du Great Lakes Fisheries Trust et du Strategic Environmental Research and Development Program, qui sont respectivement des organisations étatiques et fédérales qui financent des projets environnementaux. L’objectif, dans les projets sur le sol et la biologie, est de révéler les interactions qui pourraient aider à protéger davantage de personnes contre l’exposition aux PFAS.

« De telles informations au niveau moléculaire vont être extrêmement importantes pour toute stratégie de remédiation », a déclaré Loganathan.