Des chercheurs développent un capteur très précis pour la détection du risque E. coli

Les chercheurs de CU Boulder ont développé et validé un nouveau capteur pour la détection des risques d’E. coli qui présente un taux de précision impressionnant de 83 % lors de la détection de la contamination dans les eaux de surface.

Les résultats ont été récemment publiés dans Recherche sur l’eau et pourrait améliorer la détection d’une variété de contaminants rapidement et efficacement dans les systèmes d’eau du monde entier et en Amérique.

Emily Bedell (Ph.D.EnvEngr’22) est l’auteur principal de l’article du Mortenson Center in Global Engineering. Elle a déclaré qu’environ deux milliards de personnes dans le monde utilisent une source d’eau potable contenant un certain niveau de matières fécales et pouvant causer des problèmes de santé allant de la diarrhée au retard de croissance, en particulier chez les jeunes enfants.

« Environ 60% de tous les décès par diarrhée sont liés à la qualité de l’eau, dans le monde », a-t-elle déclaré. « C’est un vrai problème, mais les méthodes actuelles pour trouver du caca dans l’eau potable sont coûteuses, ont des barrières à l’entrée élevées comme des exigences de formation approfondies ou peuvent prendre environ 24 heures pour fournir des résultats. Nous avons inventé un capteur combiné à un modèle d’apprentissage automatique qui utilise la fluorescence pour montrer les pics de contamination fécale en temps réel. »

La combinaison du capteur et du modèle d’apprentissage automatique a été approuvée pour un brevet par l’Office américain des brevets.

Bedell a déclaré que la fluorescence fonctionne en faisant briller une source de lumière LED UV sur un échantillon d’eau et en mesurant la quantité de lumière qui est absorbée et réémise à une longueur d’onde plus élevée. Ces informations peuvent rapidement révéler une contamination potentielle, mais elles sont sensibles à de nombreux facteurs environnementaux et physiques tels que la température de l’échantillon, qui provoquent du bruit dans les données et les rendent difficiles à interpréter.

« Nous utilisons des techniques d’apprentissage automatique pour réduire ce bruit afin de mieux détecter les anomalies », a déclaré Bedell.

Une évaluation rapide et précise de la qualité de l’eau est un besoin croissant, non seulement dans les pays à faible revenu, mais dans des situations comme la crise de l’eau de Flint, dans le Michigan, où les citoyens ont été exposés à des niveaux dangereux de plomb en raison de mauvaises politiques gouvernementales.

Le professeur Evan Thomas, directeur du Mortenson Center, est co-auteur de l’article. Il a déclaré que le changement climatique est également un facteur dans cette discussion, car des pannes de courant plus fréquentes peuvent avoir un impact sur les opérations des installations de traitement et des conditions météorologiques extrêmes pourraient contaminer des sources d’eau critiques.

« Nous allons avoir besoin de plus de données sur la qualité de l’eau, et nous avons besoin qu’elles soient largement disponibles », a-t-il déclaré. « Prendre des mesures une fois par jour ne suffira pas pour s’assurer que nous recevons de l’eau qui ne contient pas de contaminants biologiques ou chimiques qui peuvent nous nuire à court et à long terme. »

Bedell est maintenant employé comme ingénieur pour Virridy à Boulder et travaille à faire progresser la technologie. Idéalement, il fonctionnera en partenariat avec un système de traitement à domicile plus important pour ceux qui utilisent un puits privé – où la qualité de l’eau n’est pas réglementée par l’EPA – pour leur eau potable.

« Ce capteur sera une version miniaturisée de la conception construite dans cet article et sera installé sur la conduite d’eau principale d’une maison provenant du puits », a-t-elle déclaré. « Les données du capteur seront envoyées via le WiFi de l’utilisateur à une base de données en ligne où le modèle d’apprentissage automatique sera appliqué pour prédire le niveau de risque et envoyer les informations à une application mobile qui alertera l’utilisateur si une contamination est détectée. »

Bedell a déclaré qu’elle s’est toujours intéressée aux intersections de l’ingénierie, de l’environnement et de l’équité sociale et que ce projet de recherche a vraiment réuni ces aspects pendant son séjour au Mortenson Center.

« La recherche sur la qualité de l’eau touche à tous ces points à bien des égards. Avec plus de données, nous pouvons explicitement indiquer comment et quand les communautés sont lésées par les injustices environnementales afin que les politiques et les pratiques mises en place qui ont causé le mal puissent être traitées », dit-elle.