Lorsque la pandémie a contraint les écoles à l’enseignement à distance, la professeure de sciences de la région de Washington, Rebecca Bushway, a confié à ses élèves une tâche ambitieuse : concevoir et construire un filtre au plomb à faible coût qui se fixe aux robinets et élimine le métal toxique.
En utilisant l’impression 3D et la chimie de niveau secondaire, l’équipe a maintenant un prototype fonctionnel – un boîtier de filtre de trois pouces (7,5 centimètres) de haut en plastique biodégradable, qu’ils espèrent éventuellement mettre sur le marché pour 1 $ pièce.
« La science est simple », a déclaré Bushway à l’ lors d’une récente visite au Barrie Middle and Upper School dans la banlieue du Maryland, où elle a démontré le filtre en action.
« Je me suis dit : ‘Nous avons ces imprimantes 3D. Et si nous faisions quelque chose comme ça ?' »
Bushway a présenté le prototype lors de quatre conférences, dont la prestigieuse réunion de printemps de l’American Chemistry Society, et prévoit d’aller de l’avant avec un article dans une revue à comité de lecture.
Jusqu’à 10 millions de foyers américains reçoivent encore de l’eau par des conduites en plomb, l’exposition étant particulièrement nocive pendant l’enfance.
Le métal, qui échappe à une défense clé de l’organisme connue sous le nom de barrière hémato-encéphalique, peut entraîner une perte permanente des capacités cognitives et contribuer à des problèmes psychologiques qui aggravent les cycles de pauvreté persistants.
Un grave problème de contamination découvert à Flint, dans le Michigan, en 2014 est peut-être la catastrophe récente la plus célèbre, mais l’empoisonnement au plomb est répandu et affecte de manière disproportionnée les Afro-Américains et les autres minorités, a expliqué Nia Frederick, membre de l’équipe de Barrie.
« Et je pense que c’est quelque chose que nous pouvons aider », a-t-elle déclaré.
Les méfaits de l’empoisonnement au plomb sont connus depuis des décennies, mais le lobbying de l’industrie du plomb a empêché une action significative jusqu’à ces dernières décennies.
L’administration du président Joe Biden a promis des milliards de dollars provenant d’une loi sur les infrastructures pour financer le retrait de toutes les conduites en plomb du pays au cours des prochaines années, mais jusqu’à ce que cela se produise, les gens ont besoin de solutions maintenant.
Une astuce astucieuse
L’idée de Bushway était d’utiliser la même réaction chimique utilisée pour restaurer un sol contaminé : l’exposition du plomb dissous à la poudre de phosphate de calcium produit un phosphate de plomb solide qui reste à l’intérieur du filtre, ainsi que du calcium libre inoffensif.
Le filtre a une astuce astucieuse dans sa manche : sous le phosphate de calcium, il y a un réservoir d’un produit chimique appelé iodure de potassium.
Lorsque le phosphate de calcium est épuisé, le plomb dissous réagit avec l’iodure de potassium, rendant l’eau jaune, signe qu’il est temps de remplacer le filtre.
L’étudiant Wathon Maung a passé des mois à concevoir le boîtier sur un logiciel d’impression 3D, en passant par de nombreux prototypes.
« Ce qui est génial, c’est que c’est une sorte de petit casse-tête que je devais résoudre », a-t-il déclaré.
Le phosphate de calcium s’agglutinait à l’intérieur du filtre, ralentissant la réaction. Mais Maung a découvert qu’en incorporant des biseaux hexagonaux, il pouvait assurer l’écoulement de l’eau et empêcher l’agglutination.
Le résultat est un débit de deux gallons (neuf litres) par minute, le débit normal auquel l’eau s’écoule d’un robinet.
Ensuite, l’équipe de Barrie aimerait incorporer un instrument appelé spectrophotomètre qui détectera le jaunissement de l’eau avant même qu’il ne soit visible à l’œil humain, puis allumera un petit voyant d’avertissement à DEL.
Paul Frail, un ingénieur chimiste qui n’a pas participé aux travaux, a déclaré que le groupe « méritait un crédit incroyable » pour son travail, combinant des concepts de chimie générale avec l’impression 3D pour concevoir un nouveau produit.
Il a toutefois ajouté que le filtre nécessiterait des tests supplémentaires avec des instruments de chromatographie ionique généralement disponibles dans les universités ou les laboratoires de recherche, ainsi que des études de marché pour déterminer la demande.
Bushway est convaincu qu’il existe un créneau. Les systèmes d’osmose inverse qui remplissent le même rôle coûtent des centaines à des milliers de dollars, tandis que les filtres à bloc de charbon disponibles pour environ 20 dollars doivent être remplacés tous les quelques mois, ce qui est plus souvent que le filtre de son groupe.
« Je suis fier de ces étudiants », a déclaré Bushway, ajoutant que le groupe espérait travailler avec des partenaires pour finaliser la conception et la produire à grande échelle.
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