La prochaine génération de scientifiques et d’inventeurs trouve déjà des approches pour résoudre les problèmes de la société. Aujourd’hui, un groupe d’élèves du secondaire et leur instructeur rapportent une solution au problème de la contamination par le plomb dans l’eau potable – un accessoire de robinet peu coûteux qui élimine ce métal toxique. Contrairement aux filtres conventionnels actuellement sur le marché, le leur comprend une cartouche en plastique biodégradable et indique quand elle est « épuisée » en jaunissant l’eau du robinet.
Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd’hui lors de la réunion de printemps de l’American Chemical Society (ACS).
« Il y a quelques années, j’ai vu une vidéo d’une femme du Michigan ouvrir son robinet d’eau, et elle est sortie brune », explique Rebecca Bushway, qui est la chercheuse principale du projet. Elle présente également le travail à la réunion. « Cela m’a fait réfléchir – parce qu’il n’y a vraiment pas de niveau de plomb sûr dans l’eau potable, ne serait-il pas agréable d’avoir un filtre à eau qui pourrait vous dire que votre eau est contaminée, bien avant qu’elle ne brunisse à cause du plomb ? »
Bien que certaines conduites aient été réparées aux États-Unis, des millions de foyers, en particulier ceux des communautés à faible revenu, reçoivent toujours de l’eau potable via des conduites contenant du plomb. Si la chimie de l’eau n’est pas idéale ou si elle s’écoule rapidement en raison d’une forte demande, les tuyaux peuvent se corroder. Lorsque le matériau corrosif contient du plomb, le métal toxique se dissout ou s’écaille dans l’eau, la contaminant avec une décoloration sombre et parfois des particules visibles.
Jusqu’à ce que les anciens tuyaux puissent être remplacés par des versions sans plomb, les filtres peuvent aider à éliminer ou à réduire ce polluant de l’eau du robinet. Bien que divers systèmes de filtration du plomb existent, leur coût élevé et leur grande taille peuvent constituer des obstacles. De plus, peu d’entre eux indiquent qu’ils devraient être changés et aucun n’indique que l’eau pourrait présenter un risque immédiat pour la santé.
Bushway, professeur de sciences à l’école intermédiaire et supérieure de Barrie, a demandé à haute voix à son cours de chimie de niveau secondaire supérieur s’il y avait un petit filtre – similaire à ceux qui sont faits pour le camping pour purifier l’eau – qu’ils pourraient fabriquer à partir de composants peu coûteux. pour éliminer facilement le plomb. Les étudiants étaient enthousiasmés par l’idée et ils ont commencé à réfléchir au projet en 2020 lorsque les restrictions liées au COVID-19 les ont empêchés d’entrer en classe. À la maison, l’équipe s’est rencontrée virtuellement et a discuté de la conception d’un accessoire pour visser un filtre sur le robinet d’un évier. Puis, au semestre de printemps 2021, lorsqu’ils sont retournés en classe, ils ont imprimé en 3D l’accessoire et un boîtier de filtre de 3 pouces de haut, en utilisant un plastique biodégradable. Leur dernière étape consistait à remplir les cartouches d’un mélange de phosphate de calcium et de poudre d’iodure de potassium.
« Le phosphate de calcium se lie d’abord au plomb dissous dans l’eau pour former du phosphate de plomb et du calcium libre. Le calcium, qui est inoffensif, se retrouve dans l’eau et le phosphate de plomb reste dans le filtre », explique Bushway. Le phosphate de plomb, qui est un solide inerte, est piégé à l’intérieur du filtre par un tamis en nylon au bas de l’appareil. Une fois que la capacité de réaction du phosphate de calcium est atteinte, le plomb dissous réagit avec l’iodure de potassium, ce qui jaunit l’eau, un indicateur de présence de plomb.
Et bien que la chimie elle-même soit assez simple, concevoir le système de filtration de l’eau pour faire ce que les chercheurs voulaient a été plus compliqué. Par exemple, le phosphate de calcium a tendance à s’agglutiner, ce qui entraîne une diminution de la vitesse de réaction entre celui-ci et le plomb à mesure que la surface diminue. Ainsi, l’étudiant ingénieur en chef de l’équipe a incorporé des biseaux hexagonaux à l’intérieur du filtre. « C’est une innovation, qui est venue d’un des élèves du secondaire, qui fera tourner l’eau en spirale et empêchera la poudre de s’agglutiner », explique Bushway.
Ensuite, les étudiants ajouteront un minuscule spectrophotomètre avec une LED à une seule longueur d’onde au bas de la cartouche filtrante, où l’eau est distribuée. Leur plan est d’avoir un voyant qui s’allume dès que le détecteur identifie la couleur jaune de l’iodure de plomb. Bushway dit que cela indiquera que le plomb est dans l’eau, avant même que la couleur ne soit détectable par un œil humain.
L’objectif de l’équipe est de fabriquer et de vendre leurs filtres pour moins de 1 $ chacun, ce que Bushway pense être sur le point de faire. Étant donné que les boîtiers utilisent du plastique biodégradable, le coût pourrait avoir tendance à augmenter légèrement, mais le matériau contribuerait à réduire l’impact environnemental global du filtre.
Le processus de développement du filtre a été très satisfaisant, selon Bushway. « En fin de compte, cette expérience a montré aux étudiants qu’ils peuvent faire une différence pour quelqu’un, et il y a des problèmes qu’ils peuvent résoudre avec la science », dit-elle.
AEC Printemps 2022, acs.digitellinc.com/acs/live/22/page/677