Wen-Chi Lin montre sa conception de capteur de plomb électronique. Cela pourrait permettre aux villes et aux propriétaires d'identifier les tuyaux qui contaminent l'eau par le plomb. (Crédit: Evan Dougherty / Michigan Engineering Communications & Marketing / U. Michigan)

Un nouveau capteur électronique peut surveiller la qualité de l'eau dans les maisons ou les villes, informant les résidents ou les autorités de la présence de plomb dans l'eau dans les neuf jours, le tout pour environ $ 20.

La crise de l'eau de Flint a montré au pays que les vieux systèmes d'eau que l'on croit stables depuis des décennies peuvent soudainement exposer des milliers de personnes à une neurotoxine si un changement dans la qualité de l'eau corrode la tuyauterie de plomb.

En outre, les tests d'échantillons d'eau standard exigent que les utilisateurs passent leur eau pendant plusieurs minutes, manquant tout plomb qui se retrouve dans l'eau des tuyaux de la maison.

Mark Burns, un professeur de génie chimique à l'Université du Michigan, et ses collègues ont entrepris de développer un capteur peu coûteux qui pourrait être placé à des points clés dans les systèmes d'eau de la ville ainsi que les robinets dans les maisons.

"J'espère que cela aura un impact, car il est effrayant de penser à avoir du plomb dans votre eau", dit Burns.

L'astuce est de séparer le plomb de tous les autres métaux qui pourraient être présents dans l'eau, la plupart d'entre eux seulement dangereux à très fortes doses.

"Puisque le fer est le métal le plus commun dans l'eau et qu'il est fondamentalement inoffensif (en plus d'avoir une mauvaise odeur), nous le voyons comme interférant avec notre capteur", explique Wen-Chi Lin, récemment diplômé en génie chimique.

Ainsi, elle a conçu un capteur qui pourrait différencier le plomb et d'autres métaux comme le fer. Il repose sur deux paires d'électrodes. L'électrode positive et son voisin neutre créent un environnement pauvre en électrons, tandis que l'électrode négative et son voisin neutre créent un environnement riche en électrons.

L'électrode négative offre des électrons aux ions positifs, capturant la plupart des métaux. Les métaux sont déjà oxydés dans l'eau, ce qui signifie qu'ils ont abandonné certains de leurs électrons, alors ils préfèrent avoir l'opportunité de récupérer des électrons.

Cependant, le plomb est attiré par le côté positif du jeu d'électrodes - c'est le seul métal contaminant qui perd facilement plus d'électrons et s'oxyde davantage.

Lin a testé les capteurs dans une variété d'environnements: l'eau du robinet et l'eau simulées à partir d'un robinet réel, dopé avec des métaux ou non. Lorsque le plomb s'accumule sur l'électrode positive, il finit par atteindre l'électrode neutre, fermant le circuit et générant une tension. Au-dessus d'un signal d'un volt, le système enregistre un hit.

C'est une histoire similaire sur l'électrode négative, ramasser des concentrations élevées de fer, de zinc et de cuivre, qui peuvent également devenir des problèmes de santé. Le capteur peut faire la différence entre un problème de plomb et un problème avec l'un de ces autres métaux.

"Il pourrait y avoir une application qui surveillerait tous les robinets, et il pourrait juste vous envoyer un e-mail quand il a détecté un événement", dit Burns.

Lin était particulièrement conscient des faux positifs - une détection signifie que l'électrode est hors service pour de bon (mais pas le capteur entier), et cela pourrait causer une peur inutile à une famille ou à un officiel.

Le seul potentiel pour une fausse alerte de plomb est si la concentration en cuivre est trop élevée. Le cuivre est si bon à saisir des électrons supplémentaires qu'il peut s'accumuler sur l'électrode neutre à côté de l'électrode positive. Mais le cuivre crée seulement une tension à des concentrations élevées, approchant sa limite d'action de l'Agence de protection de l'environnement de 1,300 parties par milliard.

En revanche, le plomb se manifeste à 15 parties par milliard - sa limite d'action EPA - après environ une semaine. Ce niveau d'exposition n'est pas censé élever les niveaux sanguins chez les adultes, selon les Centers for Disease Control. Une plus grande concentration de plomb, 150 parties par milliard, a été ramassé après seulement un ou deux jours, en fonction de la chimie de l'eau.

Lin croit qu'avec l'optimisation, l'électrode positive pourrait être encore meilleure pour attirer le plomb mais pas le cuivre.

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L'étude apparaît dans Chimie analytique.

L'Université du Michigan a financé le travail par le biais de la bourse d'études Barbour, de la bourse Rackham Predoctoral et de la chaire TC Chang Endowed.

La source: Université du Michigan

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