La levure de bière usagée pourrait-elle être la solution à la contamination de l'eau par les métaux lourds ?
Une étude montre que la levure, un déchet abondant des brasseries, peut filtrer des quantités même infimes de plomb.
Une nouvelle analyse réalisée par des chercheurs du Center for Bits and Atoms (CBA) du MIT a révélé que la levure inactive pourrait être un matériau peu coûteux, abondant et simple pour éliminer la contamination au plomb des réserves d'eau potable. L'étude montre que cette approche peut être efficace et économique, même jusqu'à des niveaux de contamination de l'ordre de la partie par milliard. On sait que de graves dommages à la santé humaine peuvent se produire même à ces faibles niveaux.
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La méthode est si efficace que l'équipe a calculé que les déchets de levure rejetés par une seule brasserie de Boston suffiraient à traiter l'ensemble de l'approvisionnement en eau de la ville. Un tel système entièrement durable permettrait non seulement de purifier l'eau, mais aussi de détourner ce qui serait autrement un flux de déchets à éliminer.
Les résultats sont détaillés aujourd'hui dans la revue Nature Communications Earth and Environment, dans un article rédigé par Patritsia Statathou, chercheuse au MIT, Christos Athanasiou, post-doctorant à l'université Brown et chercheur invité au MIT, Neil Gershenfeld, professeur au MIT et directeur du CBA, et neuf autres personnes du MIT, de l'université Brown, du Wellesley College, de l'université technologique de Nanyang et de l'université technique nationale d'Athènes.
La présence de plomb et d'autres métaux lourds dans l'eau est un problème mondial important qui ne cesse de croître en raison des déchets électroniques et des rejets des exploitations minières. Rien qu'aux États-Unis, plus de 12 000 miles de cours d'eau sont touchés par les eaux acides de drainage des mines, riches en métaux lourds, qui constituent la principale source de pollution de l'eau dans le pays. Et contrairement aux polluants organiques, dont la plupart peuvent être éventuellement décomposés, les métaux lourds ne sont pas biodégradables, mais persistent indéfiniment et se bioaccumulent. Il est impossible ou très coûteux de les éliminer complètement par des méthodes conventionnelles telles que la précipitation chimique ou la filtration sur membrane.
Le plomb est très toxique, même à des concentrations infimes, et affecte particulièrement les enfants pendant leur croissance. L'Union européenne a réduit sa norme pour le plomb admissible dans l'eau potable de 10 parties par milliard à 5 parties par milliard. Aux États-Unis, l'Agence de protection de l'environnement a déclaré qu'aucune concentration dans les réserves d'eau n'était sûre. Et les niveaux moyens dans les masses d'eau de surface dans le monde sont 10 fois plus élevés qu'il y a 50 ans, allant de 10 parties par milliard en Europe à des centaines de parties par milliard en Amérique du Sud.
"Nous ne devons pas seulement minimiser l'existence du plomb ; nous devons l'éliminer de l'eau potable", déclare Mme Stathatou. "Et le fait est que les procédés de traitement conventionnels ne sont pas efficaces lorsque les concentrations initiales qu'ils doivent éliminer sont faibles, de l'ordre de quelques parties par milliard et moins. Soit ils ne parviennent pas à éliminer complètement ces traces, soit, pour y parvenir, ils consomment beaucoup d'énergie et produisent des sous-produits toxiques."
La solution étudiée par l'équipe du MIT n'est pas nouvelle - un processus appelé biosorption, dans lequel un matériau biologique inactif est utilisé pour éliminer les métaux lourds de l'eau, est connu depuis quelques décennies. Mais le processus n'a été étudié et caractérisé qu'à des concentrations beaucoup plus élevées, à des niveaux supérieurs à une partie par million. "Notre étude démontre que le processus peut effectivement fonctionner efficacement à des concentrations beaucoup plus faibles que celles que l'on trouve habituellement dans les réserves d'eau du monde réel, et examine en détail les mécanismes impliqués dans le processus", explique M. Athanasiou.
L'équipe a étudié l'utilisation d'un type de levure largement utilisé en brasserie et dans les processus industriels, appelé S. cerevisiae, sur de l'eau pure dopée avec des traces de plomb. Ils ont démontré qu'un seul gramme de cellules de levure inactives et séchées peut éliminer jusqu'à 12 milligrammes de plomb dans des solutions aqueuses dont la concentration initiale en plomb est inférieure à 1 partie par million. Ils ont également montré que le processus est très rapide, puisqu'il prend moins de cinq minutes.
Comme les cellules de levure utilisées dans le processus sont inactives et desséchées, elles ne nécessitent aucun soin particulier, contrairement à d'autres processus qui reposent sur une biomasse vivante pour remplir de telles fonctions, lesquelles nécessitent des nutriments et la lumière du soleil pour maintenir les matériaux actifs. Qui plus est, la levure est déjà disponible en abondance, en tant que déchet du brassage de la bière et de divers autres processus industriels basés sur la fermentation.
M. Stathatou a estimé que pour nettoyer l'approvisionnement en eau d'une ville de la taille de Boston, qui utilise environ 200 millions de gallons par jour, il faudrait environ 20 tonnes de levure par jour, soit quelque 7 000 tonnes par an. À titre de comparaison, une seule brasserie, la Boston Beer Company, produit 20 000 tonnes par an de levure excédentaire qui n'est plus utile à la fermentation.
Les chercheurs ont également effectué une série de tests pour déterminer que les cellules de levure sont responsables de la biosorption. Selon Athanasiou, "l'exploration des mécanismes de biosorption à des concentrations aussi élevées est un problème difficile. Nous avons été les premiers à utiliser une perspective mécanique pour élucider les mécanismes de biosorption, et nous avons découvert que les propriétés mécaniques des cellules de levure changent considérablement après l'absorption du plomb. Cela nous a permis d'obtenir des informations fondamentalement nouvelles sur ce processus".
La prochaine étape des recherches de l'équipe consiste à concevoir un système pratique pour traiter l'eau et récupérer la levure, qui pourrait ensuite être séparée du plomb pour être réutilisée.
"Pour mettre à l'échelle le processus et le mettre en place, il faut intégrer ces cellules dans une sorte de filtre, et c'est le travail qui est actuellement en cours", dit Stathatou. Les chercheurs étudient également les moyens de récupérer à la fois les cellules et le plomb. "Nous devons mener d'autres expériences, mais il est possible de récupérer les deux", dit-elle.
Le même matériau peut potentiellement être utilisé pour éliminer d'autres métaux lourds, comme le cadmium et le cuivre, mais cela nécessitera des recherches supplémentaires pour quantifier les taux effectifs de ces processus, indiquent les chercheurs.
L'équipe comprenait également Marios Tsezos de l'Université technique nationale d'Athènes, en Grèce ; John Gross du Wellesley College ; Camron Blackburn, Filippos Tourlomousis et Andreas Mershin du CBA du MIT ; Brian Sheldon, Nitin Padture et Eric Darling de l'Université Brown ; et Huajian Gao de l'Université Brown et de l'Université technologique de Nanyang, à Singapour.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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