Clefs n°60 été 2011
Clefs n°60 été 2011
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°60 de été 2011

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (215 x 307) mm

  • Nombre de pages : 104

  • Taille du fichier PDF : 4,5 Mo

  • Dans ce numéro : incontournable chimie.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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66 Chimie pour la santé et l’environnement Des capteurs dopés Les aldéhydes aliphatiques sont des polluants majeurs présents dans l’air intérieur. Le plus petit d’entre eux, le formaldéhyde, appartient à la classe des cancérogènes. Il se trouve dans des produits aussi courants que les plastiques, les résines, les colles d’agglomérés de bois, les mousses d’isolation, les germicides, insecticides et fongicides, et même dans les additifs antibactériens pour la conservation des aliments ; les industries du papier, du tannage du cuir, de la photographie, de la soie artificielle, des teintures, des explosifs, des cosmétiques... en utilisent aussi. En lieu clos, la teneur en formaldéhyde varie entre 1 à 100 μg.m -3 et jusqu’à 500 μg.m -3. L’Agence nationale de sécurité sanitaire CLEFS CEA - N°60 - ÉTÉ 2011 en couplant la spectrométrie de masse et la chromatographie liquide, leur permet de détecter précisément des bases anormales au sein d’échantillons d’ADN ayant été hydrolysés en monomères afin d’en faciliter l’analyse. En matière de pollution atmosphérique, il est désormais possible de quantifier les adduits à l’ADN de molécules organiques, notamment le benzo[a]pyrène, contaminant cancérigène atmosphérique. La capacité des cellules à réparer l’ADN endommagé et à éliminer les portions défectueuses du génome est bien connue. Néanmoins, cette approche analytique a permis de révéler que deux bases oxydées, produites en position vicinale dans la double-hélice, s’éliminent mal. Enfin, des informations inédites sur la réparation des dommages, induits par l’exposition au rayonnement ultraviolet solaire, ont été obtenues dans la peau humaine. La chimie de synthèse, de caractérisation ou analytique reste un axe de recherche majeur en génotoxicologie. La collaboration, au sein de mêmes laboratoires, de chimistes et de biologistes a permis aux équipes du CEA d’offrir des informations originales à la communauté scientifique. de l’alimentation, de l’environnement et du travail (Anses) préconise de ne pas dépasser les 10 μg.m -3 pour une exposition chronique. D’où la conception de capteurs innovants, à forte capacité de piégeage, composés en matériaux nanoporeux, dont la taille des pores, adaptable au polluant, permet de réaliser un premier filtrage des composés organiques volatils. Réaction particulièrement sélective, celle du formaldéhyde avec le Fluoral-P produit une molécule qui absorbe et « fluoresce » dans le rayonnement visible : la 3,5-diacétyl-1,4-dihydrolutidine (DDL). Les capteurs sont donc fortement dopés en Fluoral-P pour une réaction rapide dans les nanopores. La détection du formaldéhyde s’appuie sur la mesure O O NH 2 O 0,8 2 + HCHO H 3 C CH 3 H 3 C CH 3 H 3 C N CH3 0,6 H Fluoral-P formaldéhyde DDL 0,4 absorbance 0,2 0 220 420 620 longueur d’onde (nm) > Éric Ansoborlo Département radiochimie et procédés Direction de l’énergie nucléaire CEA Centre de Marcoule > Catherine Berthomieu Institut de biologie environnementale et biotechnologie (Ibeb) Direction des sciences du vivant CEA Centre de Cadarache > Thierry Douki et Jean-Luc Ravanat Institut nanosciences et cryogénie (Inac) Direction des sciences de la matière CEA Centre de Grenoble > Thu-Hoa Tran-Thi Institut rayonnement matière de Saclay (Iramis) Direction des sciences de la matière CEA Centre de Saclay > Claude Vidaud Institut de biologie environnementale et biotechnologie (Ibeb) Direction des sciences du vivant CEA Centre de Marcoule de l’absorbance ou de la fluorescence de la DDL. Sa vitesse de formation est proportionnelle à la concentration de formaldéhyde et la gamme de mesure établie pour sonder la qualité de l’air varie de 1 à 250ppb. Depuis la création de la start-up ETHERA, des appareils de mesure peu coûteux sont associés à ces capteurs (voir page 70). Par ailleurs, la grande surface d’adsorption du matériau, équivalente à celle du charbon actif, confère au capteur une deuxième fonction de dépollution s’additionnant à celle de détection. D’autres capteurs colorimétriques pour l’air intérieur sont à l’étude, notamment pour les composés volatils présents dans l’atmosphère des piscines dont la nocivité a été récemment révélée. 1 500 1000 500 0 fluorescence Fluoral-P DDL DDL (fluo.) À gauche : représentation schématique de la réaction du Fluoral-P avec le formaldéhyde et propriétés optiques du Fluoral-P et de la dihydrolutidine (DDL). La photo représente le capteur à deux stades différents d’exposition au formaldéhyde : de transparent, le capteur devient jaune, orange puis marron foncé quand il est saturé. À droite : spectres d’absorption du Fluoral-P (spectre bleu), de la DDL (spectre rouge) et spectre de fluorescence de la DDL lorsqu’elle se trouve éclairée à 410 nm (spectre vert). CEA
Chimie et migration Aujourd’hui, le contrôle des activités industrielles et de leur impact sur l’environnement, mais aussi l’acceptabilité des différents choix de société en matière de développement industriel et de gestion des déchets, exigent une connaissance toujours plus fine des processus pilotant le devenir des contaminants dans l’environnement. Les études menées par les chercheurs du CEA contribuent fortement à l’acquisition de données expérimentales et à leur intégration au sein de différents modèles de migration. Désormais, les différentes réglementations relatives à la surveillance de l’environnement et au développement durable, imposent aux industriels de mettre en place un contrôle strict de leurs installations et d’élaborer des plans d’assainissement capables de pallier efficacement une contamination accidentelle. Évaluer l’impact d’une installation, en situation nominale ou accidentelle suppose la mise en place préalable d’outils de modélisation capables d’intégrer la connaissance des différents processus contrôlant la migration des contaminants dans l’environnement. La méthode vaut également en matière de gestion des déchets nucléaires, notamment dans l’hypothèse d’un stockage en formation géologique profonde. En effet, à côté des recherches menées sur le conditionnement des déchets et sur l’évaluation des performances concernant les matériaux de confinement, la connaissance des processus pilotant le devenir des radionucléides figure comme un enjeu majeur pour les chimistes. Et pour cause : au regard des échelles de temps concernées, c’est-à-dire au delà de 10 000 ans, ces radionucléides seront libérés dans la géosphère. Il appartient donc aux chercheurs de construire des modèles capables de prédire le devenir de ces radionucléides et leur impact, à la fois sur l’homme et la biosphère – et cela, sur des échelles de temps inaccessibles à l’homme. Dans cette optique, le CEA apporte son soutien scientifique et technique (élaboration de programmes de recherche, réponses à des questions techniques...) à l’Andra afin d’évaluer les performances de confinement de l’argilite du Callovo-Oxfordien, milieu pressenti pour l’installation d’un futur lieu de stockage des déchets ultimes. Des processus couplés La migration d’un contaminant dans l’environnement intègre de nombreux champs scientifiques qui imposent aux chercheurs de : • connaître la forme chimique (soluble ou particulaire) sous laquelle le contaminant est libéré ; • comprendre le comportement chimique du contaminant en solution, notamment son interaction avec les autres espèces chimiques présentes dans cette solution ou avec des phases hétérogènes solides comme les mélanges de minéraux ou des substances organiques ; • déterminer les propriétés de transport du milieu lui-même dans lequel le contaminant sera disséminé. À la complexité de ces processus élémentaires, mis en jeu lors des transferts de contaminants dans le milieu, une difficulté supplémentaire s’ajoute : pouvoir coupler ces processus et ainsi parvenir à une description plus fine et la plus réaliste possible des phénomènes observés. C’est avec l’intégration de ces processus dans un modèle qu’il deviendra alors possible de prédire, avec une meilleure confiance, la migration des contaminants dans la géosphère mais aussi d’évaluer leur impact sur l’environnement. Un milieu naturel hétérogène et complexe Le milieu naturel ressemble à un milieu poreux dont la complexité tient à trois raisons principales : • la nature et la diversité des phases (minéraux, végétaux, micro-organismes) qui le composent ; l’hétérogénéité granulaire ; • l’organisation texturale de ce milieu. Cette organisation s’avère d’autant plus complexe que les chercheurs travaillent en environnement de surface sur des sols soumis aux phénomènes de bioturbation et aux milieux racinaires ou sur des sols marqués par une empreinte d’activité humaine (sols urbains, friches industrielles...). À cette complexité vient s’ajouter la variabilité naturelle des conditions hydriques du milieu liée à ses conditions hydrogéologiques et à la pluviométrie. Chimie en solution Une fois relâchés dans l’environnement, les radionucléides et autres contaminants se combinent avec d’autres espèces chimiques naturellement présentes dans cet environnement. La mobilité des radioéléments dans la géosphère et leur interaction avec les surfaces minérales ou organiques dépendent fondamentalement de leur forme chimique en solution. Parmi les espèces En vue des expériences en laboratoire, la préparation et la découpe des échantillons sensibles à une perturbation apportée par l’oxygène de l’air, doivent se faire sous une enceinte placée sous atmosphère d’azote. La boîte à gants est ici occupée par une scie à fil pour la découpe d’échantillons compacts. CLEFS CEA - N°60 - ÉTÉ 2011 P.Stroppa/CEA 67



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