Développement d’un système de filtrage inspiré du rein humain Dans un contexte actuel de développement durable, nous sommes intéressés par la consommation énergétique du système. En écrivant quelques équations supplémentaires, on constate que le système de la boucle de Henle seule consomme juste un peu plus que les systèmes de passoires traditionnels. En revanche, le système de la boucle de Henle additionné du canal collecteur consomme bien moins d’énergie que les systèmes traditionnels ; d’ailleurs, plus on veut filtrer de façon précise, plus le gain énergétique de cette solution est important ! La dernière branche du néphron, le canal collecteur, est donc un point clé pour effectuer une filtration efficace. Aujourd’hui, nous avons presque tous les outils en laboratoire pour réaliser un premier prototype de la boucle de Henle (on commence par la boucle seule, car c’est déjà bien assez compliqué). La difficulté réside dans le fait qu’il faut manipuler des systèmes à la pointe de la technologie. D’abord, il faut constituer un système avec des canaux très fins. En effet, pour que le dispositif fonctionne au mieux, les canaux (branche ascendante, branche descendante et canal collecteur) doivent être de très petits diamètres et très longs. Pour ce faire, on creuse de tout petits canaux dans du plastique mou, couramment utilisé pour faire toutes sortes de dispositifs, notamment biomédicaux en microfluidique*. Ensuite on insère des membranes très fines qui servent à mimer les aquaporines et les pompes à sel (parce que tout ça – les aquaporines et les pompes – nous ne savons pas encore le reproduire exactement !). Nous utilisons des membranes classiques qui ne laissent passer que l’eau pour mimer les aquaporines, et des membranes chargées électriquement qui ne laissent passer que le sel pour mimer les pompes. Nous ajoutons à cela un système de très fines électrodes afin d’appliquer un champ électrique qui permet de « tirer » le sel d’un côté à l’autre. La production avance et, après avoir testé séparément notre système de pompe à sel d’un côté et celui de membrane perméable seulement à l’eau, nous allons bientôt tout assembler, et voir si nous pouvons concentrer... non pas de l’urée car il n’est pas évident de s’en procurer, mais du sucre ! L’ultime difficulté réside N., D I A dans le fait qu’en assemblant ce dispositif, nous obtenons un système microfluidique tridimensionnel, ce qui n’a jamais été fait jusqu’alors. Ceci pose de nombreux défis, notamment pour garantir que l’appareil est bien hermétique et qu’il ne fuit pas ! Ce système de « rein-sur-puce » constitue potentiellement une avancée significative dans le domaine de la filtration. Cette approche, qui tire avantage d’une géométrie très spécifique (en forme de double « U ») , est plus efficace que l’approche traditionnelle de type « passoire ». Dans un futur pas si lointain, on peut imaginer que ce système puisse être utilisé pour prétraiter Avancées de la recherche r urée I sel 3. Le néphron en fonctionnement. Débits relatifs d’urée, de sel et d’eau dans les différentes parties du néphron. Initialement (dans la branche descendante) la proportion d’urée est très faible et ne se voit pas. Pour rendre les proportions visibles, la proportion d’eau est divisée par 100. Les symboles bleus représentent les transferts d’eau et les symboles verts le pompage du sel. Le débit total de fluide diminue au fur et à mesure qu’on avance dans la boucle, le débit d’eau « perdue » étant réabsorbé par l’interstice. I CC eau l’eau de mer, pour la débarrasser de ses impuretés, avant de la dessaler. Les impuretés dans l’eau de mer prendraient la place de l’urée dans le cas du rein. L’étape de nettoyage de l’eau de mer est très importante et représente environ un tiers de la consommation totale d’énergie du dessalement. Ensuite, on peut voir ce système de façon inverse  : il permet aussi de concentrer un produit qu’on veut séparer de l’eau pour l’utiliser. Dans le cas du rein on récupère l’urée pour la jeter, mais dans de nombreux autres cas on cherche à séparer des espèces de l’eau pour s’en servir ensuite. Le saviez-vous  : pourquoi la viande de requin a-t-elle un goût si fort ? Et dans tout ça, que deviennent les poissons ? Les poissons et autres créatures marines ont beaucoup moins besoin de concentrer l’urée, parce qu’ils peuvent s’approvisionner en eau tout le temps ! De façon générale, les poissons ont des écailles pour éviter que l’eau de leur corps ne se vide par osmose (eh oui, car ceux qui vivent dans l’eau de mer vivent dans un environnement beaucoup plus salé que leur organisme !). Les requins et les raies, eux, ont développé une autre stratégie  : ils se sont « habitués » à vivre avec beaucoup d’urée dans leur corps, autant qu’il y a de sel dans l’eau. C’est pour cela que leur chair a un goût si particulier (surtout pour les requins *) et qu’elle nécessite une préparation spéciale. * Nous rappelons que la pêche au requin est interdite. Reflets de la Physique n°58 23