Des scientifiques utilisent des isotopes de carbone pour traquer les « produits chimiques éternels »

Les composés organofluorés, parfois appelés « produits chimiques éternels », sont de plus en plus présents dans notre eau potable, nos océans et même notre sang humain, constituant une menace potentielle pour l’environnement et la santé humaine.

Des chercheurs de l’Université du Texas à Austin ont désormais mis au point un moyen de les identifier, ce qui pourrait aider les autorités à remonter jusqu’à leur source lorsqu’ils se retrouvent dans les aquifères, les cours d’eau ou le sol.

Cette technique consiste à faire passer des échantillons dans un champ magnétique puissant, puis à lire les ondes radio émises par leurs atomes. Cela révèle la composition des isotopes de carbone dans la molécule et donne au produit chimique son empreinte digitale, un exploit qui n’avait pas été réalisé auparavant avec les produits chimiques éternels.

Ce travail est important car il permet aux scientifiques de suivre la propagation de produits chimiques éternels dans l’environnement, a déclaré Cornelia Rasmussen, professeure adjointe de recherche à l’Institut de géophysique de l’Université du Texas à la Jackson School of Geosciences.

« À terme, nous serons capables de suivre les molécules et de voir comment elles se déplacent », a déclaré Rasmussen, qui a codirigé le développement de la technique. « Par exemple, si elles restent là où elles ont été déversées ou si elles se déplacent en aval. »

La nouvelle technique a été décrite dans un article publié dans la revue Sciences et technologies de l’environnement.

Les liaisons moléculaires ultra-fortes qui confèrent aux produits chimiques Forever leurs caractéristiques pratiques (utilisées dans de nombreux domaines, des retardateurs de flamme aux surfaces antiadhésives et aux médicaments à libération lente) les empêchent également de se décomposer dans l’environnement, ce qui les amène à s’accumuler sous forme de pollution dans le sol et les matières organiques auxquelles ils adhèrent facilement.

L’Agence américaine de protection de l’environnement (EPA) prévoit de réglementer les produits chimiques permanents, dont les PFAS, et d’en éliminer la plupart de l’eau potable. Cependant, les liaisons moléculaires des produits chimiques les rendent également difficiles à tracer. En effet, l’empreinte chimique conventionnelle consiste à décomposer les molécules dans un spectromètre de masse, ce qui ne fonctionne pas bien avec les liaisons moléculaires résistantes des produits chimiques permanents.

Les chercheurs se sont plutôt tournés vers une technologie appelée spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN), qui mesure la structure d’une molécule et identifie ses isotopes sans la décomposer.

Les isotopes désignent les éléments chimiques dont le nombre de neutrons dans leurs atomes diffère. Les produits chimiques Forever sont fabriqués en liant des isotopes de carbone à l’élément fluor, ce qui n’arrive presque jamais dans la nature. Une fois les liaisons moléculaires formées, elles sont pratiquement incassables.

La technique des chercheurs utilise l’instrument RMN ainsi que leurs propres outils informatiques pour déterminer le mélange d’isotopes de carbone à chaque position de la molécule. Étant donné que le mélange d’isotopes de carbone liés à chaque atome de fluor est propre à la manière dont le produit chimique a été fabriqué, cette information peut être utilisée comme une empreinte digitale pour tracer un produit chimique.

C’est comme un code-barres intégré pour les molécules, a déclaré le co-auteur David Hoffman, professeur associé au Département des biosciences moléculaires du Collège des sciences naturelles de l’UT.

« Une des raisons pour lesquelles cela a si bien fonctionné est que nous assemblons des outils de différents domaines scientifiques (chimie et géosciences) qui ne se mélangent normalement pas et que nous les utilisons pour faire quelque chose que personne n’a vraiment fait auparavant », a-t-il déclaré.

Les chercheurs ont testé leur technique sur des échantillons comprenant des produits pharmaceutiques et un pesticide courant. Rasmussen et Hoffman mènent actuellement une étude pilote pour voir comment la technique se comportera sur les polluants présents dans les ruisseaux et les eaux usées de la ville d’Austin. Si elle s’avère concluante, la technique pourrait être utile aux agences fédérales et d’État qui souhaitent suivre la propagation des produits chimiques présents dans l’eau.

Rasmussen a déclaré que ces travaux ont ouvert une nouvelle couche d’informations sur les isotopes en chimie organique qui pourraient trouver de nombreuses applications au-delà du suivi des produits chimiques éternels, comme la détection de médicaments contrefaits ou l’astrobiologie. Son objectif ultime, cependant, est de pousser la technique encore plus loin.

« Cela nous a donné toute une série de possibilités d’apprendre des choses vraiment intéressantes sur le métabolisme de la Terre primitive », a-t-elle déclaré. « Cela pourrait même nous dire si les matières organiques présentes sur Mars sont les derniers vestiges d’une ancienne vie martienne. »