Description

La surveillance des écosystèmes aquatiques constitue une préoccupation environnementale importante qui cible les grandes familles de polluants (métaux, pesticides, …) générés par les activités humaines. La mesure des contaminants d'eaux de surface (douces ou marines) s’effectue traditionnellement en laboratoire d’analyses par des techniques conventionnelles permettant la détection d’un large panel de molécules. La représentativité et la fiabilité du résultat final dépendent des étapes du prélèvement sur le terrain jusqu’au laboratoire. Conditionnement, conservation, stockage et transport sont des règles strictes à respecter afin de limiter toute évolution de l’échantillon. Ce processus s’avère laborieux, prend du temps et conduit à un manque de résultats en temps réel pour promouvoir une réponse proactive à la contamination de l'eau.

Le LOD proposé dans BELUGA ambitionne de répondre à ces enjeux grâce à l’analyse multiple en temps réel sur site, en particulier sur des matrices complexes de polluants, dans des eaux de surface sans aucune infrastructure autre que le système portatif proposé. Cet outil permettra de cartographier plus finement et d’évaluer plus fréquemment l’évolution des contaminations ayant un impact sur le métabolisme algal. L’outil portable proposé constituera un système d’alerte précoce, bas coût, portable, autonome, fiable et robuste, qui orientera les gestionnaires vers des analyses chimiques complémentaires, et aura clairement un impact sur le plan sanitaire et économique.

BELUGA fédère les expertises nécessaires au développement d’une plateforme micro-fluidique pour proposer un démonstrateur de type "sample-to-answer" dans un format "Lab-On-a-Disc" (LOD) multi- mesures / multi-réponses. La qualité de l'eau étant définie en fonction de ses caractéristiques chimiques, biologiques et physiques, le LOD intégrera un réseau de différents types de capteurs et de biocapteurs à cellules algales dont le système de transduction sera adapté aux caractéristiques à évaluer. Son architecture consiste en un empilement de différents disques, chacun intégrant des fonctions propres, avec une organisation de puits de mesure et de capteurs en couronne. Le disque supérieur (d1) intègre des sources lumineuses composées de matériaux organiques (diode électroluminescente organique - OLED) émettant sur différentes plages spectrales (mesures optiques et électrochimiques photo-initiées). Le disque suivant (d2) comporte le réseau micro-fluidique de manipulation des échantillons et suspensions d’algues. Il comprend de plus les capteurs électrochimiques (O₂, pH, nitrates) et physiques (conductivité). Les deux disques inférieurs (d3 et d4) intègrent respectivement les filtres optiques et les photo-détecteurs organiques (OPD) pour les mesures de fluorescence et d’absorption du milieu (turbidité). Ces transducteurs optiques permettront la détection de la fluorescence directe, émise par les chlorophylles, ou indirecte, suite à la transformation d’un substrat chromophore par une activité enzymatique, alors que les transducteurs conductimétriques et électrochimiques seront adaptés à l’enregistrement : i) des charges générées par l’activité d’enzymes localisées sur les membranes externes des algues et ii) de l’oxygène dissout lié à la photosynthèse.

Les biocapteurs ont montré indépendamment leur intérêt dans l’identification de substances xénobiotiques dans les milieux aquatiques. Les capteurs physico-chimiques délivrent des informations quantitatives concernant le pH, la turbidité, la présence de nitrates. Quant à celles issues des biocapteurs à algues, elles restent qualitatives. En effet, le milieu naturel contient des cocktails complexes de molécules, produisant des effets qui ne sont jamais la somme des effets des molécules prises isolément. Les mesures permettent d’orienter le diagnostic de contamination vers une ou plusieurs familles de polluants mais la quantification précise devra toujours passer par l’analyse chimique. L’objectif de ce projet reste bien l’étude de l’effet cocktail de matrices environnementales qui prendront en compte les éventuels effets synergiques ou antagonistes ainsi que les phénomènes de dégradation qui génèrent souvent des sous-produits plus toxiques que les molécules d’origine. Ainsi les capteurs développés et intégrés dans le LOD permettront d’estimer le degré de santé de l’écosystème considéré.