Vers une électrode ultra-sensible pour détecter le glyphosate dans l’eau

Vers une électrode ultra-sensible pour détecter le glyphosate en continu dans l’eauFin du projet de recherche E2S “CAPTAIN Ad Hoc”

Le projet exploratoire* “CAPTAIN Ad Hoc” (CAPTeur pour l’Analyse IN situ des polluants émergents ad hoc), dirigé par Corinne Parat, ingénieur de recherche à l’Institut des Sciences Analytiques et de Physico-Chimie pour l’Environnement et les Matériaux (IPREM), a récemment pris fin. Les travaux, menés pendant 4 ans par une ingénieure de recherche, Estelle Ricard, deux doctorants, Mohamed Amine Berkal et Quentin Palas, et un ingénieur d’études, Jordan Lacoste, ont abouti à la création d'une électrode fonctionnelle, même si elle doit encore être améliorée pour pouvoir être utilisée au quotidien par les collectivités. 

L’objectif du projet était de développer un capteur électrochimique pour détecter, in situ et en temps réel, les résidus de pesticides fréquemment retrouvés dans les environnements aquatiques, tels que le glyphosate. Différents tests ont été entrepris pour détecter le glyphosate à partir d’une électrode de carbone sérigraphiée, modifiée par des nanoparticules d’or. L’optimisation des conditions de mesure a permis de valider la détection du glyphosate. 

Cependant, quelles que soient les conditions de dépôt des nanoparticules d’or et les nanostructures générées, une limite de détection de 4 micromoles par litre a été obtenue, valeur encore trop élevée pour une application directe dans l’environnement.

Amélioration de la sensibilité et de la spécificité

Afin d’améliorer la sensibilité du capteur, la construction d'une nouvelle plateforme électrochimique au moyen d'un assemblage fonctionnel de polymères (MIP, pour molecularly imprinted polymer) a été développée dans le cadre de la thèse de Quentin Palas. Ces travaux ont montré que la réalisation d’un MIP permettait de détecter le glyphosate à des concentrations de l’ordre du picomole par litre. D’autres travaux seront nécessaires pour comprendre les interactions entre le glyphosate et le MIP, et améliorer la stabilité du signal dans le temps.

Par ailleurs, cette électrode modifiée par un film d’or s’est avérée extrêmement sensible à la présence d’autres ions dans la solution. Afin d’améliorer la spécificité du capteur et de limiter les interférences, une modification fonctionnelle de l’électrode par un aptamère (anticorps synthétique fonctionnant comme un système clé-serrure) a été entreprise dans le cadre de la thèse de Mohamed Amine Berkal. Ces travaux ont montré que quel que soit l’aptamère considéré, le greffage d’un aptamère sur la surface de l’électrode ne permettait pas de détecter les cibles d’intérêt en raison de leur taille moléculaire, trop petites pour générer une modification de signal suffisante pour permettre une quantification.

Prototype et campagne de terrain

En parallèle, un système d’analyse en flux et un capteur industriel à 3 électrodes ont été développés pour réaliser des analyses en continu :

Une campagne de terrain a eu lieu aux rivières pilotes gérées par le Pole d’etudes et de Recherche de Lacq (PERL) TotalEnergies dans le cadre de la chaire Ecotox portée par Séverine Le Faucheur. Les cibles suivies ont par conséquent été les métaux d’intérêt de la chaire, à savoir le cobalt et le nickel.

Cette campagne a permis de montrer la bonne stabilité du capteur sur 24h et l’effet important de la température sur le signal du cobalt, ainsi que la bonne sensibilité du capteur face à un évènement particulier. Une publication dans le Journal of Environmental Chemical Engineering est en cours de révision.

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* Un projet exploratoire invite des équipes de 3 à 4 scientifiques à proposer une recherche innovante, des sujets neufs ou en rupture, à réduire les verrous identifiés, mais aussi à promouvoir l’interdisciplinarité et la dissémination de l’information.

Le consortium de recherche “Energy and Environment Solutions” (E2S) associe l’UPPA, INRAE, Inria et le CNRS. Il a obtenu des fonds du Programme d’Investissements d’Avenir – devenu France 2030 – grâce au label d’excellence universitaire I-SITE (Initiative Sciences, Innovation, Territoires, Economie) décerné par l’État à l’Université de Pau et des Pays de l’Adour.