L’appareil développé par des chercheurs japonais comporte quatre jonctions trifurquées en série où une onde acoustique de 500 kHz est appliquée pour un enrichissement de 105 fois de microplastiques de différentes tailles dans l’eau. (CRÉDIT : Yoshitake Akiyama de l’Université de Shinshu)

Les particules de débris plastiques de taille inférieure à 5 mm, connues sous le nom de microplastiques (MP), constituent une grave préoccupation environnementale. Formés par la décomposition des déchets plastiques dus à l’usure et à la lumière du soleil ou produits par les déchets de fibres dans les eaux usées de la lessive et sous forme de microbilles dans les produits de beauté, ils adsorbent et introduisent des produits chimiques nocifs qui polluent l’environnement. D’ici 2050, les députés pourraient être plus nombreux que les poissons dans les océans. Dans ces circonstances, la collecte et l’élimination des MP de l’eau sont cruciales.

Classiquement, les MP sont collectés en filtrant l’eau à travers des mailles. Le sable et les débris biologiques sont retirés des MP collectés par séparation par densité et traitement chimique, respectivement. Après cela, les députés sont ramassés manuellement, ce qui est laborieux et prend du temps. De plus, les mailles peuvent facilement se boucher et ne peuvent pas collecter de particules plus petites que leur ouverture. Ils nécessitent également un entretien fréquent et sont coûteux. Compte tenu de ces lacunes, les chercheurs ont développé des dispositifs microfluidiques – des systèmes qui contrôlent de petites quantités de fluides à l’aide de canaux de taille micrométrique – qui utilisent la focalisation acoustique pour collecter les MP.

La technologie acoustique génère des ondes ultrasonores qui transportent les MP au centre du flux de fluide et enrichissent ainsi, c’est-à-dire augmentent la quantité collectée, de MP. Cependant, un enrichissement élevé des députés à l’aide de dispositifs microfluidiques actuels nécessite une recirculation répétée des fluides à travers eux. Dans cette optique, un groupe de chercheurs, dirigé par le professeur Yoshitake Akiyama du Département de génie mécanique et de robotique de la Faculté des sciences et technologies textiles de l’Université de Shinshu, a développé un dispositif à haut enrichissement pour les MP de 10 à 200 μm.

Ce dispositif a été rapporté dans une étude co-écrite par le professeur Hiroshi Moriwaki du Département de biologie appliquée, Faculté des sciences et technologies textiles, Université de Shinshu, qui a été mise en ligne le 26 mars 2023 et sera publiée dans le volume 315 du revue Separation and Purification Technology du 15 juin 2023.

« Notre dispositif microfluidique proposé, qui est conçu sur la base d’une analogie hydraulique-électrique, comporte trois microcanaux de 1,5 mm de large connectés via quatre jonctions trifurquées en série de 0,7 mm de large. Les députés sont alignés au centre du microcanal central à l’aide d’un onde de fréquence de résonance de 500 kHz. En conséquence, un enrichissement de MPs de 3,2 fois doit se produire à chaque jonction, ce qui entraîne un enrichissement global de 105 fois dans l’appareil », explique le professeur Akiyama, décrivant la conception de leur appareil. Alors que les MP sont collectés à partir de la branche médiane des jonctions trifurquées, le fluide restant sans MP est retiré des autres branches.

Les chercheurs ont évalué les performances de collecte de l’appareil en mesurant ses taux de collecte totaux pour les microparticules de 5, 10, 15, 25, 50 et 200 μm de diamètre. Les taux de collecte dépassaient 90 % pour toutes les microparticules sauf 5 μm, qui étaient trop petites pour être contrôlées acoustiquement. De plus, les chercheurs ont testé l’appareil en utilisant deux mélanges d’échantillons d’eau, l’un avec de petits MP (25-200 μm) et l’autre avec de très petits MP (10-25 μm). Ses taux de collecte variaient de 70 à 90 % et l’enrichissement réel des PM variait de la moitié de la valeur de conception de 105 à la valeur de conception.

Bien qu’il ait été constaté que certains MP ralentissaient et obstruaient les parois des microcanaux de l’appareil par la force de rayonnement acoustique, les chercheurs pensent que ces limitations mineures peuvent être facilement résolues grâce à la pré-filtration et en améliorant la focalisation 2D.

Un professeur optimiste Akiyama conclut ainsi : « Ce dispositif microfluidique proposé basé sur la focalisation acoustique peut collecter efficacement, rapidement et en continu des MP de 10 à 200 μm sans recirculation après préfiltration de MP plus gros à travers un maillage. Il peut être installé dans des machines à laver. , des usines et d’autres sources de MP pour enrichir et éliminer efficacement les MP de différentes tailles des eaux usées de blanchisserie et industrielles. Cela permettra d’empêcher le rejet de MP dans l’environnement. »