Pour la plupart des buveuses et buveurs de café, les graines noires au fond d’une tasse ne sont rien de plus que les vestiges d’un bon café. Mais pour un chercheur de la University of Calgary, ce sont de mini détectives capables de détecter des produits toxiques dans l’eau potable.

En effet, le titulaire de la Chaire de recherche du Canada en systèmes de nanodétection et professeur au département de génie mécanique et de génie de la fabrication [en anglais seulement], Seonghwan (Sam) Kim [en anglais seulement], Ph. D., a mis au point une technique pour détecter d’infimes quantités d’ions de chrome hexavalent (Cr⁶⁺) à l’aide de café moulu. Hautement toxiques et cancérigènes, ces ions se retrouvent dans les cours d’eau près d’aciéries, de teintureries, de tanneries et d’usines de métallisation et de production de catalyseurs de raffinerie de pétrole. Ils sont à l’origine de troubles neurologiques, de lésions organiques et de problèmes d’infertilité.

Selon M. Kim, la concentration de Cr⁶⁺ dans l’eau varie énormément en fonction des conditions locales, comme la proximité d’aciéries ou de raffineries, la présence de matières organiques naturelles ou de minéraux dans l’eau et le sol et le débit du cours d’eau. En général, le Cr⁶⁺ est relativement rare au Canada, étant beaucoup plus courant en Chine, en Inde, aux États-Unis et dans certaines régions d’Afrique et d’Amérique latine. Il n’en demeure pas moins présent à proximité de certaines usines.

Puisque le café est riche en carbone et qu’il contient des composés chimiques, tels que des acides chlorogéniques et des acides aminés, qui continuent d’être en grande partie présents dans le grain moulu, M. Kim s’est dit que le marc de café était la substance parfaite pour mettre au point un test qui permettrait de détecter le Cr⁶⁺.

En collaboration avec Arindam Phani, Ph. D., et la doctorante Pegah Zandi, M. Kim a conçu une méthode selon laquelle le marc de café est utilisé dans la fabrication de points quantiques de carbone (PQC). Les PQC sont des nanoparticules de carbone ayant plusieurs caractéristiques, dont la fluorescence. L’équipe a ensuite synthétisé le produit final : des feuilles de nitrure de carbone graphitique parsemées de PQC.

M. Phani explique que ce matériau réagit comme un marqueur fluorescent : il devient plus foncé lorsqu’il est exposé à du Cr⁶⁺ dans l’eau, même à de très faibles concentrations.

C’est une chose de détecter le Cr⁶⁺ dans l’eau; c’en est une autre de l’éliminer. M. Kim affirme cependant qu’il est possible d’adsorber les ions – qui sont concentrés en une fine couche en surface – et de les réduire à l’état trivalent (Cr³⁺), une forme moins nocive.

L’équipe a mis au point un capteur hautement sélectif, qui lui permet de suivre le processus de transformation efficacement. « Le capteur parvient à faire la distinction entre le Cr⁶⁺ et le Cr³⁺ avec une grande précision », affirme M^me Zandi.

La prochaine étape? Se pencher sur le degré d’adsorption et de conversion durant le processus.

« Si nous parvenons à raffiner le protocole de détection et à créer un système portatif, cette méthode simple pourrait être adoptée à grande échelle pour analyser la qualité de l’eau sur le terrain et même aux stations d’approvisionnement en eau », précise M. Kim.

Du point de vue de la recherche, il s’agit pour lui d’une avancée majeure.

« Nous avons prouvé qu’il était possible, avec cette méthode simple, de détecter la présence d’ions de chrome hexavalent à une concentration qui cadre avec les normes établies par l’Organisation mondiale de la Santé », ajoute-t-il.

L’équipe a présenté une demande de brevet provisoire à Innovate Calgary et songe à démarrer une entreprise pour commercialiser cette technologie.

Pour M. Kim, le travail de son équipe [en anglais seulement] a le potentiel d’améliorer significativement la qualité de l’eau potable partout dans le monde.

Cet article a été traduit, adapté et publié avec la permission de la University of Calgary [en anglais seulement].