Un appareil mesure l’eau contaminée par le fluorure

Rédigé par  jeudi, 21 février 2019 16:22

Une équipe de l’EPFL a développé un prototype d’appareil portable et facile à utiliser, pour une mesure précise et fiable de la concentration du fluorure dans l’eau potable.

Une équipe de scientifiques du Laboratoire de simulation moléculaire, du Laboratoire de chimie organométallique et médicinale et des Ateliers d’électronique de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) ont développé un prototype d’appareil portable et facile à utiliser, pour la mesure précise et fiable de la concentration du fluorure dans l’eau potable.

Ce composé, ajouté à l’eau dans un certain nombre de pays pour prévenir les caries dentaires et renforcer les os (concentration inférieure à 1,5 mg/l), peut provoquer de graves maladies des dents et des os, en particulier chez les fœtus et les enfants.

« Afin de déterminer si l’eau potable est sans danger, nous devons donc détecter son niveau de fluorure en parties par million (ppm) », explique Kyriakos Stylianou du Laboratoire de simulation moléculaire à l’EPFL Valais Wallis. Mais mesurer de telles concentrations avec une précision suffisante requiert un laboratoire de chimie, d’où son coût élevé.

Le nouvel appareil portable baptisé SION-105 repose sur le principe de mesure suivant : « Un flacon contenant une suspension rouge luminescente de cristaux de SION-105 est placé dans l’appareil. Deux gouttes de l’échantillon d’eau sont ajoutées au flacon. Une photodiode mesure alors les changements de luminosité du SION-105 qui en découlent et les convertit instantanément en données quantitatives qui expriment la concentration en fluorure de l’échantillon », explique Mish Ebrahim, l’auteur principal de l’article publié dans le Journal of the American Chemical Society (JACS).

Au cœur de l’appareil se trouve un nouveau matériau qui appartient à la famille des réseaux organométalliques (Metal-Organic Framework ou MOF), composés d’ions métalliques, ou de groupes de ions métalliques, qui sont reliés entre eux par des liens organiques et forment des structures à une, deux ou trois dimensions. Ce matériau, baptisé SION-105 et qui a donné le nom de l’appareil, est luminescent par défaut, mais s’assombrit en présence d’ions fluorures.

« La comparaison des résultats obtenus avec une chromatographie ionique et notre méthode souligne la performance et la fiabilité de SION-105, qui, grâce à sa facilité de transport et d’utilisation, est une solution très simple pour prélever des échantillons d’eau dans des régions reculées », ajoute Kyriakos Stylianou.

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FFT
Fast Fourier Transform, transformée de Fourier rapide. On sait depuis longtemps réaliser des transformées de Fourier d’un signal, à l’aide d’électroniques analogiques (mises en œuvre notamment dans les analyseurs de spectres). Lorsque les électroniques numériques sont apparues, on a naturellement cherché à calculer numériquement la transformée de Fourier des signaux. Mais ces calculs étaient longs, jusqu’à ce qu’apparaisse un nouvel algorithme qui a permis de fortement réduire le temps de calcul. Cet algorithme a été baptisé “fast” (rapide, en anglais). Et c’est ainsi qu’est apparu le terme FFT. Aujourd’hui, quand on parle d’un analyseur FFT, il s’agit d’un appareil qui assure une fonction d’analyse spectrale et qui calcule numériquement le spectre.
Ceci étant, malgré les progrès accomplis par les calculateurs, les analyseurs FFT restent relativement lents et sont réservés à l’analyse de signaux acoustiques, de vibrations ou à l’analyse d’asservissements (quelques centaines de kHz tout au plus). Quand on dit qu’un analyseur FFT est “temps réel jusqu’à 20 kHz”, cela signifie qu’il va calculer le spectre d’un signal jusqu’à 20 kHz, sans perdre aucune information sur le signal d’entrée. L’analyseur peut calculer les raies spectrales supérieures à cette fréquence, mais il perd alors la notion de “temps réel” : autrement dit, le temps de calcul est trop long pour pouvoir prendre en compte la totalité des échantillons du signal et des portions de ce signal sont perdues.