Un filtre inspiré des poissons élimine 99 % des microplastiques présents dans les eaux usées des machines à laver
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Les eaux usées des machines à laver sont considérées comme une source importante de microplastiques, de minuscules particules de plastique suspectées de nuire à la santé humaine et animale. Des chercheurs de l'université de Bonn ont mis au point un filtre pour endiguer ce problème. Leur invention s'inspire du système branchial des poissons.
Lors des premiers essais, le filtre, actuellement en instance de brevet, a permis d'éliminer plus de 99 % des fibres plastiques présentes dans les eaux usées des machines à laver. Les résultats ont été publiés dans la revue npj Emerging Contaminants .
Les eaux usées d'un lave-linge dans un foyer de quatre personnes produisent jusqu'à 500 grammes de microplastiques par an, principalement dus au frottement des textiles. Les appareils électroménagers constituent ainsi l'une des principales sources de ces particules microscopiques. Actuellement, les microplastiques se retrouvent directement dans les boues d'épuration des stations d'épuration. Ces boues étant souvent utilisées comme engrais, les fibres finissent par se retrouver dans les champs.
De nombreux fabricants cherchent donc des solutions pour éliminer les microplastiques des eaux de lavage afin d'empêcher leur dispersion dans l'environnement. « Les systèmes de filtration disponibles jusqu'à présent présentent toutefois divers inconvénients », explique le Dr Leandra Hamann, de l'Institut de biologie des organismes de l'Université de Bonn. « Certains s'encrassent rapidement, d'autres n'offrent pas une filtration suffisante. »
Observer l'intérieur de la bouche des poissons
La scientifique, accompagnée de son directeur de thèse, le Dr Alexander Blanke, et de ses collègues, s'est donc tournée vers le règne animal dans sa recherche de solutions. L'équipe s'est concentrée sur les poissons, véritables maîtres de la filtration, qui ont perfectionné cette technique sur des centaines de millions d'années.
Certains poissons se nourrissent par filtration ; c’est le cas, par exemple, du maquereau, de la sardine et de l’anchois. Ils nagent la bouche ouverte et filtrent le plancton grâce à leurs arcs branchiaux. « Nous avons étudié de près la structure de ce système et l’avons utilisé comme modèle pour développer un filtre destiné aux machines à laver », précise Alexander Blanke, membre des pôles de recherche transdisciplinaires Vie et Santé et Avenir durable à l’Université de Bonn.
Au cours de leur évolution, ces poissons ont développé une technique similaire à la filtration tangentielle. Leur système branchial a la forme d'un entonnoir plus large au niveau de la bouche et se rétrécissant vers l'œsophage. Les parois de cet entonnoir sont formées par les arcs branchiaux. Ces derniers présentent des structures en forme de peigne, les arcs eux-mêmes recouverts de petites dents. L'ensemble crée une sorte de maillage tendu par les arcs branchiaux.
L'élément filtrant central imite le système branchial du poisson. Le boîtier du filtre permet un nettoyage périodique et son installation dans un lave-linge. Crédit : Christian Reuß/Leandra Hamann
Auto-nettoyage : le plancton roule vers l'œsophage.
« Lors de l’ingestion d’aliments, l’eau traverse la paroi perméable de l’entonnoir, est filtrée, puis débarrassée des particules et rejetée dans l’environnement par les branchies », assure Alexander Blanke. « Cependant, le plancton est trop gros pour ce processus ; il est retenu par la structure naturelle du filtre. Grâce à la forme de l’entonnoir, il roule ensuite vers l’œsophage, où il est collecté jusqu’à ce que le poisson avale, ce qui vide et nettoie le système. »
Ce principe empêche le colmatage du filtre : au lieu de le heurter de plein fouet, les fibres s’enroulent le long de celui-ci vers le pharynx. Ce procédé est également très efficace, car il élimine la quasi-totalité du plancton présent dans l’eau. Ce sont deux aspects qu’un filtre à microplastiques doit également posséder. Les chercheurs ont donc reproduit le système des arcs branchiaux. Pour ce faire, ils ont fait varier à la fois la taille des mailles de la structure filtrante et l’angle d’ouverture de l’entonnoir.
Le filtre atteint une efficacité élevée
« Nous avons ainsi trouvé une combinaison de paramètres qui permet à notre filtre de retenir plus de 99 % des microplastiques présents dans l'eau sans se boucher », souligne Leandra Hamann. Pour y parvenir, l'équipe a eu recours à la fois à des expériences et à des simulations informatiques. Ce filtre, inspiré de la nature, ne comporte aucun mécanisme complexe et devrait donc être très peu coûteux à fabriquer.
Les microplastiques filtrés de l'eau de lavage s'accumulent à la sortie du filtre et sont ensuite aspirés plusieurs fois par minute. Selon le chercheur, qui travaille désormais à l'Université de l'Alberta à Edmonton, au Canada, ces microplastiques pourraient ensuite être pressés dans la machine pour éliminer l'eau restante. Les granulés de plastique ainsi formés pourraient être retirés après quelques dizaines de lavages et jetés avec les ordures ménagères.
L'équipe de l'Université de Bonn et de l'Institut Fraunhofer pour les technologies environnementales, de sécurité et énergétiques (UMSICHT) a déjà déposé une demande de brevet pour son développement en Allemagne ; la procédure de brevetage à l'échelle de l'UE est actuellement en cours.
Les chercheurs espèrent désormais que les fabricants perfectionneront ce filtre et l'intégreront aux futures générations de machines à laver. Cela permettrait de freiner, au moins en partie, la propagation des microplastiques issus des textiles. Et c'est indispensable : les analyses indiquent que ces particules peuvent avoir de graves conséquences sur la santé. On en a déjà retrouvé dans le lait maternel, le placenta et même le cerveau.