Nouveau projet ANR : SURIMI (SUrface plasmon Resonance for In situ Metallic Ions detection)

Provenant de sources naturelles telles que les sites marins hydrothermaux ou d’activités anthropiques, les éléments métalliques sont présents dans les Océans, les eaux douces et le biote, jusqu’en Arctique et Antarctique.

L’intérêt pour le dosage des métaux est motivé par diverses applications :

• surveillance environnementale dans le cadre de la Directive cadre sur l’eau (Directive 2000/60/CE) et la Directive cadre stratégie milieu marin (2008/56/CE),
• études biogéochimiques portant sur les sites hydrothermaux,
• impact de l’exploitation potentielle de sites riches en sulfure par l’industrie minière…

Dans ce contexte, des méthodes de dosage des éléments métalliques ont été développées et sont régulièrement effectuées en routine. Cependant, la plupart de ces analyses est menée en laboratoire après collecte, transport et stockage des échantillons. Cette méthodologie fournit des jeux de données précis mais souffrant d’une faible résolution spatiale et temporelle. Ainsi, il est nécessaire de disposer de capteurs de terrain robustes et sensibles pour compléter ces données.

Le but du projet SURIMI est de développer des capteurs de multi-éléments métalliques capables d’effectuer des analyses dans des milieux allant du laboratoire aux conditions les plus dures telles que les abysses ou les mers polaires.
Deux applications sont concernées :

• la surveillance de la pollution des eaux douces au Cd, Hg, Pb et Ni : un système de laboratoire et un de terrain seront élaborés et industriellement valorisés par la PME Klearia.
• des études océanographiques sur Ni, Cu, Zn et Hg : un système sous-marin permettant une évaluation rapide des concentrations de ces éléments en eau de mer sera développé et testé.

Les instruments seront capables de doser les quatre éléments métalliques différents simultanément et à des concentrations aussi faibles que le nM toutes les 5 min.

Pour atteindre ces objectifs, le consortium sera composé de sept partenaires :

• deux établissements publics à caractère industriel et commercial (Ifremer et BRGM),
• une PME (Klearia),
• quatre laboratoires académiques, y compris des unités mixtes internationales du CNRS (Laboratoire d’Analyse les Sciences Bioanalytiques et Miniaturisation (ESCPI Paris) et Laboratoire Charles Fabry (Institut d’optique Graduate School), Laboratoire Nanotechnologies et Nanosystèmes, et TAKUVIK).

Les instruments combineront des technologies de pointe robustes et fiables. Ils consisteront en un transducteur reposant sur l’Imagerie de Résonance des Plasmon de Surface (IRPS) fonctionnalisé par des Polymères à Empreinte Ionique (PEI).

• Un Système IRPS est capable de détecter plusieurs molécules cibles et de déterminer leur concentration simultanément. Sa spécificité et sa sensibilité dépendent la couche de fonctionnalisation, dont le rôle est de concentrer spécifiquement les molécules cibles sur la surface du transducteur.
• Les PEI possèdent des sites de reconnaissances capables de se lier de manière sélective à une cible. Ils sont très stables aux acides, bases et solvants organiques et résistent aux hautes températures et pressions, ce qui les rend adaptés aux capteurs pour les environnements hostiles.

L’instrument intégrera un circuit microfluidique pour une sensibilité accrue et une faible consommation de réactifs. Le circuit sera fabriqué en verre pour une résistance chimique et thermique élevée.
Les caractéristiques des capteurs seront rigoureusement établies en laboratoire et en mésocosme utilisant des échantillons naturels collectés (en eau douce, en mer et en environnement arctique).
Enfin, les systèmes seront déployés pendant des campagnes scientifiques et technologiques d’opportunité.
La valorisation industrielle sera ensuite menée par Klearia, soutenue par le BRGM et l’Ifremer. Un nouveau produit devrait être commercialisé à la fin du projet.