Raman Exalté pour Milieux Aquatiques : une Nouvelle Technologie d’Analyse sur Site – REMANTAS

Les dernières réglementations européennes (Directives 2000/60/CE, 2006/118/CE et 2006/11/CE) relatives à la qualité des eaux ont pour objectif d’atteindre le bon état écologique et chimique des milieux d'ici 2015. Pour assurer la surveillance des eaux (eaux douces, de surface, souterraines, côtières et de transition), un réseau de mesures est mis en place afin d’assurer un suivi durable des milieux aquatiques, notamment pour évaluer les impacts des activités humaines à l’origine d’émissions polluantes industrielles et agricoles.
L’approche classiquement utilisée pour la mesure des contaminants repose sur le prélèvement ponctuel d’un échantillon suivi d’une analyse en laboratoire. Cette approche reste insatisfaisante pour diverses raisons. Elle est coûteuse car nécessite du temps et des moyens humains. Les contaminations, fréquentes par adsorption sur les flacons d’échantillonnage, faussent les quantités présentes dans un échantillon. Les changements de température, pression, les variations des teneurs en CO2 et O2 sont à l’origine de changements de pH, du potentiel redox et de l’état des espèces. A ces paramètres s’ajoute l'activité microbienne lors du prélèvement et de l’acheminement des échantillons qui peut modifier la spéciation des échantillons originels. En zones peu accessibles, le volume important à prélever est parfois rédhibitoire.
Le projet REMANTAS propose de répondre à cette problématique de métrologie de l’environnement par le développement d’une chaîne de mesure de terrain originale pour la détection de contaminants organiques en milieux aquatiques (eaux de mer et eaux souterraines) et son déploiement lors de campagnes de validation. Les substances ciblées, 3 HAP (naphtalène, fluoranthène et benzo[a]pyrène), 3 solvants chlorés (chloroéthylène, trichlorométhane et 1,2 dichloroéthane) et 4 BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène et xylène), figurent sur la liste prioritaire de la Directive Cadre sur l’Eau 2000/60/CE et/ou sur la liste des 100 substances chimiques les plus transportées par voie maritime.
L’innovation repose sur le couplage d’un capteur (bio)chimique permettant la préconcentration des contaminants sélectionnés dans les eaux à la spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS, acronyme anglais de Surface Enhanced Raman Scattering) sélectionnée en raison des performances analytiques qualitatives et quantitatives qu’elle procure. La réalisation de capteurs SERS sensibles et reproductibles compte parmi les verrous scientifiques du projet. L’utilisation de lithographie électronique permettant l’obtention de nanostructures métalliques de formes et de tailles contrôlées permettra de lever ce verrou. Le développement de couches moléculaires stables responsables d’interactions « sélectives » avec les analytes par le biais de molécules organiques (cycles aromatiques, p-p stacking) et/ou biologiques (anticorps) représentera aussi une partie importante de la recherche.
L’outil analytique intégrera le capteur SERS, le transducteur qui détectera et quantifiera les substances organiques présentes par spectroscopie Raman, un système d’analyse et d’interprétation chimiométrique des données et un système d’archivage des résultats.
Le déploiement du système sur des sites d’intérêt permettra d’évaluer la robustesse et le coût de l’outil analytique développé par rapport aux méthodes de référence. Cette étude sera réalisée par le BRGM, le Cedre et l’Ifremer respectivement dans les eaux souterraines, les eaux de mer et du littoral. Le système sera aussi éprouvé lors de pollutions accidentelles.
L’outil analytique développé permettra une meilleure estimation des variabilités spatiales et temporelles des contaminants dans les eaux. A terme, il pourra aider à la décision les pouvoirs publics dont la réactivité est de première importance lors de pollutions accidentelles.