« 14 000 PFAS à étudier, et on n’en connaît vraiment que 22 »

Avec une liaison carbone-fluor parmi les plus stables de la chimie organique, une présence diffuse dans la cosmétique, le textile, la pharmacie ou l’agroalimentaire, et une incertitude persistante sur le comportement et la toxicité de la grande majorité des PFAS, les ingénieurs chargés de la dépollution manquent encore d’outils pour anticiper le devenir de ces molécules avant même de lancer des essais expérimentaux longs et coûteux.

C’est sur ce constat qu’est née MS4ALL, deeptech française issue du laboratoire GREMI, fondée en 2023 par Pascal Brault, Nicolas Froloff et Edouard Lété. Avec une ambition : remplacer une partie des essais expérimentaux par de la simulation moléculaire, avec une approche dite de « dynamique moléculaire réactive », revendiquée jusqu’à 1 000 fois plus rapide que les méthodes de dynamique moléculaire classique utilisées dans les sciences du vivant.

Edouard Lété a expliqué pour Techniques de l’Ingénieur la genèse de cette technologie, son application à la dégradation des PFAS et des micropolluants émergents, et la manière dont elle s’intègre déjà aux pratiques des industriels de l’eau.

Techniques de l’Ingénieur – Pouvez-vous revenir sur la genèse de MS4ALL ? Quel problème industriel cherchiez-vous à résoudre ?

Edouard Lété : Nous sommes une start-up issue du laboratoire GREMI, une unité mixte de recherche du CNRS et de l’Université d’Orléans. Nous avons été créés en octobre 2023 pour valoriser des travaux menés depuis plusieurs années par Pascal Brault, l’un de nos trois cofondateurs, sur une approche particulière de simulation moléculaire : la dynamique moléculaire réactive. Nous en détenons la licence d’exploitation exclusive et mondiale.

Une des premières applications sur laquelle nous avons travaillé, c’est la dégradation des molécules polluantes. Le constat de départ est simple : les sociétés de traitement de l’eau utilisent des procédés chimiques ou biologiques, mais elles ne savent pas toujours si leur procédé va réellement traiter un polluant émergent donné. Et même quand le traitement fonctionne, elles ne savent pas toujours comment la molécule se dégrade, ce qui est problématique, parce que casser une molécule peut produire des sous-produits, des métabolites, parfois plus petits et plus difficiles à éliminer que la molécule d’origine. Nous avons constitué une base de données d’environ 118 000 molécules de micropolluants, dont 14 000 PFAS, qui constituent notre cible prioritaire.

Vous évoquez la dynamique moléculaire réactive. En quoi cette approche diffère-t-elle de la dynamique moléculaire classique ?

Le principal avantage, c’est la vitesse : on parle de simulations jusqu’à 1 000 fois plus rapides que les approches classiques généralement utilisées dans les sciences du vivant. Cette rapidité nous permet d’étudier un grand nombre d’atomes de manière précise, ce qui serait impraticable avec des méthodes plus lourdes. C’est cette combinaison de précision et de rapidité qui rend l’approche exploitable à l’échelle industrielle, et pas seulement pour quelques cas d’étude en laboratoire de recherche.

Concrètement, comment se déroule une simulation de dégradation d’un polluant ?

Le principe est assez simple à expliquer : on construit une boîte de simulation, qu’on peut comparer à un verre d’eau virtuel. On y place une molécule polluante, puis on laisse la physique et la chimie agir : oxydation, hydrolyse, et tous les phénomènes de dégradation pertinents. La molécule se transforme alors en métabolites. À partir de là, nous savons calculer une vitesse de dégradation et identifier la nature des produits formés. C’est cette double information – la cinétique et l’identité des sous-produits – qui est exploitable pour les industriels du traitement de l’eau.

Pourquoi les PFAS sont-ils qualifiés de « polluants éternels » sur le plan chimique, et quel risque pose leur dégradation partielle ?

Il y a deux raisons principales. D’abord, ce sont des molécules synthétiques développées à une époque où la performance était recherchée sans se préoccuper de leur dégradabilité ni de leur devenir environnemental. La liaison carbone-fluor est l’une des plus stables de la chimie organique, donc ces molécules s’accumulent et persistent très longtemps une fois dans l’environnement. Ensuite, certaines familles de PFAS, comme celles révélées par le scandale du Téflon aux États-Unis, se sont révélées cancérigènes et suspectées d’être des perturbateurs endocriniens.

Aujourd’hui, seules une vingtaine de PFAS sont réellement suivies dans l’eau potable, alors qu’il en existe plus de 14 000 répertoriées dans le monde. La plupart n’ont fait l’objet d’aucune étude toxicologique poussée, et certaines sont même difficiles à détecter avec les méthodes analytiques actuelles. C’est pour cette raison que beaucoup de scientifiques défendent un principe de précaution plutôt qu’une interdiction molécule par molécule.

Et il y a un point souvent sous-estimé : casser une molécule ne suffit pas à régler le problème. Si l’on dégrade une PFAS à longue chaîne, on peut obtenir des fragments plus courts, qui sont parfois encore plus mobiles dans l’environnement et plus difficiles à capter. C’est exactement ce que notre outil permet d’anticiper avant de choisir un procédé.

Sur le terrain, les technologies actuelles, comme le charbon actif, l’osmose inverse, les membranes, permettent-elles réellement de se débarrasser des PFAS ?

Il faut bien distinguer deux familles de procédés. D’un côté, les procédés de capture : charbon actif, osmose inverse, filtration membranaire. Ils retiennent efficacement les PFAS, mais ils ne les détruisent pas, ils les concentrent. Se pose alors la question de ce que l’on fait de ce concentrat. Dans certains cas, on sèche les boues, on les retraite, et on les remet dans l’environnement, ce qui peut recréer un cycle de contamination si l’on n’y prend pas garde.

De l’autre côté, il y a les procédés de destruction réelle, c’est-à-dire de minéralisation. Cela suppose des températures très élevées – on parle de plages de l’ordre de 1 000 à 2 000 °C – pour casser réellement la liaison carbone-fluor. À titre de comparaison, les fours d’incinération des ordures ménagères tournent autour de 850 °C : c’est largement insuffisant pour détruire des PFAS. D’autres voies sont explorées, comme la pyrolyse ou des procédés d’oxydation avancée, en combinaison avec des traitements biologiques par micro-organismes, plus lents mais utiles en complément. Dans la pratique, il faut presque toujours une combinaison de procédés, pas une solution unique.

Qui sont vos clients aujourd’hui, et comment s’organise la collaboration selon leur profil ?

On voit deux typologies bien distinctes. D’une part, des groupes industriels qui ont leur propre centre de recherche, et qui viennent chercher une plateforme qu’ils utilisent eux-mêmes pour leurs travaux numériques. D’autre part, des PME, typiquement des sociétés de formulation, qui ont des chimistes capables de proposer des candidats, mais pas d’équipe dédiée à la modélisation moléculaire. Pour elles, c’est davantage un accompagnement d’expertise.

Par exemple, si une PME ne pouvait plus utiliser une molécule donnée dans ses produits et avait déjà identifié quatre ou cinq candidats de substitution, plutôt que de tester ces candidats un par un sur plusieurs mois ou années, nous les avons orientés directement vers celui qui combinait performance et dégradabilité. Nous travaillons aussi avec des industriels qui doivent simplement traiter leurs rejets avant de les évacuer pour vérifier que l’eau rejetée respecte les seuils attendus.

Le durcissement réglementaire autour des PFAS change-t-il la demande des industriels ?

Oui, clairement. Depuis le début de cette année, par exemple, les PFAS sont interdits dans la cosmétique : il faut donc trouver des alternatives, et vérifier qu’elles sont elles-mêmes dégradables. Mais ce qui accélère vraiment la demande, et qu’on évoque moins souvent, c’est la pression financière. Les assureurs et les investisseurs refusent de plus en plus de couvrir des sociétés qui continuent à développer des produits à base de PFAS, à cause des procès déjà intervenus aux États-Unis… On parle de plusieurs milliards de dollars de pénalités. Ce phénomène arrive en Europe : des actions en justice démarrent en Belgique, en Suisse, et bientôt en France. Concrètement, des assureurs introduisent des clauses d’exclusion pour les litiges liés aux PFAS. C’est aujourd’hui un signal au moins aussi incitatif que la réglementation elle-même.

Quels gains concrets un industriel peut-il attendre de la simulation, comparé à l’approche expérimentale classique ?

L’approche classique, c’est l’essai expérimental : on lance un test, et il faut compter plusieurs mois, parfois plusieurs années, avant d’avoir un résultat. Et ce résultat est souvent peu informatif. Notre valeur ajoutée, c’est d’optimiser ces essais expérimentaux longs et coûteux en les remplaçant, ou en les complétant, par des essais numériques : on peut obtenir un résultat en quelques jours plutôt qu’en plusieurs mois. C’est un véritable outil d’aide à la décision : il permet d’aller directement vers le bon essai expérimental, plutôt que de procéder par approche essai-erreur.

Votre feuille de route technologique s’appuie aussi sur l’intelligence artificielle. Comment s’articule-t-elle avec le calcul physique ?

La première étape, c’est le calcul numérique pur : selon la complexité, un calcul peut prendre de l’ordre d’une dizaine d’heures sur un nœud de calcul. Mais chaque calcul vient enrichir notre base de données, sur laquelle nous entraînons des modèles d’intelligence artificielle. Le résultat, c’est qu’un calcul qui prenait dix heures peut, à terme, être obtenu en quelques secondes. Et dès que l’on descend à cette échelle de temps, on change de nature de question : on ne se contente plus de répondre à « comment cette molécule se dégrade-t-elle », mais à « quel est le procédé idéal pour la dégrader ».

Je précise que nous ne sommes pas dans une logique de très grands modèles d’apprentissage : nous restons sur une IA frugale, avec des modèles ciblés, construits à partir de descripteurs que nous maîtrisons bien. Ce n’est en rien comparable, en termes de coûts de calcul et d’infrastructure, aux approches des très grands éditeurs de modèles de langage.

Au-delà de la dépollution elle-même, quelle doit être aujourd’hui l’approche des industriels quant au traitement de leurs eaux ?

Je ne crois pas au technosolutionnisme pur. On n’a pas les moyens de traiter tous les micropolluants déjà présents dans les sols et les eaux : il faut d’abord arrêter d’en émettre, trouver des produits alternatifs, et ensuite seulement investir dans la recherche pour traiter et éliminer ce qui a déjà été produit, de manière moins coûteuse. Le Forever Pollution Project a recensé environ 50 000 sites pollués en Europe : le coût d’une dépollution complète de ces sites est considérable.

On observe une vraie prise de conscience depuis cinq à dix ans, notamment dans les pays nordiques. Mais ce qui fait vraiment bouger les industriels depuis cette année, c’est avant tout la pression financière et assurantielle, plus que la seule anticipation réglementaire.

Propos recueillis par Pierre Thouverez