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RÉSUMÉ
En vue de l’amélioration de l’état des milieux aquatique, il y a une forte demande pour des méthodes d'analyse rapides et peu coûteuses permettant le suivi des polluants chimiques présents dans l'environnement et l'évaluation de leurs effets toxiques. Certaines techniques basées sur les propriétés particulières de cellules, d'enzymes, d'anticorps, d'ADN, de biopolymères ou de matériaux d’origine naturelle, s'avèrent prometteurs, en complément ou en alternative aux méthodes chimiques classiques. Cet article évoquera plus particulièrement le cas des biocapteurs et des biosorbants (principes, avantages, limitations, application à l'évaluation de la qualité des eaux, nouvelles tendances).
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Florence LAGARDE : Chargée de recherche au CNRS - Institut des Sciences Analytiques, UMR5280 CNRS – Université Claude Bernard Lyon 1, Villeurbanne, France
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Nicole JAFFREZIC-RENAULT : Directrice de recherche Émérite - Institut UTINAM, UMR 6213 CNRS – Université Marie et Louis Pasteur, Besançon, France
INTRODUCTION
L’industrialisation intensive, ainsi que les utilisations agricoles et domestiques d’un nombre croissant de produits chimiques, ont conduit à la dissémination de nombreux composés toxiques dans l'environnement. Cela provoque une pollution massive des écosystèmes aquatiques. Le caractère polluant d’une substance est plus ou moins élevé en fonction, entre autres, des quantités déversées dans le milieu, des effets toxiques et écotoxiques engendrés et de la capacité de ce milieu à l’éliminer naturellement.
Depuis 2000, la directive cadre européenne sur l'eau DCE 2000/60/EC impose à tous les États membres la mise en place de programmes de surveillance et de traitement visant à restaurer le bon état chimique et écologique des masses d’eau à travers l’Europe. Elle inclut notamment un plan commun de gestion transfrontalier et un calendrier de mise en place. Une liste de substances dites prioritaires, dont le suivi est nécessaire pour évaluer l’atteinte de ces objectifs, a été établie. Elle est complétée par une liste de substances soumises à surveillance, dont la composition est régulièrement mise à jour (décision 2025/439 du 28/02/2025).
Afin de pouvoir répondre aux défis analytiques associés à l’identification des polluants et à l’évaluation de la toxicité aquatique, les méthodes de laboratoire, après un échantillonnage ponctuel, sont les seules reconnues [P 3 900]. Ces méthodes d’analyse chimique conventionnelles sont fondées sur une instrumentation sophistiquée et coûteuse (ex. : couplages LC/MS, LC/MS/MS, GC/MS ou LC/ICP-MS). Elles nécessitent le retour de l’échantillon au laboratoire, mais permettent de réanalyser les échantillons déclarés positifs sur site (bioessais, analyseurs in situ), afin d’effectuer une caractérisation plus fine (identification des composés présents). Ces techniques font l’objet d’intenses recherches et sont en constante évolution, en réponse à celle de la réglementation, mais également à la pression de plus en plus forte visant à diminuer leur coût et leur impact écologique.
Compte tenu des limites de détection toujours plus basses à atteindre, et de la complexité des échantillons, le développement de supports de séparation et de traitement de l'échantillon plus sélectifs, ainsi qu'une pré-concentration des analytes répondant à ces critères, devient nécessaire. Il devient par ailleurs urgent de développer des analyses de terrain plus performantes, afin de suivre en temps réel l’évolution et la localisation de la pollution. Cette voie n’est cependant pas encouragée par la législation [P 3 900].
Les techniques utilisant du matériel biologique peuvent répondre à ces différents besoins. Cet article fait le point sur les biocapteurs et les biosorbants, et aborde leurs avantages, leurs domaines d'applicabilité et les limitations éventuelles qui freinent actuellement leur commercialisation.
MOTS-CLÉS
biocapteurs toxicité Qualité des eaux Analyse environnementale Polluants chimiques Biosorbants
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3. Conclusion
Malgré le grand nombre de travaux menés et de projets financés dans le domaine des biosorbants et des biocapteurs pour l’analyse de l’eau, et bien que ceux-ci présentent de multiples avantages, très peu de systèmes ont à ce jour été commercialisés, contrairement aux bioessais (test Microtox). La plupart des biocapteurs commerciaux sont d’ailleurs versatiles, et sont dotés d’une configuration adaptable à des applications à des domaines variés comme l’environnement, l’agroalimentaire et principalement l’analyse biologique ou médicale. Le développement de nouveaux récepteurs biomimétiques (tels que les polymères à empreinte moléculaire (MIP) et les aptamères) et de nanomatériaux catalytiques permet de pallier la fragilité des biomolécules, qui compromet l’utilisation des biocapteurs dans l’environnement . Des progrès dans les domaines de la miniaturisation, de la numérisation, de la transmission des données et de leur traitement par l’intelligence artificielle permettent la réalisation de réseaux de capteurs pour la multidétection de polluants .Les principales limitations des supports d’immunoaffinité sont, d’une part, la production des anticorps et leur stabilité, d’autre part, la faible capacité de traitement des supports particulaires. La production d’anticorps capables de reconnaître les petites molécules est laborieuse, coûteuse, et parfois infructueuse. La taille importante des anticorps...
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BIBLIOGRAPHIE
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(3) - JAFFREZIC-RENAULT (N.), DZYADEVYCH (S.V.) - Conductometric microbiosensors for environmental monitoring. - Sensors, 8, p. 2569-2588 (2008).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Essais des eaux – Détermination de l’inhibition de la luminescence de photobacterium phosphoreum. - AFNOR T90-320 - 1991
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Qualité de l’eau – Détermination de l’inhibition de la mobilité de Daphnia magna Straus (Cladocera, Crustacea) — Essai de toxicité aiguë. - ISO 6341 - 2012
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Qualité de l’eau — Détermination de l’effet inhibiteur d’échantillons d’eau sur la luminescence de Vibrio fischeri (Essai de bactéries luminescentes). Partie 1 : Méthode utilisant des bactéries fraîchement préparées. - ISO 11348 - 2007
ANNEXES
Directive 2000/60/CE établissant un cadre pour une politique communautaire dans le domaine de l’eau.
Décision d’exécution (UE) 2025/439 établissant une liste de vigilance relative aux substances soumises à surveillance à l’échelle de l’Union dans le domaine de la politique de l’eau en vertu de la directive 2008/105/CE du Parlement européen et du Conseil.
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