Un étudiant à la maîtrise de Concordia veut révolutionner le traitement des eaux usées grâce à la diffractométrie de rayons X

Une étude menée en 2019, dont le compte rendu a été publié dans la revue Environmental Science and Technology, a révélé la présence de traces de composés pharmaceutiques et hormonaux dans six pour cent des nappes aquifères qui alimentent les installations publiques d’approvisionnement en eau aux États-Unis. Les contaminants repérés vont des agents anticancéreux aux antibiotiques en passant par les immunosuppresseurs.

Bien que les concentrations détectées ne soient pas considérées comme posant un risque imminent pour la santé humaine, ces résultats soulignent néanmoins l’importance grandissante d’une gestion efficace des eaux usées à long terme.

Victor Quezada est étudiant à la maîtrise au Département de chimie et de biochimie de la Faculté des arts et des sciences de l’Université Concordia. Ses travaux portent principalement sur les réseaux métallo-organiques qui – s’ils sont synthétisés adéquatement – ont la capacité d’absorber les contaminants présents à faible concentration qui échappent aux méthodes classiques de traitement des eaux.

S’il se révèle efficace comme absorbant, mon matériau aura le pouvoir de révolutionner les processus de traitement des eaux.

Quel est le rapport entre cette image et vos travaux à Concordia?

Victor Quezada : Ma recherche repose sur la synthèse de réseaux métallo-organiques – de nouveaux matériaux poreux cristallins – pouvant être appliqués au traitement des eaux usées. L’image montre un des matériaux sur lesquels je travaille, vu sous microscope optique à un grossissement de 10 fois.

Ici, nous pouvons voir que les cristallites mesurent entre 0,2 et 0,5 millimètre de long. Par diffractométrie de rayons X sur monocristal, il est possible de déterminer l’arrangement spatial des atomes dans la structure. Cette méthode fait partie des nombreuses techniques de caractérisation que j’utilise pour m’assurer que la structure du matériau étudié correspond bien à ce que j’avais prévu.

Quels résultats attendez-vous de vos travaux?

VQ : Ce cristal solide, bien qu’il puisse paraître dense sous le microscope, est traversé de canaux ouverts dont le diamètre varie entre 13 et 15 angströms (un angström vaut un dix-millième de micron). Ces canaux, ou pores, peuvent être ajustés chimiquement pour capturer des molécules, permettant ainsi au matériau d’agir comme un absorbant capable d’éliminer des contaminants particuliers dans les déchets industriels ou domestiques.

Selon vous, quelles seront les retombées de vos travaux sur la vie des gens?

VQ : S’il se révèle efficace comme absorbant, mon matériau aura le pouvoir de révolutionner les processus de traitement des eaux. Les contaminants que nous ciblons, notamment les produits pharmaceutiques et d’hygiène personnelle, ne posent pas de risque imminent. Toutefois, une exposition constante et à long terme des humains et des écosystèmes à ces contaminants peut contribuer, entre autres, à l’apparition d’organismes multirésistants aux médicaments, à une diminution de la fertilité chez l’humain et l’animal ou à des changements écosystémiques soudains.

Quels sont les principaux obstacles auxquels vous vous heurtez dans le cadre de vos travaux de recherche?

VQ : Au moment où l’on se parle, mon plus grand défi consiste à déterminer les meilleures conditions de synthèse qui permettraient de produire à grande échelle le matériau poreux cristallin que j’étudie, tout en respectant la structure caractéristique souhaitée. Il est vrai que je peux consulter la documentation scientifique pour m’aider et, en tant que chimiste, je peux prendre des décisions éclairées, fondées sur mes connaissances fondamentales. Il n’en demeure pas moins qu’on progresse avec beaucoup de tâtonnements quand on fabrique de nouveaux matériaux.

Quand vient le temps de rationaliser mes résultats de synthèse à partir de ce qui se trouve déjà dans la documentation scientifique, c’est là où réside la véritable difficulté. D’un autre côté, c’est aussi là que se vit l’exaltation de travailler à la fine pointe de la recherche sur les matériaux.

Qu’est-ce qui vous a donné l’idée de vous pencher sur ce sujet?

VQ : Tout jeune, j’étais déjà conscient de la présence croissante de contaminants dans notre environnement et de la menace qu’elle pose pour la santé humaine et la faune. J’ai appris beaucoup de choses sur la pollution environnementale dans les médias et lors de discussions à l’école. À un moment précis de ma vie, j’ai pris la décision de combiner mon amour de la science à mon désir de relever les défis environnementaux auxquels nous faisons face.

Quel conseil donneriez-vous aux étudiants en STIM qui aimeraient s’investir dans ce champ de recherche?

VQ : La chimie des matériaux inorganiques recèle une vaste gamme d’applications pertinentes à divers secteurs – industrie, santé humaine, énergie, environnement et plus encore. Il revient aux étudiantes et étudiants en STIM de les découvrir et de choisir celles qui les passionnent.

Qu’est-ce qui vous plaît le plus à Concordia?

VQ : J’aime que les étudiantes et étudiants des cycles supérieurs puissent acquérir une expérience pratique dans la manipulation d’équipement de laboratoire et accéder facilement aux installations. Je crois que cela améliore leur apprentissage scientifique et la capacité d’obtenir plus rapidement des résultats et ainsi, de faire avancer leurs travaux.

Par ailleurs, les membres du corps professoral de Concordia sont sympathiques et faciles à joindre, ce qui facilite les discussions scientifiques et favorise un milieu de travail positif. De plus, le fait d’avoir pu rencontrer d’autres étudiants des cycles supérieurs du Canada et de l’étranger pour échanger des idées et comparer nos parcours s’est révélé une expérience inestimable.

Qui plus est, j’ai eu la chance d’être assistant d’enseignement, ce qui m’a aidé à améliorer mes compétences en pédagogie et en communication.

Vos recherches bénéficient-elles du financement ou du soutien de partenaires ou d’organismes?

VQ : Mes travaux sont financés par le Fonds de Recherche du Québec – Nature et technologies, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et la Faculté des arts et des sciences. On m’a aussi accordé la bourse d’entrée Anne‑Allen, ce qui m’a permis de poursuivre mes études à Concordia.

Apprenez-en plus sur le Département de chimie et de biochimie de l’Université Concordia.