​Projet scientifique : La dégradation des substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS)

• ​Contexte : Une pollution durable au cœur des préoccupations sanitaires et environnementales 

La spécificité des PFAS, regroupant plusieurs milliers de composés chimiques synthétiques employés dans de nombreux secteurs industriels et produits du quotidien depuis le milieu du XXᵉ siècle, réside dans leur extrême stabilité chimique (énergie de dissociation = 490 kJ.mol^-1). Très peu biodégradables, ils persistent durablement dans l'environnement, ce qui leur a valu le qualificatif de « polluants éternels ». Leur présence est désormais largement documentée dans les eaux de surface et souterraines, les sols, les écosystèmes, ainsi que dans la chaîne alimentaire. Cette diffusion généralisée conduit à une exposition quasi permanente des populations (1,2,3).

•  Projet 1 : Une dégradation des PFAS durable par électro-catalyse
  

Les procédés de dégradation développés à ce jour présentent parfois une réelle efficacité mais, même pour les plus avancées d'un point de vue technologique, ils nécessitent des conditions drastiques (milieux acides, basique, haute température, oxydants chimiques, …) et sont consommateurs d'énergie. La dégradation de PFAS par électro-catalyse en milieu aqueux, voie douce, via des complexes inorganiques de métaux de transition est une option que nous ambitionnons de développer. Une étude récente a mis en évidence un catalyseur moléculaire à base de cuivre qui permet une dégradation rapide du PFOA avec des taux élevés de minéralisation et de défluorination à température ambiante (4). Nous projetons de développer de nouveaux catalyseurs de type complexes inorganiques à base de métaux de transitions (Cu, Co, Fe), pour la dégradation par électro-catalyse de PFAS. Nous orienterons notre stratégie vers un contrôle électrochimique de la régénération du catalyseur et nous nous attacherons à élucider les mécanismes électro-catalytiques en jeu.

Nous basons notre hypothèse de travail à partir des caractéristiques suivantes :

• L'électro-catalyse permet d'envisager la dégradation ces molécules à l'échelle moléculaire via des transferts d'électrons contrôlés, souvent à température ambiante.
• Les complexes inorganiques de cuivre, par exemple, (Cu(I)/Cu(II) stabilisés par des ligands inorganiques peuvent agir comme centres catalytiques pour initier la rupture des liaisons C–C et C–F.
  

Finalité :

1. Une dégradation complète des PFAS.
2. ​Une compréhension des mécanismes électrochimiques et chimiques mis en jeu.

•  Projet 2 : Vers une bioremédiation des PFAS
  

La dégradation de PFAS au sein de système bio-hybride est également développé en collaboration avec le docteur Olivier Hamelin, de l'équipe BioCat du laboratoire CBM. Il a été montré que des PFAS s'intercalent dans des poches spécifiques de protéines (5). Nous souhaitons mettre à profit cette propriété pour développer des catalyseurs bio-hybrides en phase aqueuse. En effet, sus de cette propriété d'absorbent des protéines (6), l'ajout d'un catalyseur exogène permet d'envisager la mise au point d'enzyme hybride dont on pourrait moduler l'efficacité par mutation spécifique.

Compétences/moyens :

1. Chimie inorganique.
2. Electrochimie.
3. ​​​Chimie analytique (RMN, RPE, HPLC-Masse, GC-Masses, Spectroscopies UV-Vis et FTIR, ICP_AES).
4. Surpression et purification de protéines d'intérêt.
5. ​Biologie moléculaire.
6. Cristallogenèse.
7. ​Analyse structurale de biopolymères.