Élimination de polluants pharmaceutiques sélectionnés des eaux souterraines à l’aide de charbon activé colloïdal

Pourquoi des comprimés dans l’eau comptent

Beaucoup des médicaments que nous ingérons ne restent pas dans notre corps. Des traces d’analgésiques, d’anticonvulsivants et même de caféine peuvent voyager dans les égouts, survivre aux stations d’épuration et s’infiltrer dans les eaux souterraines. Ces eaux souterraines constituent une source majeure d’eau potable dans le monde. L’étude décrite ici explore une nouvelle manière de piéger certains de ces résidus médicamenteux tenaces dans le sous‑sol avant qu’ils ne se propagent, en utilisant une forme de carbone très poreuse qui peut être injectée directement dans le sous‑sol.

Des restes invisibles de la vie quotidienne

La vie moderne repose sur les produits pharmaceutiques, depuis des stimulants courants comme la caféine jusqu’à des anti‑épileptiques spécialisés tels que la carbamazépine et la lamotrigine. Ces composés sont conçus pour résister à la dégradation dans l’organisme, et ils passent souvent à travers les traitements d’égout conventionnels. En conséquence, les scientifiques les détectent désormais dans les rivières, les lacs et les eaux souterraines à travers l’Europe, les États‑Unis, l’Asie et le Moyen‑Orient, parfois dans des aquifères éloignés. Même à de très faibles concentrations, leur présence permanente suscite des inquiétudes quant aux effets à long terme sur les écosystèmes, la faune et la santé humaine. Éliminer ces « contaminants émergents » de l’eau est devenu un défi croissant pour les ingénieurs et les autorités de régulation.

Une fine éponge de carbone dans le sol

Une approche prometteuse est l’adsorption, où les polluants adhèrent à la surface d’un solide. Le charbon activé est particulièrement efficace car il est rempli de pores minuscules offrant une énorme surface interne à laquelle les molécules peuvent se fixer. L’équipe de cette étude s’est concentrée sur une forme spéciale appelée charbon activé colloïdal, composé de particules très petites formant une boue stable dans l’eau. Cette boue peut être injectée dans le sol, où les particules enrobent les grains de sable et de carbonate, formant une sorte de zone filtrante invisible que l’eau souterraine doit traverser. Les chercheurs ont d’abord caractérisé ce carbone et ont constaté qu’il était majoritairement du carbone avec un peu de potassium, extrêmement poreux, et constitué de particules de quelques micromètres seulement, à surface chargée négativement, ce qui les aide à rester dispersées dans l’eau.

Tester un filtre souterrain miniature

Pour évaluer l’efficacité de ce carbone à capturer des produits pharmaceutiques, les scientifiques ont construit de petites colonnes transparentes remplies de sable, de roche carbonatée, ou d’un mélange 50:50 des deux, imitant des couches de sédiments naturels. Ils ont fait remonter de l’eau enrichie en caféine, carbamazépine et lamotrigine à travers les colonnes à des débits contrôlés, en ajoutant des quantités mesurées de carbone colloïdal. En comparant les concentrations de médicaments à l’entrée et à la sortie, ils ont pu suivre la rapidité avec laquelle le filtre commençait à « percer » — c’est‑à‑dire lorsque les contaminants commençaient à passer — et combien de temps il fallait avant que le carbone soit presque saturé. Ils ont aussi utilisé une courbe mathématique de « dose‑réponse » pour décrire la forme de ces profils de percée et estimer la quantité de chaque composé que le carbone pouvait retenir dans différentes conditions.

Ce qui contrôle la quantité éliminée

Les expériences ont révélé que les conditions d’exploitation influencent fortement la performance. Un débit plus lent permettait un temps de contact plus long, retardant la percée, mais le débit le plus élevé testé montrait la plus forte uptake par gramme de carbone avant que la colonne ne soit complètement épuisée, parce qu’un plus grand volume d’eau contaminée traversait la colonne. Augmenter la quantité de carbone dans la colonne prolongeait à la fois le temps avant la percée et le temps avant la saturation, reflétant le plus grand nombre de sites d’adsorption disponibles. Partir de solutions polluantes plus concentrées provoquait une percée plus rapide et des courbes de percée plus abruptes, les sites de liaison se remplissant plus vite, mais augmentait aussi la masse totale de médicaments capturée. Le type de lit importait également : un lit mixte sable‑carbonate offrait la protection la plus longue avant la percée et une meilleure rétention globale, probablement parce qu’il équilibr[ait] les interactions chimiques avec un écoulement régulier et homogène.

Des tests en laboratoire à l’eau souterraine réelle

Enfin, les chercheurs ont testé une eau souterraine réelle enrichie avec les trois médicaments cibles, dans les meilleures conditions identifiées lors de leurs essais précédents : un débit modéré, une dose modeste de carbone et un lit mixte sable‑carbonate. Dans cet essai plus réaliste, la barrière de carbone a retardé la percée pendant plus de deux heures et a continué d’éliminer les produits pharmaceutiques pendant plus de sept heures. Dans l’ensemble, elle a piégé environ 40 % de la masse de médicaments entrants avant d’être en grande partie saturée. Étant donné que le charbon activé colloïdal peut être injecté directement dans les aquifères, ces résultats suggèrent que des ingénieurs pourraient créer des zones réactives souterraines qui interceptent et atténuent des panaches de pollution pharmaceutique, contribuant ainsi à protéger les sources d’eau potable.

Ce que cela signifie pour une eau plus sûre

En termes simples, l’étude montre qu’une « éponge » de carbone finement divisée peut être dispersée dans les sédiments souterrains pour capturer les traces de médicaments transportées par les eaux souterraines. Bien qu’elle n’élimine pas tout, elle réduit significativement la charge de médicaments persistants tels que la caféine, la carbamazépine et la lamotrigine dans des conditions réalistes. Parce que le matériau est très poreux et peut être déployé in situ, il offre une solution pratique pour renforcer les barrières naturelles des aquifères sans construire d’installations de traitement massives. Avec une optimisation supplémentaire et des essais sur le terrain, ce bouclier de carbone enterré pourrait devenir un outil important pour empêcher les restes invisibles de notre armoire à pharmacie de contaminer l’eau que nous buvons.

Citation: Alghamdi, S., Tawabini, B., Abdullah, A. et al. Removal of selected pharmaceutical pollutants from groundwater using colloidal activated carbon. Sci Rep 16, 8470 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36859-7

Mots-clés: contamination des eaux souterraines, polluants pharmaceutiques, charbon activé, traitement de l’eau, adsorption