Un lycéen de Virginie, aux États-Unis, a récemment développé un prototype de dispositif de filtration d'eau domestique qui ne nécessite pas de membranes filtrantes traditionnelles. Il peut éliminer plus de 90 % des particules microplastiques de l’eau potable et recycler son propre média filtrant magnétique. Il a attiré l’attention en raison de son faible coût et de ses faibles exigences d’entretien.
Mia Heller, 18 ans, fréquente le Kettlelen High School en Virginie et suit également des cours d'une demi-journée de mathématiques et de technologie à la Mountain Vista Governor's School. Ses recherches scientifiques ont été inspirées par l'actualité locale dans sa ville natale de Warrington, en Virginie : des tests ont révélé que l'eau potable locale contenait des niveaux élevés de substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS) et de microplastiques, mais les autorités ont clairement indiqué que les fonds publics ne seraient pas fournis pour installer des systèmes de filtration et que les résidents devraient supporter le coût des équipements de purification de l'eau. Les parents de Heller ont ensuite installé un système de filtration avancé, mais les membranes filtrantes ont dû être remplacées fréquemment. Cette expérience l'a amenée à réfléchir à la manière de réduire le coût et le seuil de maintenance du traitement de l'eau.
Heller a déclaré que le processus de remplacement fréquent de la membrane filtrante lui a donné l'idée de concevoir un filtre « sans membrane », dans l'espoir de réduire les consommables et la charge de maintenance tout en purifiant efficacement. L’idée initiale lui est venue au printemps 2024 et a commencé des expériences intensives dans son garage et sa cuisine au cours de l’été de la même année. En janvier 2025, elle avait achevé le dispositif initial de validation de principe : il ne ressemblait à rien de plus qu'un conteneur à l'extérieur, mais la structure interne contenait déjà un prototype.
Au cœur du dispositif se trouve une structure qu'elle appelle « flacon d'amplification rotatif » qui utilise du ferrofluide, une huile magnétique réutilisable, pour se lier sélectivement aux particules microplastiques dans un courant d'eau. Lorsque l’eau le traverse, le fluide ferromagnétique absorbe les microplastiques et les sépare. Les premières versions nécessitaient deux étapes pour éliminer les microplastiques, mais le ferrofluide ne pouvait pas être automatiquement recyclé et nécessitait toujours une maintenance et un réapprovisionnement manuels. Pour réduire la maintenance, elle a réorienté ses activités d'ingénierie vers la construction d'un système en boucle fermée qui pourrait être « autonettoyant » et recycler les matériaux magnétiques.
Au cours des débogages répétés qui ont suivi, Heller a dû résoudre deux problèmes clés liés à la disposition structurelle : premièrement, le ferrofluide est plus visqueux que l'eau, comment le laisser entrer en douceur dans la chambre d'eau située au-dessus sans bloquer le débit d'eau ; Deuxièmement, comment faire en sorte que la séparation magnétique et la récupération des ferrofluides fonctionnent ensemble dans le même système au lieu de se restreindre mutuellement. Après environ cinq séries d'itérations de conception, elle a opté pour une configuration composée de trois modules.
Le prototype actuel se compose de trois unités : la première est un module d'eau brute d'un volume d'environ un litre, qui sert à charger de l'eau à traiter contenant des microplastiques ; le second est un module qui stocke du ferrofluide magnétique à base d’huile ; et le troisième est un module de séparation plus petit, qui constitue la partie la plus concentrée du processus physique dans l'ensemble du dispositif. Dans ce module, le champ magnétique extrait de l'eau le ferrofluide auquel sont fixés les microplastiques et réalise la récupération et la réutilisation du ferrofluide, formant ainsi un processus de séparation magnétique en boucle fermée. En termes d’utilisation, cet appareil se rapproche plus d’un purificateur d’eau domestique, sauf que la traditionnelle membrane filtrante solide est remplacée par un étage de séparation des ferrofluides.
Afin de vérifier les performances, Heller a construit un ensemble de capteurs de turbidité pour mesurer la concentration de particules en suspension dans le plan d'eau, et l'utiliser pour quantifier la teneur en ferrofluide et en microplastiques et calculer le taux d'élimination des microplastiques. Les résultats des tests montrent que le prototype peut éliminer 95,52 % des microplastiques présents dans l’eau potable et récupérer 87,15 % des ferrofluides. À titre de comparaison, les usines de traitement d’eau potable conventionnelles éliminent généralement les microplastiques avec une efficacité d’environ 70 à 90 %. Heller estime que ce résultat prouve qu'il est possible de construire un système de filtration à coût contrôlable et produisant peu de déchets sans utiliser de membranes filtrantes solides.
L'invention a déjà été récompensée lors d'un concours technologique destiné aux jeunes. Avec ce projet, Heller a été finaliste du Regeneron ISEF 2025, considéré comme le plus grand concours scientifique au monde destiné aux lycéens, et a remporté un prix spécial de 500 $ US de la United States Patent and Trademark Association pour sa conception de filtration à faible coût et à haute efficacité.
Dans la communauté de la recherche scientifique, sa tentative a également reçu des critiques positives. Le toxicologue Matthew J. Campen de l'Université du Nouveau-Mexique étudie depuis longtemps les mélanges complexes de polluants inhalés et leurs effets sur les systèmes respiratoire et cardiovasculaire. Il estime que ce système est une "très bonne idée" et souligne qu'il fait "quelque chose qui doit être fait". Dans le même temps, il a également rappelé qu'il restait encore des questions en suspens aux niveaux technique et environnemental.
La clé, a déclaré Campen, est de garantir qu'une fois les microplastiques filtrés, ils peuvent être collectés et finalement éliminés ou détruits de manière sûre, sans laisser de nouveaux résidus de contaminants dans le processus. En d’autres termes, toute solution réalisable doit éviter la situation consistant à « éliminer un type de pollution et en créer un autre ». En outre, l'ampleur et le niveau de déploiement de la technologie doivent encore être discutés : de tels systèmes sont-ils plus adaptés à un déploiement dans les canalisations des ménages, des bâtiments et des collectivités, ou doivent-ils être intégrés dans le processus en amont des usines de traitement des eaux municipales ?
Cette recherche intervient dans un contexte d’inquiétude croissante concernant les microplastiques. L'Agence américaine de protection de l'environnement définit les microplastiques comme des particules dont la taille est comprise entre 1 nanomètre et 5 millimètres, et ces fragments sont désormais omniprésents dans les écosystèmes et les organismes vivants. L’étude a noté que la quantité de microplastiques ingérées par les organismes a été multipliée par six depuis 1990. Une étude réalisée en 2025 par l’Université du Nouveau-Mexique, à laquelle Kampen a participé, a révélé que la concentration de microplastiques dans les tissus cérébraux humains avait augmenté d’environ 50 % en moins de dix ans. Bien que les effets sur la santé de ce type d’exposition soient encore à l’étude, plusieurs études récentes ont établi un lien entre l’ingestion de microplastiques et diverses maladies non transmissibles, notamment le cancer, les maladies respiratoires et cardiovasculaires, les troubles hormonaux et la maladie d’Alzheimer.
Malgré les problèmes non résolus mentionnés ci-dessus, les experts considèrent généralement le système de séparation magnétique de Heller comme une direction digne d'être encouragée du point de vue de l'ingénierie et de la santé publique. Selon elle, le scénario d'application le plus clair reste celui de la maison, offrant aux résidents ordinaires un niveau plus élevé de protection de l'eau potable grâce à des équipements relativement peu coûteux et faciles à entretenir. Avant d'envisager la commercialisation, elle espère faire vérifier par un laboratoire indépendant les données de performance qu'elle obtient. Heller a déclaré qu'il « espère vraiment pouvoir éventuellement mettre ce produit sur le marché » et pense que c'est un objectif « très intéressant et qui vaut la peine d'être essayé ».