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Des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv débarrassent l'eau potable de l'arsenic

Les Dr. Ray Keren et Boaz Mayzel du Laboratoire de recherche du Prof. Micha Ilan du Département de zoologie de l'Université de Tel-Aviv  ont découvert une bactérie qui emmagasine des quantités énormes d'arsenic, principal polluant des eaux souterraines. L'étude,  réalisée en collaboration avec le Prof. Boaz Pokroy du Technion et le Dr. Sirine Fakra du laboratoire national Lawrence à Berkeley aux Etats-Unis, pourrait ouvrir la voie au développement d'un moyen rentable et efficace de purifier l'eau potable de cette toxine, et sauver la santé et la vie de dizaines de millions de personnes dans le monde.

EpongeElle a été publiée le 25.2.2017 dans la revue Nature Communications, et suscite déjà un grand intérêt dans la communauté scientifique internationale.

"Les éponges sont les animaux les plus anciens existant aujourd'hui sur la planète ", explique le Prof. Ilan. "Elles servent d'habitat à de nombreuses créatures, filtrent sans cesse l'eau dans laquelle elles vivent, et en recueille de nombreux matériaux. Dans une précédente étude, effectuée il y a quelques années, nous avons découvert qu'une éponge appelée Theonella swinhoei, et en particulier celle qui vit dans la mer Rouge, stocke une énorme quantité d'arsenic et de baryum, jusqu'à des millions de fois leur concentration dans l'environnement marin! Nous avons donc cherché à découvrir quel est le facteur responsable du stockage de l'arsenic dans l'éponge ".

Le "foie" de l'éponge

Dès le début, les chercheurs ont pensé qu'il s'agissait d'une bactérie. Pour tester cette hypothèse, ils ont séparé les cellules de l'éponge elle-même des nombreuses bactéries qu'elle abrite, et ont constaté qu'en effet, l'arsenic se trouvait parmi les bactéries. L'examen au microscope à balayage électronique a montré qu'il était stocké par une certaine bactérie, appelée ' Entotheonella'.

 "Nous avons découvert qu'à l'intérieur de cette bactérie s'effectue un processus étonnant de liaison chimique entre l'arsenic dissous dans l'eau et le calcium", explique le Dr. Keren. "Le produit de cette liaison est un cristal solide, appelé pharmacolite,  non toxique. De cette manière, l'arsenic est conservé dans le corps de la bactérie, et il n'y a pas de danger qu'il se propage, se redissolve dans l'eau, et redevienne toxique. Il est important de noter que cette bactérie emmagasine d'une manière similaire également un autre élément chimique, le baryum, qui est aussi un polluant courant qui affecte notre santé. En fait, on peut dire que la bactérie fonctionne au sein de l'éponge comme un organe de désintoxication, 'remplaçant' le foie des animaux plus développés".

Pour la communauté scientifique, la découverte présente de nombreux intérêts: tout d'abord, la concentration d'arsenic dans le corps de la bactérie est la plus élevée jamais mesurée partout sur la planète, y compris dans les dépôts géologiques! De plus, la science connait très peu de bactéries capables de produire des minéraux, et c'est la première découverte qui produise de l'arsenic sous une forme cristalline. En outre, le pharmacolite lui-même est une substance connue comme sédiment géologique, mais on n'avait jusqu'à présent jamais observé sa production biologique. En d'autres termes, le pharmacolite produit par la bactérie entotheonella est un bio-minéral d'un type complètement nouveau!

Transformer l'arsenic en cristal inoffensif

Micha Ilan 0321Dans une prochaine étape, le Dr. Keren se propose d'étudier le génome de la bactérie, afin d'identifier les gènes impliqués dans le processus d'accumulation de l'arsenic et du baryum et de les transformer en solides inoffensifs. Une autre direction de prospection serait de rechercher des bactéries semblables, qui vivent dans le sol ou les eaux souterraines, ce qui pourrait raccourcir de manière importante le développement d'une technologie de traitement de l'eau potable.

"L'arsenic dissous est un matériau très résistant, qui reste dans l'environnement en permanence, et jusqu'aujourd'hui il n'y avait aucun moyen efficace de le soustraire des eaux souterraines", conclut le Prof. Ilan. "Nous espérons que notre découverte aidera au développement futur d'un moyen peu coûteux et efficace de nettoyer les eaux souterraines et l'eau potable de l'arsenic, qui pourrait sauver la santé et la vie de dizaines de millions de personnes".

 

Sur la photo: l'éponge abritant la bactérie qui emmagasine l'arsenic (Crédit: Prof. Micha Ilan) 

Cet article a été publié sur Siliconwadi.fr sous le titre: "Découverte: l'incroyable potentiel des éponges pour combattre la pollution des eaux"

Des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv ont développé une super-algue capable de faire face à tous nos besoins en énergie.

Le Dr. Iftach Yacoby, directeur du laboratoire des énergies renouvelables de l'Ecole des Sciences végétales de l'Université de Tel-Aviv a réussi à concevoir une micro-algue produisant 5 fois plus d'hydrogène, capable de fournir suffisamment d'énergie pour faire fonctionner les voitures et les vélos électriques, voire dans l'avenir, subvenir à tous nos besoin énergétiques.

microalgues1Selon les chercheurs, les algues unicellulaires, du type de celles qui se multiplient dans les réservoirs d'eau stagnante, émettent de l'hydrogène pendant toutes les heures de la journée, et constituent une source d'énergie potentielle beaucoup plus importante qu'on ne le supposait jusque-là.

L'étude, publiée ce mois-ci dans les revues Plant Physiology et Biotechnology for Biofuel, a été financée par le département des carburants de remplacement du bureau du Premier ministre israélien, dirigé par Eyal Rosner.

Produire de l'hydrogène à grande échelle

"L'hydrogène est une source d'énergie qui présente d'énormes avantages", explique le Dr. Yacoby. "Tout d'abord, son contenu énergétique est énorme: 5 kg d'hydrogène suffisent pour faire rouler une voiture sur plus de 500 km, et un vélo électrique n'en consomme que 30 grammes pour plus de 100 kilomètres ! D'autre part, l'hydrogène n'est absolument pas polluant: le fonctionnement d'une pile à combustible alimentée de cette manière ne génère que de la vapeur d'eau et son échappement rejette de l'eau potable !".

Dès 2015, les entreprises japonaises comme Toyota et Hyundai ont commencé à produire en série des véhicules électriques alimentés par de l'hydrogène gazeux. Des bicyclettes électriques ont été converties à l'hydrogène; des stations de ravitaillement en hydrogène sont en cours de construction au Japon, en Scandinavie, en Allemagne et en Californie, et les scientifiques du monde entier sont à la recherche de méthodes efficaces et accessibles pour produire de l'hydrogène à grande échelle.

microalgues2Selon le Dr. Yacoby, les scientifiques savent depuis des années que les micro-algues émettent de l'hydrogène pendant le processus de photosynthèse, mais on pensait jusqu'à présent que la quantité produite était minime, et donc inappropriée à la fourniture d'énergie. "L'hydrogène est produit par l'algue grâce à une enzyme appelée hydrogénase qui se décompose en présence d'oxygène", explique-t-il. "La nuit, les micro-algues ne produisent pas d'oxygène, et créée donc une grande quantité d'hydrogénase. Au lever du jour, avec l'exposition à la lumière du soleil, l'algue produit à la fois de l'oxygène et de l'hydrogène, mais on pensait jusqu'ici que l'oxygène s'accumulant rapidement paralyse l'hydrogénase, stoppant ainsi la production de l'hydrogène. Nous avons décidé de tester cette hypothèse ".

À leur grande surprise, les chercheurs ont constaté que, même à la lumière du jour, alors que la micro-algue produit un grand volume d'oxygène par photosynthèse, elle continue d'émettre une petite quantité d'hydrogène. Ils en ont conclu qu'il existe dans l'algue des zones sans oxygène, dans lesquelles l'hydrogénase peut s'activer. "Par la suite, nous avons découvert qu'il existe dans l'algue des mécanismes qui fonctionnent sans relâche pour éliminer l'oxygène de la cellule, permettant à l'hydrogénase de produire de l'hydrogène en continu, pendant toutes les heures du jour", explique le chercheur. "Cela signifie que les micro-algues ont un énorme potentiel, jusque là inexploité, de produire du combustible à partir de l'hydrogène".

Une nouvelle révolution

Les chercheurs ont ensuite utilisé des technologies connues de génie génétique pour intervenir dans la photosynthèse des micro-algues, et leur faire produire une plus grande quantité d'hydrogénase, au détriment d'autres processus, comme par exemple la production de sucre, pour augmenter sa production d'hydrogène. Ils ont ainsi pu concevoir en laboratoire des micro-algues qui produisent 400% de plus d'hydrogène que les algues d'origine.

"Il y a environ 20 000 ans, l'homme a cessé d'être un chasseur-cueilleur pour se mettre à domestiquer les espèces végétales trouvées dans la nature et à cultiver lui-même ses aliments: ce fut la révolution agricole", conclut le Dr. Yacoby. "Mais pour l'énergie, nous en sommes resté à la collecte de ce que la nature nous fournit, et à ce jour principalement des combustibles fossiles polluants, qui sont d'ailleurs en baisse rapide".

"Notre découverte constitue une étape importante vers une nouvelle révolution, qui pourra changer l'avenir de l'humanité: la production d'énergie propre en quantité suffisante pour répondre à tous nos besoins. La micro-algue que nous avons créée en laboratoire possède un potentiel de production de masse de l'hydrogène. Le défi est maintenant de transmettre ses capacités à des micro-algues d'une espèce plus durable, capable de vivre dans la nature. En d'autres termes, l'objectif est de domestiquer des espèces sauvages de micro-algues, tout comme l'homme a domestiqué pour ses besoins le blé sauvage. Nous pourrons alors cultiver ces micro-algues domestiquées, et elle pourront nous fournir de l'hydrogène pour le carburant des véhicules, et par la suite également pour faire fonctionner l'industrie ".

Les autres participants à l'étude sont le Dr. Oded Liran, le Dr. Haviva Eilenberg, la doctorante Rinat Semyatich, et l'étudiant de maitrise Ido Weiner, membres du laboratoire de recherche du Prof. Yacoby.

microalgues3

Photos (Crédit: Université de Tel-Aviv):

  1. Le directeur du laboratoire, le Dr. Yiftach Yakoby, examinant une boite de Petri contenant des mico-algues développées en laboratoire.
  2. Expérience montrant l'émission accrue d'hydrogène par des algues fabriquées (bulles à la surface du liquide dans la bouteille) par rapport aux algues naturelles (sans bulles).
  3. L'équipe du laboratoire.

Cet article a été publié sur Siliconwadi sous le titre: "Israël: vers la révolution énergétique par les algues"

Selon l'Université de Tel-Aviv les conditions de vie en climat artificiel (éclairage...) nuisent à notre santé et à l'écosystème

Selon une étude menée par 36 chercheurs de 24 universités, dont le Prof. Noga Kronfeld-Schor, chef du Département de zoologie de l'Université de Tel-Aviv, l'adaptation permanente de notre environnement à des conditions "d'été perpétuel" (éclairage artificiel, chauffage et climatisation) qui caractérise notre vie affecte notre santé et nuit à l'écosystème.

La recherche a été publiée ce mois-ci dans la prestigieuse revue londonienne Proceedings of the Royal Society B.

eteperpetuel«Le rythme de la vie sur terre est façonné par les changements saisonniers», commente le Prof. Noga Kronfeld-Schor. «Les plantes et les animaux présentent des cycles annuels physiologiques, morphologiques, comportementaux et démographiques. L'enquête nous avons mené montre que nous, humains, ne constituons pas une exception à cette règle, et que les populations humaines présentent d'importants cycles annuels sur le plan démographique, de la santé et du bien-être».

Nous aussi sommes des animaux saisonniers

Selon le Prof. Kronfeld-Schor, nous ne prêtons habituellement pas attention à ces cycles saisonniers car ils sont très lents. «Nous ressentons notre horloge interne lorsque nous sommes en situation de décalage horaire, par exemple, mais nous sommes moins attentifs aux mécanismes de l'horloge saisonnière, en partie parce que nous vivons dans un environnement artificiel de perpétuel été, avec du chauffage en hiver et une lumière artificielle la nuit. Mais les études menées sur d'autres espèces montrent que même après des années passées dans des conditions artificielles permanentes, les animaux continuent de se conformer à leur horloge saisonnière et l'analyse statistique indiquent que les humains ne sont pas différents des autres espèces. Nous aussi, sommes des animaux saisonniers. Nous exprimons des gènes différents selon les saisons, connaissons des maladies saisonnières, manifestons plus ou moins de violence selon les saisons et partons même en guerre avec les saisons ».

Prof. Noga Kronfeld-Schor«Nous constatons donc que l'environnement artificiel ne fait pas disparaître l'horloge saisonnière des êtres humains, mais nous ne savons pas encore exactement comment il l'affecte. Nous disposons de plus en plus d'études qui soulignent la désorientation totale d'autres êtres vivants en fonction des modifications climatiques. Par exemple, les oiseaux migrateurs qui quittent un pays et sont supposer arriver à leur destination à une date précise, qui correspond à l'apparition des larves qui leurs servent de nourriture. Mais, en raison du réchauffement global, les larves, qui 'programment' leur éclosion en fonction de la température ambiante, naissent avant et les oiseaux meurent de faim ».

Selon le professeur Kronfeld-Schor, cette nouvelle étude met en évidence la nécessité d'une meilleure compréhension de la biologie saisonnière, en particulier à la lumière des perturbations de cette saisonnalité en raison du changement climatique, du mode de vie moderne et d'autres impacts humains. Nous ne connaissons pas encore le prix payé pour tenter de contourner la nature.

 

Cet article a été publié sur Siliconwadi sous le titre: "Recherche: mode de vie contre horloge saisonnière"

Quand Beijing et l'Université de Tel-Aviv améliorent le filtrage de l'eau….

Une étude de simulation numérique de grande envergure et sans précédent a été réalisée par le Centre de recherche TAU-Tsinghua (Xin) commun à l'Université de Tel-Aviv et à l'Université de Tsinghua de Beijing, dans le but d'améliorer le filtrage de l'eau et d'en réduire les coûts et l'impact sur l'environnement par l'utilisation de nanotubes de carbones - grâce à 150.000 ordinateurs de bénévoles, à travers la plateforme du World Community Grid d'IBM.

MoleculesdeauLa recherche a été dirigée par le Prof. Quanshui Zheng du Centre de nano et micromécanique de Tsinghua et le Prof. Michael Urbakh de l'École de chimie de l''Université de Tel-Aviv, tous deux membres du centre TAU-XIN (voir: Signature d'un accord sans précédent entre l'Université de Tel-Aviv et l'Université Tsinghua de Pékin), en collaboration avec le Prof. François Grey de l'Université de Genève.

Ses résultats ont été publiés hier soir dans la revue Nature Nanotechnology.

Selon le Centre américain pour le contrôle et la prévention des maladies (CDC), 800 millions de personnes dans le monde n'ont pas accès à l'eau potable, et 2,5 milliards ne disposent pas d'eau utilisable à des fins hygiéniques. La combinaison de ces deux facteurs est à l'origine de près de 90% des cas de décès par suite de maladies intestinales. L'objectif de la nouvelle étude, comme de beaucoup d'autres, était donc de trouver un moyen plus efficace, moins couteux et plus rapide du filtrage de l'eau.

La solution innovante proposée par des chercheurs de TAU-Tsinghua Xin relève de la nanotechnologie. Ils ont découvert que de minuscules vibrations, appelées «phonons», se produisant à l'intérieur de nanotubes de carbones, améliorent de façon significative la diffusion de l'eau à travers les filtres sanitaires.

MichaelUrbakh« Nous avons découvert que de minuscules vibrations aident les matériaux, humides ou secs, à glisser plus facilement les uns sur les autres», explique le Prof. Urbakh. « Grâce à ces 'phonons', ces oscillations, le convoyage, la purification et la désinfection de l'eau deviennent plus faciles et plus efficaces. Les systèmes de purification d'eau utilisent beaucoup d'énergie en raison de la friction qui se déroule à l'échelle nanométrique. Grâce à ces vibrations, cependant, nous avons été en mesure d'améliorer de 300% la vitesse de diffusion de l'eau, par la diminution de la friction – et au passage nous avons économisé une bonne quantité d'énergie ».

40 000 années de calcul d'un ordinateur unique

Le projet a été réalisé par le biais de la plateforme World Community Grid d'IBM, grâce à la participation de 150 000 volontaires qui ont partagé la puissance de leur ordinateur personnel en faveur de la recherche. Les simulations antérieures effectuées par la communauté scientifique n’avaient pas permis de reproduire le processus selon un débit réaliste, car la simulation du comportement d'une infinité de molécules nécessite une puissance de calcul énorme. La nouvelle étude a pu simuler l'écoulement des molécules d'eau à travers les nanotubes en utilisant la capacité informatique massive de la plateforme, fonctionnant comme un superordinateur virtuel.

« Grâce à la plateforme World Community Grid, des utilisateurs du monde entier ont pu exécuter notre logiciel, ce qui nous a permis d'atteindre des résultats précis », explique le Prof. Urbakh. « Ce projet est le premier de son genre en Israël,  nous n'aurions jamais pu atteindre de tels résultats avec quatre étudiants dans notre laboratoire. Cela aurait demandé l'équivalent de près de 40 000 années de calcul d'un ordinateur unique. Au lieu de cela, nous avons utilisé les ordinateurs personnels de 150.000 bénévoles dans le monde, qui ont téléchargé et exécuté notre logiciel sans frais et en une fraction de temps ».

« L'informatique de masse joue un rôle croissant dans les progrès scientifiques », conclut le Prof. Urbakh. « Comme le montre notre recherche, elle peut être bénéfique pour un très large éventail d'études ». Les chercheurs sont actuellement en pourparlers avec des sociétés intéressées par l'utilisation des phonons pour divers projets commerciaux.

 

http://siliconwadi.fr/18694/chercheurs-chinois-et-israeliens-ameliorent-le-filtrage-de-leau

Cet article a été publié sur http://siliconwadi.fr/ sous le titre "Chercheurs chinois et israéliens améliorent le filtrage de l'eau" le 8.07.2015

Une solution pour la conservation du lait dans les pays en développement

Un jeune chercheur de l’Ecole Porter des Etudes sur l’environnement de l’Université de Tel-Aviv, le Dr. Alexander Golberg propose de remplacer la pasteurisation par la méthode des champs électriques pulsés pour tuer les bactéries contaminantes du lait. L’étude, publiée dans la revue Technology, pourra diminuer considérablement le gaspillage de cet élément nutritif de base dans les pays en développement.

Conservation-du-lait-lalternative-à-la-pasteurisationElément économique de base de l'alimentation quotidienne dans les pays occidentaux, le lait est rapidement et facilement sensibles aux pathogènes, ce qui rend sa conservation problématique dans les pays en développement, où les procédés de pasteurisation, impliquant un chauffage à une certaine température suivie d’un refroidissement rapide, s’avèrent coûteux et souvent impossibles à mettre en pratique en raison de l'approvisionnement sporadique en électricité.

אלכס גולברגAussi le Dr. Alexander Golberg propose-t-il d’utiliser une technologie émergente dans l'industrie alimentaire, le procédé des champs électriques pulsés, dont l’efficacité contre les micro-organismes a été prouvée depuis longtemps, comme alternative non-thermique au processus de pasteurisation. Selon lui, l’application par intermittence d’impulsions électriques répétées de l'ordre de la micro-secondes, de très forte intensité,  qui endommagent la membrane des cellules de manière sélective par un processus dit d'électroporation, empêchera la prolifération des bactéries dans le lait stocké, augmentant potentiellement sa durée de vie.

Une approche différente du contrôle des bactéries

«Nous sommes en recherche constante de nouvelles technologies, sans produits chimiques et à faible coût pour la conservation du lait, en particulier pour les petits agriculteurs des pays à faible revenu», explique le Dr Golberg. « Pour 1,5 milliard de personnes sans accès adéquat à l'électricité, la réfrigération, nécessaire après la pasteurisation pour prévenir la multiplication des bactéries qui n'auraient pas été détruites, n’entre tout simplement pas en ligne de compte ». De plus, certains agents pathogènes, comme le Listeria monocytogenes sont moins sensibles aux basses températures et peuvent donc proliférer pendant le transport et l'entreposage même lorsque le lait est réfrigéré. « La réfrigération ralentit le métabolisme des bactéries, mais les champs électriques pulsés les tue. Ils représentent une approche fondamentalement différente de contrôle des microorganismes pendant le stockage du lait».

L'énergie nécessaire à la mise en œuvre de ce procédé peut provenir de sources conventionnelles ou du soleil. «Notre modèle montre que la technologie de préservation par champs électriques pulsés ne nécessite pas d'alimentation en électricité constante; elle peut se suffire d’une alimentation pendant 5 heures et demi par jour seulement, à l'aide de petits panneaux solaires à l'échelle familiale » explique le Dr Golberg. La technologie s’avère donc trois fois plus éconergétique que l'ébullition et presque deux fois plus que la réfrigération.

«Je crois que cette technologie peut fournir un système de conservation du lait robuste, simple et économe en énergie qui diminuera la quantité de lait perdu, augmentant ainsi les revenus des petits agriculteurs dans les pays en développement ».

Le Dr. Golberg explore actuellement des possibilités de partenariats avec des organismes souhaitant développer un dispositif à prix abordable pour réduire le gaspillage alimentaire et augmenter les revenus des petits agriculteurs.

 

http://siliconwadi.fr/18315/conservation-du-lait-lalternative-israelienne-a-la-pasteurisation

Cet article a été publié sur http://siliconwadi.fr/ sous le titre: "Conservation du lait: l'aleternative israélienne à la pasteurisation", le 2.06.2015

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