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Traitement des eaux usées domestiques : quand les cyanobactéries prennent le pouvoir

Publié le 24/05/2018

Photogranules et cyanobactéries : une rupture technologique en cours dans le traitement des eaux usées

Les boues activées sont constituées d’amas de bactéries qui consomment la pollution des eaux usées en présence d’oxygène. Des chercheurs de l’Inra du LBE à Narbonne et leurs collègues américains ont mis en évidence la transformation de boues activées en agrégats sphériques enrichis en cyanobactéries productrices d’oxygène, appelés photogranules. Ceux-ci ont potentiellement la capacité de traiter la pollution contenue dans les eaux usées sans apport extérieur d’oxygène et de produire une matière première valorisable en énergie et pour l’agriculture.

  • Contexte et enjeux

Si le traitement des eaux usées domestiques est maintenant généralisé dans les pays développés, l’empreinte environnementale du procédé est réelle : 2 à 3 % de la consommation totale d’électricité est utilisée pour le fonctionnement des bassins de boues activées - c’est-à-dire des bactéries agrégées en amas granulaires suspendus dans l’eau usée, en particulier pour apporter aux bactéries l’oxygène qui leur est nécessaire pour minéraliser la matière organique et éliminer l’azote. Ce travail montre que certaines bactéries photosynthétiques sont susceptibles de s’agréger d’une manière particulière dans l’espace. Cette découverte permet de proposer une alternative ingénieuse et prometteuse qui tire parti de la capacité de ces bactéries à former des agrégats sphériques et à fournir notamment de l’oxygène in situ à l’écosystème de dépollution.

  • Résultats

Photogranules et cyanobactéries : une rupture technologique en cours dans le traitement des eaux usées. L'autoaggrégation des boues sous forme de granules sphériques grâce aux cyanobactéries filamenteuses qui produisent de l'oxygène.. © Inra, LBE
Photogranules et cyanobactéries : une rupture technologique en cours dans le traitement des eaux usées. L'autoaggrégation des boues sous forme de granules sphériques grâce aux cyanobactéries filamenteuses qui produisent de l'oxygène. © Inra, LBE

Les scientifiques ont mis en évidence la transformation de boue activée en quelques semaines en présence de lumière en un granule quasi-sphérique. Ce phénomène a été reproduit avec des boues de provenances diverses. L’analyse microscopique des granules révèle la présence d’une couche externe, principalement composée de cyanobactéries filamenteuses mobiles qui forment un feutre de filaments entrelacés qui en garantissent la cohésion structurale. La coloration superficielle bleu-vert des granules qui est due à la présence simultanée de chlorophylle α et de phycocyanines confirme la présence des cyanobactéries. En conditions hydrodynamiques turbulentes, proches des conditions usuelles de traitement des eaux usées, les scientifiques constatent également la propagation et la croissance de ces photogranules, morphologiquement similaires à ceux obtenus en conditions statiques. S’ils génèrent de l'oxygène grâce à la photosynthèse, ces photogranules produisent également de la biomasse en fixant le gaz carbonique issus de la dégradation du carbone organique contenu dans la pollution.

  • Perspectives

Ces deux propriétés sont d’un grand intérêt pour le traitement de eaux usées notamment domestiques : la production in situ d'oxygène peut remplacer avantageusement l’introduction d’air, au demeurant coûteuse, tandis que la biomasse produite, contenant des nutriments peut servir d'engrais ou de source d'énergie renouvelable, par exemple par la conversion en méthane. Il reste désormais à maîtriser le mécanisme de formation des photogranules pour développer leur utilisation dans le bioprocédé. Ces résultats ouvrent donc la voie à une utilisation très innovante des photogranules microbiens riches en cyanobactéries dans le traitement des eaux usées domestiques, qui bouscule le rôle traditionnellement dévolu aux stations d’épuration et couple dans un même procédé innovant une dépollution à faible empreinte énergétique avec un recyclage de la matière organique valorisable. Ces perspectives correspondent à des enjeux de durabilité d’une bioéconomie reposant sur le développement de bioprocédés maitrisés, éco-conçus, intégrant des technologies innovantes, plus flexibles et robustes, et plus économes en ressources.

  • Valorisation scientifique

K. Milferstedt, W. C. Kuo-Dahab, C. S. Butler, J. Hamelin, A. S. Abouhend, K. Stauch-White, A. McNair, C. Watt, B. I. C.
González, S. Dolan, C. Park. (2017) The importance of filamentous cyanobacteria in the development of unusual oxygenic
photogranules. Scientific Reports, doi:10.1038/s41598-017-16614-9.

Pour en savoir plus : http://presse.inra.fr/Communiques-de-presse/Eaux-usees-domestiques-et-cyanobacteries