Présentation
EnglishRÉSUMÉ
Cet article vise à discuter le potentiel des systèmes de traitement des eaux usées par microalgues en confrontant les performances obtenues à grande échelle aux normes françaises pour l’irrigation ou le rejet dans le milieu naturel. Les possibilités de valorisation des eaux traitées, ainsi que de la biomasse produite sont également décrites et confrontées à celles des autres systèmes existants. Enfin, le potentiel d’adoption de cette technologie est évalué en termes de performances d’épuration et d’opportunités de valorisation de la biomasse, mais également de consommation énergétique et d’impact sur les émissions de gaz à effet de serre en conditions réelles
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Solène JAHAN : Doctorante - Laboratoire GEPEA, UMR 6144, Nantes Université/IMT Atlantique/Oniris CNRS, Saint-Nazaire, France
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Jérémy PRUVOST : Professeur à Nantes Université - Laboratoire GEPEA, UMR 6144, Nantes Université/IMT Atlantique/Oniris CNRS, Saint-Nazaire, France
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Mariana TITICA : Maître de conférence à Nantes Université - Laboratoire GEPEA, UMR 6144, Nantes Université/IMT Atlantique/Oniris CNRS, Saint-Nazaire, France
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Guillaume COGNE : Maître de conférence à Nantes Université - Laboratoire GEPEA, UMR 6144, Nantes Université/IMT Atlantique/Oniris CNRS, Saint-Nazaire, France
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Howard FALLOWFIELD : Professeur à Flinders University, Australie - Environmental Health group, Flinders University, Australie du Sud
INTRODUCTION
Environ 80 % des eaux usées dans le monde sont déversées dans le milieu naturel sans traitement adéquat. Or, un assainissement insuffisant conduit à des risques de diffusion de maladies graves comme le choléra, la dysenterie, la typhoïde, les infections par vers intestinaux et la polio. La contamination des eaux domestiques due à des systèmes d’épuration inadaptés a ainsi causé plus de 1 000 décès d’enfants chaque jour dans le monde en 2012, principalement en Afrique et en Asie de l’Est. Le déversement dans le milieu naturel de substances nutritives contenues dans les eaux usées comme l’azote et le phosphore favorise également le développement excessif d’algues, qui finissent par asphyxier les masses d’eau qu’elles envahissent et par causer la mort de la faune aquatique.
S’il existe des systèmes efficaces pour l’élimination des polluants et des pathogènes, ceux-ci sont souvent trop onéreux et énergivores pour être utilisés durablement dans les pays les plus pauvres, où la part des eaux usées non traitées est également la plus élevée. Dans le cas des pays développés, l’assainissement pose toujours des problèmes de coût, d’impact environnemental et de valorisation des polluants issus des eaux usées sous la forme de nutriments.
Des solutions à faible coût, nécessitant peu de maintenance et consommant peu d’énergie, sont donc nécessaires. Pour répondre à ces besoins, les systèmes de traitement des eaux usées utilisant des microalgues ont vu le jour dans les années 1950 en Californie. Des bassins opérés en extérieur, appelés High Rate Algal Ponds (HRAPs), sont utilisés pour le traitement biologique secondaire des eaux usées domestiques ou industrielles. Ils permettent de s’affranchir de l’aération artificielle utilisée dans les systèmes à boues activées en utilisant des organismes photosynthétiques comme les microalgues pour produire l’oxygène nécessaire à la dégradation des polluants. Les microalgues consomment également une partie des polluants ciblés par le traitement des eaux comme le carbone, l’azote, le phosphore et le soufre, nécessaires au bon fonctionnement et aux éléments structuraux des cellules de microalgues.
La faible empreinte environnementale et le coût réduit de ce type de système permettraient de remplacer certaines technologies existantes non optimales ou d’en doter les régions qui n’en possèdent pas. Néanmoins, la lumière nécessaire à la photosynthèse des microalgues provient uniquement du soleil et rend la technologie HRAP dépendante des variations de lumière et de température au long du cycle jour-nuit et des saisons, donnant lieu à des performances variables bien que significatives.
Cet article vise à présenter les principaux défis et promesses des systèmes de traitement des eaux usées par des microalgues. Après un premier état des lieux de l’assainissement en France, la technologie HRAP, sa capacité à répondre à certaines problématiques liées à l’assainissement et le fonctionnement du consortium microalgues-bactéries sont détaillés. Les performances d’épuration actuellement atteintes par différents HRAPs opérés à grande échelle sont compilées avant de discuter les voies possibles de valorisation des eaux usées traitées en sortie de ces systèmes et de la biomasse algale produite. Enfin, la consommation énergétique, les émissions de gaz à effet de serre et les coûts liés au HRAP par rapport à des systèmes déjà existants permettent d’évaluer l’intérêt que représente l’utilisation des microalgues en épuration des eaux, avant une dernière section sur les perspectives d’amélioration du système.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des sigles et des symboles utilisés.
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1. État des lieux du traitement des eaux usées
1.1 Composition standard des eaux usées de différentes sources
La quantité d’eaux usées à traiter par les stations d’épuration a sensiblement augmenté depuis l’arrivée de l’eau courante dans les domiciles. Un Français consomme en moyenne 160 L d’eau par jour et produit pratiquement autant d’eaux usées issues de l’usage des toilettes, de la salle de bain, de la cuisine, ainsi que du lavage des vêtements et de la vaisselle.
Les résidus issus de ces activités peuvent être solides (matériaux en suspension) ou dissous (ions, urée, molécules organiques diverses, microorganismes). Alors que la matière organique provient majoritairement des fèces et dans une moindre mesure des résidus alimentaires, les minéraux comme l’azote et le phosphore sont principalement issus de l’urine et des produits ménagers. Les fèces sont également à l’origine de la contamination des eaux usées par des microorganismes pathogènes ; une personne infectée relargue entre 10 000 et 1 000 milliards de virus par gramme de matière fécale . Les eaux usées domestiques peuvent également contenir une faible concentration en métaux lourds issus des tuyaux d’acheminement des eaux. La figure 1 résume l’origine des polluants et leurs concentrations dans les eaux usées brutes domestiques.
La composition des eaux usées industrielles peut différer de celle des eaux usées domestiques en fonction du domaine d’activité. Ainsi, les eaux usées d’une usine de transformation de produits alimentaires auront une concentration plus élevée d’huiles, de graisses ou de sucres, tandis que l’industrie textile produira des eaux...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - IWA - Total water delivered for households in 2020 – - In International Water Association Statistics and Economics (2020).
-
(2) - GERBA (C.P.) - Assessment of Enteric Pathogen Shedding by Bathers during Recreational Activity and its Impact on Water Quality – - In Quantitative microbiology, vol. 2, p. 55-68 (2000) – https://doi.org/10.1023/A:1010000230103
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(3) - GRIFFITHS (M.J.) - Microalgal cultivation reactor systems – - In Biotechnological Applications of Microalgae : Biodiesel and Value-Added Products, p. 51-75 (2013) – 10.1201/b14920
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(4) - EME (C.), BOUTIN (C.) - Composition des eaux usées domestiques par source d’émission à l’échelle de l’habitation – Étude bibliographique – - p. 90 (2015).
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(5) - WORLD HEALTH ORGANISATION - Sanitation – - (2022).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Arrêté du 21 juillet 2015 relatif aux systèmes d’assainissement collectif et aux installations d’assainissement non collectif. NOR : DEVL1429608A.
Arrêté du 18 décembre 2023 relatif aux conditions de production et d’utilisation des eaux usées traitées pour l’irrigation de cultures. NOR : TREL2314434A.
Règlement UE 2019/1009 du parlement européen et du conseil du 5 juin 2019 établissant les règles relatives à la mise à disposition sur le marché des fertilisants UE.
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