Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
La réduction de la consommation énergétique des stations de traitement des eaux usées urbaines et industrielles est un réel enjeu pour le développement de la ville durable du futur. Cet article traite de la technologie des piles bactériennes qui pourrait aider les stations de traitement à devenir autosuffisantes en énergie. Le principe de fonctionnement et les premiers pas de développement de cette technologie émergente sont décrits. La production d’énergie électrique à partir des eaux usées et le potentiel d’exploitation des piles bactériennes dans les stations de traitement sont ensuite développés, avant de conclure sur les perspectives qu’offre cette nouvelle technologie.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
Reducing the energy consumption of urban and industrial wastewater treatment plants is a real issue for the development of the future sustainable city. This article discusses bacterial battery technology that could help treatment plants become self-sufficient in energy. The principle of operation and the first development steps of this emerging technology are described. The production of electrical energy from wastewater and the potential for exploiting bacterial batteries in treatment plants are then developed, before concluding on the prospects offered by this new technology.
Auteur(s)
-
Naoufel HADDOUR : Maître de conférences - Laboratoire Ampère, Ecole Centrale de Lyon, Ecully, France
INTRODUCTION
Domaine : Traitement des eaux
Degré de diffusion de la technologie : Émergence
Technologies impliquées : Piles bactériennes
Domaines d’application : Traitement de l’eau, valorisation des déchets, énergie renouvelable
Contact : [email protected]
Les usines de traitement des eaux usées consomment de grandes quantités d'énergie qui sont principalement achetées sur le réseau, ceci alors même que les eaux usées contiennent plus d’énergie sous forme chimique que nécessaire à leur propre traitement. Le potentiel énergétique des eaux usées peut être judicieusement exploité par de nouvelles technologies telles que les piles bactériennes pour réduire la consommation énergétique des stations de traitement. En effet, ces dernières peuvent assurer la conversion directe de la matière organique présente dans les eaux usées en électricité en utilisant des bactéries comme biocatalyseurs. Cette technologie innovante suscite un intérêt croissant depuis les années 2000 et présente un fort potentiel qui pourrait aider à limiter les coûts d’exploitation des stations d’épuration et même conduire à des stations au bilan énergétique positif.
Cet article présente la technologie des piles bactériennes appliquée au traitement des eaux usées dans les stations d’épuration. L’article aborde les principes théoriques et les pratiques de cette technologie et compare ses performances à des technologies concurrentes. La méthodologie à suivre, dans la mise en œuvre depuis l’échelle laboratoire jusqu’à l’échelle industrielle, est également présentée en exposant les architectures des réacteurs et les matériaux utilisés. Des exemples de pilotes industriels sont mentionnés illustrant les différentes options de mise en œuvre avec les coûts engendrés. Enfin, les perspectives d’évolution de cette technologie sont abordées dans un contexte d’une nouvelle génération de stations d’épuration.
Le lecteur trouvera en fin d’article un tableau des notations utilisées.
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
water treatment | energy | wastewater | bacteria
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Énergies > Ressources énergétiques et stockage > Énergies renouvelables modulables > Piles bactériennes : de l’énergie propre avec de l’eau sale > Du laboratoire à la station d’épuration
Accueil > Ressources documentaires > Environnement - Sécurité > Technologies de l'eau > Procédés de traitement des eaux potables, industrielles et urbaines > Piles bactériennes : de l’énergie propre avec de l’eau sale > Du laboratoire à la station d’épuration
Accueil > Ressources documentaires > Procédés chimie - bio - agro > Bioprocédés et bioproductions > Biotech industrielles pour la chimie et l’énergie > Piles bactériennes : de l’énergie propre avec de l’eau sale > Du laboratoire à la station d’épuration
Accueil > Ressources documentaires > Environnement - Sécurité > Métier : responsable environnement > Innovations en énergie et environnement > Piles bactériennes : de l’énergie propre avec de l’eau sale > Du laboratoire à la station d’épuration
Accueil > Ressources documentaires > Innovation > Innovations technologiques > Innovations en énergie et environnement > Piles bactériennes : de l’énergie propre avec de l’eau sale > Du laboratoire à la station d’épuration
Cet article fait partie de l’offre
Chimie verte
(160 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
4. Du laboratoire à la station d’épuration
4.1 Développement des piles bactériennes en laboratoire
Un nombre important de laboratoires de recherche travaille sur l’amélioration des performances des piles bactériennes en menant des études sur différents aspects. Les recherches s’intéressent à l’optimisation des performances des piles bactériennes en termes de production d’énergie et de traitement simultané de la pollution organique. Les performances électriques de la pile bactérienne sont évaluées à partir de la densité de puissance maximale (W.m–2 ou W.m–3) qu’elle délivre et qui dépend de la tension (V) et de la densité de courant (A.m–2 ou A.m–3) générées par les réactions d’oxydo-réduction entre les deux électrodes, anode et cathode. L’efficacité de la pile bactérienne à éliminer la matière organique est évaluée sur la base du taux d’abattement de la demande chimique en oxygène (DCO).
HAUT DE PAGE4.1.1 Caractéristiques électriques théoriques des piles bactériennes
Les caractéristiques électriques des piles bactériennes seront décrites en utilisant l’acétate (CH3COO–) comme combustible pour les bactéries des biofilms anodiques et le dioxygène (O2) comme oxydant pour la réaction de réduction à la cathode. La réaction généralement exploitée dans le fonctionnement des piles bactériennes est l’oxydation de l’acétate à l’anode (équation (2)) et la réduction du dioxygène à la cathode (équation (3)).
TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :
Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.
Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.
de Techniques de l’Ingénieur ! Acheter le module
Cet article fait partie de l’offre
Chimie verte
(160 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Du laboratoire à la station d’épuration
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PAITIER (A.), MOREL (H.) - Etude de la mise à l’échelle des piles à combustible microbiennes : collecteurs de courant et hydrodynamique, - 2017, [Online]. Available: http://www.theses.fr/2017LYSEI107/document.
-
(2) - SHIZAS (I.), BAGLEY (D.M.) - Experimental Determination of Energy Content of Unknown Organics in Municipal Wastewater Streams, - J. Energy Eng., vol. 130, no. 2, pp. 45-53, 2004, doi: 10.1061/(asce)0733-9402(2004)130:2(45).
-
(3) - BERNARD (C.), E. D. N, AUTOMATIQUE (É.) - Thèse de doctorat de l’ université de Lyon Alexiane Godain Etude de l’activité électrocatalytique des biofilms microbiens en fonction des forces d’adhésion pour l’optimisation des performances des biopiles, - vol. 160 (2018).
-
(4) - HASSANZADEH (H.), MANSOURI (S.H.) - Efficiency of ideal fuel cell and Carnot cycle from a fundamental perspective, - Proc. Inst. Mech. Eng. Part A J. Power Energy, vol. 219, no. 4, pp. 245-254, 2005, doi: 10.1243/095765005X28571.
-
(5) - POTTER (M.C.) - Electrical...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Qualité de l’eau – Détermination de la demande chimique en oxygène (DCO) (Indice de classement : T90-101). - NF T90-101 - février 2001
ANNEXES
Loi n° 83-634 du 13 juillet 1983 portant droits et obligations… (version consolidée du 3 mars 2002).
Décret n° 2000-44 du 13 janvier 2000 portant… (version consolidée au 5 octobre 2007) JO n° 11 du 14 janvier 2000 page 369 NOR : FPPA9910013D.
HAUT DE PAGE
Production d’un biofilm sur électrode pour biopile, électrode et biopile obtenues WO2009153499 A3.
HAUT DE PAGEConstructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
– Développeur de réacteurs à base de piles bactériennes (Electrogenic BioReactor)
Fluence
– Fournisseur de matériels électrochimiques
Origalys
ElectroCell
Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)International Society for Microbial Electrochemistry and Technology (ISMET)
International Water Association (IWA)
Cet article fait partie de l’offre
Chimie verte
(160 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
Cet article fait partie de l’offre
Chimie verte
(160 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive