Élimination des contaminants émergents issus du lisier de porc par photobioréacteur

Le traitement du lisier de porc, riche en contaminants émergents tels que les antibiotiques et hormones, constitue aujourd'hui un enjeu environnemental majeur. L'utilisation de photobioréacteurs (PBR) intégrant des microalgues pourrait constituer une approche efficace pour purifier ces déchets organiques tout en réduisant leur impact environnemental.

Les contaminants émergents : un problème environnemental croissant

Les contaminants émergents (EC), tels que les résidus pharmaceutiques, les hormones et les antibiotiques, deviennent de véritables polluants environnementaux. Fréquemment utilisés dans les élevages porcins pour garantir la santé des animaux et améliorer leur croissance, ces composés ne sont souvent pas traités efficacement par les installations classiques d'épuration.

La présence croissante des EC dans les sols et les eaux représente en effet un danger préoccupant pour la santé humaine et la biodiversité, entraînant le développement accéléré de résistance aux antibiotiques et divers troubles hormonaux chez la faune sauvage.

Utilisation des photobioréacteurs : une technologie prometteuse

Les photobioréacteurs, intégrant la photosynthèse de microalgues, représentent une technologie prometteuse pour traiter le lisier. Cette approche présente plusieurs avantages notables :

• Utilisation de la lumière solaire comme source d'énergie renouvelable,
• Réduction des émissions gazeuses polluantes, notamment le CO₂,
• Production de biomasse algale valorisable en agriculture ou énergie.

Mécanisme d'élimination des EC par microalgues

L'élimination des EC par les microalgues dans les PBR correspond à plusieurs processus combinés incluant biosorption, accumulation intracellulaire, et biodégradation enzymatique. Les études montrent que certaines espèces d'algues, telles que Chlorella vulgaris ou Scenedesmus obliquus, sont particulièrement efficaces pour l'élimination de ces polluants spécifiques.

La biosorption implique la fixation initiale des contaminants à la surface des cellules algales, tandis que l'accumulation intracellulaire permet le stockage temporaire ou permanent des contaminants à l'intérieur même des cellules. La biodégradation enzymatique, quant à elle, se rapporte à la capacité des algues à transformer ces composés chimiques en métabolites nettement moins nocifs pour l'environnement.

Approche expérimentale et résultats obtenus

Dans cette étude, un photobioréacteur avancé à base de microalgues a été testé pour évaluer son efficacité dans l'épuration du lisier issu d'un élevage porcin intensif. Les conditions opératoires incluaient notamment un contrôle précis de la luminosité, du pH, de la température et de la concentration en microalgues.

Les résultats expérimentaux montrent une élimination notable des polluants examinés. Plus particulièrement, des niveaux élevés d'élimination pour les antibiotiques tels que la tétracycline, ainsi que des hormones stéroïdiennes (œstradiol, progestérone) ont été obtenus.

L'efficacité moyenne observée dans l'élimination des contaminants majeurs oscille entre 70 % et 90 %, confirmant la capacité élevée des PBR à répondre aux exigences environnementales actuelles.

Facteurs influençant la performance du PBR

La performance du photobioréacteur dépend de plusieurs paramètres clés tels que :

• L'intensité lumineuse et durée d'exposition à la lumière : un éclairement optimal favorise la croissance algale et la biodégradation des contaminants.
• La concentration et le choix des microalgues utilisées : l’espèce algale choisie influe fortement l'efficacité du processus d'élimination.
• Les conditions physico-chimiques du milieu comme le pH ou la température, qui conditionnent directement les réactions enzymatiques impliquées.

Perspectives de développement industriel

Bien que les résultats expérimentaux obtenus soient encourageants, une mise en œuvre à grande échelle d'un tel système demande encore des études complémentaires pour assurer sa viabilité économique. Plusieurs défis doivent encore être relevés, notamment :

• Réduire les coûts d'opération, notamment ceux liés à l'agitation et à l'aération du milieu,
• Optimiser le temps de séjour du liquide à purifier dans le réacteur,
• Améliorer la robustesse des systèmes pour garantir une performance stable même dans des conditions variables.

Conclusion : vers une gestion durable du lisier par biotechnologie

Les photobioréacteurs utilisant des microalgues représentent ainsi une technologie très prometteuse dans l'optique du traitement durable des contaminants émergents contenus dans le lisier de porc. L'optimisation poussée des conditions opératoires ainsi que la sélection judicieuse des algues pourront à terme permettre une large industrialisation de cette technologie.

À l'avenir, cette approche novatrice pourra jouer un rôle significatif non seulement dans la préservation de notre environnement mais aussi dans la création d'un modèle durable de gestion des déchets agricoles.

Source : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479724003268