Couplage vertueux d’épuration des eaux et de culture de microalgues

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.