Valorisation et dépollution des effluents agro-alimentaires

Valorisation et dépollution des effluents agro-alimentaires

Les activités agricoles et agro-alimentaires produisent d'importantes quantités d'effluents dont la principale caractéristique est leur charge en matières organiques, notamment solubles. Ces substances sont souvent non toxiques en soi pour la vie, biodégradables et recyclables par certains organismes ; toutefois, leur déversement massif dans l'environnement et notamment les eaux continentales provoque un déséquilibre grave du milieu, avec un appauvrissement des eaux en oxygène, préjudiciable à la vie animale. L'oxygène dissous est en effet consommé par la dégradation des matières organiques, celles rejetées et celles résultant de la prolifération de végétaux due aux apports d'azote et de phosphore (phénomène d'eutrophisation).

La pollution organique générée après traitement en France par le secteur agro-alimentaire est estimée à environ 900 tonnes par jour de matière oxydable, ce qui représente 45% de cette pollution rejetée par le secteur industriel. Le rejet de ces effluents dans le milieu est de moins en moins accepté et la réglementation, imposant l'épuration ou l'acquittement de redevances, tend à se renforcer. Depuis les années 70, l'INRA se préoccupe de ce problème et travaille à la mise au point de procédés de dépollution.

La stratégie adoptée par le Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement (LBE) consiste à rechercher d'abord une valorisation possible de la matière présente dans les effluents, et à ne considérer qu'ensuite leur transformation sous une forme compatible avec un rejet dans le milieu naturel. Les traitements développés privilégient les procédés biologiques, et notamment l'utilisation des micro-organismes pour concentrer, transformer ou éliminer les substances.

Ces travaux, qui vont de la recherche fondamentale à la mise au point de procédés testés au stade industriel, mobilisent une équipe pluridisciplinaire, compétente dans les domaines de la microbiologie, du génie microbiologique et chimique, de l'automatique des procédés et du transfert de technologie.

Production de molécules d'intérêt industriel

Il s'agit de produire par voie biologique notamment, à partir des composés présents dans les effluents, des molécules d'intérêt industriel qui pourront être directement valorisés par certaines industries. Ces objectifs supposent la mise au point de méthodes pour la culture des populations microbiennes susceptibles d'opérer les transformations chimiques souhaitées et leur récupération.

Les sous-produits agricoles et agro-industriels contiennent de nombreuses substances qui peuvent servir de substrat à des micro-organismes pour fabriquer d'autres molécules. Un produit cosmétique autobronzant (la dihydroxyacétone) et une molécule entrant dans la composition de plastiques (le 1,3 propanediol) peuvent par exemple être produits à partir du glycérol présent dans les vinasses de distillerie ou issu de la production de biocarburant Diester. La production d'éthanol (biocarburant), ou de xylitol (édulcorant) peut être réalisée à partir du xylose, sucre présent dans les pailles de blé.

Dépollution des effluents

Pour la part non recyclable des effluents, il s'agit d'obtenir une dégradation aussi poussée que possible des substances solubles, en reproduisant les mécanismes à l'oeuvre dans les écosystèmes naturels. Cette dégradation biologique est effectuée par des populations microbiennes, sélectionnées pour leurs performances dans les conditions imposées par les caractéristiques des effluents, et cultivées sur des supports qui favorisent leur rétention dans le réacteur..

Les travaux du LBE concernent surtout les pollutions carbonée, azotée et phosphorée. Elles sont particulièrement importantes dans le cas des effluents d'origine agricole et industrielle. L'objectif est de mettre au point des installations peu onéreuses, simples, efficaces, fiables et peu exigeantes en maintenance, adaptées aux besoins des petites unités de production, nombreuses dans le secteur agro-alimentaire.

Dépollution carbonée

Le principe de dépollution consiste à faire dégrader les molécules carbonées par des micro-organismes, qui les utilisent pour leur métabolisme énergétique et libèrent le carbone sous forme gazeuse ou qui le consomment pour se multiplier et donc le stockent sous forme insoluble. En conditions aérobies (présence d'oxygène), le métabolisme de dégradation est la respiration, qui produit de la biomasse microbienne et du gaz carbonique (CO2) ; en conditions anaérobies, le métabolisme est de type fermentaire et il libère un mélange gazeux, combustible, de CO2 et de méthane (CH4).

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