Les stations d'épuration ont un problème de relations publiques :les gens n'aiment pas penser à ce qu'il advient des déchets qu'ils jettent dans leurs toilettes. Mais pour de nombreux ingénieurs et microbiologistes, ces plantes sont un foyer d'avancées scientifiques, incitant leur organisation commerciale à proposer un changement de nom en « installation de récupération des ressources en eau ».

C'est parce que les eaux usées de nos éviers, toilettes, les douches et les machines à laver peuvent être transformées en produits de valeur avec l'aide de scientifiques et de bactéries uniques, dont certaines n'ont été découvertes que par hasard, dans les années 90.

Ces retardataires sur la scène de la recherche, appelées bactéries anammox, font l'objet d'une nouvelle étude menée par Daniel Noguera et Katherine McMahon, professeurs de génie civil et environnemental à l'Université du Wisconsin-Madison. Les résultats de leurs recherches ont été publiés aujourd'hui (31 mai, 2017) dans la revue Communication Nature .

Le nom de la bactérie reflète sa fonction :elle transforme l'ammonium en azote gazeux dans des conditions anaérobies (sans oxygène). Les chercheurs et les exploitants d'usines de traitement sont enthousiasmés par ces microbes car ils ont le potentiel de faire économiser beaucoup d'argent.

"Être capable d'éliminer l'ammonium par voie anaérobie est assez important car environ 50 pour cent des coûts d'exploitation d'une station d'épuration consiste à pomper de l'oxygène dans l'eau, " dit Noguera. " Une partie de cet oxygène est nécessaire pour éliminer l'ammonium avec la méthode conventionnelle. "

Mais les bactéries anammox ne font pas leur travail de manière isolée. Ils font partie d'une communauté, complexe comme le microbiome de notre intestin qui décompose les aliments et nous maintient en bonne santé de bien d'autres manières. C'est cette communauté qui a fait l'objet de la nouvelle étude.

"Nous savions très peu sur le rôle des bactéries qui coexistent dans les granules d'anammox, " dit Noguera. " Pour la première fois, notre étude a identifié des niveaux d'expression génique détaillés dans ces granules. Cela fournit des indices importants sur ce que les bactéries anammox et leurs partenaires pourraient réellement faire, et comment ils interagissent."

Ces partenaires sont appelés hétérotrophes, car ils reposent sur les bactéries anammox - qui sont des producteurs primaires (ou autotrophes), comme des plantes capables de photosynthèse - pour transformer le dioxyde de carbone atmosphérique en carbone organique. Parmi les résultats les plus intrigants de la nouvelle étude figurent des hypothèses sur l'échange de matériel biochimique entre ces deux groupes de microbes.

Les hétérotrophes reçoivent le carbone organique dont ils ont besoin pour se développer des bactéries anammox sous forme de plusieurs molécules spécifiques, les chercheurs ont découvert dans l'étude. En retour, les hétérotrophes convertissent l'azote en une forme dont les bactéries anammox ont besoin pour leur croissance.

Une station d'épuration conventionnelle convertit l'ammonium, qui est toxique pour les poissons, en azote gazeux et nitrate. L'azote gazeux est libéré dans l'atmosphère, tandis que le nitrate, un élément nutritif important pour les plantes, reste dans l'eau traitée. Les réglementations sur la quantité de nitrate pouvant être libérée varient d'un État à l'autre, mais l'excès de nitrate contribue à la prolifération d'algues dans les plans d'eau naturels, épuisement des niveaux d'oxygène pour les organismes aquatiques.

Un avantage supplémentaire des bactéries anammox, par rapport au traitement conventionnel des eaux usées, est qu'ils convertissent une plus grande quantité d'ammonium en azote gazeux.

Les exploitants de stations d'épuration doivent désormais peser les avantages de ces nouveaux microbes par rapport aux défis de leur mise en œuvre. Les bactéries Anammox se développent très lentement, prenant environ sept jours pour doubler en nombre. Et ils nécessitent des cycles d'oxygène et de température étroitement surveillés, complexité opérationnelle croissante.

Mais les réacteurs anammox ne sont pas la seule option pour la station d'épuration du futur pour extraire des ressources précieuses des eaux usées. En réalité, certaines usines produisent déjà plus d'énergie qu'il n'en faut pour fonctionner à partir du biogaz qui se forme lors de la décomposition de la matière organique.

"Dix ans à partir de maintenant, l'usine de traitement typique sera probablement assez différente d'aujourd'hui, " dit Noguera. " Les ressources récupérées peuvent inclure non seulement de l'eau propre et de l'énergie, mais aussi une variété de produits chimiques, tels que les engrais et les précurseurs de matières plastiques et de fibres. Dans le cadre de cette évolution, Je pense que les réacteurs anammox deviendront bientôt conventionnels."