Configuration expérimentale du bioréacteur à l'échelle du laboratoire et du filtre P. Crédit :Laura Christianson
Les proliférations d'algues dans le golfe du Mexique consomment la majorité de l'oxygène de l'eau, menant à des « zones mortes » massives qui ne peuvent pas supporter de poissons ou d'autres espèces sauvages. Le coupable? Nitrate, ruissellement des champs agricoles par des systèmes de drainage souterrain. Mais le nitrate n'est qu'une partie du problème. Les algues des lacs et des étangs d'eau douce s'épanouissent lorsqu'elles sont exposées à un polluant différent, phosphore, et la plus petite quantité suffit pour déclencher une floraison.
L'Illinois et les 11 autres États qui envoient la majorité de l'eau dans le fleuve Mississippi se sont fixé des objectifs ambitieux pour réduire la pollution par les nitrates et le phosphore dans le golfe du Mexique. Pour atteindre ces objectifs, grandes sources ponctuelles de phosphore, comme les stations d'épuration, devra investir dans de nouvelles infrastructures. Mais de nouvelles recherches suggèrent qu'il pourrait y avoir un rôle pour les agriculteurs, également.
Laura Christianson, professeur adjoint de qualité de l'eau au Département des sciences des cultures de l'Université de l'Illinois, est un expert des bioréacteurs à copeaux de bois. Elle a effectué des travaux approfondis pour démontrer le potentiel des tranchées remplies de copeaux de bois pour éliminer le nitrate de l'eau de drainage souterrain dans les terres cultivées de l'Illinois.
« Les copeaux de bois et le nitrate sont nécessaires pour que les bactéries complètent leur cycle de vie. Comme elles consomment le nitrate, il est retiré de l'eau. C'est un processus biologique, ", explique Christianson.
Dans une étude récente, Christianson et plusieurs collègues ont examiné s'ils pouvaient également éliminer le phosphore en ajoutant un "filtre P" spécial conçu pour piéger le polluant dérivé des engrais. L'équipe a testé deux types de déchets industriels dans les filtres P :les résidus de traitement de drainage minier acide (MDR) et les scories d'acier. Le phosphore se lie à des éléments tels que le fer, calcium, et l'aluminium contenus dans ces produits, le retirer de l'eau.
Le Dr Laura Christianson se tient devant un bioréacteur à copeaux de bois à l'échelle d'une ferme dans l'Illinois. Crédit :Debra L. Larson
Plutôt que de mélanger du MDR ou du laitier d'acier avec des copeaux de bois dans une grande machine d'élimination des nitrates et du phosphore, l'équipe a placé un filtre P séparé en amont ou en aval d'un bioréacteur à l'échelle du laboratoire. Ils ont fait passer les eaux usées d'un bassin d'aquaculture dans le système et mesuré la quantité de nitrate et de phosphore à divers points du parcours.
L'élimination des nitrates était constante, quel que soit le type de filtre P et si le filtre P était en amont ou en aval du bioréacteur. Mais le MDR était de loin supérieur en tant que filtre au phosphore. « Il a éliminé 80 à 90 % du phosphore à notre débit moyen, " dit Christianson. " C'était vraiment, très bien. Incroyable."
laitier d'acier, d'autre part, seulement enlevé environ 25 pour cent du phosphore. "Mais les scories d'acier sont beaucoup plus faciles à trouver dans le Midwest. Et selon la stratégie de réduction des pertes en éléments nutritifs de l'Illinois, nous essayons seulement d'éliminer 45 pour cent du phosphore que nous envoyons en aval. Étant donné que l'agriculture n'est responsable que de la moitié de cela, 25 pour cent serait plutôt bien, " dit Christianson.
Le système montre clairement le potentiel, mais plusieurs inconnues demeurent. Les bioréacteurs appariés et les filtres P n'ont pas encore été testés dans des conditions réelles, bien qu'une poignée aient été installées aux États-Unis. Peut-être plus important encore, les chercheurs n'ont pas une bonne idée de la quantité de phosphore qui s'écoule des champs agricoles dans le drainage souterrain.
« Nous soupçonnons que notre drainage souterrain dans l'Illinois ne contient pas beaucoup de phosphore, mais nous savons qu'il y en a, " dit-elle. " Nous obtenons une meilleure idée en ce moment de la quantité de phosphore que nous avons.
« Nous savons que le phosphore se déplace plus facilement dans le ruissellement de surface. Lorsque le sol s'érode et que l'eau est trouble et brune, il y a généralement du phosphore attaché au sol. Le moyen le plus simple de résumer est que si vous avez un drainage par tuiles, vous devriez être plus préoccupé par la perte de nitrate dans cette eau, mais si vous avez un terrain plus vallonné, vous devriez vous préoccuper davantage de l'érosion des sols et de la perte de phosphore."
