Les entrepreneurs placent des revêtements de bioréacteur en béton dans la tranchée. Crédit :Michelle Soupir
Les bioréacteurs sont des tranchées souterraines remplies de copeaux de bois. Ils ont gagné du terrain en tant qu'outil pour éliminer l'azote de l'eau dans les milieux agricoles.
L'eau qui s'écoule des champs est canalisée dans les bioréacteurs. Les microbes naturels vivant sur les copeaux de bois éliminent les composés azotés dans l'eau qui s'écoule.
Parce que ce sont les bactéries qui font ce processus de nettoyage de l'eau, c'est ce qu'on appelle un processus biologique, d'où le nom de bioréacteur.
L'eau sortant des bioréacteurs contient beaucoup moins d'azote, le rendant plus sain pour l'environnement.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont testé des paramètres qui pourraient aider à estimer la durée de vie de ces bioréacteurs. La recherche a été publiée dans Agrosystèmes, Géosciences &Environnement , une publication de l'American Society of Agronomy et de la Crop Science Society of America.
"Notre objectif est de donner aux agriculteurs et autres parties prenantes une meilleure compréhension de la durée de vie de ces systèmes lorsqu'ils sont utilisés sur le terrain, " dit Abby Schaefer, auteur principal de l'étude.
L'étude a duré deux ans. Les chercheurs ont testé neuf bioréacteurs. A la fin de ce temps, tous les bioréacteurs éliminaient encore efficacement l'azote de l'eau.
L'élimination de l'azote de l'eau de drainage dans les milieux agricoles est cruciale car l'azote peut être une arme à double tranchant.
Natasha Hoover (à gauche) et des entrepreneurs (Con-Struct Inc) installent les ponceaux qui serviront de puits d'échantillonnage. Crédit :Michelle Soupir
Les cultures ont besoin d'azote pour pousser et produire de la nourriture. Mais trop d'azote au mauvais endroit peut causer des problèmes.
L'excès d'azote peut contaminer les eaux souterraines et les cours d'eau. Dans ces milieux aquatiques, trop d'azote peut alimenter des proliférations d'algues nuisibles.
Les algues utilisent rapidement tout l'oxygène des plans d'eau. Cela peut conduire à des zones mortes, qui sont des zones avec trop peu d'oxygène pour soutenir la vie.
Les bioréacteurs à copeaux de bois sont un moyen de réduire la quantité d'azote entrant dans les cours d'eau. Les bioréacteurs présentent plusieurs avantages par rapport aux autres techniques de dénitrification.
Les bioréacteurs peuvent systématiquement réduire de 30 à 50 % les composés azotés de l'eau. "Certains bioréacteurs peuvent atteindre des réductions encore plus élevées, " ajoute Schaefer.
« Les bioréacteurs nécessitent très peu de terres pour être retirées de la production agricole, " dit Schaefer. " De plus, ils nécessitent très peu d'entretien."
Les bioréacteurs n'ont pas non plus d'impact sur l'efficacité des systèmes de drainage des exploitations agricoles. Cela signifie que l'eau dans les champs peut toujours être drainée pour aider à prévenir les inondations.
L'un des défis des bioréacteurs à copeaux de bois est la décantation et la décomposition des copeaux de bois. Cela affecte l'efficacité du fonctionnement des bioréacteurs.
Les revêtements en béton sont partiellement remplis de copeaux de bois lors de l'installation et des puits de surveillance sont visibles. Crédit :Michelle Soupir
Les chercheurs ont découvert que les copeaux de bois plus proches de l'entrée des bioréacteurs se sont déposés et se sont décomposés plus rapidement que les copeaux de bois plus à l'intérieur.
C'est une découverte importante. Les copeaux de bois à proximité des entrées du bioréacteur peuvent être reconstitués sans avoir à creuser tout le bioréacteur.
En outre, les chercheurs ont déterminé que les trois premiers quarts des bioréacteurs étaient l'endroit où la plupart des composés azotés ont été retirés de l'eau.
Cela signifie que le remplacement des copeaux de bois près du point d'entrée d'un bioréacteur pourrait prolonger la durée de vie.
L'équipe a également étudié le temps qu'une goutte d'eau donnée passe dans le bioréacteur. Cette mesure est appelée temps de rétention hydraulique.
« Le temps de rétention hydraulique est l'un des principaux critères de conception des bioréacteurs dénitrifiants, " dit Schaefer. " Nous voulions comprendre l'impact du temps de rétention sur toutes les facettes des performances des bioréacteurs. "
Les chercheurs ont testé trois temps de rétention hydraulique différents :deux heures, huit heures et 16 heures. La plupart des changements observés dans les bioréacteurs au fil du temps étaient similaires pour les différents temps de rétention testés.
Cependant, les copeaux de bois se sont décomposés plus rapidement lorsque le temps de rétention hydraulique était de deux heures. Mais ces bioréacteurs éliminaient toujours efficacement les composés azotés de l'eau.
Schaefer et ses collègues visent maintenant à mieux comprendre le fonctionnement des bioréacteurs sur des périodes encore plus longues.
