Bioréacteur à membranes électro-actives pour la valorisation des eaux usées – REMemBer

Les eaux usées représentent des gisements massifs d’eau constituant une source potentiellement rentable, indépendante des sécheresses saisonnières. Cependant à l’heure actuelle les stations d’épuration ne permettent pas d’atteindre à des coûts raisonnables une qualité d’eau suffisante pour sa réutilisation et obèrent le retour à un bon état écologique et chimique du milieu aquatique. Ainsi, pour satisfaire à la Directive Cadre Européenne sur l’Eau et pour pallier les pénuries d’eau futures, le développement de stratégies efficientes permettant d’éliminer de façon plus poussée les micropolluants et d’améliorer la qualité microbiologique de l’eau est nécessaire. Dans ce contexte REMemBer est un projet de recherche appliqué qui vise à développer une technologie de traitement durable des eaux usées permettant : (i) de proposer une solution compacte combinant traitements secondaire et tertiaire au sein d’un même réacteur, (ii) d’améliorer la qualité chimique et microbiologique de l’eau épurée, (iii) d’envisager son recyclage, (iv) de réaliser des économies d’énergie et de produits chimiques.

Le projet est basé sur la combinaison des avantages des bioréacteurs à membrane (BàM) et des procédés électrochimiques dans une seule unité innovante. La nouveauté du projet REMemBer repose sur l'utilisation de membranes électrochimiques réactives (MER). Des membranes électro-actives ont été récemment mises au point et testées par un des partenaires et ont permis de s’affranchir en partie des limitations liées aux phénomènes de diffusion. Sur la base de ces résultats prometteurs, les défis scientifiques qui seront relevés dans ce projet visent à franchir une nouvelle étape en mettant en œuvre les MER dans un procédé dans lequel la séparation de la biomasse et le traitement tertiaire seraient réalisés dans un seul réacteur: un Bioréacteur à Membranes Electrochimiquement Réactives (BàM-ER).

Les objectifs visés sont: (i) de favoriser l'électro-oxydation des micropolluants organiques grâce à un transport de masse des polluants amélioré par convection, (ii) d’améliorer la désinfection par l’électro-oxydation et les conditions de pH locales et, (iii) de contrôler le colmatage des membranes.

Les principaux verrous scientifiques et technologiques à lever avant l’implantation d’un BàM-ER à l’échelle industrielle résident dans (i) le développement de membranes cathodiques ou anodiques d’UF à partir des membranes de microfiltration électro-actives commercialement disponibles, (ii) la compréhension des mécanismes chimiques, physiques et biologiques au niveau de l’interface électrode-liquide, et (iii) le design et la validation d’une cellule électrochimique permettant une conduite optimale des BàM-ER et le changement d’échelle pour une application industrielle. Le projet REMemBer a pour objectif de lever ces verrous en développant une approche multi-échelle couplant analyses expérimentales transdisciplinaires et modélisation.

Pour atteindre ces objectifs, le programme scientifique du projet est divisé en cinq tâches scientifiques et technologiques principales: élaboration, caractérisation et optimisation des membranes électro-actives (WP1); compréhension des mécanismes à l’interface électrode-liquide (WP2); développement du procédé et optimisation à l’échelle pilote de laboratoire (WP3); modélisation transversale et multi-échelles (WP4); développement d'un démonstrateur à l’échelle semi-industriel installé sur site pour des analyses et évaluations techniques, économiques et environnementales (WP5).

Le projet rassemble deux laboratoires universitaires, (le LGE (Université Gustave Eiffel) et l’IEM (Université de Montpellier)), un institut de recherche appliquée (INRAE-PROSE), l’entreprise industrielle publique Syndicat interdépartemental pour l'assainissement de l'agglomération parisienne (SIAAP) et une TPE spécialisée dans le développement de procédés innovants et le transfert de technologie (FIRMUS).