DS01 - Gestion sobre des ressources et adaptation au changement climatique

Système électrochimique microbien passif pour l’élimination de l’azote des eaux lagunaires – LowNitrate

Résumé de soumission

L'objectif du projet est de concevoir une technologie électrochimique microbienne passive applicable aux zones humides artificielles ou à d'autres écosystèmes similaires pour l'élimination de l'azote (NO3-). Le système repose sur la récupération de l’énergie diffuse présente dans les sédiments pour induire une dénitrification efficace et à faible coût. Une idée clé est d'induire des zones anoxiques locales pour promouvoir la dénitrification sans affecter l'écosystème. La diminution de la concentration en nitrates des eaux de surface, en particulier les eaux de ruissellement et les eaux drainées provenant de l'agriculture intensive, revêt une importance primordiale. À cet effet, la mise en œuvre de zones tampons comme des écosystèmes de rétention d'azote doit être optimisée pour les processus de dénitrification à l'échelle du bassin versant afin de réduire l'occupation du sol et en même temps augmenter l'élimination des nitrates. IRSTEA développe un programme de restauration d'une zone humide artificielle construite en 2010 à Rampillon (Seine et Marne) afin de démontrer le potentiel des zones humides pour réduire l'impact environnemental de l'agriculture et assurer des ressources en eau plus pure/sûre. L'apport d'eau de ruissellement dans les zones humides artificielles contient du nitrate à une concentration qui peut être supérieure à 50 mg/L (le seuil réglementaire dans l'eau potable est de 50 mg/L, un seuil inférieur de 25 mg/L est recommandé dans les eaux de surface). Une diminution de la concentration en NO3- a été observée de l'entrée à la sortie de la zone humide, mais un traitement amélioré doit être proposé. Le système que nous proposons est une électrode 3D peu coûteuse permettant une dénitrification microbienne plus active à l'interface sédiment-eau. L'oxydation microbienne des matières organiques à partir des sédiments produit un courant qui est transféré dans les zones supérieures où se produisent les réductions de O2 et de NO3- biocatalysées. Ce système repose sur le principe d'une pile à combustible microbienne, mais contrairement à cette dernière application, l'énergie prélevée dans les sédiments ne sera pas récupérée mais directement utilisée pour l'assainissement. Dans cette configuration, le système électrochimique microbien devient passif et totalement intégré dans la zone humide artificielle avec un minimum d'entretien. Aucune installation électrique supplémentaire n'est nécessaire car aucune énergie électrique n'est extraite ou fournie au système. La réduction des nitrates se produit à l'interface eau/sédiment et est inhibée en présence d'oxygène. Nous émettons l'hypothèse que la dénitrification sera accélérée par une conception et une mise en œuvre appropriées des électrodes dans la zone humide. Les recherches fondamentales dans LowNitrate seront consacrées à la conception d'électrodes 3D induisant une zone locale anoxique. Cette propriété sera utilisée pour la croissance sélective du biofilm dans un environnement naturel permettant la réduction de NO3-. Le système électrochimique microbien optimal sera évalué dans la zone humide artificielle gérée par IRSTEA à Rampillon. L'objectif quantitatif est de doubler le taux de dénitrification qui est typiquement inférieur à 350 mg de N-NO3-/m2/jour. Nous avons l'ambition de faire une étude détaillée de l'écologie associée aux réactions de dénitrification dans la zone humide de Rampillon. Un indicateur microbien de la technologie sera développé. Un modèle quantitatif de la dénitrification dans les conditions d'écoulement de la zone humide sera élaboré. Le produit final développé dans le projet est une électrode 3D efficace à faible coût qui induira une dénitrification plus rapide dans une zone humide artificielle.

Coordinateur du projet

Monsieur Mathieu ETIENNE (Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l'Environnement)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IRSTEA/HBAN Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture/Hydrosystèmes et bioprocédés
LGC Laboratoire de génie chimique
ISCR Institut des Sciences Chimiques de Rennes
L.C.P.M.E. Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l'Environnement

Aide de l'ANR 499 666 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2017 - 48 Mois

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