Comparative Nutrient Removal and Biomass Production by Chaetoceros neogracile, Isochrysis galbana, and Tetraselmis chuii in Saline Aquaculture Wastewater

L'océan est un système vaste et vivant, mais les eaux entourant les fermes piscicoles racontent une histoire différente. Lorsque les poissons sont élevés en grand nombre, l'eau dans laquelle ils vivent devient une soupe de déchets : nourriture non consommée, déjections de poissons et produits chimiques dissous comme l'azote et le phosphore. Si cette eau est rejetée dans l'océan sans traitement, elle peut déclencher une réaction en chaîne qui épuise l'oxygène et nuit à la vie marine, un processus connu sous le nom d'eutrophisation. Pendant des décades, les scientifiques ont cherché des moyens de nettoyer cette eau naturellement. Une approche prometteuse consiste à utiliser des plantes microscopiques appelées microalgues. Ces minuscules organismes agissent comme des aspirateurs sous-marins, absorbant l'excès de nutriments pour alimenter leur propre croissance. Le défi, cependant, est de trouver le bon type d'algue capable de survivre aux conditions salines et variables de l'eau des fermes piscicoles tout en poussant assez vite pour être utile.

Dans une étude récente, des chercheurs ont cherché à résoudre ce casse-tête en testant trois types différents de microalgues marines contre de vraies eaux usées provenant d'une ferme piscicole. L'équipe, dirigée par Aisha Khan de l'Université de Karachi, voulait voir quelle espèce produirait le plus de biomasse — essentiellement, le plus de matière végétale — et laquelle éliminerait le plus de pollution. Ils ont testé trois souches spécifiques : Chaetoceros neogracile, un type de diatomée qui nécessite de la silice pour construire sa coquille ; Isochrysis galbana, une minuscule algue ronde souvent utilisée comme nourriture pour les larves marines ; et Tetraselmis chuii, une algue plus grande et plate, relativement facile à récolter. Pour garantir la fiabilité des résultats, les chercheurs n'ont pas simplement versé les algues dans des déchets bruts et non dilués. Au lieu de cela, ils ont créé une série de mélanges, diluant les eaux usées avec de l'eau de mer propre pour créer quatre concentrations différentes : 25 %, 50 %, 75 % et 100 % d'eaux usées. Ils ont également inclus un groupe témoin où les algues poussaient dans une nourriture de laboratoire standard pour voir comment les déchets se comparent aux conditions idéales, ainsi qu'un autre groupe composé uniquement d'eaux usées sans algues pour mesurer les changements naturels.

L'expérience s'est déroulée pendant deux semaines dans des récipients en verre, l'eau étant maintenue à une température constante et exposée à un cycle régulier de lumière et d'obscurité. Les chercheurs ont contrôlé l'eau tous les quelques jours, comptant le nombre de cellules d'algues et mesurant la quantité d'azote, de phosphore et de matière organique qui avaient disparu de l'eau. Ils ont également pesé les algues séchées à la fin pour calculer précisément quelle quantité de nouvelle matière végétale avait été produite. Les résultats ont révélé un arbitrage clair : les algues qui poussaient le plus vite n'étaient pas nécessairement celles qui nettoyaient le mieux l'eau.

Tetraselmis chuii s'est révélée être la championne de la croissance. Placée dans de l'eau composée de moitié d'eaux usées et de moitié d'eau de mer propre, cette espèce a produit la plus grande quantité de biomasse, atteignant un poids final de 0,870 gramme par litre. Elle a poussé de manière constante et efficace, transformant les nutriments de l'eau en nouvelles cellules plus rapidement que les deux autres espèces dans ce mélange spécifique. Cependant, lorsque l'objectif était purement de nettoyer l'eau, une espèce différente a pris la tête. Isochrysis galbana, cultivée dans de l'eau contenant 75 % d'eaux usées, a éliminé le pourcentage le plus élevé de polluants. Elle a éliminé 92 % de l'ammonium, 76 % du nitrate et 87 % du phosphate. Elle a également réduit la demande chimique en oxygène — une mesure de la pollution organique — de 63 %. Cela signifie que si Tetraselmis chuii était meilleure pour produire de la nourriture végétale, Isochrysis galbana était meilleure pour nettoyer l'eau.

L'étude a également souligné que la concentration des eaux usées importait de manière significative. Dans les eaux usées les plus concentrées, non diluées, les algues avaient plus de mal, poussant plus lentement et éliminant moins de nutriments par rapport aux mélanges dilués. Cela suggère que les niveaux élevés d'ammoniac et d'autres produits chimiques dans les déchets bruts stressent les algues, limitant leur capacité à accomplir leur tâche. Curieusement, les chercheurs ont constaté que le meilleur performeur pour une tâche n'était pas le meilleur pour l'autre. L'espèce qui produisait le plus de biomasse n'était pas celle qui éliminait le plus de nutriments, et vice versa. Cette découverte est cruciale car elle signifie qu'une ferme piscicole ne peut pas simplement choisir une seule « super algue » et s'attendre à ce qu'elle fasse tout parfaitement. Le choix de l'algue à utiliser dépend entièrement de l'objectif de la ferme : si la priorité est de récolter l'algue pour l'alimentation ou le carburant, Tetraselmis chuii dans un mélange à 50 % est le meilleur choix. Si la priorité est de nettoyer l'eau avant de la rejeter, Isochrysis galbana dans un mélange à 75 % est l'option supérieure.

Malgré ces résultats prometteurs, les chercheurs précisent avec prudence qu'il s'agissait d'une expérience contrôlée en laboratoire. L'étude a été menée dans de petits récipients en verre sur une courte période, ce qui est très différent des systèmes complexes à ciel ouvert utilisés dans l'aquaculture réelle. L'équipe déclare explicitement que ces conclusions ne sont pas encore prêtes pour une utilisation commerciale immédiate. Avant que l'une de ces souches d'algues ne puisse être utilisée pour traiter les eaux usées à grande échelle, des tests supplémentaires sont nécessaires. Les travaux futurs devront valider ces résultats dans des systèmes à l'échelle pilote fonctionnant en continu, tester la performance des algues à travers les différentes saisons, et s'assurer que les algues récoltées sont exemptes de contaminants tels que les métaux lourds ou les agents pathogènes. Pour l'instant, l'étude fournit une carte claire du potentiel et des limites, montrant que si les microalgues offrent un outil puissant pour nettoyer nos océans, le bon outil dépend du travail spécifique à accomplir.