Evaluation of the microalga Tetradesmus lagerheimii for biomass production and elimination of endocrine disrupting chemicals in paper mill wastewater
Cette étude démontre que la microalgue robuste *Tetradesmus lagerheimii* peut traiter efficacement les eaux usées des papeteries en réduisant considérablement les perturbateurs endocriniens et en atteignant une productivité de biomasse élevée dans un processus stable en mode batch répété sans prétraitement élaboré.
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Les usines de papeterie figurent parmi les plus grands consommateurs d'eau au monde, et les eaux usées qu'elles produisent constituent une soupe complexe de produits chimiques. Même après le travail des stations de traitement conventionnelles, cette eau transporte souvent des traces invisibles de substances capables de perturber les systèmes hormonaux des êtres vivants. Ces substances, connues sous le nom de perturbateurs endocriniens, peuvent s'infiltrer à travers les filtres classiques et pénétrer dans les rivières, où elles posent des risques pour les poissons et l'autre faune sauvage. Pendant des décennies, les scientifiques ont cherché des moyens de nettoyer cette eau plus minutieusement tout en trouvant un moyen de transformer les déchets en quelque chose d'utile. Une voie prometteuse implique de minuscules plantes unicellulaires appelées microalgues. Ces organismes sont des filtres naturels ; ils boivent l'eau, absorbent les nutriments et peuvent décomposer les polluants nocifs tout en se développant en une biomasse épaisse et huileuse qui pourrait potentiellement être utilisée pour le carburant ou d'autres matériaux. Cependant, transformer cette idée en une réalité pratique a été difficile. Les eaux usées des papeteries sont souvent trop toxiques pour de nombreux types d'algues, et les tentatives précédentes pour les cultiver dans cet environnement ont nécessité un nettoyage intensif et coûteux de l'eau au préalable, ou ont abouti à de très faibles quantités de croissance végétale.
Une équipe de chercheurs en Allemagne s'est donné pour mission de tester si une souche spécifique et robuste de microalgues pouvait survivre et prospérer dans les eaux usées brutes d'une papeterie sans nécessiter de prétraitement particulier. Ils ont choisi une souche appelée Tetradesmus lagerheimii, un type d'algue verte connue pour sa robustesse. Au lieu de diluer les eaux usées ou de les filtrer pour éliminer les toxines potentielles, ils ont placé les algues directement dans l'eau provenant de l'étape de traitement anaérobie d'une papeterie. Leur objectif était double : voir si les algues pouvaient croître pour former une culture dense et déterminer si cette croissance pouvait éliminer les substances perturbatrices d'endocrines persistantes. Pour mesurer l'efficacité du nettoyage, ils ont utilisé un test biologique hautement sensible qui détecte l'activité œstrogénique totale dans l'eau, plutôt que de simplement rechercher des noms de produits chimiques spécifiques. Cette méthode agit comme un capteur biologique, révélant l'effet combiné de toutes les substances perturbatrices d'hormones présentes, y compris les produits de décomposition inconnus.
Les résultats ont montré que les algues étaient remarquablement résilientes. Elles se sont développées vigoureusement dans les eaux usées non traitées, atteignant une concentration élevée de biomasse sans aucun signe d'empoisonnement par l'effluent industriel. Les chercheurs ont constaté qu'ils n'avaient pas besoin de filtrer l'eau ou de retirer des gaz comme le sulfure d'hydrogène au préalable ; les algues poussaient aussi bien dans l'eau brute que dans les échantillons prétraités. Au cours de six jours, les algues se sont multipliées rapidement, atteignant une concentration de biomasse de 15 grammes par litre. C'est une quantité significative, dépassant de loin ce qui a été rapporté dans la plupart des études précédentes impliquant des eaux usées de papeteries. Le processus s'est avéré assez stable pour être exploité selon un cycle répété, où la majeure partie des algues est récoltée chaque semaine et de nouvelles eaux usées sont ajoutées, permettant à la culture de continuer à croître pendant plus de trois semaines sans s'effondrer.
Au-delà de la simple croissance, les algues ont agi comme une équipe de nettoyage efficace. Les chercheurs ont mesuré l'activité œstrogénique dans l'eau avant et après la croissance des algues pendant six jours. Dans l'eau où les algues étaient présentes, l'activité hormonale nocive a chuté de 88 à 98 %. En comparaison, l'eau laissée seule sans algues a connu une réduction de seulement 60 à 81 %, probablement due à des processus naturels ou à la croissance d'autres organismes microscopiques. Cela signifie que la souche spécifique d'algues était responsable de l'élimination de 7 à 33 % supplémentaires de produits chimiques perturbateurs d'endocrines. L'étude a également examiné des produits chimiques spécifiques comme le bisphénol S, un composé industriel courant, et a constaté qu'après le traitement par les algues, la concentration de ces substances dans l'eau était tombée en dessous du niveau détectable par l'équipement de test. Les algues semblaient soit décomposer ces produits chimiques, soit les absorber dans leurs propres cellules.
Cependant, le nettoyage n'était pas parfait à tous les égards. Bien que les algues aient éliminé efficacement les perturbateurs hormonaux, elles n'ont pas réduit la charge organique globale de l'eau autant que les chercheurs l'espéraient. La demande chimique en oxygène, une mesure de la quantité de matière organique présente dans l'eau, a diminué, mais pas autant que dans les échantillons témoins sans algues. Les chercheurs ont observé que les algues elles-mêmes libèrent des substances organiques en croissant, ce qui semble contrebalancer une partie du travail de nettoyage effectué par les bactéries naturellement présentes dans les eaux usées. Dans les cycles répétés à long terme, les algues et les bactéries semblaient s'adapter l'une à l'autre, et l'efficacité du nettoyage s'est légèrement améliorée au fil du temps, mais les algues seules ne pouvaient pas abaisser la charge organique aux niveaux les plus bas possibles.
L'étude conclut que l'utilisation de cette souche spécifique d'algues offre une voie pratique pour le traitement des eaux usées industrielles. En sélectionnant un organisme robuste et adaptable, et en utilisant un réacteur spécialisé qui fournit une lumière et un échange gazeux optimaux, il est possible de sauter les étapes coûteuses et énergivores de préfiltration de l'eau. Le processus combine avec succès l'élimination des polluants hormonaux dangereux et la production d'une biomasse précieuse. Bien que des défis subsistent, tels que la gestion de la charge organique et la garantie que la biomasse finale est sûre pour une utilisation, la recherche démontre que les microalgues peuvent être un outil viable et robuste pour nettoyer les déchets industriels complexes, transformant un problème environnemental difficile en une ressource potentielle.
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