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Réseau Treasure

Françoise Breton - 28/02/2011

Se rassembler pour améliorer le traitement de l’eau

© IRD/Ruf, Thierry

Treasure est l’un des réseaux du programme EuroMéditerranée 3+3 initié en 2006 pour favoriser les liens régionaux dans le pourtour méditerranéen. L’objectif de ce réseau pluridisciplinaire et transméditerranéen est de mettre au point un système de dépollution de l’eau efficace, capable de répondre aux besoins en eau croissants en Afrique du Nord. Le point sur cette collaboration exemplaire, à deux voix : Jérôme Harmand et Brahim Cherki.

Quel est l’objectif du réseau Treasure ?

Jérôme Harmand :  A l’origine, Treasure était un projet de recherche qui traitait de questions plutôt académiques. Le sujet s’est précisé en se confrontant aux besoins spécifiques des pays du Maghreb et en faisant la preuve de sa pertinence socio-économique. La thématique adoptée, la modélisation et le contrôle de bioprocédés pour la réutilisation des eaux usées en agriculture, est au croisement de deux problématiques cruciales pour l’Afrique : le besoin croissant en eau, notamment pour l’agriculture, et les problèmes de traitement des eaux usées. Notre projet répond aux deux à la fois, en proposant une épuration biologique susceptible de fournir de l’eau de qualité suffisante pour l’irrigation des cultures.

Brahim Cherki :  L’état algérien engage beaucoup d’argent pour réaliser des stations d’épuration mais il n’y a quasiment aucune recherche concernant le développement des techniques membranaires qui sont les seules à ce jour à fournir une eau de qualité pour l’irrigation. Il faut investir sur cette technologie pour le futur. Nous avons obtenu du ministère de la Recherche algérien des fonds pour co-financer l’achat d’un bio-réacteur qui nous permettra de tester nos modèles destinés à optimiser ces procédés.

Comment fonctionne ce réseau ?

Jérôme Harmand : Le réseau Treasure fonctionne surtout sur des échanges et l’organisation de séminaires. Il est financé par l’Inria mais est également abondé depuis 2008 par des projets bilatéraux et d’autres institutions françaises (Inra, Cirad) ou de pays partenaires. Il a également vocation à répondre à des appels d’offre européens, comme le projet CoAdvise. Treasure compte aujourd’hui une dizaine de partenaires dont l’Inria, l’INRA et l’IRD en France, et des laboratoires espagnol, italien, belge, tunisien et algérien.

Brahim Cherki : Treasure joue un rôle d’organisateur, de facilitateur de relations tout à fait exceptionnel, en finançant de la mobilité. Notre collaboration avec l’Inria est ancienne puisqu’elle date de la première école d’automatique organisée par le Cimpa1 à Tlemcen en 2003 et que nous avons par la suite tenu des cours et des colloques de façon régulière. Mais notre intégration dans le programme EuroMéditerranée 3+3, avec le réseau Treasure sur le traitement de l’eau, a permis de financer de nombreux échanges. Nous avons participé à des écoles à Narbonne, à Sfax, à Casablanca, à Yamoussoukro, et établi des contacts très intéressants avec des équipes espagnoles, italiennes et tunisiennes. Ces échanges nous permettent en particulier d’acquérir des connaissances dans le domaine des biotechnologies car nous sommes un laboratoire d’automatique, c’est-à-dire dévolu au contrôle des procédés.

Y-a-t-il d’autres apports de Treasure à votre laboratoire de Tlemcen ?

Brahim Cherki : Grâce à notre participation à Treasure, nous pouvons également répondre à des appels d’offres lancés par d’autres organismes. Notre projet Air-Sud par exemple a été sélectionné à l’IRD et a permis de financer une grande partie de notre bioréacteur. Mais nous avons pu également bénéficier du projet européen CoAdvise, grâce auquel nous pouvons financer des thèses : deux se déroulent à l’école polytechnique de Milan et deux autres en France, au LBE de l’INRA avec Jérôme Harmand et dans l’équipe Modemic à Montpellier.

Quels sont les enjeux scientifiques de Treasure et les avancées obtenues ?

Jérôme Harmand :  Les écosystèmes anaérobies, c'est-à-dire qui se développent en absence d'oxygène, présentent de nombreux avantages par rapport aux systèmes aérobies (qui ont besoin d'oxygène pour vivre). Ils sont moins gourmands en énergie, produisent une quantité réduite de boues et dégagent du méthane qui peut être valorisé par ailleurs. Couplés à des membranes microporeuses, ces systèmes produisent une eau de meilleure qualité que les procédés de traitement traditionnels. Néanmoins, dans les procédés à membranes, de nombreux phénomènes de prédation entre micro-organismes et de mort cellulaire libèrent de très petites molécules susceptibles de colmater les membranes. Ils doivent être étudiés de près afin d'optimiser le système. Notre rôle de mathématiciens est de mettre en équations la connaissance et les données des biologistes,  de chercher et analyser les lois qui gouvernent les écosystèmes microbiens et, lorsque ces modèles ont été validés par les données expérimentales, les utiliser pour optimiser le procédé. Inria trouve là un terrain de jeu qui lui est familier.

Brahim Cherki :  D’où l’importance du bioréacteur de 50 litres qui sera très prochainement opérationnel à Tlemcen. Il nous permettra d’identifier les paramètres biologiques du modèle de bioréacteur anaérobie que nous avons développé et de tester nos hypothèses sur la manière dont se produit le colmatage des membranes. Nous avons notamment écrit l’équation dynamique qui gouverne l’accumulation des produits microbiens dans la membrane microporeuse. Il faut maintenant démontrer sa pertinence vis-à-vis des expériences. Parallèlement, nous invitons systématiquement un industriel algérien, spécialiste du traitement des eaux, lorsque des membres du réseau viennent à Tlemcen. Il se montre très intéressé par nos travaux et serait preneur des technologies que nous développons.

L’épuration en bioréacteur

Le principe de ce procédé consiste à mettre l'eau usée en contact avec des micro-organismes qui utilisent la pollution pour leur croissance. Dans un second temps, l'eau épurée est séparée des boues par décantation ou par une barrière physique telle une membrane de filtration. Les systèmes ordinaires reposent sur l'activité de micro-organismes aérobies, c'est-à-dire qui ont besoin d'oxygène pour vivre. Ils présentent deux inconvénients majeurs pour les applications visées : ils sont très coûteux en énergie car il est nécessaire de les agiter sans arrêt pour les aérer, et ils produisent une grande quantité de boues dont on ne sait que faire. En outre, si l'étape de séparation est réalisée par un système de décantation gravitaire (sans barrière physique) l'eau est impropre à l'irrigation car il peut subsister des micro-organismes pathogènes.

La technique anaérobie repose pour sa part sur des micro-organismes qui vivent en absence d'oxygène. Les boues n'ont donc pas besoin d'être aérées mais, pour fonctionner correctement, la température doit être assez élevée (l'optimal étant de 37°), ce qui en fait une voie de traitement particulièrement bien adaptée aux climats arides. Un autre avantage présenté par cette technique est qu’elle produit une quantité beaucoup plus faible de boue et dégage du méthane qui peut être valorisé par ailleurs. Couplé à une membrane, la qualité de l'eau obtenue répond aux normes européennes pour l'irrigation des surfaces agricoles. Alors où est le problème ? Les petites molécules issues de la mort des micro-organismes restent longtemps dans le circuit et sont susceptibles de colmater rapidement les filtres. Les chercheurs suggèrent quelques pistes, comme par exemple soumettre les membranes à une insufflation continue de gaz carbonique. Reste à tester les solutions en grandeur nature sur les bioréacteurs de laboratoire et à rechercher les meilleures conditions de fonctionnement du système.

Mots-clés : Treasure Programme EuroMéditerranée 3+3 Agriculture Afrique nord INRA IRD Projet CoAdvise Maghreb Biométrie Environnement Jérôme Harmand Brahim Cherki Équipe MODEMIC

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