L'Eau Magazine n°14 nov 09 à avr 2010
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Recherche et innovation INRA  : une meilleure protection des ressources physiques Considéré comme le principal responsable de l'effet de serre, le dioxyde de carbone (CO2) est issu de l'utilisation de combustibles fossiles. Les nouvelles sources d'énergie devront donc présenter comme caractéristique, un bilan presque nul en CO2. A ce titre, la production de bioénergies à partir de résidus issus de l'activité industrielle ou urbaine est particulièrement intéressante. Entretien avec Jean-Philippe STEYER, Directeur du Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement (LBE) de l’INRA de Narbonne. Pouvez-vous évoquer les origines du Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement et nous dire à quelles fins il a été créé ? L'histoire du laboratoire est particulièrement riche en événements. Elle débute en avril 1875, lorsque le comice agricole de Narbonne demande la création d'une « station expérimentale de viticulture et d'œnologie, avec un enseignement nomade… ». Cette requête se voit satisfaite le 10 janvier 1895 à travers la parution d'un arrêté ministériel. Provisoirement logée dans des locaux mis à disposition par une personnalité vigneronne, la Station de recherches viticoles et œnologiques s'implante en 1934 en bordure de la ville de Narbonne. La même année, la Société de pêche de l'Aude adresse une demande à la Station pour éviter que les poissons des différents cours d'eau ne meurent à la suite des rejets des caves et distilleries vinicoles. Sensibilisé aux problèmes de pollutions urbaines et agricoles, le Directeur de l'époque, Michel FLANZY, met en œuvre des solutions physico-chimiques associées à des tests in vivo sur des ablettes. Le « bouchon » est lancé  : la diversification des coproduits et la valorisation de sous-produits de la vigne sont parties prenantes des travaux de recherche d'une station œnologique. Cette idée ne s'est jamais éteinte et a conduit à la création du Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement des Industries Agroalimentaires (LBEIAA) à la fin des années 1980. Et, suite à l'élargissement de ses domaines d'application, le LBEIAA devient le LBE au milieu des années 1990. DR Jean-Philippe STEYER, Directeur du Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement (LBE) de l’Institut National de la Recherche Agronomique (INRA) Le LBE de l’INRA est rattaché aux départements « Environnement et Agronomie » et « Microbiologie et Chaîne Alimentaire » ainsi qu’au Centre INRA de Montpellier. 74 L’école Française de l’Eau N°14 - NOV. 2009 DR Unité propre de recherche de l'INRA, le LBE est rattaché aux départements Environnement et Agronomie (EA) et Microbiologie et Chaîne Alimentaire (MICA) ainsi qu'au centre INRA de Montpellier. Quelles sont ses orientations actuelles ? Composé de trois équipes (microbiologie moléculaire, ingénierie des procédés, transfert technologique), le LBE mène aujourd'hui une recherche fondamentale et appliquée dans le domaine du traitement des pollutions liées au carbone, à l'azote, au phosphore, aux composés traces organiques et aux éléments microbiologiques indésirables. Il a également une activité de valorisation de la matière présente dans les rejets, notamment par production d'énergie sous forme de biogaz. Le laboratoire conduit ses travaux de recherche et de développement dans le cadre du traitement biologique des résidus solides et des effluents liquides, d'origine domestique, agricole et agro-industrielle. Ces actions ont plus particulièrement pour objet d'étudier, sous un angle pluridisciplinaire, les processus de transformation microbiologique des éléments polluants majeurs ou sous forme de traces. La finalisation étant d'épurer des effluents ou de traiter, en termes de réduction des quantités ou de détoxification, des résidus organiques solides. Nos interventions se positionnent donc en amont des milieux récepteurs naturels ou cultivés. Nos outils d'étude sont des réacteurs biologiques. Les processus de transformation des polluants sont en effet réalisés par des communautés microbiennes de composition, de diversité et de dynamique fonctionnelle complexes. Les caractéristiques de ces communautés, ajoutées au fait que leur mise en œuvre ne peut se réaliser qu'en milieu « ouvert », nous conduisent à rechercher, pour chaque cas étudié, une action de dépollution spécifique. Cette dernière est déployée en orientant les réactions microbiennes de transformation, par une intervention sur les conditions opératoires du bioprocédé.
Pouvez-vous détailler ce dernier point ? Les processus de transformation des éléments polluants sont étudiés à différents niveaux  : à l'échelle du processus, par caractérisation des cinétiques, des systèmes clés physiologiques, des dynamiques de populations microbiennes ; à l'échelle du procédé, par le développement de nouveaux types de procédés d'épuration, par l'optimisation de l'hydrodynamique ou de la conduite des bioréacteurs, ainsi que par la mise en œuvre de techniques physico-chimiques de co-traitement. La prise en compte de ces deux échelles a toujours guidé nos actions de recherches. L'objectif étant de développer des dispositifs de dépollution, sous contraintes économiques et réglementaires, pour parvenir à des bioprocédés performants, fiables, sobres et évolutifs. Dans le prolongement, et sans renier cette approche, nous tentons à présent d'élargir l'échelle de nos recherches. Il s'agit en particulier d'étudier et de proposer des filières durables de traitement des effluents et des résidus solides. Le terme « durable » doit évidemment intégrer, dans la définition et la mise en œuvre de systèmes de traitement, DR DÉVELOPPEMENT INDUSTRIEL L'industrialisation d'un procédé SBR (de l'anglais « Sequencing Batch Reactor ») , en configuration aérobie, a été réalisée en collaboration avec une société narbonnaise  : les Ateliers d'Occitanie. Les applications ont porté sur des effluents très variés  : caves vinicoles, eaux blanches de coopératives fromagères du massif jurassien et de très petites fromageries de Haute-Savoie, mélanges eaux blanches-lactosérum de fromageries caprines, unités d'abattage et de conditionnement de canards gras Au stade industriel, les résultats obtenus sont excellents et, quel que soit le domaine d'application, le coût du traitement des eaux usées s'avère négligeable. Le procédé SBR connaît un succès important en France et les Ateliers d'Occitanie ont vendu leur 100 e station SBR en 2008. LA DIGESTION ANAÉROBIE Recherche et innovation Ce procédé n'est autre que l'exploitation par l'homme d'un processus de fermentation méthanogène de la matière organique. Les micro-organismes métabolisent la matière organique en absence d'oxygène et produisent du biogaz, composé de méthane et de gaz carbonique. Les caractéristiques physico-chimiques du biogaz sont proches de celles du gaz naturel, ce qui permet sa valorisation sous diverses formes  : - énergie thermique (chaudière ou groupe frigorifique) ; - énergie mécanique (moteur à gaz, turbine à vapeur, turbine à gaz) ; - production simultanée d'énergie thermique (chaleur ou froid) et de travail par cogénération ; - production simultanée de chaleur, de travail et de froid par trigénération ; - carburant automobile (après purification poussée, compression et stockage) ; - injection dans le réseau de gaz de ville. DR Les travaux de recherche et de développement s’inscrivent dans le cadre du traitement biologique des résidus solides et des effluents liquides, d’origine domestique, agricole et agro-industrielle. Une recherche fondamentale pour le traitement des pollutions liées au carbone, à l’azote, au phosphore, aux composés traces organiques et aux éléments microbiologiques indésirables. la contrainte économique (minimisation des investissements, diminution des intrants de fonctionnement, optimisation et maintien des performances). Ajouté à cela, il convient de tenir compte également de contraintes additionnelles  : environnementale (à savoir la maîtrise de l'impact en termes quantitatif et qualitatif des produits résiduels de traitement sur les milieux récepteurs) ; sanitaire (en particulier la diminution des risques liés aux éléments organiques, minéraux et microbiologiques indésirables) ; sociétale (notamment la production d'éléments objectifs d'innocuité, de traçabilité, pour renforcer l'acceptabilité des systèmes de traitement proposés). Pour répondre à cet objectif de développement de filières durables de dépollution, la démarche adoptée consiste, d'une part, à améliorer les technologies existantes et, d'autre part, à proposer de nouveaux systèmes, voire de nouveaux concepts. Pour ce faire, nous cherchons à profiter des multiples compétences disciplinaires présentes au LBE  : écologie microbienne, génie microbiologique, génie des procédés et mathématiques appliquées, pour ne citer que les principales. N°14 - NOV. 2009 L’école Française de l’Eau 75



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