Production durable de substances polymériques extracellulaires à partir de substrats dérivés de déchets et leur intégration avec l'électrocoagulation pour un traitement amélioré des lixiviats de décharges

Atmakuri, Anusha (2025). Production durable de substances polymériques extracellulaires à partir de substrats dérivés de déchets et leur intégration avec l'électrocoagulation pour un traitement amélioré des lixiviats de décharges Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 228 p.

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Résumé

Les substances polymériques extracellulaires (SPE) sont des biopolymères microbiens de haut poids moléculaire qui sont à la fois écologiques, économiques et biodégradables. Elles présentent un large éventail d'applications, allant du traitement dans les stations d'épuration des eaux usées (STEP) à la remédiation environnementale, en passant par la floculation des boues et l'élimination de la couleur des eaux usées. Il est reconnu que les SPE régulent le microenvironnement immédiat des cellules au sein d'un biofilm en influençant des propriétés telles que l'adsorption, la porosité, la densité, la teneur en eau, la charge électrique, la stabilité et le caractère hydrophile. Elles constituent une alternative crédible aux floculants chimiques, en raison de leur rentabilité et de leur nature durable. Les principaux composants des SPE incluent des glucides, des protéines, des substances de type humique, de l'ADN et des lipides, les glucides (ou polysaccharides) étant considérés comme le constituant majeur. Selon leur association avec les cellules, les SPE peuvent être classées en SPE de type « slime » (S-SPE), faiblement liées à la surface cellulaire, et en SPE capsulaires (C- SPE), qui sont attachées de manière permanente à la membrane cellulaire. La production de SPE est généralement induite en réponse à un stress ou à des conditions de limitation en nutriments, comme une carence en azote ou en phosphore, en présence de sources de carbone. D'autres conditions favorisant leur production peuvent inclure des températures de croissance sous-optimales, une privation ou une limitation en oxygène, un stress salin ou la présence de cations. La biosynthèse des substances polymériques extracellulaires (SPE) se déroule en trois étapes majeures : • La synthèse du substrat précurseur. • La polymérisation et le transfert de ce substrat. • La libération des SPE à travers la membrane cellulaire. Jusqu'à présent, des milieux synthétiques comme le glucose ou le saccharose ont été utilisés pour produire des SPE ce qui augmente le coût de production et freine leur commercialisation. Les facteurs influençant la production de SPE comprennent la source de carbone utilisée, le pH, la souche microbienne, la température, le pourcentage d'inoculum, ainsi que les sources de carbone et d'azote, parmi d'autres nutriments. Compte tenu des enjeux économiques liés à la production de SPE, le premier objectif de cette étude était d'examiner la production de ces substances par une nouvelle souche microbienne préalablement isolée, en utilisant divers résidus tels que le glycérol brut enrichi (un sous-produit de l'industrie du biodiesel), l'huile de cuisson usagée et des boues. Les boues (issues de papeterie) servent de source principale de nutriments tout en jouant également le rôle de substrat carboné. L'étude vise à comparer ces différentes sources de carbone et leur effet sur la production et la caractérisation des SPE. Le deuxième objectif majeur est d'évaluer l'applicabilité des SPE produites pour le traitement de lixiviat de décharge. Le lixiviat représente une menace potentielle pour l'environnement et la santé humaine en raison de la présence de substances dangereuses (azote, phosphore, potassium, fer, sels dissous, métaux, matière organique). Il est donc impératif de le traiter avant son rejet dans les milieux aquatiques. Par conséquent, cette étude vise à optimiser la précipitation de la matière organique, des métaux et des polluants présents dans le lixiviat de décharge à l'aide des SPE. Se distinguant des approches de transformation et d'élimination existantes, cette étude propose une combinaison de procédés biologiques et électrochimiques pour le traitement du lixiviat de décharge, visant à éliminer au maximum les contaminants (Fe, Mn, N-NH₄). L'une des principales approches combinatoires est l'électrocoagulation (EC) assistée par les SPE produites. L'électrocoagulation (EC) est une technologie avancée qui combine les fonctions de plusieurs méthodes conventionnelles (coagulation, flottation et électrochimie). Le processus se déroule en trois étapes: (a) la formation du coagulant par dissolution des ions métalliques de l'anode, (b) la déstabilisation des polluants et des particules en suspension, et (c) la désémulsification, l'agrégation des phases insolubles et la formation de flocs. Elle permet de réduire les contaminants grâce à la formation de flocs qui sont ensuite éliminés par sédimentation, ce qui en fait une méthode efficace pour réduire la dureté de l'eau en fonction du pH et d'une densité de courant optimale. Compte tenu de ses avantages, le couplage de l'électrocoagulation avec des biopolymères — en l'occurrence les SPE — en tant que stratégie de prétraitement ou de post- traitement, pourrait offrir un procédé efficace et économique pour la décontamination du lixiviat de décharge. L'approche de recherche choisie débute par une revue de la littérature sur les avancées récentes en technologie de fermentation et sur le traitement du lixiviat de décharge par électrocoagulation et par coagulation assistée par les SPE. Cette étape sera suivie par la production de SPE à l'aide de la souche bactérienne préalablement isolée. Les conditions de traitement du lixiviat par coagulation assistée par les SPE seront ensuite optimisées et étudiées de manière approfondie. Par la suite, le procédé d'électrocoagulation pour le traitement du lixiviat sera également optimisé. Enfin, le couplage des deux procédés sera mis en œuvre et évalué afin d'atteindre une élimination maximale des ions métalliques et autres polluants.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Rouissi, Tarek
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Blais, Jean-François
Mots-clés libres:	substances polymériques extracellulaires (SPE); traitement des eaux usées; boues; floculation; biopolymères; biofloculants
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	19 juin 2026 14:34
Dernière modification:	19 juin 2026 14:34
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/17111

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