Chaque année à Pollutec, le prix des Techniques innovantes pour l'environnement, créé par l'Ademe, récompense des travaux de recherche pouvant faire l'objet d'applications industrielles à court ou moyen terme. Partenaire de ce trophée, Hydroplus a sélectionné deux projets ayant abouti à la validation de techniques utilisables par les acteurs du secteur. Dans le laboratoire de physico et toxico-chimie de l'environnement (LPTC) de l'UMR Environnements et paléoenvironnements océaniques et continentaux (EPOC) de l'université de Bordeaux, l'équipe d'Hélène Budzinski a développé et validé une méthode pluridisciplinaire d'identification des composés toxiques dans l'environnement. Le sujet a fait l'objet de deux thèses en partenariat avec l'Ineris et l'Inserm dont la dernière est soutenue cette année par Caroline Gardia-Parège. À l'échelle européenne, la directive cadre sur l'eau instaure la surveillance de 53 composés, une sélection bien en deçà des 80 millions de molécules recensées par le Chemical Abstracts Service (CAS). L'enjeu est de donner aux acteurs les moyens d'appréhender l'écotoxicité réelle de leurs rejets. L'analyse dirigée par effet, ou effect directed analysis (EDA), est basée sur des biotests couplés à une analyse physico-chimique. L'activité biologique des échantillons est d'abord testée sur des lignées cellulaires. Il s'agit de cellules d'organes cibles animales, comme des cellules hépatiques de poissons, mais aussi des cellules humaines. « Pour repérer l'effet biologique d'un échantillon, nous avons introduit dans des cellules possédant des récepteurs spécifiques de familles de molécules le gène de la luciférase, une enzyme qui produit de la lumière en présence des molécules cibles », explique Hélène Budzinski. L'automatisation du procédé permet une analyse haut débit, c'est-à-dire le criblage d'un très grand nombre d'échantillons dans un minimum de temps. Les échantillons détectés positifs sont ensuite simplifiés selon un processus itératif : ils sont fractionnés par chromatographie en phase liquide en une quarantaine d'échantillons, qui sont de nouveau testés biologiquement. Si le test montre une activité, la fraction est analysée par spectrométrie de masse haute résolution afin d'identifier les molécules qui la composent, puis chaque substance identifiée est testée biologiquement pour confirmer l'effet. « En fractionnant les échantillons, l'EDA permet de contourner le problème de dilution du signal et d'interférences, lorsque l'énergie d'ionisation est captée par l'ensemble du très grand nombre de molécules présentes », explique Hélène Budzinski. La méthode a été appliquée sur des boues de stations d'épuration, de l'eau de rivière, des sédiments et même des huîtres. Une quinzaine de composés connus mais ne faisant partie d'aucune liste officielle ont déjà été identifiés. La démarche permettrait aux acteurs du secteur d'évaluer de manière plus réaliste l'impact biologique de leurs rejets. Dans le laboratoire transformations intégrées de la matière renouvelable (TIMR) de l'université technologique de Compiègne (UTC), Morgane Citeau a validé, dans le cadre de sa thèse, une technique permettant de réduire la teneur en eau finale des boues d'épuration. Ce travail s'inscrit dans le projet de recherche industrielle « Combinaison innovante de traitements électriques et physicochimiques pour améliorer la déshydratation mécanique de suspensions et boues d'origine industrielle et urbaine », dit Cotedem. Lors du procédé d'épuration des eaux usées, l'étape de déshy dra ta tion est cruciale car elle permet de réduire le volume de déchets à traiter. Or, à l'issue des techniques de séparation mécanique conventionnelles, comme la filtration ou la centrifugation, les boues contiennent encore entre 75 et 85 % d'eau. L'équipe du projet Cotedem a développé un procédé d'optimisation de la déshydratation qui couple la filtration compression à une technique d'électrodéshydratation. Le principe ? Appliquer un champ électrique afin d'extraire la fraction d'eau liée aux particules. « Les recherches ont été menées au laboratoire grâce à un dispositif qui simule un filtre-presse, c'est-à-dire une chambre de filtration horizontale et cylindrique fermée de chaque côté par une toile filtrante et équipée d'une électrode à chaque extrémité », explique Morgane Citeau. Une fois entrée dans la cellule, la boue est d'abord filtrée puis compressée par le resserrement mécanique des parois. Lorsque la pression exercée ne peut plus extraire d'eau, le champ électrique est appliqué. Ce dernier entraîne alors le déplacement des ions et des particules solides chargées présents dans le gâteau de filtration, induisant l'écoulement de l'eau liée. Le procédé a été testé pour des boues minérales issues de forage, des boues organiques agro-industrielles et des boues biologiques de stations d'épuration. « Nous avons étudié les paramètres des suspensions, comme la conductivité, le pH ou la teneur en sel, pour améliorer la productivité de la déshydratation », détaille Morgane Citeau. La cellule d'électrodéshydratation optimisée permet une réduction supplémentaire des tonnages de boue biologique de 25 à 50 % et une réduction du temps de déshy dra ta tion des boues minérales de dizaines d'heures à quelques dizaines de minutes. « Le coût énergétique de l'élécrodéshydratation est inférieur à celui du séchage », ajoute-t-elle. Le procédé est intéressant pour les entreprises générant des boues dans les domaines du génie civil, l'agroalimentaire, le dragage ou le traitement des eaux usées. Le développement de cette technologie se poursuit dans le cadre d'un programme financé par un Fonds unique interministériel (FUI) qui vise l'industrialisation du procédé.