Projet BIOTUBA

Dans les zones urbaines, la part de l’énergie électrique consommée pour l’approvisionnement en eau et l’assainissement peut atteindre jusqu’à 18%. Au sein des stations d’épuration, l’aération des bassins biologiques pour le traitement de la matière organique et azotée demeure le principal poste de consommation énergétique (jusqu’à 75% de la dépense électrique générale de la station). Aussi, le développement d’alternatives aux procédés conventionnels est essentiel afin de réduire l’impact environnemental de ces unités de traitement. Dans cet objectif, les procédés électro-microbiens représentent une technologie d’avenir pour le traitement et la valorisation des déchets, basée sur la catalyse de réactions électrochimiques par des biofilms microbiens à la surface d’électrodes. Parmi ces technologies, le tuba électro-microbien (BIOTUBA) se distingue des autres par une mise en oeuvre plus simple qui permet d’envisager à court-terme son implantation dans les filières existantes. Il consiste à mettre une bio-anode et une (bio-)cathode en court-circuit en disposant un matériau conducteur le long d’un gradient d’oxydo-réduction. Les performances de dégradation de la matière organique s’avèrent améliorées et des économies d’énergie substantielles peuvent être envisagées du fait de la diminution des besoins en aération. De plus, l’implantation de cette technologie pourrait répondre à d’autres enjeux du traitement des eaux (contrôle de procédés, réduction de la production de boues et traitement des micropolluants).

Un certain nombre de verrous scientifiques et techniques restent à lever avant d’envisager l’implantation de telles technologies à l’échelle industrielle. Le coût des électrodes, due aux matériaux utilisés pour leur conception, est notamment un frein au changement d’échelle. De plus, des recherches doivent être menées afin de permettre la compréhension et d’envisager l’optimisation des tuba électro-microbiens en précisant à la fois les processus électrochimiques et microbiens régissant les performances de cette technologie.

Le projet BIOTUBA a pour objectif de lever les verrous scientifiques et techniques liés à l’implantation de la technologie de tuba électro-microbien à l’échelle industrielle par le biais d’une approche transdisciplinaire et multi-échelle. Le programme scientifique du projet est divisé en trois tâches principales : 

• Réalisation d’études à l’échelle laboratoire pour comprendre et optimiser le fonctionnement du BIOTUBA en se focalisant sur l’utilisation de matériaux recyclés à faible coûts et de l’application à des matrices réelles (WP1) ;
• Développement et l’utilisation des outils de modélisation pour le dimensionnement des électrodes le constituant et de leurs implantations dans les réacteurs industriels (WP2) ;
• Caractérisation de l’ensemble des impacts énergétiques et environnementaux liés à l’implantation de cette technologie par le couplage d’une analyse de cycle de vie et d’expérimentations à l’échelle semi-industrielle (WP3).

Le développement du BIOTUBA sera basé sur la connaissance précise des mécanismes électrochimiques et biologiques mis-en-jeu afin d’optimiser son fonctionnement et le maintien de ses performances au cours du temps. La mise en oeuvre à l’échelle semi-industrielle permettra de caractériser son comportement et les impacts induits à une échelle représentative et ainsi de valider les choix technologiques. La valorisation économique sera supportée par 6TMIC, partenaire du projet.