Déchets et Biotechnologies

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Déchets et Biotechnologies

Résumé:

De nombreux déchets générés par notre société contiennent une teneur appréciable de matières organiques, dont certaines peuvent être transformées par des procédés biotechnologiques. Ces procédés consomment une quantité modérée d’énergie et, dans certains cas, sont même capables d’en produire. Ainsi, des sols régénérés, du compost, des nutriments, des produits chimiques tels que le méthane et de l’eau deviennent disponibles pour un développement durable.

Mots-clés:

Déchets, biotechnologies, énergie, réactifs, développement durable.

Abstract:

Wastes and biotechnologies
Many wastes generated by our society contain a significant content of organic matter; some of these materials can be processed by biotechnological processes. These require a moderate amount of energy and, in some cases, are even able to produce it. Thus reclaimed soils, compost, nutrients, chemicals such as methane, and water become available for sustainable development.

Keywords: Wastes, biotechnologies, energy, commodities.

« Nature, to be commanded, must be obeyed » (Francis Bacon, Novum Organum, 1620).
Le détenteur d’une matière, d’un produit ou d’un objet en prend soin compte tenu de la satisfaction ou du profit qu’il compte en tirer, mais son comportement peut devenir sensiblement différent lorsqu’il veut se débarrasser de ce qui devient alors un déchet, provoquant alors un risque pour notre santé et notre planète [1].
Ce risque « déchets » devrait augmenter à l’échelle planétaire, poussé par :
- l’augmentation de l’urbanisation et la formation de mégapoles : on estime que d’ici une vingtaine d’années, 80 % de la population sera citadine, avec en particulier 800 centres urbains dépassant le million d’habitants. Or l’urbanisation favorise le rejet de déchets : compte tenu de l’exiguïté de son logement, de l’espace de rangement restreint dont il dispose (rarement une cave, un grenier, une remise…), le citadin jette (toutes proportions gardées) beaucoup plus que son ancêtre qui lui pouvait faire de la valorisation de proximité [2]. L’urbanisation provoque une concentration de la production de déchets dans un espace réduit, donc une augmentation du « risque déchets » pour les populations et l’environnement.
- L’achat de nombreux appareils ménagers et électroniques (ordinateurs, téléphones, téléviseurs…) contenant des éléments ayant un caractère non anodin, voire même toxique (métaux lourds).
- L’augmentation de la mobilité au moyen de véhicules individuels.
Il en résulte une augmentation de la production de déchets à l’état solide, pâteux ou liquide et pouvant être sources de problèmes pour notre société.

Les besoins de la société humaine.

 Nos besoins augmentent, compte tenu des tendances rappelées précédemment. Ce sont : des sols pour produire des denrées agricoles, construire de nouveaux logements et infrastructures ainsi que des unités de production et de distribution de denrées ; des fertilisants (N, P, K…) et des conditionneurs de sol ; de l’eau pour l’alimentation, l’irrigation, la manufacture ou l’évacuation des déchets… ; de l’énergie ; et des matières premières.
Les biotechnologies contribuent à subvenir à ces besoins, en respectant particulièrement les préoccupations
de développement durable.
La Nature transforme le gaz carbonique de l’air et l’eau en cellulose (C6 H10O5), composant important des végétaux.
Ces derniers constituent les bases de la chaîne alimentaire des êtres vivants (à condition que des substances toxiques ne polluent pas le sol, l’eau et l’atmosphère, empêchant par là ce processus) (tableau I).
Les micro-organismes, qui jouent là un rôle essentiel, sont présents en grandes quantités ; on en trouve par exemple environ un milliard dans une poignée de terre arable et de types extrêmement variés : bactéries hétérotrophes utilisant la matière organique pour se développer, métazoaires, protozoaires, champignons, algues…

Contributions des biotechnologies

La mise en œuvre des micro-organismes par les biotechnologies contribue à subvenir aux besoins de la société en transformant les déchets ayant une teneur substantielle en matière organique et une teneur négligeable en éléments toxiques.
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Les micro-organismes agissent selon deux modes :
- Aérobie, en utilisant l’oxygène de l’air (voir figure), par une réaction que l’on peut représenter par l’équation simplifiée :
C6H12O6 (cellulose après hydrolyse)+6O2 à 6 CO2 +6H2O + ∆H

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- Anaérobie, c’est-à-dire à l’abri de l’air, par une réaction que l’on peut représenter par l’équation simplifiée :
C6H12O6 (cellulose après hydrolyse) à 3 CH4 + 3 CO2 + (DH)
Le tableau II montre comment les biotechnologies contribuent à la gestion des déchets, subvenant ainsi aux besoins de la société pour le traitement des sols, la production de compost, les fertilisants et conditionneurs de sol, l’épuration des eaux, la production d’énergie.

Avantages et inconvénients des procédés biotechnologiques

Les progrès importants que l’on peut escompter avec les biotechnologies permettent d’entrevoir une utilisation accrue de ces procédés pour le traitement des déchets, qui est effectué actuellement à haute température et à haute pression, nécessitant un apport important d’énergie (voir tableau III).
Les procédés biotechnologiques sont basés sur des équilibres entre la bioflore et le substrat. Ils dépendent de la température et des flux de matière que l’on doit chercher à uniformiser.
Les inconvénients de ces procédés peuvent être réduits en faisant appel à des procédés physico-chimiques. Par exemple, dans une unité de traitement de déchets industriels, un module d’ultrafiltration permet de mieux séparer les boues biologiques et l’eau à épurer. Une charge plus importante devient alors possible (10-12 g.L-1, sur sec), rendant le procédé économiquement viable [3].
Traitement des déchets liquides
Dans les pays industrialisés, la majorité des déchets liquides (WC, douche, cuisine, laverie) sont traités dans de grandes unités (stations d’épuration des agences de bassin ou industrielles), mais il peut arriver qu’ils soient traités de façon individuelle.

De nombreux éléments peuvent affecter le fonctionnement correct des micro-organismes dégradant les déchets
dans ces procédés :
- produits tels que les antibiotiques, les antiseptiques, les détergents et l’hypochlorite de sodium dont la finalité est précisément de tuer des micro-organismes ;
- sels à partir d’une certaine concentration ;
- produits toxiques utilisés comme solvants ;
- huiles flottant à la surface de l’eau empêchant l’oxygénation par l’air ;
- solides (couches, serviettes périodiques, plastiques, journaux…) qui encombrent la fosse.
Les dysfonctionnements ont alors pour conséquences :
- des odeurs déplaisantes, ayant parfois un caractère toxique
(formation d’hydrogène sulfuré, d’amines, d’ammoniac…) ;
- l’engorgement de l’évacuation des eaux usées, ou bouchon, avec nécessité d’une intervention en urgence dans la
fosse pour enlever les corps étrangers.
Conclusion
Les procédés biotechnologiques permettent de traiter des déchets et les eaux usées ayant une teneur substantielle en matière organique pour dépolluer les sols et l’eau, en les réintroduisant dans l’économie (eau potable), et pour produire des fertilisants, des conditionneurs de sol, des réactifs et de l’énergie.
Des quantités considérables de déchets sont ainsi traitées – par exemple en France, 7 milliards de m3 par an pour les seules eaux usées , générant ainsi une belle activité économique.

L’auteur remercie Jean Buendia et Alain Garreau

Références

[1] Pichat P., Le risque chimique spécifique aux déchets, L’Act. Chim., 2010,
341, p. 52.
[2] Pichat P., La gestion des déchets, Flammarion, 1995.
[3] Hyvrard F., Benchara A., Communication particulière.
[4] Duong Tra T.T. et al., Nutrient release from composts into the surrounding
soil, Geoderma, 2013, 195-196, p. 42.
[5] Nielsen A.M., Christensen K.V., Møller H.B., Inline NH3 removal from biogas digesters, Biomass and Energy, 2013, 50, p. 10.
[6] Vandenberghe L.P.S., Soccol C.R., Pandey A., Lebeault J.-M., Microbial production of citric acid, Brazilian Archives of Biology and Technology, 1999, 42(3), p. 263.

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