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See detailEtude de l'autofloculation dans un Chenal Algal à Haut Rendement (CAHR)
Baya, Dehenould Guy ULg

Doctoral thesis (2012)

Dans la technique du Chenal Algal à Haut Rendement (CAHR), l’effluent récupéré est très riche en microalgues. Les caractéristiques particulières de ce système (faible profondeur, faible temps de séjour ... [more ▼]

Dans la technique du Chenal Algal à Haut Rendement (CAHR), l’effluent récupéré est très riche en microalgues. Les caractéristiques particulières de ce système (faible profondeur, faible temps de séjour, agitation mécanique) combinées avec la présence d’ions inorganiques dans l’effluent sont les principaux éléments qui favorisent le développement intensif d’algues. Le rejet d’un tel effluent sans récupération préalable des microalgues est nuisible aux ressources biologiques terrestres et aquatiques et, plus généralement à l’ensemble des écosystèmes naturels. Par ailleurs, les microalgues peuvent être valorisées à des fins alimentaires ou d’extraction de sous-produits à valeur ajoutée. De plus, la récupération de la biomasse algale permettrait la réutilisation possible de la fraction liquide en irrigation notamment. Dans ce contexte, la récolte de la biomasse algale issue du CAHR constitue un enjeu majeur. Cependant, la petite taille des microalgues, la faible densité et les concentrations limitées rencontrées dans le CAHR comparées à celles de bioréacteurs industriels soulèvent un problème de rentabilité économique pour leur récupération en raison des énormes volumes d’eau à traiter. Les techniques usuelles de récupération de ces biomasses (en particulier par centrifugation) ont des coûts prohibitifs vis-à-vis de la valeur des produits récupérés. Dans ce cadre l’autofloculation qui est définie comme la formation et le rassemblement spontané de microalgues se présente comme une alternative aux problèmes rencontrés par les techniques conventionnelles de récupération des algues. C’est dans cette dynamique de recherche de s’inscrit cette thèse dont l’objectif est de déterminer les mécanismes impliqués dans l’autofloculation ainsi que les conditions optimales nécessaires à la réalisation de ce phénomène. Ce document est divisé en six grands chapitres : Les deux premiers chapitres sont consacrés à une revue des connaissances sur CAHR et la biomasse algale se développant dans ce système d’épuration. Également, un état de l’art concernant les méthodes de récolte de la biomasse algale notamment l’autofloculation est réalisé. Les simulations réalisées dans le chapitre III grâce à notre modèle thermodynamique de calcul de l’indice de saturation (IS) de différents composés mettent en évidence que les phosphates de calcium et formes substituées (Octacalcium phosphate, Ca4H(PO4)3; phosphate de calcium amorphe, Ca3(PO4)2; Hydroxyapatite, Ca5(PO4)3(OH); fluoroapatite, Ca5(PO4)3F et chloroapatite, Ca5(PO4)3Cl) sont les principaux composés inorganiques susceptibles d’être impliqués dans l’autofloculation. Le chapitre IV est consacré à la caractérisation des charges de surface, du potentiel zêta et des points isoélectriques de quelques phosphates de calcium et de la biomasse algale qui se développe dans le CAHR. Ces trois caractéristiques ont été déterminées respectivement par titrage colloïdal, par la méthode électrophorétique et par la méthode de Park et Regalbuto (1995) (détermination du pH d’équilibre à charge élevée). Cette étude a permis de conclure que la neutralisation des charges de surface des algues par les phosphates de calcium est probablement un moteur de l’autofloculation. Dans le chapitre V, des essais d’autofloculation simulée sur une biomasse provenant du CAHR et d’un milieu de culture ont été réalisés. Cette étude a essentiellement porté sur la détermination des concentrations optimales en ions calciums et orthophosphates, mais également sur la détermination des rapports de masse et de charge optimum entre les phosphates de calcium et algues pour une floculation maximale de la biomasse. Les résultats obtenus démontrent que les rendements d’autofloculation simulée sont très sensibles aux variations des concentrations en Ca2+ et PO43- et qu’il est indispensable de déterminer les concentrations optimales en ions calciums et orthophosphates pour obtenir les rendements maximums. En outre, les résultats permettent également de conclure que la neutralisation des charges des algues par les phosphates de calcium (purs ou substitués) se fait avec une stœchiométrie 1:1. Les doses de floculant nécessaires sont donc liées à la charge et peuvent être déterminées a priori sur cette base. Enfin, le chapitre VI porte sur le suivi expérimental de l’évolution de la biomasse algale dans une installation pilote et une installation réelle de traitement d’effluents par culture de microalgues installées au campus d’Arlon (eaux usées synthétiques) et Marrakech (eaux usées domestiques prétraitées). Les paramètres physiques, chimiques et biologiques ont été investigués, suivant les variations des conditions du milieu. Les résultats obtenus démontrent que l’installation de l’autofloculation entraine une déstabilisation du CAHR et une réduction de l’activité photosynthétique des algues. Ainsi, nous avons à notre disposition pour une eau de composition donnée, les outils pour prévoir la quantité d’algues qui pourra être récupérée sans ajouts de réactifs, encore faut il pouvoir gérer le réacteur pour atteindre ces conditions dans un délai court. [less ▲]

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