Bioingénierie environnementale - Activités de recherche

Optimisation de bioprocédés pour la dégradation de pollution organique et la conversion des matières résiduelles

Instrumentation et automatisation des procédés anaérobies

Optimisation de bioprocédés pour la dégradation de pollution organique et la conversion des matières résiduelles

Personne ressource : Serge Guiot
Tél. : (514) 496-6181
Courriel : serge.guiot@cnrc-nrc.gc.ca

Le groupe Bioingénierie environnementale se penche sur le développement d'une technologie efficace de biodégradation de composés récalcitrants tels que les organochlorés, comme le trichloroéthène et le tétrachloroéthène. Cette approche est basée sur le couplage intime de populations anaérobies et aérobies (notamment les archéobactéries méthanogènes et les bactéries méthanotrophes) en vue de d'obtenir une biodégradation complète des solvants chlorés. Cette technologie est dotée d'une cellule d'électrolyse de l'eau qui alimente le système en oxygène. L'hydrogène produit par cette même opération est utilisé comme donneur d'électrons par les bactéries anaérobies, afin de convertir les carbonates de l'eau en méthane (archéobactéries méthanogènes) et de convertir les organochlorés en intermédiaires moins chlorés. Simultanément, la présence d'oxygène (O₂) et de méthane (CH₄) augmente l'activité des bactéries aérobies qui consomment le méthane et oxydent les intermédiaires chlorés (bactéries méthanotrophes) par un processus de transformation co-métabolique médié par des enzymes méthane-mono-oxygénases. Ce concept de couplage électrolytique méthanogène / méthanotrophe a plusieurs applications : les bioréacteurs à phase simple ou double pouvant être utilisés pour retirer des substances nutritives des eaux usées ou pour traiter des eaux de surface contaminées; la biobarrière passive ou semi-active in situ; la biostimulation in situ via un réseau de puits d'injection et d'extraction et la remédiation des sources de liquides non aqueux denses (Dense Non Aqueus Phase Liquids, DNAPL) et de panaches en phase dissoute. De plus, le groupe Bioingénierie environnementale s'intéresse à l'optimisation des bioprocédés qui permettent la réutilisation de matières organiques résiduelles. Par exemple, le groupe se concentre sur l'amélioration de la cinétique des réactions d'hydrolyse des solides en conditions anaérobies et hyperthermophiles (70-75°C); de la réactivité entre la cathode et l'oxygène dans des piles à combustibles microbiennes et de la production continue de H₂ à partir de matière organique par la technique du stress sélectif (surcharge et pH faible pour la régulation de voies cataboliques et suivi des acides gras volatiles par monitorage continu).

Instrumentation et automatisation des procédés anaérobies

Personne ressource : Boris Tartovsky
Tél. : (514) 496-2664
Courriel : boris.tartovsky@cnrc-nrc.gc.ca

Le groupe Bioingénierie environnementale développe des stratégies de contrôle de la digestion anaérobie. Ces stratégies s'appuient sur des systèmes dotés de groupes capteurs de type semi-conducteur pour le monitorage continu de gaz dissous tels que l'hydrogène, le méthane et le gaz carbonique, ainsi que sur la spectrofluorométrie à longueurs d'onde multiples associée à des modèles de régression, pour évaluer les paramètres clés du procédé (demande chimique en oxygène, acides gras volatiles). Le monitorage continu, le contrôle et la détection des défaillances au niveau du processus dépendent tous de l'obtention de mesures fiables en temps réel. L'analyse en laboratoire de la composition du milieu liquide contenu dans un bioréacteur représente généralement une tâche fastidieuse et longue qui demande une forte intensité de main-d'oeuvre. Des mesures instantanées et justes sur une base continue sont donc d'une importance indiscutable pour l'industrie des bioprocédés en général et plus spécifiquement pour le traitement des eaux usées. Le système fluorométrique à longueurs d'onde multiples utilise une source optique LED couplée à un spectromètre CCD-matrice. Ce système permet de mesurer des concentrations basées sur les spectres fluorescents de l'échantillon. Il est accompagné d'un logiciel convivial qui permet de visualiser les différentes mesures paramétriques relatives au procédé. Pour des mesures in situ, une sonde de fibre optique peut être installée à l'intérieur d'un bioréacteur ou dans une boucle de recirculation externe. Les mesures sont calibrées grâce à l'algorithme statistique multi-variable PLS (Partial Least Square). Ce système a été utilisé avec succès pour le monitorage continu de la fermentation de levures à l'échelle laboratoire, de même que pour l'étude de la distribution du substrat dans un bioréacteur utilisé pour le traitement d'eaux usées en condition anaérobie.

Information pertinente

Instituts:

• Institut de recherche en biotechnologie du CNRC