KNOXVILLE, TN, 23 juillet 2026 /24-7PressRelease/ -- Les eaux usées ne sont plus seulement un flux à nettoyer et à rejeter. Elles peuvent également contenir de l'eau récupérable, des nutriments fertilisants et de l'énergie utilisable — si les systèmes de traitement parviennent à les récupérer sans augmenter la demande énergétique externe. Une nouvelle étude rapporte une plateforme auto-alimentée qui relie l'osmose directe assistée électriquement (eFO) à une cellule de dessalement microbienne (MDC), permettant à l'électricité produite par les microbes alimentés par les eaux usées de piloter la récupération des nutriments et de l'eau. Lors de tests avec des eaux usées d'élevage synthétiques, le système en boucle fermée a utilisé la bioélectricité générée en interne pour entraîner la migration des ions magnésium, favoriser la formation de struvite, augmenter le transport d'eau et améliorer le dessalement. Ces travaux ouvrent la voie à des raffineries d'eaux usées compactes qui récupèrent des ressources tout en réduisant la dépendance à l'électricité externe.

Le traitement conventionnel des eaux usées s'est principalement concentré sur l'élimination des polluants, mais la pénurie croissante d'eau, les contraintes énergétiques et la demande d'engrais poussent le domaine vers la récupération des ressources. L'osmose directe (FO) peut aspirer l'eau à travers une membrane avec une faible pression hydraulique, tandis que les systèmes bioélectrochimiques tels que les cellules de dessalement microbiennes peuvent convertir la matière organique en électricité et aider à déplacer les sels. Pourtant, ces outils sont souvent utilisés séparément : les systèmes FO sont toujours confrontés à la polarisation de concentration et au flux de sel inverse, et l'osmose directe assistée électriquement nécessite généralement une alimentation électrique externe continue. Face à ces défis, des recherches approfondies sont nécessaires sur des conceptions de traitement intégrées capables de récupérer l'eau, les nutriments et l'énergie en un seul processus stable et à faible consommation d'énergie.

Des chercheurs de l'Université Temple et du New Jersey Institute of Technology ont publié (DOI: 10.1016/j.ese.2026.100730) l'étude dans Environmental Science and Ecotechnology en 2026 ; le manuscrit a été accepté le 4 juillet 2026. L'article présente un système intégré d'osmose directe assistée électriquement (eFO) et de cellule de dessalement microbienne (MDC) qui utilise la bioélectricité générée lors de l'oxydation de la matière organique pour entraîner la migration des ions, récupérer l'engrais struvite, améliorer le flux d'eau et renforcer le dessalement à partir d'eaux usées d'élevage synthétiques.

Le système transforme un défi de traitement en source d'énergie pour un autre. Dans le module eFO, un gradient osmotique tire l'eau du côté des eaux usées vers une solution de sulfate de magnésium. Lorsqu'un champ électrique modéré est appliqué, les ions magnésium migrent vers le côté des eaux usées, où ils réagissent avec l'ammonium et le phosphate et précipitent sous forme de struvite, un hexahydrate de phosphate d'ammonium et de magnésium, un engrais à libération lente. Dans la MDC, des microorganismes électroactifs oxydent la matière organique, génèrent des électrons et soutiennent le dessalement. Les chercheurs ont récolté cette électricité microbienne, l'ont stockée dans un supercondensateur de 400 farads, régulé la tension, et l'ont renvoyée à l'unité eFO. À l'échelle du laboratoire, la MDC a généré plus de 7,0 milliwatts, tandis que le module eFO a consommé moins de 1,0 milliwatt. Par rapport au témoin, le flux d'eau a augmenté de 57 %, la récupération de struvite est passée de 0,25 à 0,71 grammes à 1,8 volts, et l'efficacité totale du dessalement s'est améliorée de 45 %. À tension plus élevée, la récupération de struvite a atteint 1,03 gramme à 3,8 volts. Pour guider l'opération, l'équipe a également développé un modèle hybride combinant des équations de transport mécanistes avec une machine à vecteurs de support (SVM), permettant de prédire la récupération de struvite, la demande chimique en oxygène (DCO), la conductivité et la puissance de sortie dans différentes conditions opératoires.

Les auteurs ont déclaré que l'étude montre comment le traitement des eaux usées peut être repensé comme une boucle de récupération des ressources connectée plutôt qu'un ensemble d'opérations unitaires distinctes. Ils ont souligné que l'étape importante ne résidait pas seulement dans le couplage d'un processus membranaire avec un processus bioélectrochimique, mais aussi dans le fait de permettre à l'électricité générée par les microorganismes de contrôler directement le mouvement des ions et la formation d'engrais. Selon eux, cette rétroaction interne rend l'approche plus pratique pour les flux riches en nutriments tels que les eaux usées d'élevage, où la récupération d'eau, le contrôle de la salinité et la récupération du phosphore peuvent tous créer de la valeur.

Les résultats montrent des applications dans le traitement décentralisé des eaux usées, la gestion des déchets agricoles et les futures installations de récupération des ressources. L'article précise également que le passage à l'échelle nécessitera un travail d'ingénierie : la MDC a produit suffisamment d'énergie pour le module eFO, mais les temps de rétention hydraulique, le dimensionnement des modules, la récolte de struvite, l'entartrage des membranes et la durabilité des électrodes nécessitent encore une optimisation. Une évaluation technico-économique (TEA) a estimé un coût net de traitement à l'échelle du laboratoire de 10,2 dollars américains par mètre cube, tombant à 3,3 dollars américains par mètre cube dans un scénario de passage à l'échelle technique.

Références
DOI
10.1016/j.ese.2026.100730

URL source originale
https://doi.org/10.1016/j.ese.2026.100730

Informations sur le financement
L'étude a été partiellement soutenue par le Bureau of Reclamation des États-Unis (Attribution n° : 13761566 et R22AC00433) et le projet NSF/BSF (Attribution n° : 2215387). La publication de cet article a été partiellement financée par le Fonds de publication en libre accès des bibliothèques de l'Université Temple.

À propos de Environmental Science and Ecotechnology
Environmental Science and Ecotechnology (ISSN 2666-4984) est une revue internationale, évaluée par des pairs et en libre accès, publiée par Elsevier. La revue publie des vues et des recherches significatives sur l'ensemble du spectre de l'écologie et des sciences de l'environnement, telles que le changement climatique, la durabilité, la conservation de la biodiversité, l'environnement et la santé, la catalyse/le traitement verts pour le contrôle de la pollution, et l'ingénierie environnementale pilotée par l'IA. Le dernier facteur d'impact de l'ESE est de 14,3, selon les Journal Citation ReportsTM 2024.

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