Application multifonctionnelle de la zéolite pour l’élimination de l’ammonium et la réduction des émissions d’ammoniac dans les eaux usées, le lixiviat de carcasses et les rizières

Pourquoi il est important d’éliminer l’azote invisible

Une grande partie de l’approvisionnement alimentaire mondial dépend des engrais à base d’azote, mais ce même azote peut devenir un polluant caché lorsqu’il s’échappe dans l’eau et l’air. Un excès d’ammonium dans les rivières et les lacs favorise les proliférations d’algues et les mortalités de poissons, tandis que l’ammoniac gazeux issu des sols agricoles dégrade la qualité de l’air et gaspille un engrais précieux. Cette étude examine si un minéral naturel courant, la zéolite, peut jouer le rôle d’éponge réutilisable pour l’azote excédentaire — en épurant les eaux usées, en piégeant la pollution issue de la décomposition des carcasses animales et en limitant les pertes d’ammoniac des rizières.

Une roche qui se comporte comme une éponge

Les zéolites sont des minéraux volcaniques à structure en cage, parcourue de minuscules canaux capables de retenir et d’échanger des particules chargées comme l’ammonium. Les chercheurs ont d’abord étudié en détail une zéolite naturelle appelée clinoptilolite. À l’aide de microscopes et de tests chimiques, ils ont confirmé qu’elle présente une surface rugueuse et poreuse, une grande surface interne et de nombreux sites chargés négativement — des caractéristiques qui la rendent bien adaptée pour accrocher les ions ammonium chargés positivement. Ils ont également mesuré l’effet du traitement thermique sur le minéral, puisque le chauffage est souvent utilisé pour « activer » les matériaux et améliorer leurs performances.

Trouver le point optimal pour l’épuration dans l’eau

L’équipe a testé l’efficacité de la zéolite pour éliminer l’ammonium d’eaux usées synthétiques. Ils ont constaté que le minéral agit rapidement : la majeure partie de l’ammonium est capturée en 30 minutes, et la quantité maximale qu’il peut retenir est d’environ 10 milligrammes par gramme de zéolite. Une analyse détaillée a montré que l’ammonium ne s’accroche pas simplement en une seule couche lisse ; il se lie plutôt en couches multiples sur des sites de surface inégaux, et le processus se comporte comme une réaction chimique plutôt qu’un simple piégeage physique. Lorsque la zéolite a été chauffée jusqu’à 300 °C, ses performances sont restées similaires, mais à des températures plus élevées la structure cristalline a commencé à se détériorer. À 900 °C, le minéral avait presque perdu toute sa capacité à capturer l’ammonium, ce qui signifie que la zéolite « vierge » non traitée était en fait la mieux adaptée pour nettoyer l’eau.

Gérer le lixiviat des carcasses d’élevage

L’élimination des animaux morts après des épizooties peut créer des fosses d’enfouissement qui fuient un liquide riche en azote dans les sols et les nappes phréatiques avoisinants. Les chercheurs ont simulé le lixiviat de carcasses de porc traitées thermochimiquement et l’ont mélangé avec de la zéolite. Avec un niveau initial d’ammonium d’environ 50 milligrammes par litre, une dose de zéolite équivalente à 20 % de la masse de la carcasse a éliminé plus de 84 % de l’ammonium, et l’augmentation de la dose à 40 % a poussé l’élimination près de 90 %. Un chauffage modéré de la zéolite (environ 300–500 °C) a légèrement amélioré les performances dans ce liquide complexe, mais un chauffage intense a de nouveau endommagé le minéral. Ces résultats suggèrent que des barrières remplies de zéolite pourraient être placées autour des sites d’enfouissement pour intercepter et épurer les eaux souterraines contaminées avant qu’elles ne se propagent.

Réduire les pertes d’engrais et les odeurs d’ammoniac des rizières

L’étude a également examiné les émissions d’ammoniac provenant de sols de rizière inondés fertilisés à l’urée, un engrais azoté courant. Dans de petits bacs de rizière contrôlés, l’équipe a saupoudré différentes quantités de zéolite à la surface du sol avant l’inondation et la fertilisation. Sur 12 jours, ils ont collecté l’ammoniac évadé sous forme gazeuse. Avec le réchauffement, les émissions ont augmenté, mais les parcelles traitées à la zéolite ont systématiquement perdu moins d’azote vers l’air. La dose la plus élevée testée (30 grammes par enceinte) a réduit la perte cumulative d’ammoniac d’environ 46 % par rapport au sol sans zéolite. Étant donné que la quantité d’ammonium effectivement retenue par la zéolite dans ce dispositif était bien inférieure à sa capacité en laboratoire, les auteurs estiment que les champs réels pourraient probablement en tirer avantage sans saturer le minéral.

Ce que cela signifie pour les exploitations agricoles et l’eau propre

En termes simples, ce travail montre qu’une roche naturelle peu coûteuse peut aider à retenir l’azote précieux plutôt que de le laisser s’écouler ou s’évaporer. La clinoptilolite vierge nettoie rapidement l’ammonium des eaux usées et du lixiviat de carcasses et peut réduire de manière notable l’ammoniac gazeux s’échappant des rizières. Cela signifie des rivières plus propres, moins d’odeurs et de polluants atmosphériques, et une meilleure utilisation des engrais que les agriculteurs ont déjà payés. Les expériences ont été réalisées en laboratoire et dans des dispositifs simulant des champs, donc des essais à long terme sur le terrain sont encore nécessaires, mais l’étude identifie la zéolite comme un outil pratique pour une gestion plus durable de l’azote en agriculture et dans le traitement des déchets.

Citation: Lee, JI., Lee, CG., Hong, SC. et al. Multifunctional application of zeolite for ammonium removal and ammonia emission mitigation in wastewater, carcass leachate, and paddy. Sci Rep 16, 6327 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37062-4

Mots-clés: zéolite, pollution par l’ammoniac, traitement des eaux usées, lixiviat de carcasses d’élevage, émissions des rizières