Potentiel de traitement du digestat liquide par cinq microalgues vertes en cultures non axéniques

Transformer les déchets en ressource

Les installations de digestion anaérobie transforment les déchets alimentaires et agricoles en biogaz, un carburant renouvelable. Mais elles laissent également un résidu aqueux appelé digestat liquide, riche en azote et en phosphore. Si ce sous-produit n’est pas correctement géré, il peut polluer les rivières et les sols. Cette étude examine si des microalgues vertes d’origine naturelle, cultivées en association avec des bactéries, peuvent épurer ce liquide difficile tout en convertissant ses nutriments en biomasse utile.

Pourquoi les restes posent problème

À mesure que la production de biogaz se développe dans le monde, le volume de digestat augmente aussi. La fraction liquide, qui représente la majeure partie du volume, est riche en éléments nutritifs pour les plantes mais contient aussi des résidus organiques et parfois des métaux lourds et des agents pathogènes. L’épandage sur les terres agricoles peut être utile comme fertilisant, mais en excès il provoque pollution des eaux et surcharge des sols. Les méthodes de traitement conventionnelles sont souvent coûteuses et peu efficaces, en particulier pour les petites unités ou les sites isolés. Une solution plus élégante consiste à utiliser le liquide comme milieu de culture pour des microalgues, capables de capter les nutriments, d’épurer l’eau et de produire de la biomasse valorisable en aliments pour animaux ou en biocarburants.

Mettre des microalgues sauvages à l’épreuve

Les chercheurs ont prélevé du digestat liquide d’une installation pilote traitant des déchets végétaux tels que maïs, pois et haricots. Ils l’ont dilué seulement cinq fois avec de l’eau et ne l’ont pas stérilisé, pour rester fidèles à des conditions réelles. Cinq souches de microalgues vertes, isolées de plans d’eau naturels plutôt qu’achetées en collection, ont été cultivées dans de petits réacteurs éclairés pendant quatre mois. Ces cultures étaient « non axéniques », c’est‑à‑dire que les algues vivaient en association avec leurs bactéries naturelles. L’équipe a suivi les principaux indicateurs de pollution — formes d’azote, phosphate et matière organique — ainsi que la croissance algale et les modifications de la communauté bactérienne.

Comment le contrôle du pH a tout changé

L’expérience comportait deux phases principales. Lors de la première phase de 60 jours, le digestat a été alimenté dans les réacteurs sans contrôle de l’acidité (pH). Les microalgues ont d’abord poussé, mais à mesure que la communauté mixte relâchait du dioxyde de carbone et transformait l’azote, le pH est progressivement descendu vers des valeurs légèrement acides. Ce ralentissement de la croissance a limité l’élimination des polluants : l’azote total a diminué d’environ 55–70 % et l’élimination du phosphate est restée inférieure à ~50 %. Dans la seconde phase de 60 jours, l’équipe a élevé et maintenu soigneusement le pH au‑dessus de la neutralité en apportant de petites quantités d’hydroxyde de sodium. Dans ces conditions plus alcalines, les algues se sont épanouies, les niveaux de chlorophylle ont augmenté et les réacteurs ont éliminé beaucoup plus d’azote et de phosphate, bien que l’élimination de certains composés organiques ait été moins efficace.

Algues, bactéries et jeu d’équilibre

Parmi les cinq espèces testées, les cultures dominées par Desmodesmus communis se sont distinguées. Elles ont éliminé près de 90 % de l’azote total et plus de 90 % du phosphate durant la phase avec contrôle du pH, même si cette algue n’atteignait pas les densités cellulaires les plus élevées. Son avantage semble lié à ses structures multicellulaires plus volumineuses et à sa manière d’interagir avec les bactéries associées. L’analyse génétique a montré qu’avec la hausse du pH, l’équilibre des groupes bactériens a changé : certains ont décliné, tandis que d’autres, favorables aux milieux alcalins et riches en nutriments, sont devenus plus abondants. Certaines bactéries semblaient spécialisées dans la dégradation de la matière organique complexe, tandis que d’autres contribuaient à l’élimination de l’azote et du phosphore ou rendaient ces nutriments plus accessibles aux algues. La performance globale résultait de cette communauté mixte et coopérative plutôt que des algues seules.

Du rejets pollués à des cycles plus propres

En termes simples, l’étude montre que laisser la communauté algues–bactéries « faire son travail » ne suffit pas : un contrôle précis du pH est crucial pour libérer tout leur potentiel épurateur. Dans de bonnes conditions, des microalgues vertes sauvages, vivant avec des bactéries, peuvent éliminer la majeure partie de l’excès d’azote et de phosphore du digestat liquide en n’utilisant qu’une dilution modeste et sans stérilisation. Cela rend le liquide traité plus sûr pour une réutilisation dans les installations de biogaz ou pour un rejet éventuel dans l’environnement, tandis que la biomasse algale produite peut devenir un produit secondaire. De tels systèmes peuvent contribuer à boucler les cycles de nutriments, réduire les déchets et rendre la production de biogaz plus durable.

Citation: Sobolewska, E., Borowski, S. & Nowicka-Krawczyk, P. Liquid digestate treatment potential of five green microalgae in non-axenic cultures. Sci Rep 16, 14589 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45636-5

Mots-clés: microalgues, digestat anaérobie, élimination des nutriments, biogaz, traitement des eaux usées