L’UGent développe de nouveaux processus microbiens pour recourir à la circularité dans l’espace et sur terre

D’ici quelques années, l’Agence Spatiale Européenne (ESA) prévoit une mission spatiale qui sera le cadre d’une expérience particulière pendant 40 jours. Ce projet spatial est également en cours de préparation dans le Centre d’Ecologie et de Technologie Microbiennes (CMET) de l’université de Gand (UGent). On y expérimente des processus microbiens qui devront purifier et recycler les flux de déchets lors de vols habités dans l’espace. Le projet doit aussi inspirer des idées à appliquer sur terre. Il doit permettre la mise en place d’un système circulaire fermé plus performant sur terre. Nous avons rencontré le Professeur Ramon Ganigué, spécialiste en biotechnologie environnementale.

Le Professeur Ramon Ganigué est depuis quelques années associé à la Faculté de génie des biosciences de l’Université de Gand (UGent), où il enseigne également la « biotechnologie environnementale ». Auparavant, il avait également mené des recherches sur des processus microbiens et l’assainissement de l’eau à l’Université de Gérone (Espagne) et sur la maîtrise de la corrosion et des odeurs dans les égouts à l’Université du Queensland (Australie). Ce projet de recherche avait été couronné par le prix de l’innovation « International Water Association Global 2014 ». Aujourd’hui, il travaille à Gand sur un projet spatial de grande ampleur. Quelques universités, dont celles d’Anvers et de Mons, sont impliquées, sous la direction de l’UGent, dans le projet MELiSSA, le système de support de vie régénératif pour les vols spatiaux habités qui est développé par l’Agence Spatiale Européenne (ESA). Ce programme ambitieux a pour objectif de produire de la nourriture, de l’oxygène et de l’eau à partir des déchets de la mission. Dans ce cadre, l’urine joue un rôle important du fait de la forte teneur en azote. La nitrification de l’urine est la technologie de traitement privilégiée car elle produit un flux de liquide stable qui est riche en nitrate et pauvre en matières organiques biodégradables. Ce flux peut dans une phase ultérieure servir d’engrais pour les plantes.

Un projet captivant

Dans le laboratoire du Centre d’Ecologie et de Technologie Microbiennes (CMET) le long de la Coupure à Gand, le professeur Ramon Ganigué et son équipe travaillent sans relâche. Ils développent de nouveaux bioprocessus qui devront recycler certains déchets lors des voyages spatiaux, notamment donc l’urine. « Ce sont les mêmes bactéries que nous utilisons aussi ici sur terre dans les stations d’épuration de l’eau », dit Ganigué. « Alors que, ici sur terre, différentes bactéries effectuent la même transformation, nous ne pouvons utiliser dans l’espace qu’un seul type de bactérie par fonction. L’ESA doit également savoir avec précision quelles bactéries nous introduisons à bord. C’est un projet captivant. Nous ne savons pas encore comment ces micro-organismes vont réagir aux conditions environnementales différentes qui règnent dans l’espace. Par exemple, nous ignorons encore l’effet d’un environnement sans gravité et nous allons notamment analyser aussi l’impact du rayonnement cosmique sur les bactéries. Comme diverses expériences ont déjà démontré que certaines espèces peuvent survivre dans l’espace, je crois que cette expérience réussira aussi. » Il faut aussi développer une technologie pour réaliser de telles expériences dans l’espace, ainsi que des instruments et des méthodes pour en analyser les résultats.

Dans l’espace, il est essentiel d’établir un système circulaire très fermé axé sur la réutilisation. En astronautique, l’eau représente 90% de la masse totale. Pour pouvoir organiser des missions spatiales de longue durée, il est indispensable d’agencer divers circuits de première nécessité en boucle fermée. Si l’on peut produire de l’eau potable à partir d’eaux usées et purifier l’urine, l’homme devient plus indépendant dans l’espace et les vols spatiaux peuvent durer plus longtemps. « Dans l’espace, on ne peut pas se permettre de perdre des choses car l’acheminement de nouveaux équipements ou de nouvelles matières premières coûte très cher, aussi faut-il pouvoir tout réutiliser », dit Ganigué. Il espère que la vision de ce projet spatial aura aussi des répercussions sur terre. « Je suis très attentif à l’environnement. Ce projet circulaire doit inspirer les gens sur terre. Ce qui peut se faire dans l’espace doit aussi et plus que jamais pouvoir se faire sur terre. Notre société doit se diriger vers un système entièrement circulaire où les nutriments, le CO₂ et l’eau sont réutilisés autant que possible. Je suis convaincu que les bactéries peuvent jouer un rôle clé pour atteindre ces objectifs. »

Composants utiles

Les connaissances accumulées dans l’espace doivent donc aussi servir sur terre. Le professeur espère que les nouveaux processus développés seront aussi utilisés sur terre pour des systèmes circulaires fermés analogues. « Les bactéries exploitées dans l’espace seront par la suite également utilisées sur terre », dit Ganigué. « Elles pourront être utilisées d’une manière mieux contrôlée dans divers environnements. Les bactéries doivent agir de façon plus rapide et plus efficace et résoudre des problèmes dans des situations complexes. Avec ce projet spatial, je souhaite comprendre encore mieux le fonctionnement de ces processus microbiens. » Les processus microbiologiques peuvent nous apporter beaucoup, estime le professeur. « Avec des bactéries, nous pouvons créer une certaine valeur », dit Ramon Ganigué. « C’est la meilleure façon de décomposer et de purifier des matières organiques. C’est une opération difficile à réaliser avec des technologies physico-chimiques. Je mène aussi des recherches sur la valorisation des composants organiques. A partir de matières organiques contenues dans les eaux usées, on peut extraire des composants utiles. Les bactéries peuvent transformer des flux de déchets en composants utiles, notamment des acides gras et des alcools. On peut ensuite les réutiliser comme matières premières dans l’industrie chimique. Ce sont des molécules précieuses que l’on peut utiliser pour différentes applications, comme les bioplastiques, les substances antimicrobiennes, etc. A partir de certains flux de déchets, on peut aujourd’hui valoriser aussi des protéines. »

Nouveaux organismes et nouveaux réacteurs

L’UGent mène encore d’autres projets pour valoriser des flux de déchets. Nous pensons naturellement à Capture (Centre for Advanced Process Technology for Urban Resource), un centre de recherches sur la réutilisation de matières premières. Capture est une plateforme qui réunit des instituts de recherche et des entreprises pour relever les défis de demain. Dans le cadre de Capture, une collaboration étroite a été mise en place avec l’université d’Anvers, le VITO et la Vrij Universiteit Brussel. Ganigué est membre de Capture. Toutes ses recherches s’inscrivent dans Capture. « Au sein du consortium Capture, nous menons notamment des recherches pour éliminer l’azote avec de nouvelles technologies thermophiles », dit Ganigué. « Ces nouvelles technologies ne sont qu’un exemple. C’est une collaboration unique impliquant beaucoup d’autres partenaires. » Par ailleurs, Capture et l’UGent se penchent aussi sur d’autres processus innovants. Citons par exemple les nouvelles technologies de réacteurs pour la production d’acides gras. « Il n’existe pas de grands réacteurs ou installations pour la production d’acides gras », dit Ganigué. « Nous voulons mettre au point des petits réacteurs économes en énergie mais à haute capacité pour convertir des matières organiques en acides gras. Pour les flux d’eau et les flux connexes, on peut utiliser une technologie granulaire. Au final, cela permet de réduire les coûts. La production d’acides gras constitue aussi une approche pour l’assainissement de l’eau. Nos réacteurs doivent fonctionner rapidement et pouvoir sauter plusieurs étapes du processus de purification. »

L’objectif de Capture est de rapprocher le monde universitaire et les entreprises ayant une lourde empreinte écologique et de réaliser des recherches sur la réutilisation de matières premières. Ces recherches seront notamment menées dans un nouveau bâtiment en cours de construction à Zwijnaarde. Des acteurs privés y seront également impliqués. Le projet semble déjà atteindre cet objectif. Ce qui est positif aussi, c’est que le monde des entreprises s’implique de plus en plus dans Capture. Il existe une plateforme économique de 19 entreprises pour collaborer avec les chercheurs spécialisés dans l’eau. La plateforme économique axée sur la valorisation du CO₂ a été lancée récemment avec 4 entreprises au sein de Capture.

Qualité microbiologique de l’eau

La plateforme Capture vise aussi à mener des recherches sur la qualité de l’eau potable. Pour continuer à garantir cette qualité, le Centre d’Ecologie et de Technologie Microbiennes (CMET) collabore avec Aquaflanders, l’organisation faîtière flamande des entreprises d’eau potable, à une vaste étude comparative de capteurs pour une surveillance continue de la qualité microbiologique de l’eau. Actuellement, des chercheurs à la Faculté de génie des biosciences de l’UGent testent des capteurs innovants détectant les plus petites impuretés contenues dans l’eau courante. De cette manière, l’on peut rapidement détecter une contamination bactérienne ou une autre pollution. « Des méthodes enzymatiques, des appareils optiques et des cytomètres à flux continu ont été testés conjointement dans un centre de production d’eau potable », explique le Prof. Bart De Gusseme, promoteur de l’étude. « Avec cet équipement, nous pouvons compter en ligne les bactéries contenues dans l’eau potable. Ainsi pouvons-nous déceler rapidement des anomalies sérieuses dues à une contamination bactérienne ou une autre pollution. Cette recherche appliquée est unique par son étendue et constitue une première dans la collaboration entre l’UGent et les entreprises de distribution d’eau potable. » La qualité de l’eau du robinet est étroitement contrôlée. En Flandre, quelque 11.000 échantillons sont prélevés chaque année chez des clients et font l’objet d’analyses portant sur 42 paramètres de qualité. Du reste, des contrôles sont effectués dans tous les centres de production, les réservoirs et les châteaux d’eau, ce qui permet de mesurer la présence éventuelle de centaines de substances différentes.

Professeur Ramon Ganigué:

« Les bactéries exploitées dans l’espace seront par la suite également utilisées sur terre. »

Professeur Ramon Ganigué:

« Avec des bactéries, nous pouvons créer une certaine valeur. »

Professeur Ramon Ganigué:

« La production d’acides gras constitue aussi une approche pour l’assainissement de l’eau. »