Diversité microbiologique

Une culture de boue activée regroupe une grande variété de micro-organismes. Les espèces les plus importantes, pour le traitement d’eaux usées, sont les bactéries, group d’organismes muni d’innombrables membres. Ces bactéries déterminent la capacité de biodégradation, et donc l’activité, de la boue.

Des organismes de plus haut rang (principalement protozoaires) jouent aussi un rôle important. Les champignons ou levures peuvent être aussi présent dans le bioréacteur mais n’occupent qu’une petite place dans la population totale de boue.

La composition de la boue dépend de nombreux facteurs, tels que: composition de l’eau usée, température, aération, âge des boues, etc.

La communauté hétérogène de micro-organismes présente dans une station de traitement des eaux spécifique diffère selon les conditions de procédé appliquées. L’interaction à l’intérieur de cette diversité microbiologique, la différence des conditions d’opération et bien sûr, la compétition parmi toutes ces bactéries, fait que la composition de la boue ne sera pas la même dans deux stations différentes.

L’énorme différence entre les boues anaérobies et aérobies peut être mentionnée. Les différences entre des populations mésophiliques et thermophiliques sont aussi considérables. D’autres différences sont moins prononcées, on peut penser à la différence de composition selon les saisons (hiver versus été), ou quand la composition dans l’influent change brusquement.

Quel mécanisme détermine le genre de bactéries présentes dans une population de boue donnée ? Ci-dessous, quelques exemples :

La majorité des bactéries présentes dans la boue activée sont facultativement aérobies. Cela signifie qu’elles peuvent survivre aussi bien en présence qu’en absence d’oxygène. Cependant, il existe aussi une catégorie strictement anaérobie, qui ne peut pas survivre lors de périodes (prolongées) sans air. Enfin, certaines bactéries sont strictement anaérobies (par exemples les méthanogènes), pour eux O2 est un composé toxique. Evidemment, ce dernier genre de bactéries ne prend place que dans un système strictement anaérobie.

Selon les concentrations en oxygène dissous imposées dans une station aérobie, les bactéries facultativement ou strictement aérobies vont dominer. Les bactéries strictement anaérobies sont complètement absentes dans un système aérobie.

On peut aussi faire une distinction entre bactéries hétérotrophes et autotrophes :

• Les bactéries hétérotrophes gagnent leur énergie en oxydant les sources de carbone (= matière organique). Cette énergie est ensuite investit pour la croissance et la prolifération des cellules.
• Les organismes autotrophes sont les bactéries utilisant CO2 comme source de carbone. Comme les plantes, elles assimilent CO2 pour leur croissance cellulaire. L’énergie requise pour l’accroissement de cette biomasse est obtenue en oxydant l’ammonium-N en nitrate-N (= nitrification par Nitrosomonas et Nitrobacter). Cependant, du fait que seule une relativement faible quantité d’énergie peut être acquise grâce à ces réactions de nitrification, les organismes autotrophes ont un taux de reproduction plus bas que celui des hétérotrophes. Dans des conditions normales, cela signifie que les organismes autotrophes représentent seulement un petit pourcentage de la population totale de micro-organismes. Toutefois, si l’eau usée contient beaucoup d’azote (élément N), et peu de composés organiques carbonés, la présence de nitrifiants est favorisée et il est possible de retrouver plus d’autotrophes que d’hétérotrophes.

La nature exacte de la contamination organique joue un rôle déterminant dans la composition d’une certaine population de boue. Les micro-organismes qui possèdent un métabolisme particulier naturel pour la biodégradation de composés organiques difficilement dégradables sont favorisés.

L’évolution de la biomasse vers une population bactérienne avec des enzymes spécifiques, adaptés à la biodégradation de composés spécifiques est bénéfique pour l’efficacité de la station d’épuration. Plus la population est adaptée, meilleur est le rendement, l’abattement en DCO, N, P, etc. On parle alors de boue bien adaptée.

En conclusion, on peut dire que la loi fondamentale de « survie du plus adaptée » est valide dans un système aux boues activées. Les micro-organismes les plus adaptées aux conditions de procédé (aérobie anaérobie, mésophilique-thermophilique, nature de la contamination, etc.) dominent par rapport à ceux moins adaptés au milieu. Ceux étant peu adaptés représenteront donc un petit pourcentage et les moins acclimatés aux circonstances seront supprimés du fait de la compétition !