Coagulants-floculants organiques - cas du chitosane

L’analyse bibliographique des études sur les coagulants-floculants organiques est proposée dans le chapitre 2.3.2.2. Dans la présente section, le chitosane est sélectionné comme objet d’étude représentant cette classe des coagulants-floculants organiques.

6.1.1 Bibliographie spécifique chitosane

Le chitosane (figure 6.1) est un biopolymère qui suit le comportement d’un polyélectrolyte cationique. Des études ont montré l’efficacité du chitosane notamment en fin de phase exponentielle de croissance (Figure2.7(b)) sur la floculation de microalgues d’eau douce (Lavoie et al., 1984; Divakaran & Pillai, 2002). Dans ces études, la floculation est observée à des concentrations inférieures à20mg.L−1de chitosane dans la suspension. Les auteurs notent qu’une trop grande concentration en chitosane a pour effet d’augmenter la viscosité du milieu, ce qui gêne alors la sédimentation.

Figure6.1 – Unité de base du biopolymère chitosane.

Rashid et al. (2013b) montrent que l’efficacité de séparation de C. vulgaris induite par l’ajout de chitosane dépend du solvant dans lequel ce chitosane est dissous. Les meilleures performances sont obtenues dans leur étude avec de l’acide chlorhydrique (autres solvants testés par ordre décroissant d’efficacité de séparation : acide phosphorique, acide nitrique et acide citrique) et pour des concentrations de chitosane de 30 mg.L−1. Dans une autre étude des mêmes auteurs, la concentration en chitosane la plus efficace s’avère être 120mg.L−1 (Rashid et al.,2013a). L’évaluation de la concentration optimale de chitosane permettant la floculation paraît compliquée. En plus des chiffres précédemment cités, pour Riano et al. (2012), la plus grande efficacité de floculation est obtenue à des concentrations de 1. Pour Xu et al. (2013),

optimale de 100 mg.L−1 et d’après une analyse de cycle de vie comparative, la floculation au chitosane est plus efficace, d’un point de vue des critères économiques et environnementaux, que la floculation au sulfate de fer, la centrifugation et la filtration en chambre presse.

Outre le solvant utilisé pour dissoudre le chitosane, le pH se révèle aussi être un paramètre essentiel de l’efficacité de floculation (Figure6.2). Dans l’étude de Divakaran & Pillai(2002), le pH des suspensions est modifié par ajout d’acide chlorhydrique avant la mise en contact avec le chitosane. L’efficacité de récupération est alors maximale pour un pH7. D’après les auteurs, les flocs produits pour de faibles concentrations en algues sont peu denses et ont tendance à flotter. Ils précisent aussi que les cellules résistent à ce type de floculation et peuvent être de nouveau mises en culture.

(a) (Divakaran & Pillai,2002) (b) (Lavoieet al.,1984)

Figure6.2– Effet du pH sur l’efficacité de suppression d’algues d’eau douce lors d’une floculation au chitosane.

Dans une autre étude, la floculation au chitosane deChlorellaest maximale à pH8, les autres pH testés étant5,5et7 (Cheng et al.,2011b). Il est aussi suggéré que de grandes concentrations en polysaccharides membranaires sont dans ce cas favorables à la floculation. La présence de forces intermoléculaires type liaison hydrogène est supposée pour expliquer la floculation qui ne serait pas ici, la résultante du phénomène de neutralisation de charge. Il n’existe en réalité pas de vrai consensus sur le mécanisme de floculation induit par l’ajout de chitosane. Tenney et al.(1969) parlent de neutralisation de charges de surface et/ou de pontage entre les algues.

Comme précisé précédemment, l’efficacité de récolte avec les polyélectrolytes cationiques chute avec l’augmentation de la force ionique (Figure2.8). Étant données les forces ioniques rencontrées dans les cultures de D. salina, l’analyse bibliographique ne laisse que peu d’espoir en ce qui concerne la déstabilisation de cette microalgue par ajout de chitosane.

6.1.2 Test de récolte de D. salina par ajout de chitosane

Pour ce test, 100 mg de chitosane sont dissous dans 10 mL d’acide chlorhydrique à 0,1M. La solution obtenue est complétée avec de l’eau déminéralisée pour atteindre 100 mL, soit une concentration pour la solution de chitosane préparée de 1 g.L−1. 6 jartests contenant

350mLd’une suspension algale deD. salina (souche Gruissan cultivée dans une eau synthétique hypersalée Ifremer) sont préparés. Le pH de la suspension avant tentative de récolte est de 7,5. Initialement, la gamme de concentrations de chitosane ajouté s’étale entre5mg.L−1et50mg.L−1 de suspension initiale. La solution de chitosane est donc ajoutée dans différentes proportions dans chacun des jartests, une agitation à 100RP M est maintenue pendant 3min, puis interrompue pour observer les déstabilisations et séparations éventuelles.

Sur la gamme initiale testée, ni floculation, ni séparation ne sont observées. La solution de chitosane restante est alors ajoutée progressivement au jartest le plus concentré. Au-delà de

100mg.L−1, une très légère floculation de ce qui semble être des déchets de culture est observée. Ces quelques flocs décantent mais la séparation globale reste négligeable. La concentration en chitosane dans la suspension est portée jusqu’à150mg.L−1, sans que de séparation caractérisable ne soit constatée.

Les échantillons portés à 20 mg.L−1 et150 mg.L−1 sont placés dans le flottatest (voir matériel et méthodes spécifiques flottation § 5.4.1). Aucune flottation n’est observée après injection de milieu de culture pressurisé à6bars. La suspension n’est pas déstabilisée par ajout de chitosane dans ces proportions.

6.1.3 Conclusion sur la déstabilisation d’une suspension de D. salina par

ajout de chitosane

La déstabilisation des suspensions hypersalines de D. salina par ajout de chitosane ne peut être envisagée. En effet, aucune déstabilisation n’a été constatée jusqu’à des concentrations de

150 mg.L−1 de suspension initiale. Sachant qu’une culture extérieure autotrophe de D. salina

n’excède par 0,5 g_{M S}.L−1, la concentration maximale en chitosane testée représente déjà une consommation de300mg de chitosane par gramme de matière sèche récoltée. Dans l’éventualité où une déstabilisation serait constatée pour des concentrations en chitosane supérieures à

150mg.L−1, le procédé ne serait pas économiquement envisageable. En effet, le prix du marché du chitosane tourne autour de10−20$/kgen2013, soit3,3−6,6$/kg_{M S} minimum si la séparation s’avère efficace.