3.1) L’absorption des nutriments et la production algale

III.3.1.1) Schéma expérimental

Afin de déterminer quel est le mode de fonctionnement annuel optimal pour le lagunage à haut rendement algal, nous avons décidé d’établir quelles sont les influences de la densité algale et du taux de renouvellement des bassins sur l’épuration d’azote et de phosphore ainsi que sur la croissance algale. Quatre séries d’expérience ont été menée dans ce but, à différentes périodes de l’année, en enregistrant la lumière incidente et la température de l’eau des bassins.

On a considéré le printemps et l’été comme saisons favorable à la photosynthèse et l’automne et l’hiver comme saisons défavorables. Plusieurs densités algales et taux de renouvellement sont testés pour chaque type de saison favorable ou défavorable à la photosynthèse.

Les expériences 1 et 2 se sont déroulés pendant 8 semaines en hiver (décembre, janvier & février) et au printemps ( mars, avril, mai). Quatre densités (0.1 ; 0.2 ; 0.4 et 0.6 g .l ^–1) ont

été testées pendant 2 semaines à différents taux de renouvellement (0.25 ; 1 ; 2 et 4 vol. j ^–1). Les algues ont été récoltées tous les 15 jours.

Les expériences 3 et 4 se sont déroulés pendant 8 semaines en été ( juillet & août) et en automne (octobre, novembre). Quatre taux de renouvellements (0.25 ; 1 ; 2 et 4 vol.j ^–1) ont été testées pendant 4 semaines à une densité algale de 0,1 g.l^-1, qui c’est avérée non limitante pour la photosynthèse au cours des 2 expériences précédentes. Les algues ont été récoltées tous les 6 jours.

Les conditions testées et leur durée sont résumées dans le tableau III.1.

Tableau III.1: Fréquence de récolte des algues, densités algales et taux de renouvellement testés dans les paramètres les deux LHRA

Fréquence de récolte

(j)

Densité algale initiale (g PS.l^-1)

Taux de renouvellement (vol.j^-1)

Lagunage 1 Lagunage 2 Lagunage 1 Lagunage 2

0,4 0,6 1 1 0,1 0,2 1 1 0,6 0,6 1 2 Hiver 15 0,4 0,4 4 0,25 0,4 0,4 2 1 0,6 0,6 4 0,25 0,4 0,6 1 1 0,2 0,1 1 1 Printemps 15 0,1 0,1 2 4 0,1 0,1 2 1 Eté 6 0,1 0,1 4 0,25 0,1 0,1 1 0,25 Automne 6 0,1 0,1 4 2

111 III.3.1.2.1) Le taux de renouvellement

Le taux de renouvellement est réglé à l'aide des débitmètres situés dans la salle d'élevage et la valeur du débit en entrée des deux lagunages est mesurée chaque jour à l’aide d’une éprouvette de deux litres et d’un chronomètre.

Il s’exprime en volume de lagunage par jour et se calcule avec la formule suivante :

Taux de renouvellement = QLHR / VLHR

Avec : QLHR = débit du bassin de lagunage en l.j^-1 VLHR = volume du bassin de lagunage en litres

III.3.1.2.2) La densité algale

Elle est mesurée à l'aide d'un cylindre en PVC ouvert en haut et en bas. Il est plongé en six points du bassin et les algues piégées dans le cylindre sont récoltées avec une épuisette, puis essorées. Les six échantillons d'algues sont pesés, sur une feuille d'aluminium préalablement tarée, permettant de calculer le "poids frais". Ils sont ensuite mis à l'étuve à 110°C pendant 48 heures. Une fois sec, les échantillons sont pesés à nouveau pour obtenir le "poids sec" (PS).

On calcule la densité algale dans les LHRA avec la formule suivante :

Da = [µ × 1000] / [Π × r²× h] avec:

Da = densité algale en g PS .l^-1

µ = poids moyen des échantillons (g PS) r = rayon du cylindre = 0,1 mètre

h = hauteur d'eau dans les bassins = 0,55 mètres

III.3.1.2.3) Le rendement algal

Il est calculé pour mesurer la croissance algale dans les bassins de lagunages entre deux dates et s'exprime en gramme de poids sec par mètre carré de lagune et par jour (gPS.m^-2.j^-1).

Ce paramètre est calculé à partir des résultas de deux biométries algales consécutives grâce à la formule suivante:

Ra = [(Da i+1 - Da i) × V_LHR] / [S_LHR× t] avec:

Da i= densité algale initiale (gPS.l^-1)

Da i+1 = densité algale suivante au bout du temps t (gPS.l^-1) V_LHR = volume du bassin de lagunage (litre)

S_LHR = surface du bassin de lagunage (m²)

t = durée entre les deux biométries successives (jour)

III.3.1.3) Les analyses physico-chimiques

III.3.1.3.1) Les analyses chimiques de l'eau

Les prélèvements d'eau en entrée et en sortie des lagunages (L1 & L2), ont été réalisés 3 fois par semaine à 9h00. L’effluent d’entrée dans les deux lagunages est le même et correspond à l’effluent prélevé en entrée de filtre biologique dans le circuit pilote. L’effluent de sortie des deux lagunages a été prélevé dans les bacs collecteurs correspondant.

Le traitement d’analyse des échantillons a été le même que celui décrit dans le paragraphe I.3.3. Le pH a été mesuré à l’aide d’une électrode combinée Ag/AgCl (ORION^®) et les analyses effectués sur ces échantillons ont été :

L’ammoniaque, le nitrite et le nitrate pour calculer l’azote inorganique dissous (NID) et les phosphates (PO₄^3-). Les méthodes utilisées sont décrites dans le paragraphe I.3.3.

Le carbone inorganique dissous (CID) mesuré à l’aide du TOC 5000 (Shimadzu^).

Les résultats ont été moyennés en fonction de la période de récolte des algues. Pour chaque rendement algal, on a calculé :

- le taux de renouvellement moyen des bassins de LHRA

- les influx moyens en nutriments en entrée de LHRA qui s’expriment en gramme d’azote ou de phosphore par mètre carré de lagunage et par jour (g .m^-2.j^-1):

Influx = CENT × QLHR / SLHR

avec CENT = concentration moyenne en nutriments dans l’effluent d’entrée en mg.l^-1 QLHR = débit moyen de l’effluent dans le LHR en l.j^-1

SLHR = surface du LHR en m²

- l’absorption moyenne en nutriments dans le LHRA qui s’exprime dans la même unité que l’influx :

113

Absorption = [ (C_ENT – C_SOR) / 1000 ] × Q_LHR / S_LHR

avec : C_SOR = concentration moyenne en nutriments dans l’effluent de sortie en mg.l^-1

III.3.1.3.2) Les variables climatiques

Pour mesurer la température de l'eau et la lumière incidente auxquelles les algues sont soumises au cours de l’étude, on utilise des enregistreurs étanches (HOBO Temp /externe Pro et RH/Temp/Lumière) qui mémorisent les valeurs avec un pas de temps de 5 minutes.

Les enregistreurs de lumière ont été placés juste au dessus des bassins et les valeurs sont exprimées en lumens.ft^-2 et converties en µE.m^-2.s^-1.

Pour chaque rendement algal mesuré, on a calculé :

la lumière incidente moyenne qui prend en compte l’intensité lumineuse incidente et la photopériode.

la température moyenne.

III.3.1.4) L’ analyse statistique des résultats

Les résultats ont été étudiés par des analyses de corrélation de Pearson réalisées à l’aide du logiciel Sigmastat^. Les paires de variables ayant un coefficient de corrélation (ρ) associée à une probabilité (P) inférieure à 0,05 tendent à évoluer ensemble (dans le même sens si ρ est positif et de façon opposée si ρ est négatif). Plus ρ est proche de ±1 et plus P est faible, plus la corrélation entre les deux variables est forte.