VI.1. Définition d’une algue*
Les algues sont l’ensemble des organismes autotrophes, c'est-à-dire capables de se développer par photosynthèse, c'est-à-dire des organismes capables de synthétiser, à partir de gaz carbonique, d'eau et de sels minéraux, les sucres, protéines et autres substances organiques essentiels à leur croissance. On dit alors de ces organismes qu’ils sont autotrophes.
Toutefois, il existe des espèces hétérotrophes ou mixotrophes. Ces organismes se reproduisent par voie non sexuée et présentent une croissance rapide par division cellulaire (Pelczar, 1993).
Leur taille varie du micron à la centaine de microns, elles se trouvent en abondance dans les
*http://www.activalg.fr/p_index.php, 13/04/2011
milieux aquatiques (océans, rivières, lacs, etc.). Leur classification s'effectue sur base de la couleur (contenu pigmentaire): chlorophycées (algues vertes), rhodophycées (algues rouges), cyanophycées (algues bleues, cyanobactéries). Le choix du pigment comme critère de classification se justifie aisément. En effet, les pigments chez les végétaux jouent un rôle essentiel dans la transformation de l’énergie des photons de la lumière en énergie chimique (transfert d’électrons) nécessaire au bon fonctionnement des réactions chimiques de la plante.
Toutefois, d’autres critères de classification peuvent être établis. Ainsi, les algues peuvent classer selon l’organisation du thalle (thalle unicellulaire (microphytes) ou thalle pluricellulaire (macrophytes)), l’habitat (algues d’eau douce ou algues marines) et la taille. En outre, une classification plus détaillée basée sur l’analyse du génome peut être réalisée, mais sortirait du cadre de notre sujet de recherche.
VI.1.1. Mode de nutrition des algues
VI.1.1.1. Les algues mixotrophes
Les algues mixotrophes sont les microorganismes susceptibles d’adopter soit l’autotrophie soit l’hétérotrophie comme mode de nutrition (Ouarghi, 2003).
VI.1.1.2. Les algues hétérotrophes
Ces organismes ne peuvent pas synthétiser eux-mêmes les substances organiques dont ils ont besoin pour leur croissance et sont par conséquent obligés d’utiliser celles produites par d’autres organismes. L’hétérotrophie est donc le mode de nutrition qui permet l’assimilation directe des substances organiques, de façon plus ou moins indépendante de la photosynthèse. Ce processus se produit dans les conditions de faible illumination où le glucose peut remplacer la lumière comme source d’énergie (De La Noüe et Choubert, 1985;
Huang et al., 2010).
VI.2. Rôles des algues dans l’épuration
Les algues dans le CAHR favorisent le traitement et la désinfection de l’effluent par une action directe et indirecte (Ganapati, 1975; Dor et Svi, 1980). Le rôle direct des algues se traduit par la production d’oxygène d’une part lors de la photosynthèse ce qui permet la survie des bactéries épuratrices (Oswald, 1981; Gutzeit et al., 2007) et d’autre part, par l’assimilation et conversion des nutriments des eaux usées notamment l’azote et du phosphore (Redalje et al., 1989). De plus, les algues assurent le traitement tertiaire des effluents grâces un ensemble d’effet (Pouliot et De la Noüe, 1985):
Récupération du CO2 dissous et gazeux par le biais de la photosynthèse,
diminution de la Demande Biochimique en Oxygène (DBO) grâce à la fonction hétérotrophe des algues, l’action bactérienne, ou les deux à la fois,
oxygénation de l’eau qui contribue à l’oxydation de la matière organique résiduelle, action bactéricide des algues qui réduit les risques de survie de pathogène.
L’activité photosynthétique des algues induit indirectement une perte d’azote par stripage de l’ammoniac lorsque le pH augmente (Picot et al., 1991) bien que l’effet de strippage soit limité. Les pertes en phosphore sont liées à la précipitation du phosphate avec les cations divalents comme le calcium, le magnésium suite à une augmentation du pH (Beneman et al., 1980; Sukenik et Shelef, 1984; Sukenik et al., 1985; Lavoie et De la Noüe, 1987; Sukenik et al., 1988; El Halouani, 1990). Par ailleurs, les variations journalières de pH au sein du CAHR lié à l’activité photosynthétique des algues, entraînent un abattement croissant des germes pathogènes en fonction de l’augmentation du pH, avec une accélération de la mortalité à partir de pH 9,6 et principalement quand la température est élevée (Mezrioui et Baleux, 1992). Les pH alcalins et les fortes teneurs en oxygènes dissous inactivent les bactéries coliformes (El Hamouri et al., 1995). Setyo (1992) montre que les algues peuvent exercer deux pressions sur les bactéries d’origines entériques:
l’excrétion de substances chimiques possédant des propriétés abiotiques (acides acycliques, des nucléosides, acides gras…).
l’élévation du pH lié aux processus de photosynthèse qui rend les eaux basiques. Cette augmentation du pH entraine une croissance du taux de mortalité pour les coliformes thermotolerants.
Par ailleurs, Jupsin et al. (2004) ont montré que l’effet combiné de la lumière, du pH et de la température permet d’améliorer l’élimination des bactéries. Ces auteurs poursuivent en affirmant que la désinfection est également dépendante de l’intensité lumineuse qui entraine des cycles journaliers de l’abattement des bactéries. Par ailleurs, Vasel et al. (2004) ont proposé un outil intégrant le processus de désinfection dans un modèle mathématique général du CAHR combinant l'hydrodynamique du réacteur, le pH, la demande biochimique en oxygène, la concentration en algue, et des variations journalières de la lumière.
VI.3. Rôle de la température et de la lumière dans l’épuration
L’épuration des eaux usées doit comprendre une étape de désinfection dont l’objectif est de réduire la teneur en agents pathogènes de ces eaux. Cette étape peut consister en un traitement chimique comme l’utilisation de l’ozone (Sobsey, 1989), physique comme l’utilisation des rayons UV ou naturel (Brissaud et al., 2000). Ce dernier type de traitement est la combinaison d’actions de facteurs physiques, environnementaux comme les rayons solaires, la température, le pH et l’oxygène (Pearson et al., 1987). Dans les bassins de stabilisation, où la désinfection naturelle est mise en œuvre, la géométrie et les paramètres hydrauliques des bassins de maturation sont étudiés pour conduire à de fortes réductions des concentrations des coliformes fécaux (CF) (WHO, 1987; Brissaud et al., 2003). Dans le CAHR, l’élimination des germes pathogènes est contrôlée par la température. En effet, les faibles températures limitent les effets du pH défavorables à la survie bactérienne (Mezrioui et Baleux, 1992). Toutefois, les températures élevées agissent sur la survie bactérienne. En effet, les fortes températures permettent l’augmentation de la constance de diffusion de produits toxiques et favorise donc leur contact avec les cellules bactériennes, d’où une augmentation de la mortalité bactérienne (Mezrioui et Baleux, 1992). De même, les fortes températures agissent sur la survie bactérienne en stimulant la multiplication des prédateurs bactériens ou en rendant ces prédateurs plus actifs. Par ailleurs, le rayonnement solaire contribue pour une part importante dans l’élimination des bactéries pathogènes et coliformes fécaux. Cependant, de meilleurs rendements sont obtenus en couplant l’action du pH et celle du rayonnement solaire (Mezrioui et Baleux, 1992). La lumière solaire et les radiations UV agissent différemment sur les bactéries. L’effet des radiations sur les bactéries est direct alors que l’action de la lumière est indirecte et est provoquée par la croissance des algues qui élève le pH et l’oxygène dissous par photosynthèse (Mezrioui et Baleux, 1992).
En outre, Ouali et al. (2011) ont également montré que la cinétique de mortalité des E. coli et enterococci est dépendante des paramètres physicochimiques du milieu (pH, oxygène dissous, la température de l’eau et l’intensité lumineuse). Pour ces auteurs, la mortalité des bactéries augmente avec le pH, l’intensité lumineuse et la température. Les E.coli sont essentiellement inactivés par des dommages internes liés à la photo-oxydation qui est étroitement dépendante du pH et de l’oxygène dissous. Par contre, les enterococci sont inactivés par photo-oxydation catalysée par des dommages photosensibilisants exogènes.