PHYTEPUR – Développement d’un système de traitement des effluents des cultures hors-sol basé sur les propriétés phytoépuratoires des micro-algues

Depuis une vingtaine d’années, les productions légumières sous serres (cultures de tomates en particulier) ont connu un essor remarquable en France, qui s’est accompagné d’efforts importants pour limiter leur impact environnemental. Le procédé de culture hors-sol induit un rejet d’eaux concentrées en éléments nutritifs (e.g. nitrates, phosphates), correspondant à l’excédent de solution nutritive injectée dans le système qui n’est pas utilisée par la plante pour sa croissance. En cohérence avec les réglementations communautaires et françaises, cet excédent agricole ne peut être rejeté dans l’environnement immédiat de la serre, sous peine de polluer le milieu aquatique (eaux superficielles, souterraines, eaux de mer) et de contribuer à son eutrophisation.

Face à cet enjeu sanitaire et environnemental, les producteurs bretons ont adopté un système de recyclage de la solution nutritive drainée au sein de leur serre. Ce système présente néanmoins la contrainte d’accumuler l’élément sodium dans la solution au fil des recyclages successifs, induisant un risque de phytotoxicité pour la plante. Pour assurer la pérennité de la production, les producteurs sont donc toujours contraints de rejeter une partie de la solution drainée (entre 5 et 20%) dans le milieu naturel, malgré leur volonté d’améliorer l’impact environnemental de leurs activités.

En concertation avec l’AOP CERAFEL et la station expérimentale légumière et horticole du CATE, il a ainsi émergé la nécessité de trouver une solution technique et optimisée pour traiter ces rejets, et de fait, répondre aux objectifs de développement durable de l’agriculture et de reconquête de la qualité du milieu du bassin versant breton. Cet enjeu prend tout son sens en région Bretagne, où les productions légumières sous serres assurent 40 % de la production nationale et occupent 500 hectares du territoire.

Dans ce contexte est né le projet PHYTEPUR dont l’objectif était d’évaluer la faisabilité technique et économique de la culture de microalgues pour épurer les eaux de drainage des culture hors-sols et d’envisager la valorisation des biomasses produites en biostimulation des plantes. Pour cela, les équipes se sont attachées à :

• Caractériser les eaux de drainage ainsi que leur variabilité saisonnière tant du point de vue des volumes produits que des apports en nutriments générés
• Cribler différentes espèces de microalgues en fonction de leurs performances de croissance, d’épuration et de leur potentiel en biostimulation des plantes sur différentes fractions d’eaux de drainage (brutes, traitées UV, biofiltrées, issues de culture en laine de roche ou en fibre de coco), à différentes échelles et dans différents systèmes de culture (quelques millilitres à 10L, en colonnes de 30 à 300L, ou en photobioréacteur tubulaire).
• Evaluer le potentiel biostimulant sur différentes plantes modèles (Arabidopsis, laitue et tomate naine) des biomasses de microalgues produites et d’une série d’extraits, en s’appuyant sur des procédés de lyse cellulaire et d’hydrolyses enzymatique, alcaline ou encore hydroalcoolique.
• Mettre en œuvre une unité pilote au CATE pour collecter les données de performances et d’épuration d’une souche isolée des eaux de drainage, Coelastrella sp., en conditions réelles sous serre.
• Analyser l’ensemble de ces données pour évaluer la rentabilité d’un procédé de traitement des eaux de drainage par les microalgues et les éventuels freins/leviers pour atteindre cette rentabilité.

Menées en laboratoire au CEVA et au CATE (Saint Pol de Léon) pour la phase pilote (2023-2024), les différentes expérimentations ont permis :

• De valider la faisabilité de la culture de différentes espèces de microalgues sur les eaux de drainage avec des performances d’épuration en azote et en phosphate pouvant atteindre 100% d’abattement en laboratoire, jusqu’à 23 mg N/L/j et 17 mg PO₄/L/j de consommation moyenne journalière pour Coelastrella sp. par exemple.
• D’évaluer l’impact des conditions de culture (CO2, lumière, fractions d’eaux de drainage, supplémentation en phosphate, systèmes de culture) sur les performances de croissance et d’épuration et d’optimiser ainsi les conditions de fonctionnement du procédé de traitement des eaux de drainage par les microalgues.
• D’identifier les voies d’amélioration en condition pilote : traitement des eaux de drainage pour limiter la prolifération des microalgues et cyanobactéries naturellement présentes, amélioration de l’agitation dans les systèmes de culture, logistique d’apport des eaux, optimisation de l’apport de lumière, …
• De caractériser les biomasses produites et de sélectionner les extraits présentant des propriétés biostimulants sur laitue et tomate naine en particulier les extraits traités par ultrasonication et par endoprotéase à des doses d’application de 3g/L.
• D’orienter la poursuite des travaux vers des systèmes de culture permettant de maximiser l’accès à la lumière et donc les performances de croissance et d’épuration pour garantir la rentabilité du système de traitement (en limitant les volumes de culture nécessaire).

Partenaires et financeurs

Le projet PHYTEPUR (2020-2024) est co-financé par l’Agence de l’Eau Loire-Bretagne et la Région Bretagne. Il associe le CEVA, le CATE, le CERAFEL et VEGENOV.