Une étude publiée dans Environmental Science and Ecotechnology présente une plateforme auto-alimentée qui transforme les eaux usées en une source d'eau propre et d'engrais. Des chercheurs de l'Université Temple et du New Jersey Institute of Technology ont développé un système en boucle fermée qui relie l'osmose directe assistée électriquement (eFO) à une cellule de dessalement microbienne (MDC), permettant à l'électricité produite par les microbes alimentés par les eaux usées de piloter la récupération des nutriments et de l'eau.
Le système répond au besoin croissant de récupérer les ressources des eaux usées dans un contexte de rareté de l'eau, de contraintes énergétiques et de demande d'engrais. Le traitement conventionnel se concentre sur l'élimination des polluants, mais la conception intégrée permet la récupération de l'eau, des nutriments et de l'énergie en un seul processus stable. Le module eFO utilise un gradient osmotique pour extraire l'eau des eaux usées vers une solution de sulfate de magnésium. Lorsqu'un faible champ électrique est appliqué, les ions magnésium migrent vers le côté des eaux usées, réagissant avec l'ammonium et le phosphate pour former de la struvite, un engrais à libération lente.
Le composant MDC abrite des microorganismes électroactifs qui oxydent la matière organique, générant des électrons qui soutiennent le dessalement. Les chercheurs ont récolté cette électricité microbienne, l'ont stockée dans un supercondensateur de 400 farads, régulé la tension, et l'ont renvoyée à l'unité eFO. À l'échelle du banc d'essai, le MDC a généré plus de 7,0 milliwatts, tandis que le module eFO a consommé moins de 1,0 milliwatt. Par rapport au témoin, le flux d'eau a augmenté de 57 %, la récupération de struvite est passée de 0,25 à 0,71 grammes à 1,8 volt, et l'efficacité totale du dessalement s'est améliorée de 45 %. À tension plus élevée, la récupération de struvite a atteint 1,03 gramme à 3,8 volts.
Pour guider le fonctionnement, l'équipe a développé un modèle hybride combinant des équations de transport mécanistes avec une machine à vecteurs de support (SVM), permettant de prédire la récupération de struvite, la demande chimique en oxygène (DCO), la conductivité et la production d'énergie dans différentes conditions. Les auteurs ont souligné que l'étude montre comment le traitement des eaux usées peut être repensé comme une boucle de récupération des ressources connectée plutôt que comme des opérations unitaires séparées. La rétroaction interne, où l'électricité microbienne contrôle directement le mouvement des ions et la formation d'engrais, rend l'approche plus pratique pour les flux riches en nutriments tels que les eaux usées d'élevage.
Les résultats pointent vers des applications dans le traitement décentralisé des eaux usées, la gestion des déchets agricoles et les futures installations de récupération des ressources. Cependant, le passage à l'échelle nécessitera un travail d'ingénierie : le MDC a produit suffisamment d'énergie pour le module eFO, mais les temps de rétention hydraulique, le dimensionnement des modules, la récolte de la struvite, le colmatage des membranes et la durabilité des électrodes doivent être optimisés. Une évaluation technico-économique a estimé un coût net de traitement à l'échelle du banc d'essai de 10,2 $ par mètre cube, tombant à 3,3 $ par mètre cube dans un scénario de passage à l'échelle technique.
L'étude a été partiellement soutenue par le Bureau of Reclamation des États-Unis (subventions n° 13761566 et R22AC00433) et le projet NSF/BSF (subvention n° 2215387). La publication a été financée en partie par le Temple University Libraries Open Access Publishing Fund. L'étude complète est disponible à l'adresse https://doi.org/10.1016/j.ese.2026.100730.
