BiEauPile
Le projet de recherche en bioremédiation BiEauPile, porté par l’ESAIP, vise à dégrader le principal métabolite du glyphosate, grâce à des biopiles sédimentaires.
Le glyphosate et son résidu, l’AMPA
Le glyphosate est l’herbicide le plus utilisé dans le monde, avec plus de 800 000 tonnes vendues en 2014. La France en consomme 1 % (9 700 tonnes en 2018, contre 8 800 tonnes en 2017), ce qui en fait la deuxième substance active la plus employée sur le territoire français, derrière le soufre (14 150 tonnes en agriculture conventionnelle et biologique), avec 12 % des ventes totales sur la période 2016-2018. Sur la période 2009-2018, il demeure également le premier herbicide vendu en France, parmi les 122 substances actives recensées à cet usage. [Source : notre-environnement.gouv.fr]
Une fois dans la nature, le glyphosate est rapidement décomposé en un composé toujours toxique, l’AMPA (acide aminométhylphosphonique). Par des phénomènes de ruissellement et de lessivage, l’AMPA s’accumule progressivement dans les sédiments, formant un réservoir où sa concentration est généralement plus élevée que dans l’eau elle-même.
L’AMPA est détectée dans 75 % des eaux de surface surveillées en France. Il constitue aujourd’hui un indicateur de pollution particulièrement suivi, en raison de ses impacts potentiels sur la santé des écosystèmes et sur la santé humaine, dans une approche intégrée « One Health ». [Source : Naïades]
Le projet BiEauPile
C’est pour répondre à cet enjeu de dépollution que ce projet de 3 ans, nommé BiEauPile, a été lancé à l’ESAIP, en 2024, par l’Enseignante-Chercheuse : Erica Bicchi.
Au quotidien, cette recherche est conduite par trois chercheuses aux profils scientifiques différents, pour une approche interdisciplinaire :
• Ilona Marmouget-Joyau : Doctorante spécialisée en Biologie et Ecologie
• Charlène Courbois : Ingénieure de Recherche en Chimie Analytique
• Coline Perdrier : Ingénieure de Recherche en Bioprocédés
Trois sites d’étude en Loire-Atlantique
L’étude repose sur trois sites du bassin versant Loire Sud, en Loire-Atlantique, choisis pour représenter des milieux contrastés. L’étang de Villeneuve-en-Retz et le lac de Grand-Lieu constituent les milieux d’eau douce, et le port du Collet représente le milieu salin. L’eau et les sédiments prélevés sur ces trois sites, aux différentes saisons, alimentent les biopiles étudiées en laboratoire.
La biopile sédimentaire : dépolluer en produisant de l’énergie
Au cœur du projet BiEauPile se trouve un dispositif de biopiles sédimentaires.
Concrètement, une biopile est composée pour moitié de sédiments et pour moitié de l’eau de surface récoltés sur le terrain. Une anode est placée dans le sédiment, une cathode dans l’eau, et les deux électrodes sont reliées par des fils métalliques.
Leur fonctionnement repose sur un consortium de bactéries, dont certaines ont la capacité de dégrader des molécules organiques, comme l’AMPA, et d’autres dites électro-actives capables de transférer des électrons du milieu vers l’anode.
Ces électrons sont captés par l’anode puis transférés vers la cathode, ce qui génère un courant électrique, selon le principe d’une pile électrochimique classique.
Cette méthode de bioremédiation présente donc un double intérêt : la dépollution par la stimulation de microorganismes qui dégradent la matière organique polluante et l’énergie produite en résultant. A terme, ces dispositifs de bioremédiation pourraient être rendus autosuffisants par l’autoalimentation des capteurs de surveillances nécessaires.
La méthode de recherche BiEauPile
Le potentiel des biopiles sédimentaires est étudié sur les milieux à l’état naturel, mais aussi dans des conditions plus contrôlées, où le milieu est modifié artificiellement. En effet, cette seconde approche répond à un verrou analytique, puisque les concentrations naturelles en AMPA sont souvent variables et parfois trop faibles pour s’assurer de sa dégradation significative via les méthodes de détection existantes aujourd’hui.
Cinétique de dégradation et saisonnalité en milieu naturel
La cinétique de dégradation et l’effet de la saisonnalité en milieu naturel sont portés par la doctorante Ilona Marmouget-Joyau, qui bénéficie d’un co-financement de sa thèse par Angers Loire Métropole et la Région Pays de la Loire, dans le cadre d’un contrat doctoral de 3 ans.
L’objectif est d’identifier, au cours des quatre saisons, les niveaux d’efficacité de la biopile, en tenant compte des variations physico-chimiques et biologiques du milieu (microorganismes, concentration en AMPA).
Ce suivi saisonnier est complété par une étude de la cinétique de dégradation de l’AMPA sous différentes conditions. Il s’appuie sur le dopage des échantillons pour suivre précisément dans le temps, la vitesse de dégradation de l’AMPA.
Optimisation de la biopile en milieu contrôlé
La recherche sur l’optimisation de la biopile en milieu contrôlé est portée par Charlène Courbois et Coline Perdrier, toutes deux ingénieures de recherche. Leur travail de recherche sur 2 ans est financé en majeure partie par les fonds européens FEDER.
Leurs travaux ont pour but d’identifier les paramètres clés du dispositif de la biopile sédimentaire reliées aux performances de dépollution, pour en optimiser le design. Pour cela, elles utilisent des milieux contrôlés dopés en AMPA et s’appuient sur les autres études menées dans le projet.
Deux recherches complémentaires
Loin d’être indépendantes, les deux recherches menées dans le cadre du projet BiEauPile se répondent. L’étude en milieu naturel révèle les conditions dans lesquelles la biopile est la plus efficace et fournit un cadre de référence issu du terrain. Le travail en milieu contrôlé, lui, permet d’isoler et d’ajuster les paramètres du système pour en améliorer les performances.
Perspectives de la BiEauPile
Les travaux menés dans le cadre du projet BiEauPile avancent, et les premiers résultats sont prometteurs. Plusieurs pistes sont d’ores et déjà envisagées pour la suite du projet, notamment l’extension de la méthode à d’autres molécules organiques. Le système développé est en effet transposable à d’autres types de polluants organiques, tels que les microplastiques, les PFAS ou certains résidus médicamenteux, ouvrant la voie à des applications de dépollution bien au-delà du seul cas du glyphosate et de l’AMPA.