De nouveaux procédés de bioremédiation enzymatique pour l'industrie de la couleur

Colorants rouges, bleus, jaunes, verts, ... ajoutés au textile, au cuir, au plastique, aux cheveux, aux cosmétiques, l'homme invente sans cesse de nouveaux procédés pour colorer sa vie et il dispose aujourd’hui d'une grande diversité de colorants synthétiques. Leur diversité structurelle dérive de l'utilisation de groupements chromophores comme les groupements azoïques, anthraquinones, ... avec une production mondiale estimée à 800 000 tonnes par an. (tableau 1)

Cependant, durant le processus d’ennoblissement des textiles et des cuirs, suivant la nature chimique des colorants appliqués sur les fibres, entre 10 et 40 % ne sont pas fixés et finissent leur parcours dans les effluents rejetés par les industries (tableau 2). Les colorants sont intrinsèquement résistants à la dégradation, étant donné qu’ils sont développés pour résister à l'exposition à la lumière, à la transpiration, à l’eau, aux agents oxydants, aux attaques microbiennes. Face aux législations de plus en plus strictes de l'Union européenne en matière de rejet des eaux usées, l'industrie de la couleur se retrouve souvent en difficulté devant les coûts d’exploitation imposant des installations de traitement des effluents. Outre leurs coûts, les installations de traitements biologiques, physiques ou chimiques actuels ne donnent pas satisfaction à plusieurs points de vue. Parmi ceux-ci, citons la coloration des eaux rejetées et leur toxicité.

Depuis 2004, le projet SOPHIED™, un projet de recherche et d'innovation soutenu par le

Tableau 1 : Production de teintures par classe

Tableau 2 : Perte de teintures dans les effluents

6e programme cadre de l'Union Européenne, rassemble les recherches, les analyses et les tests pilotes de 7 universités, 3 centres de recherches et 16 PME à travers l'Europe dans le but de proposer à l'industrie de la couleur des procédés biotechnologiques innovants, durables et compétitifs. Wetlands Engineering est l'entreprise leader du projet, la coordination étant placée sous la responsabilité de l'Université catholique de Louvain.

Le cœur du projet SOPHIED™ couvre parallèlement 3 objectifs :

OBJECTIF 1

Développer des technologies innovantes de bioremédiation pour réduire la toxicité des eaux industrielles colorées,

OBJECTIF 2

Modifier des procédés de production de colorants existants pour les rendre plus respectueux de l'environnement et des travailleurs via l'utilisation de biotechnologie,

OBJECTIF 3

Créer de nouveaux biocolorants synthétisés par des voies biotechnologiques.

D'éminents scientifiques partenaires du projet étudient depuis de nombreuses années les champignons de la pourriture blanche du bois, bien connus pour leurs capacités de production d’enzymes oxydatives extracellulaires qui peuvent à l’état naturel dégrader la lignine du bois. La conjonction de leurs connaissances permet maintenant des avancées considérables en développant de nouvelles alternatives permettant des niveaux de décoloration allant jusqu’à 90 % et une réduction de la toxicité atteignant 70 % (figure 1).

Après avoir collecté en Guyane, Thaïlande ou encore dans les Îles Comores et criblé des centaines de souches fongiques et bactériennes, les chercheurs ont sélectionné 16 champignons ayant démontré un potentiel prometteur de décoloration et de détoxification des effluents pour des études plus intensives.

Les recherches se sont étendues tant sur la compréhension des mécanismes de dégradation par les enzymes, que sur la production de ces enzymes, la mise au point du procédé de traitement et le développement des réacteurs qui s'y rapportent. Les effets des différents paramètres caractérisant les effluents colorés tels que la température, le pH, la présence de sels… ont été pris en compte afin de développer les technologies les plus efficaces.

Un benchmarking est en cours afin de comparer l'efficacité de plusieurs types de réacteurs : de type fongique (libre ou immobilisé) et de type enzymatique (libre ou immobilisé).

Ces technologies sont comparées vis-à-vis d’un traitement bactérien classique d'une part, et d’ozonation d'autre part. Les paramètres pris en compte sont : la DCO (Demande Chimique en Oxygène), la DBO (Demande Biologique en Oxygène), la couleur, la cytotoxicité (sur modèles bactériens et humains), la génotoxicité et la biodégradabilité. Les résultats seront validés d'ici 6 mois.

Cette approche multidisciplinaire englobe la compréhension des besoins des industries, le développement de processus biotechnologiques, l'ingénierie des installations de traitement et de production pilotes, les transferts de technologies vers l'industrie et leur transposition à l’échelle industrielle.