Dans le cadre du programme FONCER-TEDGIEER, les cocandidats et collaborateurs s’évertuent à faire cohabiter recherche appliquée et recherche fondamentale, comme en témoignent leurs publications scientifiques, contrats industriels et financements de projet de recherche coopérative. Ces collaborations avec le monde industriel permettront l’insertion des travaux dans le tissu industriel, dans un souci de rigueur scientifique fondamentale. Ils capitaliseront sur leurs expertises complémentaires pour mener des activités de recherche à la fine pointe orientée vers la conception et l’implantation de technologies de dépollution des eaux/effluents résiduaires (à travers l’utilisation de sources d’énergies renouvelables) et de récupération/réutilisation des ressources naturelles.
Projets de recherche en cours
Élimination à la source des résidus médicamenteux des eaux usées d’hôpitaux : une approche innovatrice de traitement de contaminants émergents
Ce projet de recherche a été mis sur pied pour répondre à une problématique de portée mondiale portant spécifiquement sur l’élimination des contaminants émergents réfractaires (CER) de type résidus médicamenteux issus des eaux usées d’hôpitaux (EUH). Ces contaminants sont à l’origine de nombreuses perturbations de la faune aquatique et constituent de plus un risque pour la santé humaine. Le traitement à la source des résidus médicamenteux, notamment à la sortie des établissements hospitaliers, par l’utilisation de technologies efficaces permettrait de limiter l’impact néfaste de ces rejets dans l’environnement. Pour ce faire, nous entrevoyons l’exploitation du potentiel extraordinaire d’une technologie de biotraitement à membrane (BioUF) (couplé ou non à un procédé d’électro-oxydation avancée (EOA)) pour apporter une solution efficace aux traitements des CER des EUH tout en respectant l’environnement (sans ajout de produits chimiques) et en générant des retombées socioéconomiques au Québec et au Canada. Ces travaux de recherche visent les objectifs principaux suivants : 1) Développer une méthodologie originale de suivi des CER basée sur l’adaptation de méthodes de spectrométrie de masse; 2) Concevoir et tester la technologie de BioUF pour le traitement des CER des EUH; 3) Accroître la capacité de dégradation de ces CER en développant une technologie de couplage BioUF/EOA; 4) Évaluer l’impact écotoxicologique des CER en lien avec le procédé proposé; 5) Réaliser une étude de faisabilité technico-économique.
Chercheur principal : Patrick Drogui (INRS)
Collaborateurs : Rajeshwar Dayal Tyagi (INRS), Sébastien Sauvé (Université de Montréal)
Développement de nouvelles formulations d’enzymes-biochars immobilisés pour le traitement des eaux usées chargées en contaminants émergents : carbamézipine et diclofénac
Les effluents provenant des hôpitaux et des industries pharmaceutiques riches en contaminants émergents posent un risque potentiel pour l’environnement en contaminant en particulier les sols, les aquifères souterrains et les réservoirs d’eau douce. D’autant plus qu’au Québec et en Inde, ces effluents sont mélangés avec les eaux usées municipales et ne font pas l’objet de traitement spécifique avancé. Les différentes méthodes utilisées pour le traitement des eaux usées dans les stations d’épuration se sont montrées peu efficaces pour ce type de contamination. Pour preuve, plusieurs familles de contaminants émergents, en particulier pharmaceutiques comme la carbamézipine, le diclofénac et la chlortétracycline, ont été détectées dans l’environnement. De nouvelles méthodes impliquant des étapes de sonication et/ou des traitements électrochimiques sont proposées, mais avec les quantités de boues générées et les volumes d’eau à traiter, ces méthodes ont une efficacité limitée et sont souvent très coûteuses. Ce projet vise une nouvelle technique basée sur l’utilisation de la formulation-immobilisation enzymatique. Nos premiers travaux nous ont permis de cibler des champignons facilement cultivables sur les déchets agroalimentaires et qui sont capables de produire des enzymes efficaces (de la famille des laccases) pour la biodégradation de plusieurs contaminants émergents (comme la carbamézapine et le diclofénac). Ces enzymes laccases seront exploitées dans ce projet pour le développement de formulation d’enzymes-biochars immobilisées. Ces formulations seront par la suite testées pour la biodégradation de la carbamézipine et du diclofénac comme modèles. Il sera par la suite facile d’intégrer cette technologie innovante et verte dans les stations d’épuration déjà existantes en Inde et au Québec.
Chercheure principale : Satinder K. Brar
Collaboratrice : Rosa Galvez, Université Laval
Nouveaux micro et nanosystèmes utilisant des enzymes ligninolytiques pour dégrader les composés pharmaceutiques actifs présents dans les eaux usées et l’eau potable
Les composés pharmaceutiques actifs (CPA) sont des polluants émergents présents dans l’eau potable et les eaux de surface en bonne partie en raison de leur persistance dans les effluents. Les CPA sont présents dans certains milieux aquatiques à des taux suffisamment élevés pour nuire aux organismes vivants. Les CPA ne sont pas retirés efficacement par les traitements conventionnels des eaux usées (par ex. boues activées) ni par les traitements avancés (par ex. ozonation, filtration sur membrane). La plupart des méthodes de traitement avancé exigent de nouvelles infrastructures ce qui fait augmenter les coûts. Dans ce contexte, de nouveaux micro et nanosystèmes de type « charbon actif-enzyme » peuvent être développés pour éliminer entièrement ces composés émergents des eaux traitées sans avoir besoin de nouveaux équipements. Ce projet comporte les objectifs suivants : 1) développer différents micro et nanosystèmes incluant du charbon actif et des enzymes ligninolytiques immobilisées (BEMS/BENS); 2) tester la performance des BEMS/BENS en utilisant des eaux usées contenant les principaux CPA tels que carbamazépine, gemfibrozil, naproxen, diclofénac et sulfaméthoxazole; 3) effectuer une analyse technico-économique des meilleures technologies; et 4) étudier à l’échelle du banc d’essai les processus technico-économiques en conditions réelles. En plus de fournir des données de présence de ces composés, le projet examinera leur destin lors du traitement par BEMS/BENS afin d’évaluer l’impact de cette méthode de traitement tout en fournissant d’importantes informations sur la persistance ou la transformation de ces composés et leur toxicité résiduelle.
Chercheure principale : satinder K. Brar
Collaborateurs: Rajeshwar Dayal Tyagi (INRS), José Valéro
Formation de biocatalyseurs novateurs pour l’élimination de polluants émergents
Ce projet vise la stabilisation et l’insolubilisation d’enzymes ligninolytiques (ex : laccase, manganèse peroxydase, etc.) pour l’élimination continue de polluants émergents phénoliques (ex : bisphénol A, nonylphénol, etc.). Différentes approches seront utilisées, telles que la production d’agrégats d’enzymes réticulés (cross-linked enzyme aggregates, CLEAs) et l’immobilisation à la surface du chitosane pour former des biocatalyseurs insolubilisés présentant à la fois une grande activité et une bonne stabilité. Les propriétés de ces biocatalyseurs ainsi que leur capacité d’élimination de ces polluants émergents seront étudiées
Chercheur principal : Hubert Cabana
Chaire de recherche en bioconversion des eaux usées et des boues d’épuration en produits à haute valeur ajoutée
L’objectif principal des travaux de la chaire est la bioconversion des eaux usées et des boues d’épuration en produits à valeur ajoutée (PVA). Les PVA en cours de développement sont des biopesticides, des bioplastiques, des enzymes, des biocoagulants et de la bioénergie. De nouvelles souches microbiennes sont isolées pour obtenir un rendement élevé de PVA. Les études d’optimisation des processus utilisant ces nouvelles souches microbiennes sont menées à différentes échelles: laboratoire et usine pilote. Étant donné que les déchets sont utilisés comme matière première dans la production de PVA, la variation de composition de la matière première a une incidence sur la qualité du produit final. Par conséquent, la stabilité du rendement du produit est grandement affectée. Des stratégies sont développées afin de relever ce défi et d’atteindre la qualité souhaitée pour les produits. Deux des produits à valeur ajoutée, les biopesticides et les bioplastiques, sont à l’étude à l’échelle de l’usine pilote pour de futurs essais sur le terrain.
Chercheur principal : Rajeshwhar D. Tyagi
Décontamination des boues d’épuration et leur utilisation pour produire des substances à valeur ajoutée
Les boues produites par les stations d’épuration posent de sérieux problèmes d’élimination. La présence dans ces boues de métaux toxiques et de pathogènes est le principal problème rencontré. Nous avons développé un procédé biologique de décontamination des boues d’épuration. Les boues décontaminées ainsi que des boues brutes ayant de faibles teneurs en métaux sont encore riches en C, N, P, K et peuvent servir comme sources idéales pour la production de produits de grande valeur commerciale (Bacillus thuringiensis (Bt) ou biopesticide, enzyme protéase) et biofertilisant (rhizobium). L’objectif global de ce projet de recherche multidisciplinaire est de décontaminer les boues et de développer de nouveaux procédés pour obtenir des produits à valeur ajoutée en utilisant celles-ci comme matière première. L’objectif spécifique est d’étudier la biolixiviation et la récupération des métaux de boues d’industrie; l’hydrolyse des boues vise à augmenter la biodégradation de la matière organique pour l’accroissement des microorganismes désirés; la production de Bt, les enzymes alcalines utilisant différentes souches standards de Bacillus (incluant l’isolation, la caractérisation de souches à partir de boues, l’optimisation du procédé, la récupération de l’enzyme) et la production de rhizobium. Ce projet nous permettra de concevoir des nouveaux procédés de décontamination des boues, de production de biopesticides de haute entomotoxicité et d’enzymes protéases, et d’utiliser les boues d’épuration (une approche pour convertir des déchets en ressources) qui de toute manière, sont destinées vers les terres agricoles ou forestières.
Chercheur principal : Rajeshwhar D. Tyagi