La technologie BEAST du CNRC passe l'éponge sur les eaux usées de l'Arctique

Grâce à une technologie inédite du CNRC, les petites communautés éloignées traitent efficacement leurs eaux usées — et découvrent une source d'énergie insoupçonnée.

Dans les grandes municipalités, des usines d'épuration mécanique traitent les eaux usées à l'abri du regard. Ces installations complexes en extraient les contaminants pour rejeter un liquide propre dans les cours d'eau et les lacs voisins.

Cependant, la scène est tout autre dans les petites agglomérations éloignées. En effet, celles-ci ont rarement les ressources nécessaires pour bâtir de telles usines ou n'ont pas les spécialistes que requiert leur exploitation. D'autre part, de telles installations ont besoin d'électricité et celle que procurent les génératrices alimentées au diésel en accroît le coût d'exploitation de même que les émissions de gaz à effet de serre (GES).

Dans le Nord canadien, maintes communautés reculées, accessibles uniquement par avion, ont opté pour l'étang d'épuration, moins onéreux, au fonctionnement plus simple et d'un entretien facile. L'étang réduit la quantité de matières organiques et la population de bactéries présentes dans les eaux usées avant que l'on déverse celles-ci dans les rivières, les lacs ou l'océan. Malheureusement, ces étangs sont gelés la majeure partie de l'année, si bien que l'eau est rarement épurée à un degré acceptable.

Des scientifiques du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) ont imaginé une solution spécialement adaptée aux difficultés de ce genre. La nouvelle technologie d'épuration des eaux usées par traitement anaérobie bioélectrochimique (ou BEAST, acronyme de « BioElectrochemical Anaerobic Sewage Treatment ») a récemment été brevetée par le CNRC et promet un traitement moins coûteux, mais efficace, consommant peu d'énergie. Sous forme d'installation autonome ou intégrée aux étangs d'épuration existants, elle se démarque par la simplicité de son fonctionnement et de son entretien.

Robert Cooke, gestionnaire des infrastructures et des énergies propres chez Savoir polaire Canada (POLAIRE), souligne que les personnes qui ont assisté aux réunions de mobilisation tenues dans les territoires canadiens et l'Inuit Nunangat ont exprimé leur souhait de vivre dans un environnement plus hygiénique et moins pollué, de boire de l'eau potable salubre et de mieux gérer les déchets. Quand POLAIRE a examiné comment l'on pourrait apaiser certaines de leurs préoccupations, l'organisme a constaté que le CNRC avait déjà mis au point une technologie susceptible de répondre à ces attentes.

« Le réacteur BEAST du CNRC se prête à merveille à de telles problématiques, déclare-t-il. Il permet d'adapter le traitement des eaux usées aux besoins particuliers des communautés nordiques et les aide à s'affranchir des combustibles fossiles pour la production d'énergie. »

Contrairement aux usines d'épuration usuelles, qui injectent de l'air dans le bioréacteur pour accélérer la prolifération des bactéries qui décomposent la matière organique, la technologie BEAST utilise une très faible quantité d'air. Le réacteur intensifie plutôt la biodégradation au moyen d'un faible courant électrique (de 1,2   1,5 V). Cette technique coûte environ deux fois moins et fonctionne même aux températures proches du point de congélation.

Selon Boris Tartakovsky (Ph. D.), responsable scientifique du projet au CNRC, l'une des principales caractéristiques de la technologie, brevetée depuis peu, est sa capacité à récupérer l'énergie enfouie dans les déchets organiques sous la forme soit de biogaz, soit de chaleur. « On dispose donc d'une source locale d'énergie renouvelable qui aidera la communauté à réduire sa consommation de diésel », explique-t-il.

À pied d'œuvre

En 2020, M. Tartakovsky et Yehuda Kleiner (Ph. D.), chercheur au CNRC, ont expédié le premier réacteur BEAST de taille expérimentale de Montréal à la Station canadienne de recherche dans l'Extrême-Arctique (SCREA) de Cambridge Bay, au Nunavut. Quand les essais initiaux en ont confirmé l'efficacité, le réacteur a été installé dans un triplex de la SCREA qui accueille les chercheurs et les étudiants en visite.

Jason Etuangat, brigadier scientifique de POLAIRE, avait pour tâche de faire fonctionner le réacteur durant l'essai pilote. Il a expédié des échantillons au CNRC, à Montréal, afin qu'on les y analyse. À l'en croire, opérer et entretenir le réacteur ne pose aucune difficulté : « on voit l'eau sale y entrer et en ressortir propre ».

De plus grands modèles ont aussi été testés dans diverses conditions et à différents endroits, notamment à Montréal, en Alaska et dans le nord de l'Alberta. M. Tartakovsky signale des résultats prometteurs pour les expériences réalisées avec des réacteurs BEAST de taille variable. « En général, le réacteur retire plus de 90 % de la matière organique en moins de deux jours », affirme-t-il. Un étang d'épuration met habituellement des semaines ou des mois à atteindre une telle efficacité.

Un réacteur de traitement bioélectrochimique de trois cents litres capable de récupérer l'énergie est en cours d'installation à Nuuk, au Groenland, à 180 kilomètres d'Iqaluit, de l'autre côté du détroit de Davis. Parallèlement, une usine de démonstration fonctionnelle de 24  000 litres, la seule d'une telle ampleur sur la planète, a été érigée à Bezanson, en Alberta.

Vers un avenir plus pur

Les préparatifs vont bon train en vue d'essais plus poussés avec d'autres configurations et dans des lieux différents du Nord canadien. La technologie du CNRC peut aisément être modifiée pour satisfaire divers besoins, qu'il s'agisse d'une habitation ou d'une agglomération qui en compte des milliers.

À plus grande échelle, le réacteur BEAST engendre assez de gaz pour chauffer des lieux clos de taille moyenne (un atelier, un entrepôt ou une serre, par exemple), voire faire tourner des génératrices spécialement conçues pour cela. D'autres recherches dans les communautés porteront sur une gestion intelligente du biométhane qui se dégage du réacteur.

Le CNRC estime que cette technologie promet beaucoup. Ainsi, on pourrait la déployer sur les navires de croisière et d'autres bâtiments dans l'Arctique, dans les mines nordiques ou pendant les exercices militaires dans l'Arctique. Comme il consomme peu d'énergie, le réacteur pourrait fonctionner uniquement à l'énergie solaire, ce qui laisse entrevoir son usage éventuel dans les communautés modestes ou éloignées des pays en développement qui ne sont pas raccordées à un réseau d'électricité.

« Les relations que nous entretenons depuis longtemps avec POLAIRE nous ont permis de sortir la technologie BEAST du laboratoire pour la tester sur le terrain », conclut M. Tartakovsky. « Pour qu'elle progresse plus et pour explorer de nouvelles applications, nous encourageons les partenaires potentiels de l'industrie, du milieu universitaire et des administrations publiques à collaborer eux aussi avec nous. »