Brevet FR3088064A1 — publié le 20200508

UTILISATION DE LA COQUE DE LA NOIX DE COCO POUR AMELIORER L'EPURATION BIOLOGIQUE EN MILIEU AQUATIQUE L'invention se rapporte au domaine de la filtration et la bio-épuration en milieu aquatique. Plus particulièrement, elle concerne l'utilisation de la coque de la noix de coco en tant que support à la formation d'un biofilm apte à dégrader efficacement les composés toxiques du cycle de l'azote présents dans un aquarium. Domaine technique Le lancement d'un aquarium nécessite d'être vigilant lors de la mise en place du cycle de l'azote qui représente un danger pour les poissons du fait de la présence de composés toxiques dans l'aquarium, à savoir d'ammoniaque et de nitrites. En effet, lors de la première phase, on observe tout d'abord l'apparition d'un pic d'ammoniaque puis un pic de nitrites. L'utilisation de systèmes de filtration de l'eau permet, au bout de quelques semaines, d'atteindre un équilibre grâce aux bactéries ayant colonisé les masses filtrantes. En effet, ces bactéries sont capables de dégrader les composés toxiques au fur et à mesure de leur formation de sorte à transformer la matière organique en nitrate. L'association de plantes aquatiques à l'élevage de poissons en aquarium permet la consommation de l'excès de nitrates par les plantes ; c'est le principe de l'aquaponie (Figure 1). Les bactéries responsables de la dégradation des molécules du cycle de l'azote sont principalement les bactéries Nitrosomas et Nitrobacter. Ainsi, ces bactéries sont associées aux systèmes de filtration des aquariums. Le milieu étant aqueux et différents substrats étant présents, les bactéries Nitrosomas et Nitrobacter ont donc tendance à former des biofilms, ce qui leur confèrent un pouvoir de bioépuration plus efficace que si elles étaient séparées sans former de biofilm étant donné la densité de bactéries dans un biofilm. Les systèmes de filtration pour aquarium contiennent généralement des masses filtrantes pour accueillir des bactéries, ces masses étant placées dans des contenants constitués majoritairement, voire uniquement, de matières plastiques. Or, ces matières plastiques sont peu propices au développement de bactéries sous forme de biofilms, du fait de leur faible porosité et de leur manque de compatibilité chimique avec la matrice extracellulaire sécrétée par les bactéries. Ainsi, le contenant de la masse filtrante n'est jamais envisagé comme une opportunité pour améliorer la bio-épuration. Pour compenser cette situation, la plupart des systèmes dits « de filtration » d'aquarium concentrent un maximum de substrat dans un volume minimum afin de maximiser la formation de ces biofilms. 2 Exposé de l'invention Les inventeurs ont mis en évidence le fait que la coque de la noix de coco présente plusieurs avantages pour la bio-épuration d'un aquarium. Elle constitue tout d'abord un support d'accueil adapté au développement des bactéries. Cette colonisation des parois internes et externes de la coque par les bactéries du genre Nitrosomas et Nitrobacter permet ensuite la mise en place d'un biofilm dans la masse filtrante contenue dans la coque, ainsi que sur la coque elle-même. Ce biofilm est la forme d'organisation de la vie bactérienne qui est la plus efficace pour la bioépuration. D'autre part, des éléments d'observation suggèrent que la composition même du biofilm qui s'est constitué au contact de la coque de la noix de coco confèrerait un pouvoir de bioépuration plus important que lorsque que la masse filtrante associée au biofilm est dans un autre contenant. Enfin, la coque de noix de coco est un bois imputrescible donc qui va résister à l'eau plusieurs année ; il s'agit d'un système écologique dans son utilisation et sur le long terme. Une disposition avantageuse de la coque pour exposer la masse filtrante contenue à l'intérieur de la coque à la frontière air-eau permet d'améliorer encore le système en favorisant l'accès à l'oxygène pour les bactéries, permettant une meilleure transformation des composés azotés. Ainsi, la présente invention concerne, dans son acceptation la plus large, l'utilisation de la coque de la noix de coco, notamment sous forme fragmentée, pour la bio-épuration de tout milieu aquatique. La coque de la noix de coco est particulièrement adaptée à une utilisation en aquarium, et notamment aquaponie. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Un premier objet de l'invention concerne l'utilisation de la coque de la noix de coco en tant que support à la formation d'un biofilm pour une épuration biologique en milieu aquatique. Par « bio-épuration » ou « épuration biologique » au sens de l'invention, on entend la possibilité pour des êtres vivants, incluant les plantes, champignons et bactéries symbiotes par exemples, de diminuer la pollution d'un milieu, c'est-à-dire de faire baisser la concentration d'un composé chimique considéré nocif pour le milieu en dessous d'un seuil limite. 3 Par « biofilm » au sens de l'invention, on entend une communauté multicellulaire plus ou moins complexe, souvent symbiotique, de micro-organismes (bactéries, champignons, algues ou protozoaires), adhérant entre eux et à une surface, et marquée par la sécrétion d'une matrice adhésive et protectrice. Il se forme généralement dans l'eau ou en milieu aqueux. Le biofilm est une étape normale ou potentielle du cycle de vie de la plupart des bactéries. On peut noter au sujet du biofilm que : - la densité de bactéries est plus importante dans un biofilm que sous forme séparée (dans l'eau par exemple); - les biofilms, notamment la matrice adhésive et protectrice secrétée, permettent une meilleure résistance / résilience des bactéries aux traitements effectués. Les inventeurs ont montré qu'en utilisant une noix de coco comme enceinte contenant un substrat comme des billes d'argile, la colonisation du substrat par les bactéries responsables de la bio-épuration était accélérée. D'autre part, ils ont observé que la bio-épuration en tant que telle est améliorée car en cas de changement dans la pollution de l'eau d'un aquarium (ex : excès de nourriture), la bioépuration se maintient mieux dans le temps et résiste mieux aux fluctuations des concentrations de composés à dégrader. Dans un mode de réalisation préféré, la bio-épuration concerne les molécules du cycle de l'azote. Dans un autre mode de réalisation, la bio-épuration peut concerner tout milieu aquatique pollué. Ainsi, le milieu aquatique peut être un aquarium, un effluent industriel ou tout autre milieu aqueux contenant des composés pouvant être dégradés par des microorganismes capables de former un biofilm. Dans un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, la coque de noix de coco est utilisée pour la bio-épuration dans un aquarium. Une fois en contact avec la coque, les bactéries vont se développer et former un biofilm à la fois sur la coque et sur la masse filtrante contenue dans la coque. Le fait que les bactéries forment un biofilm plus rapidement montrent que la coque de noix de coco constitue un très bon support de la culture bactérienne. De manière préférée, la coque est partiellement immergée dans l'eau de l'aquarium. En effet, une immersion partielle facilite les échanges gazeux au niveau du biofilm. 4 Les bactéries colonisant la coque sont en particulier les bactéries du genre Nitrosomas et Nitrobacter, bactéries impliquées dans la dégradation des composés toxiques du cycle de l'azote et respectivement responsables de la transformation de l'ammoniaque en nitrites et des nitrites en nitrates. L'accès à l'oxygène est indispensable pour la dégradation de ces composés par les bactéries. Dans le cadre de la bio-épuration dans un aquarium, la coque de la noix de coco peut disposer d'ouvertures pour permettre le passage de l'eau de l'extérieur vers l'intérieur et de l'intérieur vers l'extérieur. Elle est de préférence ouverte, par exemple coupée en deux. De plus, un système d'attache peut être associé à la coque pour permettre son immersion partielle dans l'eau de l'aquarium. Il peut par exemple s'agir d'un système d'accroche pouvant être positionné sur la paroi de l'aquarium ou d'une tige traversante qui peut être posée sur les bords de l'aquarium. Par conséquent, un des avantages de la présente invention est de favoriser l'apparition et le maintien d'un biofilm grâce à l'utilisation d'une coque de noix de coco en tant que support de la colonie bactérienne. Aucune solution technique de fitration/épuration pour aquarium décrite antérieurement n'envisage d'améliorer la bio-épuration en mettant à contribution des propriétés du contenant du substrat. Grâce à la mise en place plus rapide et au développement d'une surface de biofilm plus importante que dans les systèmes de l'état de la technique, la coque de noix de coco en morceaux peut également être utilisée en tant que masse filtrante, seule ou mélangée avec d'autres substrats tels que des billes d'argile ou des céramiques classiquement utilisées à cet effet. Il est à noter que disposer la masse filtrante à la frontière air-eau, avec convection (mouvement d'eau) et un bon rapport de vide (porosité), plutôt qu'au fond de l'aquarium, sans accès à l'air (seulement le dioxygène dissous dans l'eau), permettrait un meilleur accès à le dioxygène pour les bactéries, permettant une meilleure transformation des composés azotés. De plus, les inventeurs ont montré que l'utilisation d'une coque de noix de coco est également avantageuse lors de la phase d'initialisation de l'élevage en aquarium et ce pour quatre raisons : - elle permet d'atteindre plus rapidement l'état d'équilibre dans le cycle de l'azote ; - elle permet réduire le pic d'ammoniaque en dessous du seuil critique ; - elle permet de réduire significativement le pic de nitrites, mais aussi de revenir plus rapidement en dessous du seuil critique et d'atteindre plus rapidement un équilibre sans nitrite. la composition spécifique du biofilm formé au contact de la coque de noix de coco en elle-même permet une résilience accrue aux modifications des paramètres du système (modification des types et quantités de déchets par exemple). Dans un second mode de mise en oeuvre de l'invention, la coque de noix de coco est utilisée pour la bio-épuration des effluents industriels. La présente invention propose d'utiliser la coque de noix de coco en tant que substrat pour les industriels qui font de la bio-épuration dans le traitement des effluents. Ce substrat peut être constitué de coque de noix de coco plus ou moins fragmentée, pouvant provenir de déchets de l'industrie de la noix de coco. Les morceaux de coques associés au biofilm formé à leur contact peuvent être utilisés dans des méthodes de traitement écologique des effluents. Un second objet de l'invention concerne un dispositif de bio-épuration pour aquarium comprenant une coque de noix de coco en tant que support à la formation d'un biofilm capable de dégrader l'ammoniaque et les nitrites. Le dispositif selon l'invention est adapté à la bio-épuration des aquariums et comprend un substrat disposé à l'intérieur de la coque de la noix de coco. Ce substrat est capable de participer ou d'améliorer la capacité d'épuration biologique du dispositif. Il peut être choisi parmi les billes d'argile, les céramiques, les fibres de coco, le charbon actif, les roches volcaniques telles que la pouzzolane... Le substrat peut également être mixte, c'est-à-dire constitué d'un mélange de substrats de nature différente. Dans un mode de réalisation préféré, le substrat comprend de la coque de noix de coco en morceaux. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comprend en plus du substrat, au moins une plante semi-aquatique. Cette plante doit être capable de se développer sur le substrat, c'est-à-dire en ayant les racines dans l'eau et les feuilles dans l'air. Elle peut être décorative ou avoir des propriétés de filtration et/ou d'épuration de l'eau de l'aquarium. De manière préférée, cette plante participe à la bio-épuration grâce à une pousse rapide lui permettant de consommer une plus grande quantité de nitrates. Un troisième objet de l'invention concerne un substrat de bio-épuration pour le traitement d'un milieu aquatique, en particulier d'un effluent industriel, comprenant de la coque de noix de coco. 6 La coque de noix de coco peut être utilisée en tant que substrat qui va permettre la formation d'un biofilm constitué de bactéries adaptées à l'épuration des composés contenus dans les effluents ou autres milieux aquatiques. Le type de bactéries constituant le biofilm peut être adapté au type de milieux à traiter (hydrocarbures, composés azotés...) La présente invention sera mieux comprise à la lecture des exemples qui suivent, fournis à titre d'illustration et ne devant en aucun cas être considérés comme limitant la portée de la présente invention. DESCRIPTION DES FIGURES Figure 1 : Représentation du cycle de l'azote en aquaponie Figure 2 : Comparaison de la concentration au cours de temps des nitrites dans un aquarium de 30L dans lequel est disposé soit un bol en plastique (2A), soit une coque de noix de coco (2B). Figure 3 : : Comparaison de la concentration au cours de temps de l'ammoniaque et des nitrites dans un aquarium de 3L régulièrement pollué dans lequel est disposé soit une coque de noix de coco contenant des billes d'argile et une plante (3B), soit aucun dispositif (contrôle 3A). Figure 4 : Comparaison de la concentration au cours de temps des nitrites dans un aquarium de 30L dans lequel est disposé soit un filtre classique (4A contrôle), soit une coque de noix de coco contenant des billes d'argile et une plante (4B). EXEMPLES EXEMPLE 1 : Méthode d'analyse de la dégradation des composés toxiques du cycle de l'azote dans un aquarium La méthode employée consiste à déterminer les courbes de concentrations des principaux composés toxiques (ammoniaque dissous, nitrites) lors de l'initialisation du cycle de l'azote dans les aquariums, ainsi que les influences respectives des composants du système sur ces concentrations, à savoir tout d'abord la coque de noix de coco seule, puis en association avec des billes d'argile et des plantes. Les tests qui suivent ont été réalisés avec une eau normée et avec une faible dureté (Volvic). 7 Lorsque les tests n'intègrent pas de poissons, leur présence est simulée par une pollution constante par lancement de matière organique directement dans l'eau (nourriture pour poissons). Pour les nitrites, les tests sont effectués via des languettes d'analyses de façon colorimétrique. Au début des tests, les relevés sont effectués quotidiennement. Ils sont progressivement espacés à tous les 2 jours au bout de 3 semaines. Les relevés ont été menés durant 3 mois. Pour l'ammoniaque, les tests sont également effectués grâce à un test colorimétrique. Ils sont effectués tous les 2j pendant les 2 premiers mois, puis toutes les 2 semaines ensuite. Les incertitudes sur ce type de mesure sont assez importantes (de l'ordre de 0,25 à 0,50 mg / L) dans le cas d'un respect idéal du protocole. Néanmoins, ce test permet de tester simplement la présence de la molécule et du passage du seuil de toxicité pour les poissons - à savoir 2 mg/L pour les nitrites et 0,2 mg/L pour l'ammoniaque (en conditions pH REVENDICATIONS1. Utilisation de la coque de la noix de coco en tant que support à la formation d'un biofilm pour une épuration biologique en milieu aquatique. 2. Utilisation selon la revendication 1 dans laquelle ladite bio-épuration concerne les composés du cycle de l'azote. 3. Utilisation selon l'une des revendications 1 ou 2 dans laquelle ledit milieu aquatique est un aquarium. 4. Utilisation selon l'une des revendications précédentes dans laquelle ledit biofilm comprend des bactéries Nitrosomas et Nitrobacter. 5. Utilisation selon l'une des revendications 1, 2 ou 4 dans laquelle ledit milieu aquatique est un effluent industriel. 6. Dispositif de bioépuration pour aquarium comprenant une coque de noix de coco en tant que support à la formation d'un biofilm capable de dégrader l'ammoniaque et les nitrites. 7. Dispositif selon la revendication 6 comprenant en outre un substrat disposé à l'intérieur de ladite coque. 8. Dispositif selon la revendication 7 dans lequel ledit substrat est choisi parmi les billes d'argile, les céramiques, les fibres de coco et les morceaux de coques de noix de coco. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8 comprenant en outre au moins une plante semi-aquatique capable de se développer sur le substrat. 10. Substrat de bio-épuration pour le traitement d'un milieu aquatique, en particulier d'un effluent industriel, comprenant de la coque de noix de coco.