Hydrolyse et oxydation partielle des boues d'épuration comme substrat pour produire Bacillus thuringiensis HD-1.

Dans la conjoncture actuelle, le developpement demographique couple a la mondialisation croissante de l'economie consomment a un rythme effrayant des ressources et genere des tonnes de dechets dont il faut disposer de facon securitaire et economique. L'integration de la fabrication de produits a valeur ajoutee comme methode economique pour valoriser les dechets est une solution durable aux problemes d'exploitation massive des ressources renouvelables ou non renouvelables et de la gestion des residus. Effectivement, certains dechets comme les boues d'epuration peuvent devenir une matiere premiere abondante, economique et porteuse de caracteristiques nutritives stimulantes pour l'obtention de produits microbiens. Dans ce contexte, un procede de bioconversion des boues d'epuration municipales en bio-insecticide (B. thuringiensis ou Bt) a ete developpe a l'INRS-ETE et s'apprete a etre commercialise. Ce bioprocede, appele temporairement « procede BT-INRS », utilise les boues d'epuration comme matiere premiere pour produire a cout moindre une souche entomopathogene de Bt. Ce procede innovateur est au prise avec deux facteurs qui limitent le rendement de Bt en termes d'entomotoxicite, de spores produites et d'activite proteolytique. La faible disponibilite des elements nutritifs dans les boues pourrait etre accrue afin que Bt puisse produire a pleine capacite ses produits insecticides. De plus, le procede ne peut pas utiliser des boues contenant plus de 25 g/l de matiere en suspension (MES) en raison des caracteristiques rheologiques des boues. Une plus forte concentration en MES fournirait a Bt plus d'elements nutritifs pour produire davantage de produits insecticides. Finalement, une question persiste sur la performance du procede BT-INRS : malgre une concentration en spores de Bt inferieure au milieu conventionnel a base de soja, pourquoi une plus forte entomotoxicite est observee dans les boues ? Des auteurs scientifiques ont demontre une correlation positive entre les spores et l'entomotoxicite, alors que d'autres affirment qu'il n'en existe pas. Il est important de verifier ou le procede BT-INRS se situe dans ces allegations. Le present projet avait pour but de developper une strategie pour ameliorer le rendement de Bt dans les boues d'epuration. La strategie developpee consiste en une hydrolyse (alcaline ou thermo-alcaline), seule ou en combinaison avec une oxydation partielle (utilisant du H₂0₂ comme agent oxydant). Elle parvient a accroitre considerablement le rendement de Bt dans les boues. Des analyses sur la composition des boues apres leur traitement ont ete effectuees afin de deceler les facteurs responsables des hausses de rendements. Finalement, des tests d'entomotoxicite sur les differentes fractions des boues fermentees par Bt (culot, surnageant, spores et cristaux proteiques purifies) et du milieu conventionnel de production (a base de soja) ont ete realises pour expliquer les hausses d'entomotoxicite et definir avec details la relation spore-entomotoxicite dans les boues. Les boues mixtes et secondaires du traitement des eaux usees municipales ont ete utilisees dans ce travail comme milieu de fermentation pour produire la souche entomopathogene HD-l du serovar kurstaki de Bacillus thuringiensis (Btk HD-I). L'hydrolyse acide, alcaline et thermique ainsi que l'oxydation avec H₂0₂ ont ete proposees et testees. Suite a des essais preliminaires, l'hydrolyse alcaline, l'hydrolyse thermo-alcaline et la combinaison de l'hydrolyse thermo-alcaline avec l'oxydation partielle ont ete selectionnees parce qu'elles augmentaient de plus de 50% l'entomotoxicite de Btk HD-l dans les boues mixtes et/ou secondaires. La solubilisation des proteines et du carbone organique, la presence de forte teneur en sodium apres les hydrolyses ainsi que la reduction de la viscosite ont ete identifies comme les facteurs responsables de ces augmentations. Les traitements ont ensuite ete optimises en fioles Erlenmeyer avec un plan composite centre et la methodologie de reponse en surface. Des conditions optimales ont ete etablies pour chaque traitement et elles ont ete verifiees en fioles Erlenmeyer. Finalement, les conditions optimales de l'hydrolyse alcaline et thermo-alcaline ainsi que du traitement thermo-oxydant ont ete eprouvees avec succes en fermenteur de 15 litres. Des entomotoxicites entre 17,4x10³ et 19,0x10³ UI/µ1 ont ete obtenues dans les boues traitees (contenant jusqu'a 37,4 g MES/l), soit de 37% a 49% superieures aux boues non traitees (25 g MES/l) et de 1,7 a 1,9 fois superieures au milieu conventionnel a base de soja. Ce travail a permis de conclure que l'hydrolyse alcaline, l'hydrolyse thermo-alcaline et la combinaison de l'hydrolyse thermo-alcaline avec l'oxydation partielle sont trois traitements des boues qui accroissent le rendement de Btk HD-I cultivee dans les boues d'epuration, specialement en terme d'entomotoxicite. Elles permettent aussi d'utiliser une plus grande concentration de MES pour la culture de Btk dans les boues. De plus, les boues stimulent la formation de spores, de cristaux proteiques insecticides et de metabolites insecticides solubles de Btk HD-l qui sont plus actifs en terme d'entomotoxicite. Les boues secondaires, hydrolysees ou non hydrolysees, permettent d'obtenir des entomotoxicites specifiques (par spores ou proteines solubles) plus elevees que dans le milieu soja. Les spores de Btk HD-l produites dans les boues d'epuration mixtes sont plus entomotoxiques que celles produites dans les boues secondaires et le milieu conventionnel a base de soja. Les cristaux proteiques insecticides de Btk HD-I produits dans les boues secondaires sont plus entomotoxiques que ceux produites dans les boues mixtes et le milieu conventionnel a base de soja. La strategie developpee dans le cadre de ce travail fait l'objet d'une demande de brevet.