Les eaux usées pourraient aider à créer une oasis dans le désert alimentaire

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Selon des chercheurs de l'Université de Clemson et de l'Université nationale de Gyeongsang en Corée du Sud, de nouvelles techniques de culture alimentaire produiraient des légumes frais dans des zones urbaines denses tout en laissant une empreinte carbone plus légère et en utilisant moins d'eau, d'énergie et de terres que les méthodes agricoles traditionnelles.

Le projet rassemble des chercheurs des deux universités et est financé à hauteur de 1,5 million de dollars par un programme de la Fondation nationale des sciences appelé Partenariats pour la recherche et l'éducation internationales (PIRE).

Le système que les chercheurs développent utiliserait un bioréacteur à membrane anaérobie pour filtrer les contaminants nocifs des eaux usées tout en laissant derrière eux les nutriments qui fertilisent les plantes. L'eau traitée serait utilisée sur des cultures, telles que la laitue, qui poussent dans un système hydroponique intérieur sans sol conçu pour utiliser efficacement l'eau et ses nutriments.

Le traitement des eaux usées produirait du méthane qui pourrait être converti en dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone améliorerait la croissance des plantes en enrichissant l'air à l'intérieur d'une serre ou d'un conteneur modulaire qui a été reconfiguré pour la croissance des cultures.

L'idée est de faire pousser des légumes là où ils sont le plus nécessaires sans avoir à les expédier à des centaines voire des milliers de kilomètres. Les chercheurs visent à concevoir un système qui profiterait à toute communauté urbaine ou suburbaine, et ils voient une application particulièrement prometteuse dans les villes pauvres et les zones sinistrées.

Le système est similaire à celui proposé par la NASA dans les années 1990 comme moyen de faire pousser des cultures pour soutenir la colonisation de la planète, ont déclaré des chercheurs.

Le chercheur principal du projet est David Ladner, professeur agrégé d'ingénierie environnementale et de sciences de la Terre à Clemson. Ladner a déclaré que le projet réunissait ses intérêts de recherche sur les eaux usées et l'eau destinée à la consommation humaine.

"J'aime la nature collaborative et l'aspect international de ce projet", a-t-il déclaré. "Nous avons beaucoup à apprendre de nos partenaires en Corée du Sud, et j'espère que nous pourrons exporter certaines de nos connaissances et idées des États-Unis vers d'autres parties du monde."

Byoung Ryong Jeong, professeur d'horticulture à l'Université nationale de Gyeongsang, a déclaré que c'était un plaisir de faire partie du projet, d'autant plus qu'il s'agit d'une collaboration internationale visant à réduire les émissions de carbone et à utiliser l'eau plus efficacement.

"Ce ne sont pas des problèmes locaux qui se produisent dans des régions spécifiques du monde, mais ils sont en effet mondiaux", a déclaré Jeong. "En tant qu'horticulteur, je suis très heureux de travailler avec les ingénieurs de Clemson qui essaient d'utiliser l'eau et l'énergie de notre environnement de vie pour façonner l'avenir de l'horticulture. Notre équipe est bien placée pour produire une récolte fructueuse en trouvant non seulement des solutions pratiques pour la réutilisation des eaux usées et d'autres ressources disponibles, mais aussi pour produire des cultures fraîches et saines."

Parmi les collaborateurs du projet figure Diana Vanegas, professeure adjointe d'ingénierie environnementale et de sciences de la Terre à Clemson.

"Il s'agit d'un projet visant à s'attaquer au problème le plus important auquel l'humanité est actuellement confrontée, à savoir le changement climatique", a-t-elle déclaré. "Je suis enthousiasmé par la collaboration universitaire Est-Ouest avec la Corée du Sud et les États-Unis. Ces problèmes mondiaux doivent être résolus avec un partenariat mondial, et les relations internationales sont très utiles pour cela."

David Flynn, directeur général d'AmplifiedAg, a déclaré que la société était ravie de s'associer à Clemson.

"La conservation de l'eau est stratégiquement importante pour nous, la communauté de l'agriculture d'intérieur et le monde en général", a-t-il déclaré. « Notre méthode de culture hydroponique est très efficace en termes d'utilisation de l'eau, mais nous voulons réduire encore plus cette consommation. Notre technologie basée sur les données est actuellement largement utilisée dans la recherche sur l'agriculture intérieure, et nous pensons qu'elle aidera grandement Clemson dans ses efforts pour réutiliser les eaux usées pour l'agriculture de tous types.

Le projet pourrait avoir un impact généralisé, a déclaré un collaborateur, Raghupathy Karthikeyan, titulaire de la chaire de génie des ressources naturelles Charles Carter Newman du département des sciences agricoles de Clemson.

"Nous voyons des déserts alimentaires, et l'agriculture urbaine apparaît souvent comme une solution, non seulement aux États-Unis mais dans les pays en développement où ils ont des problèmes d'eau", a déclaré Karthikeyan. "Grâce à cette recherche, nous pourrions puiser dans l'eau traitée à l'aide d'une membrane anaérobie pour cultiver des aliments et aider ceux qui en ont le plus besoin à devenir plus autonomes. Ce système serait un moyen d'obtenir une production alimentaire durable dans les grappes urbaines."

Parmi les collaborateurs figure également Gary Amy, professeur émérite du doyen en génie de l'environnement et en sciences de la Terre.

« À une époque de pénurie croissante de ressources, notamment de nourriture, d'eau, de terres arables et d'engrais, nous avons besoin d'un nouveau paradigme pour l'agriculture durable : l'intégration d'eaux non traditionnelles pour l'irrigation, la culture à haute intensité et de nouvelles sources d'engrais, qui sont toutes abordées dans notre projet », a déclaré Amy. "La convergence de l'expertise coréenne en agriculture à environnement contrôlé et de l'expertise américaine en matière de récupération des eaux usées par la technologie des bioréacteurs à membrane anaérobie revêt une importance particulière."

Un autre collaborateur est Jeffrey Adelberg, professeur d'horticulture à Clemson.

"Dans notre projet, nous avons rétabli l'équilibre de la nature dans la production de légumes", a-t-il déclaré. "Les animaux excrètent les éléments constitutifs que les plantes utilisent pour construire les molécules à haute énergie que nous utilisons comme nourriture. Nos déchets se dégradent en eau, en ammonium, en dioxyde de carbone et en méthane, ainsi qu'en certains nutriments minéraux. Tous ont de la valeur lorsqu'ils sont isolés des bactéries problématiques dans notre flux de déchets. La NASA envisageait cela comme un système fermé pour la production alimentaire et le recyclage des déchets dans les années 1990 dans le cadre de la colonisation planétaire. Maintenant, son analogue basé sur la Terre recevra une mise à jour pratique."

Jesus M. de la Garza, directeur de l'École de génie civil et environnemental et des sciences de la Terre de Clemson, a déclaré que Clemson était bien placé pour diriger le projet.

"L'expérience de David Ladner dans les processus de traitement durable de l'eau le positionne de manière unique pour servir de chercheur principal dans cette recherche", a déclaré de la Garza. "Il a bâti une équipe multidisciplinaire et internationale qui prépare le terrain pour un grand succès."

La subvention est la première que Clemson a reçue dans le cadre du programme PIRE.

Anand Gramopadhye, doyen du Collège d'ingénierie, d'informatique et de sciences appliquées, a déclaré que c'était bien mérité.

"Le Dr Ladner et son équipe ont proposé une solution innovante aux problèmes de sécurité alimentaire et de traitement des eaux usées", a déclaré Gramopadhye. "Leur partenariat interdisciplinaire vise à créer des solutions durables et concrètes aux besoins mondiaux urgents. J'offre à David et à son équipe mes sincères félicitations pour la subvention."

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