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Agriculture, alimentation, santé publique... soyons rationnels

Comment des bactéries modifiées pourraient dépolluer les sables bitumineux et les déchets miniers

13 Juillet 2021 Publié dans #Divers

Comment des bactéries modifiées pourraient dépolluer les sables bitumineux et les déchets miniers

 

Vikramaditya G. Yadav*

 

 

Image : vue aérienne d'une raffinerie de pétrole de sables bitumineux en Alberta, au Canada. Shutterstock/Russ Heinl

 

 

L'industrialisation effrénée a provoqué le réchauffement de notre planète à un rythme sans précédent. Les glaciers fondent et le niveau des mers s'élève. Les sécheresses durent plus longtemps et sont plus dévastatrices. Les feux de forêt sont plus intenses. Des phénomènes météorologiques extrêmes, qui ne se produisent qu'une fois par génération, comme les ouragans de catégorie 5, semblent se produire maintenant chaque année.

 

L'environnement est en effet en mauvaise santé et une action urgente est désespérément nécessaire. Mais il existe un réel optimisme quant à la possibilité de trouver enfin des solutions à certains des plus grands défis environnementaux.

 

Prenons par exemple le problème des bassins de décantation des sables bitumineux au Canada, troisième réserve de pétrole brut au monde, qui dure depuis des décennies. La récupération de ce pétrole consomme près de trois fois son volume en eau et laisse derrière elle une boue d'eau, de solides et de contaminants organiques comme déchets. L'exploitation des sables bitumineux en est à sa septième décennie, et plus d'un billion [mille milliards] de litres d'eaux usées se trouvent désormais dans les bassins de décantation.

 

Mais un collectif d'ingénieurs, de scientifiques, d'activistes et d'entrepreneurs en pleine expansion est en train de réaliser certains des plus grands progrès en matière d'assainissement de l'environnement de ces dernières décennies en brouillant les frontières entre les sciences physiques, biologiques et numériques. Nous nous appelons les biologistes synthétiques.

 

J'ai largement contribué à la recherche, à l'éducation, à la commercialisation et à la réglementation de la biologie synthétique, notamment en tant que fondateur de Metabolik Technologies, une entreprise de biotechnologie environnementale, qui a commercialisé une solution inédite, peu énergivore, peu coûteuse et durable pour décontaminer les bassins de résidus des sables bitumineux.

 

 

Un guide rapide de la biologie synthétique

 

Le principe de base de la biologie synthétique est aussi simple qu'élégant : la nature assemble, démantèle et recycle les molécules de la manière la plus propre et la plus efficace qui soit. Les instructions uniques requises pour accomplir ces tâches se trouvent dans l'ADN.

 

Les biologistes synthétiques étudient les systèmes naturels afin de comprendre ces processus remarquables, puis utilisent de l'ADN synthétisé en laboratoire pour les reprogrammer afin qu'ils accomplissent de nouvelles tâches ou des tâches existantes plus efficacement.

 

La biologie synthétique a été utilisée pour améliorer les enzymes, les cellules et les populations de cellules pour diverses applications telles que la détection, la décomposition des hydrocarbures et d'autres « produits chimiques éternels » tels que les substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS) dans le sol et l'eau et la séquestration du dioxyde de carbone et du méthane.

 

Il est important de noter qu'un grand nombre des protagonistes et des influenceurs de la biologie synthétique sont des milléniaux et les doomers (génération Z) qui ont été élevés avec un régime constant de dessins animés du samedi matin.

 

 

Autrefois une fiction, aujourd'hui une solution réelle

 

Les bactéries génétiquement modifiées qui nettoient les déversements de pétrole étaient un élément essentiel de Captain Planet and the Planeteers, la série animée de super-héros de l'environnement lancée en 1990. Alors qu'il y a vingt ans, ces concepts étaient confinés aux pages de la fiction, ils sont aujourd'hui une réalité grâce aux progrès de la biologie moléculaire, comme l'édition du génome par CRISPR, et à l'avènement de fonderies génomiques entièrement automatisées – des systèmes robotisés qui réalisent des milliers d'expériences par jour – pour accélérer les cycles de conception-construction-test-apprentissage.

 

Il est essentiel de noter que les succès de la biologie synthétique dans le domaine de l'assainissement de l'environnement ne sont pas des démonstrations ponctuelles dans des laboratoires universitaires. Ils ont fait leurs preuves sur le terrain à des échelles considérables et ont permis de relever certains des plus grands défis environnementaux du monde.

 

 

Transposer les innovations sur le terrain

 

Les bassins de décantation contiennent des composés organiques tels que les composés de la fraction d'acide naphténique (NAFC) et les hydrocarbures polyaromatiques (PAH) qui sont nocifs pour la vie aquatique et la santé humaine et qui sont notoirement difficiles à éliminer de l'eau. Ils regorgent également d'une vie microbienne.

 

Ces microbes ne se contentent pas de survivre, mais prospèrent dans l'eau contaminée. Ils détectent, ingèrent et métabolisent les composés toxiques présents dans l'eau, bien qu'à un rythme très lent. Mon équipe de l'Université de la Colombie-Britannique et nos collègues d'Allonnia ont isolé et étudié la génomique de ces créatures uniques et, en collaboration avec Ginkgo Bioworks, augmentent maintenant leur appétit pour les composés toxiques et leur métabolisme.

 

Après avoir validé les performances des micro-organismes sur le terrain, l'équipe de l'UBC-Allonnia a conçu l'un des plus grands systèmes de traitement du genre pour atteindre les taux et les échelles nécessaires à l'assainissement de l'eau dans les délais prescrits par le cadre de gestion des résidus de l'Alberta.

 

Nous testerons notre système de traitement dans les bassins de résidus au début de 2022 afin d'affiner les micro-organismes et les réacteurs, et d'évaluer les risques. Certains de ces risques comprennent l'inefficacité ou les coûts plus élevés que prévu de la technologie, les dommages potentiels que les microbes peuvent causer à l'écosystème et la question de savoir si les organismes de réglementation et les actionnaires sont à l'aise avec le déploiement de micro-organismes modifiés dans l'environnement.

 

Ce petit groupe de biologistes synthétiques a réussi grâce à l'ingéniosité de l'approche et à de nouveaux modèles de collaboration. L'équipe a également fait appel à des exploitants de sables bitumineux, à des sociétés de conception technique, à des entreprises de fabrication sous contrat et à des experts en réglementation qui ont pu tirer parti des forces de chaque partenaire pour réduire le temps, les dépenses et l'incertitude liés à l'élaboration d'une solution pratique.

 

 

Le plaisir ne fait que commencer

 

Les biologistes synthétiques n'en sont qu'au début et ont maintenant jeté leur dévolu sur un certain nombre de problèmes de même envergure. L'un d'entre eux, en particulier, a des répercussions importantes sur notre avenir électrique.

 

L'adoption généralisée des véhicules électriques pourrait réduire les émissions de carbone du secteur des transports de près de 50 %. Malheureusement, l'extraction des métaux utilisés dans les véhicules électriques nuit à l'environnement.

 

La fabrication d'un seul véhicule électrique génère 250.000 kilogrammes de déchets miniers et 150.000 litres d'un liquide extrêmement toxique appelé drainage rocheux acide, une menace majeure pour l'environnement en raison de son effet potentiellement dévastateur sur les rivières, les cours d'eau et les habitats aquatiques.

 

L'exploitation minière est source de gaspillage et non durable, et l'industrie a désespérément besoin de solutions efficaces pour traiter ses grandes quantités de déchets. Ma nouvelle start-up, ArqMetal, développe des solutions microbiennes pour éliminer complètement les bassins de décantation. Si nous et d'autres entreprises comme nous réussissent, nous éliminerons les déchets, assurerons la décarbonisation, préserverons la biodiversité, créerons des emplois et assurerons un développement social équitable. N'est-ce pas ce que les architectes du Green New Deal avaient en tête ?

 

_____________

 

Vikramaditya G. Yadav est professeur associé de génie chimique, biologique et biomédical à l'Université de Colombie-Britannique.

 

Cet article a été initialement publié sur The Conversation.

 

Source : How engineered bacteria could clean up oilsands pollution and mining waste - Alliance for Science (cornell.edu)

 

 

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