Aérobie, anaérobie et anoxique… Comment faire la distinction entre ces termes?

Au sein d’une filière d’assainissement des eaux, le traitement biologique peut se révéler être essentiel à l’atteinte d’une eau respectant les normes de qualité. Toutefois, ce dernier ne peut être efficace que si les conditions préférentielles des bactéries sont atteintes.  En effet, le métabolisme bactérien est complexe et chaque espèce bactérienne peut accomplir ses fonctions essentielles de façon optimale seulement si les nutriments adéquats lui sont fournis. Dans le domaine du traitement des eaux, un paramètre clé permet de distinguer les différents procédés biologiques : la présence d’oxygène.

Les termes tels que aérobie, anaérobie et anoxique sont largement utilisés dans le jargon de l’assainissement des eaux usées. C’est pourquoi il est bien important de reconnaitre adéquatement leur signification. La complexité de leur utilisation réside notamment dans le fait qu’ils peuvent se référer à la fois aux conditions d’un milieu et aux types de métabolisme bactérien. Une fois la distinction entre ces deux usages maîtrisés, il devient plus facile de les employer correctement selon le contexte.

Conditions aérobies : Sous ces conditions, il y a présence d’oxygène libre (O₂). Les bactéries effectuant la respiration aérobie, c’est-à-dire celles qui utilisent l’oxygène moléculaire comme accepteur terminal d’électron lors du processus de respiration, prolifèrent dans ce milieu¹. En traitement des eaux usées, lorsque cette condition est atteinte, la nitrification et l’oxydation aérobie de la matière organique peuvent s’effectuer¹. Il est également intéressant de souligner que c’est sous ces conditions aérobies que la formation de boues atteint son rendement maximal².

Conditions anoxiques : Sous ces conditions, l’oxygène moléculaire libre est absent. Toutefois, l’oxygène demeure présent sous forme liée, soit dans des composés azotés (NOx) ou sulfurés (SOx)³. Les bactéries qui se développent à ce niveau d’oxygénation sont aptes à utiliser l’oxygène lié comme source d’énergie lors du processus de respiration anaérobie. Dans le domaine du traitement des eaux usées, les bactéries qui prolifèrent dans cette condition sont notamment responsables de la dénitrification. Les nitrites et les nitrates ayant été générés par la nitrification sont alors réduits par ces microorganismes en gaz inerte, c’est-à-dire, en azote gazeux (N₂)¹.

Conditions anaérobies : Sous ces conditions, le milieu est complètement dépourvu d’oxygène. Les bactéries qui y prolifèrent sont incapables de tolérer la présence d’oxygène. Ce niveau d’oxygénation est maintenu dans les systèmes de traitement des eaux pour favoriser les processus biologiques d’hydrolyse, de fermentation (acidogenèse) et de méthanogenèse. C’est ainsi que la dégradation de la matière organique et que la production de biogaz, essentiellement composé de méthane et de dioxyde de carbone, se réalise¹.

Il est important de souligner qu’une hiérarchie naturelle s’établit entre les bactéries selon le type de métabolisme qu’elles exploitent. Les microorganismes capables de croître en conditions aérobies dominent généralement ceux qui se développent en milieux anoxiques ou anaérobies. De la même façon, les bactéries anoxiques tendent à surpasser les bactéries strictement anaérobies. Cette prédominance s’explique par le rendement énergétique propre à chaque voie métabolique, mesuré notamment par le ΔG des réactions⁵. L’oxygène, en tant qu’accepteur terminal d’électrons le plus efficace, permet une production d’énergie nettement supérieure à celle obtenue avec des accepteurs alternatifs comme les NOx⁶. Ainsi, les bactéries aérobies atteignent plus rapidement l’énergie nécessaire à leurs fonctions vitales et à leur croissance, ce qui leur confère un net avantage compétitif sur les anoxiques et les anaérobies. Le même principe explique pourquoi les bactéries anoxiques, disposant elles aussi d’un meilleur rendement énergétique que les anaérobies, tendent à les surpasser dans un environnement commun.

Lorsqu’ils sont intégrés à un système de traitement des eaux, ces trois niveaux d’oxygénation présentent chacun des avantages distincts permettant d’atteindre des objectifs d’abattement spécifiques. Si souhaité, il est également possible de combiner ces conditions au sein d’un même procédé biologique. Certaines usines exploitent la technologie du milieu hybride, où un même support biologique accueille simultanément des bactéries aérobies, anoxiques et anaérobies. Le gradient d’oxygénation, qui diminue de la surface vers le centre du média, crée naturellement des zones propices à chacune des voies métaboliques. Le réacteur biologique séquentiel (RBS) est également une technologie bien répandue à l’échelle planétaire, dans lequel ces trois conditions d’oxygénation se côtoient, par séquence, au sein d’un même réservoir⁷. Si vous souhaitez en apprendre davantage sur les caractéristiques de ce réacteur biologique, nous vous invitons à poursuivre votre lecture vers cet autre article :

https://aquasan.ca/fr/articles/fonctionnement-dun-rbs-quels-parametres-influencent-sa-performance/

Chez Aquasan, nos experts maîtrisent la distinction entre ces notions complexes et savent les rendre simples et concrètes. Grâce à leur expertise, nos clients bénéficient d’un accompagnement sur mesure pour faciliter l’optimisation de leur filière de traitement des eaux usées.

1. Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering – Treatment and Reuse, 2003
2. Sumeet Sharma, Team one biotech, Anoxic vs. Anaerobic vs. Aerobic Wastewater Treatment, Avril 2025, https://www.teamonebiotech.com/blog/anoxic-vs-anaerobic-vs-aerobic-wastewater-treatment/?srsltid=AfmBOoqx9LzDjzWbApcLuZbe7j3Ye7eG4FirvXYRYetSgagLG6WE1XwF
3. Suez, L’eau et le métabolisme cellulaire, https://www.suezwaterhandbook.fr/eau-et-generalites/l-eau-ses-proprietes/biologie-de-l-eau/l-eau-et-le-metabolisme-cellulaire
4. Khan Academy, Fermentation and anaerobic respiration https://www.khanacademy.org/science/ap-biology/cellular-energetics/cellular-respiration-ap/a/fermentation-and-anaerobic-respiration
5. Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. 2000, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9903/
6. Staicu LC, Cosmidis J, Mansor M, Paquete CM, Kappler A. Microbial respiration – a biomineral perspective. Septembre 2025, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40996469/
7. MRA, Exploring Key Dynamics of Sequencing Batch Reactor (SBR) Activated Sludge Process Industry, Mars 2025 https://www.marketreportanalytics.com/reports/sequencing-batch-reactor-sbr-activated-sludge-process-41649?utm_source=chatgpt.com#summary