Conditions physico-chimiques

Comme tout micro-organisme, la population bactérienne qui constitue le consortium méthanogène exige des conditions particulières pour sa croissance. Les principaux facteurs physico-chimiques qui affectent le procédé de digestion anaérobie sont le pH, la température et le potentiel d’oxydoréduction.

Le pH

Le pH optimum de la digestion anaérobie se situe autour de la neutralité. Il est le résultat du pH optimum de chaque population bactérienne : celui des bactéries acidifiantes se situe entre 5,5 et 6, les acétogènes préfèrent un pH proche de la neutralité tandis que les méthanogènes ont une activité maximale dans une gamme de pH comprise entre 6 et 8. Toutefois, la méthanisation peut se produire dans des milieux légèrement acides ou alcalins.

La température

L’activité du consortium méthanogène est étroitement liée à la température. Deux plages de températures optimales peuvent être définies : la zone mésophile (autour de 35°C) et la zone thermophile (entre 55-60°C) avec une décroissance de l’activité de part et d’autre de ces températures. La majorité des espèces bactériennes a été isolée dans des environnements mésophiles, mais tous les groupes trophiques des étapes de digestion anaérobie possèdent des espèces thermophiles utilisant les mêmes voies métaboliques que les bactéries mésophiles avec des performances analogues. Il reste possible de travailler à des températures différentes des optima avec des performances plus faibles.

Le potentiel d’oxydoréduction

Ce paramètre représente l’état de réduction du système, il affecte l’activité des bactéries méthanogènes. Ces bactéries exigent en effet, outre l’absence d’oxygène, un potentiel d’oxydoréduction inférieur à 330 mV pour initier leur croissance.

Besoins nutritionnels

Comme tout micro-organisme, chaque bactérie constituant la flore méthanogène demande un apport suffisant de macroéléments (C, N, P, S) et d’oligo-éléments pour sa croissance.

Macroéléments

Les besoins en macroéléments peuvent être évalués grossièrement à partir de la formule brute décrivant la composition d’une cellule (C5H9O3N). Pour les bactéries méthanogènes, le milieu de culture doit avoir des teneurs en carbone (exprimée en DCO), en azote et en phosphore au minimum dans les proportions DCO/N/P égales à 400/7/1. L’ammonium (NH4) est leur principale source d’azote. Certaines espèces fixent l’azote moléculaire alors que d’autres ont besoin d’acides aminés. Les besoins en azote représente 11 % de la masse sèche volatile de la biomasse et les besoins en phosphore 1/5 de ceux de l’azote. Les bactéries méthanogènes possèdent de hautes teneurs en protéines Fe-S qui jouent un rôle important dans le système transporteur d’électrons et dans la synthèse de coenzymes. Aussi la concentration optimale de soufre varie-t-elle de 1 à 2 mM dans la cellule. Cette flore utilise généralement les formes réduites comme le sulfure d’hydrogène. Les méthanogènes assimilent le phosphore sous forme minérale.

Oligo-éléments

Certains oligo-éléments sont nécessaires à la croissance des méthanogènes. Il s’agit plus particulièrement du nickel, du fer et du cobalt. En effet, ce sont des constituants de coenzymes et de protéines impliquées dans leur métabolisme. Le magnésium est essentiel puisqu’il entre en jeu dans la réaction terminale de synthèse du méthane ainsi que le sodium apparaissant dans le processus chimio-osmotique de synthèse de l’ATP. Il existe des facteurs de croissance stimulant l’activité de certains méthanogènes : acides gras, vitamines ainsi que des mélanges complexes comme l’extrait de levure ou la trypticase peptone.

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