biochimie et microbiologie de la méthanogénèse

La méthanisation ou la digestion anaérobie est réalisée par des populations bactériennes complexes qui, dans des condi­tions d’environnement bien précises (potentiel redox EH autour de – 250 mV, pH voisin de la neutralité), for­ment des associations stables. Elle se déroule normalement dans la nature lorsqu’une concentration élevée de matières organiques (MO) est maintenue en anaérobiose : marais, sédiments de lacs, tractus digestif…

La méthanisation de la MO peut avoir lieu dans des écosystèmes « froids » (10-25 °C), mésophiles (30- 40 °C) ou thermophiles (> 50 °C).

Les différentes voies de dégradation de la matière organique soluble ou particulaire en anaérobiose, peu­vent être schématisées de la manière suivante (figure 38) :

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étapes d’hydrolyse et d’acidogénèse – (1)

Elle est réalisée par des espèces hétérotrophes extrêmement diverses : anaérobies strictes ou facultatives.

Cette première phase aboutit à un mélange d’acides gras volatils (AGV) : acétique, lactique, propionique, butyrique…, de composés neutres (éthanol), de produits gazeux (CO₂ et H₂) et d’ammonium.

Ces micro-organismes ont souvent des temps de génération plus courts que ceux réalisant les étapes sui­vantes. Ils peuvent donc par leur activité faire chuter le pH et bloquer le développement des populations nécessaires aux étapes ultérieures.

étape d’acétogénèse – (2)

Elle se produit à partir des métabolites réduits de la phase 1 et est réalisée par des bactéries réductrices de protons produisant donc de l’hydrogène et de l’acétate, par exemple :

étapes de méthanogénèse (stricto sensu) – (3)

Deux grandes voies de méthanogénèse peuvent être identifiées. L’une qui, à partir du couple H₂/CO₂, pro­duit H₂O et CH₄, l’autre dite acétoclastique, qui dégrade l’acétate en CO₂ et CH₄. En traitement de boues par exemple, 70% du méthane est produit par la voie acétoclastique.

D’autres sources de carbone comme le méthanol, le formaldéhyde et les méthylamines pourront être éga­lement directement utilisées par les micro-organismes méthanogènes.