Différences entre versions de « Méthanisation aérobique et méthanisation anaérobique »
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| − | *... | + | *La méthanisation (dite aussi biométhanisation ou digestion anaérobie) est le processus naturel biologique de dégradation de la matière organique en absence d'oxygène (anaérobie). Il se produit naturellement dans certains sédiments, les marais, les rizières, les décharges, ainsi que dans le tractus digestif de certains animaux : insectes (termites) ou vertébrés (ruminants…). Une partie de la matière organique est dégradée en méthane, et une autre est utilisée par les micro-organismes méthanogènes pour leur croissance et reproduction. La décomposition n'est pas complète et laisse le « digestat » (en partie comparable à un compost). |
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| − | + | La méthanisation est aussi une technique mise en œuvre dans des méthaniseurs où l'on accélère et entretient le processus pour produire un méthane utilisable (biogaz, dénommé biométhane après épuration). Des déchets organiques (ou produits issus de cultures énergétiques, solides ou liquides) peuvent ainsi fournir de l'énergie. | |
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| − | + | La méthanisation microbienne joue dans la nature un rôle important dans le cycle du carbone et participe au réchauffement climatique. | |
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| − | + | La méthanisation résulte de l'action de certains groupes de micro-organismes microbiens en interaction constituant un réseau trophique. On distingue classiquement quatre phases successives1 : | |
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| − | + | L'hydrolyse | |
| − | + | L'acidogenèse | |
| − | + | L'acétogenèse | |
| − | + | La méthanogenèse | |
| − | + | Hydrolyse | |
| + | Dans le réacteur, la matière organique complexe est tout d'abord hydrolysée en molécules simples par des bactéries. Ainsi, les lipides, polysaccharides, protéines et acides nucléiques deviennent des monosaccharides, acides aminés, acides gras et bases azotées. Cette décomposition est réalisée par des enzymes exocellulaires. | ||
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| + | Elle peut devenir l'étape limitante parce que « trop lente »2 dans le cas de composés difficilement ou lentement hydrolysables tels que la lignine, la cellulose, l'amidon ou les graisses. Dans le cas d'un mélange de déchets solides, l'hydrolyse a lieu à des vitesses différentes selon la bioaccessibilité des composants de la biomasse, alors qu'elle est simultanée dans les milieux homogènes et plus liquides3. | ||
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| + | Acidogenèse | ||
| + | Ces substrats sont utilisés lors de l'étape d'acidogenèse par les espèces microbiennes dites acidogènes, qui vont produire des alcools et des acides organiques, ainsi que de l'hydrogène et du dioxyde de carbone. Cette étape est 30 à 40 fois plus rapide que l'hydrolyse2. | ||
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| + | Acétogenèse | ||
| + | L'étape d'acétogenèse permet la transformation des divers composés issus de la phase précédente en précurseurs directs du méthane : l’acétate, le dioxyde de carbone et l’hydrogène. On distingue deux groupes de bactéries acétogènes : | ||
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| + | Les bactéries productrices obligées d’hydrogène, anaérobies strictes, également appelées OHPA (« Obligate Hydrogen Producing Acetogens »). Elles sont capables de produire de l’acétate et de l’H2 à partir des métabolites réduits issus de l’acidogenèse tels que le propionate et le butyrate. L’accumulation d’hydrogène conduit à l’arrêt de l’acétogenèse par les bactéries OHPA. Ceci implique la nécessité d’une élimination constante de l’hydrogène produit. Cette élimination peut être réalisée grâce à l’association syntrophique de ces bactéries avec des microorganismes hydrogénotrophes2. | ||
| + | Les bactéries acétogènes non syntrophes dont le métabolisme est majoritairement orienté vers la production d’acétate. Elles se développent dans les milieux riches en dioxyde de carbone. Les bactéries « homo-acétogènes » font partie de ce groupe, elles utilisent l’hydrogène et le dioxyde de carbone pour produire de l'acétate2. Elles ne semblent pas entrer en compétition pour l’hydrogène avec les Archaea méthanogènes hydrogénotrophes et sont présentes en quantité beaucoup plus faible dans les biotopes anaérobies. | ||
| + | Méthanogenèse | ||
| + | Article détaillé : méthanogenèse. | ||
| + | La méthanogenèse est assurée par des micro-organismes anaérobies stricts qui appartiennent au domaine des Archaea. Cette dernière étape aboutit à la production de méthane. Elle est réalisée par deux voies possibles : l'une à partir de l'hydrogène et du dioxyde de carbone par les espèces dites hydrogénotrophes, et l'autre à partir de l'acétate par les espèces acétotrophes (dites aussi acétoclastes)2. Leur taux de croissance est plus faible que celui des bactéries acidogènes. | ||
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| + | CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O. | ||
| + | CH3COOH → CH4 + CO2. | ||
| + | Conditions physico-chimiques | ||
| + | La méthanisation est un processus biologique complexe qui nécessite la mise en place de certaines conditions physico-chimiques pour lesquelles la réaction biologique est optimisée. Les Archaea méthanogènes sont des organismes anaérobies stricts. Elles se développent de façon satisfaisante lorsque le potentiel d'oxydo-réduction par rapport à l'électrode normale à l'hydrogène (Eh) du milieu est très bas (-300 mV). | ||
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| + | Conditions de température | ||
| + | La température cible est dite "température de consigne". Trois régimes thermiques sont possibles4,5: | ||
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| + | Psychrophile : lorsqu’il n’y a pas de système de chauffage, la température est alors comprise entre 5 et 25 °C. | ||
| + | Mésophile : de 30 à 40 °C, c'est le plus courant dans les installations agricoles. | ||
| + | Thermophile : de 45 à 60 °C, souvent à 55 °C, dans une gamme de pH comprise entre 6 et 8 avec un optimum compris entre 6,5 et 7,2. | ||
| + | Conditions de milieu physico-chimique | ||
| + | Les Archaea méthanogènes ont des besoins en oligo-éléments particuliers comme le fer, le molybdène, le nickel, le magnésium, le cobalt, le cuivre, le tungstène et le sélénium. La pression partielle d'hydrogène doit rester en dessous de 10−4 bar en phase gazeuse. Un pH neutre favorise la formation de biogaz par rapport à un pH acide6. | ||
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| + | Afin de diminuer la présence de sulfure d'hydrogène dans le biogaz produit, on peut créer des conditions micro-aérobies à la surface du milieu réactionnel en injectant une faible proportion d'oxygène dans la partie gazeuse du digesteur7. | ||
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| + | Évolution des nutriments | ||
| + | La méthanisation concerne essentiellement les matières organiques. Pour les composants non organiques, elle peut avoir un effet sur leur forme. | ||
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| + | Ainsi, l'azote présent dans des effluents d'élevage ne subit pas de transformation, alors que l'azote organique du sang, des déchets verts et de table est minéralisé et que l'azote minéral des fruits, pailles et graisses évolue vers de l'azote organique8. | ||
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Version du 22 janvier 2020 à 22:28
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Traduction
[[Modèle:Méthanisation aérobique]] (Français)
/ aerobic methanization (Anglais)
/ الميثان الهوائية (Arabe)
Traductions
Définition
Domaine, Discipline, Thématique
Justification
Définition écrite
- La méthanisation (dite aussi biométhanisation ou digestion anaérobie) est le processus naturel biologique de dégradation de la matière organique en absence d'oxygène (anaérobie). Il se produit naturellement dans certains sédiments, les marais, les rizières, les décharges, ainsi que dans le tractus digestif de certains animaux : insectes (termites) ou vertébrés (ruminants…). Une partie de la matière organique est dégradée en méthane, et une autre est utilisée par les micro-organismes méthanogènes pour leur croissance et reproduction. La décomposition n'est pas complète et laisse le « digestat » (en partie comparable à un compost).
La méthanisation est aussi une technique mise en œuvre dans des méthaniseurs où l'on accélère et entretient le processus pour produire un méthane utilisable (biogaz, dénommé biométhane après épuration). Des déchets organiques (ou produits issus de cultures énergétiques, solides ou liquides) peuvent ainsi fournir de l'énergie.
La méthanisation microbienne joue dans la nature un rôle important dans le cycle du carbone et participe au réchauffement climatique.
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La méthanisation résulte de l'action de certains groupes de micro-organismes microbiens en interaction constituant un réseau trophique. On distingue classiquement quatre phases successives1 : L'hydrolyse L'acidogenèse L'acétogenèse La méthanogenèse Hydrolyse Dans le réacteur, la matière organique complexe est tout d'abord hydrolysée en molécules simples par des bactéries. Ainsi, les lipides, polysaccharides, protéines et acides nucléiques deviennent des monosaccharides, acides aminés, acides gras et bases azotées. Cette décomposition est réalisée par des enzymes exocellulaires. Elle peut devenir l'étape limitante parce que « trop lente »2 dans le cas de composés difficilement ou lentement hydrolysables tels que la lignine, la cellulose, l'amidon ou les graisses. Dans le cas d'un mélange de déchets solides, l'hydrolyse a lieu à des vitesses différentes selon la bioaccessibilité des composants de la biomasse, alors qu'elle est simultanée dans les milieux homogènes et plus liquides3. Acidogenèse Ces substrats sont utilisés lors de l'étape d'acidogenèse par les espèces microbiennes dites acidogènes, qui vont produire des alcools et des acides organiques, ainsi que de l'hydrogène et du dioxyde de carbone. Cette étape est 30 à 40 fois plus rapide que l'hydrolyse2. Acétogenèse L'étape d'acétogenèse permet la transformation des divers composés issus de la phase précédente en précurseurs directs du méthane : l’acétate, le dioxyde de carbone et l’hydrogène. On distingue deux groupes de bactéries acétogènes : Les bactéries productrices obligées d’hydrogène, anaérobies strictes, également appelées OHPA (« Obligate Hydrogen Producing Acetogens »). Elles sont capables de produire de l’acétate et de l’H2 à partir des métabolites réduits issus de l’acidogenèse tels que le propionate et le butyrate. L’accumulation d’hydrogène conduit à l’arrêt de l’acétogenèse par les bactéries OHPA. Ceci implique la nécessité d’une élimination constante de l’hydrogène produit. Cette élimination peut être réalisée grâce à l’association syntrophique de ces bactéries avec des microorganismes hydrogénotrophes2. Les bactéries acétogènes non syntrophes dont le métabolisme est majoritairement orienté vers la production d’acétate. Elles se développent dans les milieux riches en dioxyde de carbone. Les bactéries « homo-acétogènes » font partie de ce groupe, elles utilisent l’hydrogène et le dioxyde de carbone pour produire de l'acétate2. Elles ne semblent pas entrer en compétition pour l’hydrogène avec les Archaea méthanogènes hydrogénotrophes et sont présentes en quantité beaucoup plus faible dans les biotopes anaérobies. Méthanogenèse Article détaillé : méthanogenèse. La méthanogenèse est assurée par des micro-organismes anaérobies stricts qui appartiennent au domaine des Archaea. Cette dernière étape aboutit à la production de méthane. Elle est réalisée par deux voies possibles : l'une à partir de l'hydrogène et du dioxyde de carbone par les espèces dites hydrogénotrophes, et l'autre à partir de l'acétate par les espèces acétotrophes (dites aussi acétoclastes)2. Leur taux de croissance est plus faible que celui des bactéries acidogènes. CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O. CH3COOH → CH4 + CO2. Conditions physico-chimiques La méthanisation est un processus biologique complexe qui nécessite la mise en place de certaines conditions physico-chimiques pour lesquelles la réaction biologique est optimisée. Les Archaea méthanogènes sont des organismes anaérobies stricts. Elles se développent de façon satisfaisante lorsque le potentiel d'oxydo-réduction par rapport à l'électrode normale à l'hydrogène (Eh) du milieu est très bas (-300 mV). Conditions de température La température cible est dite "température de consigne". Trois régimes thermiques sont possibles4,5: Psychrophile : lorsqu’il n’y a pas de système de chauffage, la température est alors comprise entre 5 et 25 °C. Mésophile : de 30 à 40 °C, c'est le plus courant dans les installations agricoles. Thermophile : de 45 à 60 °C, souvent à 55 °C, dans une gamme de pH comprise entre 6 et 8 avec un optimum compris entre 6,5 et 7,2. Conditions de milieu physico-chimique Les Archaea méthanogènes ont des besoins en oligo-éléments particuliers comme le fer, le molybdène, le nickel, le magnésium, le cobalt, le cuivre, le tungstène et le sélénium. La pression partielle d'hydrogène doit rester en dessous de 10−4 bar en phase gazeuse. Un pH neutre favorise la formation de biogaz par rapport à un pH acide6. Afin de diminuer la présence de sulfure d'hydrogène dans le biogaz produit, on peut créer des conditions micro-aérobies à la surface du milieu réactionnel en injectant une faible proportion d'oxygène dans la partie gazeuse du digesteur7. Évolution des nutriments La méthanisation concerne essentiellement les matières organiques. Pour les composants non organiques, elle peut avoir un effet sur leur forme. Ainsi, l'azote présent dans des effluents d'élevage ne subit pas de transformation, alors que l'azote organique du sang, des déchets verts et de table est minéralisé et que l'azote minéral des fruits, pailles et graisses évolue vers de l'azote organique8. |
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Bibliographie
Pour citer cette page: (aérobique et méthanisation anaérobique)
ABROUGUI, M & al, 2020. Méthanisation aérobique et méthanisation anaérobique. In Didaquest [en ligne]. <http:www.didaquest.org/wiki/M%C3%A9thanisation_a%C3%A9robique_et_m%C3%A9thanisation_ana%C3%A9robique>, consulté le 19, avril, 2024
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