CHAPITRE 1. L'ÉTAT DE L'ART : DU BIOGAZ À
SA VALORISATION ÉNERGÉTIQUE
1.2.3 Processus anaérobies de
méthanisation
Les bactéries méthanogènes sont
présentes dans de nombreux écosystèmes naturels comme les
fosses septiques, les marais, les tourbières, la toundra arctique, et
même les appareils digestifs des ruminants (le rumen) ou des humains.
La fermentation méthanogène peut servir à
traiter des rejets organiques, des eaux usées, ou encore des lisiers,
des ordures ménagères. Ce processus est tout
particulièrement intéressant en raison du
biométhane produit, qui est un gaz
énergétique valorisable. Les bactéries anaérobies
ont tendance àproduire du CH4 et du
CO2 à partir de la matière organique
contrairement aux bactéries aérobies
qui oxydent la matière organique en CO2
et H2O [8]. Ce
procédécomporte 4 étapes :
-- Hydrolyse
-- Acidogènese
-- Acétogènese
-- Méthanogènese
Hydrolyse
Au cours de l'étape d'hydrolyse, les
macromolécules complexes sont solubilisées sous l'action
d'enzymes extracellulaires excrétées par des bactéries
ana'erobies strictes. Les composés particu-laires sont scindés en
monomères de taille suffisamment petite pour pouvoir être
transportés au travers de la membrane cellulaire. Une fois dans la
cellule ces molécules simples pourront être utilisées comme
source d'énergie pour le métabolisme. On peut schématiser
les réactions d'hydrolyse enzymatique comme suit, en considérant
la dégradation de cellulose en glucose, oùles enzymes joueraient
le rôle de catalyseur [1] :
(C6H10O5)n + nH2O
-? nC6H12O6
Acidogènese
Dans une seconde étape, les monomères issus de
l'hydrolyse, ainsi que les composés dissous, servent de substrats
à des micro-organismes fermentaires qui les dégradent
principalement en acides de faibles poids moléculaires comme les acides
gras volatils (AGV)tels que propionate, butyrate, valérate, mais
également en pyruvate, lactate, ou en alcools tels que le
méthanol, l'éthanol,... Du gaz carbonique et du
dihydrogène sont également produits au cours de ces
réactions.
Acétogènese
Les produits de l'hydrolyse et de l'acidogénèse
(acides C3+, sucres, alcools,...) sont réduits en acétate,
hydrogène et dioxyde de carbone par un groupe
hétérogène de trois populations bactériennes. Le
sulfure d'hydrogène se forme également lors de cette phase de
transformation.
Méthanogènese
Elle représente la dernière étape de la
méthanisation, la méthanogénèse constitue
l'étape de réduction finale du processus de méthanisation.
Elle est considérée comme l'étape limitante dans le
processus de dégradation des composés dissous. La
méthanogénèse est réalisée par une classe
spécifique de bactéries anaérobies strictes, les Archae,
qui peuvent utiliser divers substrats comme l'acétate, le dioxyde de
carbone et l'hydrogène, ou encore, pour certaines espèces, le
méthanol, les méthylamines ou le formate. Au sein de cette classe
on distingue deux familles responsables de la synthèse de méthane
:
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