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DOSSIERS: Nutrition azoté des digesteurs anaérobies

 

1. Introduction

Suite aux problèmes colossaux d'intoxication ammoniacale survenus en été 2009 en Belgique, Luxembourg et aux pays-bas, les biométhaniseurs haïssent les matières premières protéiques. Or, un digesteur à besoin d'une source d'azote pour régénérer sa faune bactériene sous peine de l'arrêt des fermentations.

  • Quel est le besoin en azote d'un digesteur?
  • A oartir de quel taux d'azote dans la ration risque-t-on l'intoxication ammoniacale?
  • Au-dessous de quel taux d'azote ne faut-il pas descendre?

Winfo a déterminé expérimentalement le niveau des besoins et les niveaux toxiques dans ses digesteurs.

 

2. Que ce passe-t-il avec les protéines dans un digesteur?

L'arsenal enzymatique des consortium bactériens d'un digesteur anaérobie SONT DES PROTEINES. Les bactéries sont lessivées par l'évacuation continue des digestats et doivent donc se reproduire et entretenir leurs structures cellulaires.

Un digestat contient environ 10-100 milliards de bactéries/ml. Environ 40% de ces bactéries ont une activité protéolytique.

Les protéines sont de grosses bio-molécules composées d'une succession d'acides aminés dans un ordre bien défini. Les protéines, avant d'être assimilées doivent être hydrolysées en oligo-peptides et en acides aminés libres avant de pouvoir pénétrer dans la cellule bactérienne pour y être assimilées. Cette hydrolyse (protéolyse) se déroule hors de la cellule bactérienne. La grande majorité des protéases sont situées à l'extérieur de la membrane cellulaire.

Les acides aminés et oligo-peptides issus de l'hydrolyse des protéines peuvent pénétrer dans la cellule bactérienne ou ils pourront subir 5 sorts:

  1. Hydrolyse des oligo-peptides en acides aminés libres
  2. Utilisation des acides aminés libres pour la synthèse protéique (coûte de l'énergie à la cellule)
  3. Catabolisme des acides aminés en ammoniac et squelettes hydrocarbonés (par désamination) (donne de l'énergie utilisable pour la cellule)
  4. Utilisation de l'ammoniac pour la resynthèse d'acides aminés (coûte de l'énergie à la cellule)
  5. Diffusion de l'ammoniac en dehors de la cellule

 

 

Une autre catégorie d'organisme composant la faune d'un digesteur sont les protozoaires. Il y a environ 100.000-1.000.000 de protozoaires/ml de digestat mais vu leur grande taille, il représentent entre 10 et 50% de la biomasse vivante du digetat. Le protozoaires prennent donc une part importante dans le remaniement de l'azote. Le mode d'assimilation des protéines est totalement différent à celui de bactéries. Le protozoaires:

  1. Ingèrent les protéines non hydrolysées à l'intérieur de la cellule (par pinocytose). Ils utilisent préférentiellement les protéines insolubles.
  2. Comme les bactéries ils produisent de l'énergie par désamination des acides aminés (squelettes hydrocarbonés et ammoniac)
  3. Mais ils sont incapables de réutiliser l'ammoniac pour resynthétiser des acides aminés!
  4. Ils ont un métabolisme désaminant bien plus élevé que les bactéries

Un digesteur qui contient moins de protozoaires est moins sensible à des taux élevés de protéines dans son alimentation qu'un digesteur à forte proportion de protozoaires. Il est techniquement possible de défauner un digesteur de ses protozoaires pharmacologiquement (Monensin) mais comme nutritionnistes, nous préférons les méthodes purement nutritionnelles (rationnement en matières grasses...) qui défavorisent les protozoaires. De plus, il n'est pas indiqué d'eradiquer complètement les protozoaires d'un digesteur car ils vivent en symbiose avec certaines bactéries méthanogènes (échange de substrats et support physique).

Nous comprenons dès à présent mieux les différentes situations qui peuvent se produire dans un digesteur lorsque l'apport protéique (ou d'azote minéral) est inadéquat:

  1. Apport protéique trop important: le catabolisme prend le dessus sur la resynthèse protéique. La cellule produira du biogaz... mais rejetera également de l'ammoniac dans le digestat. L'ammoniac désactive la méthanogénèse à son tour.
  2. Apport protéique optimal: toutes les réactions ci-dessus se déroulent. Les structures cellulaires et la multiplication cellulaires sont assurées, la protéine produit du biogaz riche en CH4 mais sans augmenter les concentrations en ammoniac de façon toxique.
  3. Apport protéique insuffisant: toute la protéine disponible est utilisée pour l'incorporation cellulaire. Le biogaz s'appauvrit progressivement. Le nombre de cellules bactériennes diminue au fil du temps jusqu'à produire un biogaz rare et de mauvaise qualité

 

 

Le gros problème pour la plupart des nutritionnistes est que, contrairement à l'alimentation animale (bovins, porcins, volailles...), il n'existe pas de tables des besoins pour les digesteurs anaérobies. Ils ne connaissent donc pas où se situent les limites de carrences et de toxicité da l'apport azoté d'un digesteur.

C'est pour cette raison qu'il y a quelques années, nous avons entrepris la laborieuse tâche de déterminer ces limites dans nos digesteurs continus pour chaque nutriment. Ceci nous donne la possibilité de composer des rations qui offrent non seulement la sécurité du digesteur mais également le maintien d'une biologie optimale pour la production de biogaz.

Par la même occasion, nous avons placé des digesteurs de laboratoire dans différentes situations pathologiques (excès et carrence protéique) afin de déterminer les meilleures façons de redresser la barre.

 

3. Origine de l'intoxication ammoniacale/alcalose

 

Le produit principal du catabolisme des protéines est l'ammoniac.

 

Les briques de base des protéines sont les acides aminés. Comme leur nom l'indique, ces biomolécules contiennent un groupement acide et un groupement amine (ammonium).

 

Contrairement aux êtres humains, les bactéries n'ont pas de besoins en protéines ou en acides aminés. Elles peuvent les synthétiser à partir d'azote minéral (ammoniac, nitrates...) et certaines même à partir d'azote diatomique (N2) qui compose 80% de notre atmosphère. Ele peuvent bien entendu également utiliser directement les acides aminés des protéines quelles trouvent dans le milieu d'alimentation du digesteur. La loi du moindre effort (plus précisément de la moindre dépense énergétique) explique pourquoi elles utilisent directement les acides aminés trouvés dans le mileieu afin de les incorporer dans leurs protéines cellulaires.

Mais voilà, il se fait que le catabolisme des protéines (dégradation biochimique) fournit de l'énergie utilisable au niveau cellulaire. Quant il y a plus que suffisamment d'azote dans le milieu, et que le besoin en azote arrive à sasiété, les bactéries vont se mettre à utiliser les protéines pour fabriquer de l'énergie (par catabolisme énergétique). Et fabriquer de l'énergie à partir de molécules organiques, pour les organismes vivants, consiste à oxyder (déshydrogéner) le carbone contenu dans celles-ci. L'azote ammoniacal n'ayant aucun intérêt pour produire l'énergie, il est détaché de la molécule et rejeté dans le milieu sous forme d'ammoniac, polluant leur propre biosphère jusqu'à la rendre toxique.

Donc: TROP D'AZOTE=POLLUTION DU MILIEU AVEC DE L'AMMONIAC.

L'ammoniac est toxique à partir de 1500ppm d'azote ammoniacal (exprimé en azote Kjeldahl). Il est fortement toxique à 3000ppm.

suite page 2..>>

 

 

 

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Les termes importants sur cette page sont: Laboratoire biogaz, association de nutritionnistes, digesteurs anaérobies, cinétique et potentiel Biogaz

mise à jour: 27-Mar-2012