Cycle du Carbone

1
Cycle du Carbone

• Carbone et quelques applications biotechnologiques

2
Carbone et quelques applications biotechnologiques

• I Le cycle du Carbone
• II Synthèse dexopolysaccharides microbiens
• III La méthanogénèse

3
I Le cycle du carbone forme simplifiée
4
I Le cycle du carbone
CO2
5
Production de la matière organique

• Fixation autotrophe
• Cycle de Calvin / rubisco (phase obscure de la
  photosynthèse)
• Cycle de loxaloacétate (inverse du cycle de
  Krebs)
• Assimilation hétérotrophe

6
Dégradation de la matière organique les
polymères

• Deux fonctions énergie, structure
• Décomposition des polymères variable selon
  leurs structures
• Amidon facile, tout type de microorganisme
• Cellulose, lignine très abondant mais peu de
  microorganismes peuvent les dégrader
• Aérobiose Trichoderma (moisissure), Cytophaga
  (bactérie)
• Anaérobiose Clostridium thermocellum
  (compostage)

7
Dégradation de la matière organique les
monomères

• Glucides
• Glycolyse , Entner Doudoroff, HMP
• Aérobiose décarboxylation oxydative
• Anaérobiose fermentations divers produits
• Acides aminés
• Transamination
• Désamination, décarboxylation
• Lipides
• b oxydation,
• glycolyse (glycérol en aérobiose)

8
II Les exopolysaccharides microbiens

• Homo ou hétéro polymères
• Sous forme de capsule ou en gel (slime) autour de
  la cellule
• Rôles
• Protection / dessiccation, système immunitaire
  (pathogène), virus, produits chimique
• Facilite lattachement aux surfaces
• Réserve de carbone et dénergie

9
Exemples dexopolysaccharides microbiens
10
Cas de la production de xanthane

• Xanthomonas campestris
• Petit bacille Gram ?, aérobie, mobile
• Parasite de nombreuses plantes (riz, choux,
  citron)
• Producteur de xanthane (gomme)
• Xanthane
• Gel stable à hautes températures
• 20.000 tonnes /an
• Agent gélifiant et stabilisant (E415) sauce
  salade, crème glacée, pâte dentifrice,
  cosmétiques, peintures à leau
• Lubrifiant de forage

11
Schéma de la production de xanthane
Milieu riche développement de la biomasse
Fed Batch STR 50 à 200 m3 Facteur limitant N
(D 0.025 à 0.05 h-1) Aération 1 vvm Source de
C amidon, dextrines, mélasse, lactosérum, sirop
de maïs, Source dN caséine, farine de
poisson, sels dammonium, peptones, corn steep,
urée, Température 28 à 30C pH 7 Durée 3
jours
Réalisation de l'inoculum (préculture)
développement des propriétés des xanthanes
Métabolite partiellement associé 25 à 50 g/L
12
III La méthanogènèse et la transformation des
déchets

• Biomasse valorisable
• Plantes aquatiques terrestres
• Déchets animaux fumier, lisier, fiente
• Déchets humains boues des stations, ordures
  ménagères, matières de vidanges,
• Déchets industriels
• Techniques de valorisation
• Conversion chimique ou enzymatique
• Bioproduction
• Fermentation
• Aérobie compostage, formation de POU
• Anaérobie méthanique, éthanolique, cétobutyrique

13
Les étapes de la fermentation anérobie
14
Bactéries acétogènes

• Homo-acétogènes
• Clostridium, Acetobacterium
• Production uniquement dacétate à partir de de
  CO2 ou de substrat carboné
• Bactéries syntrophes
• Pression partielle en H2 très basses
• Vie en association avec bactéries méthanogènes
  hydrophiles bactéries sulfatoréductrices
• Bactéries sulfatoréductrices

15
Exemples de réactions de conversion dans les
écosystèmes anaérobies
16
Fermentation méthanique

• Bactéries autotrophes
• Homoacétogène
• Méthanogènes hydrogénophiles (tractus intestinal
  des ruminants)
• Bactéries hétérotrophes
• Méthanogènes acétoclastes (70 de la production
  de biogaz)
• Voies productrices dénergie chimique

17
Équivalence énergétique
1,7 L d'alcool à brûler
1,15 L d'essence
1 L de mazout
1 m3 de méthane 8 570 kcal
0,94 m3 de gaz naturel
1,3 kg de charbon
9,7 kW/h délectricité
2,1 kg bois

• 1 kg de glucose 814L de gaz CH4 CO2 (v/v)