Exercice dirigé

La panse des ruminants peut être assimilée à un réacteur microbiologique (chémostat) dans lequel se produisent les réactions microbiennes suivantes:

6 CH2O + 2 H2O 2 CH3COOH + 2 CO2 + 4 H2 (I)

4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O (II)

Les parois gastriques de l’animal absorbent au fur et à mesure tout l’acétate (CH3COOH )

produit; les gaz produits s’échappent par le gosier et la biomasse microbienne produite est transférée vers le second estomac de la chèvre qui s’en nourrit.

Métabolismes microbiens (I) et (II)?

(I) Métabolisme organotrophe: fermentation acétogénique (anaérobie)

(II) Métabolisme chemolitotrophe:méthanogénèse(anaérobie)

Quelle est, à l’état stationnaire, la production totale de biomasse microbienne dans la panse de Biquette (en gC/l.jour) ?

Etat stationnaire:

Culture continue

dB1/dt = µ1max . M(CH). B1 - dil. B1CHo

CH H2B1B2

Q

V

dil = Q/V

CH

2/6 Acetate 4/6 H2 B1

2/6 CO2

1/6 CH4

B2

M(S) = S/(S+Ks)

dCH/dt = - µ1max/Y1. M(CH). B1 + dil. (CHo-CH)

dB2/dt = µ2max . M(H2). B2 - dil. B2

dH2/dt = µ1max/Y1. M(CH). B1 - µ2max/Y2 . M(H2). B2 - dil. H2

µ1max. M(CH) = dil

µ2max. M(H2) = dil

dil /Y1 . B1 = dil (CHo – CH)

dil /Y1 . B1 = dil /Y2 . B2 - dil (H2)

µ1max. M(CH) = dil

µ2max. M(H2) = dil

dil /Y1 . B1 = dil (CHo – CH)

dil /Y1 . B1 = dil /Y2 . B2 - dil (H2)

prod B1 = µ1max. M(CH). B1

CH = KCH / ( (µ1max / dil) -1)

B1 = Y1. (CHo – CH)

B2 = (Y2 / Y1) . B1

= dil . B1 = dil . Y1. (CHo – CH) = dil.Y1.(CHo–KCH / ((µ1max/dil) -1))

prod B2 = µ2max. M(H2). B2 = dil . B2 = dil . (Y2 / Y1) . B1 = (Y2 / Y1) . prod B1

prod B1 = dil.Y1.(CHo–KCH / ((µ1max/dil) -1))

prod B2 = (Y2 / Y1) . prod B1

paramètre microorganisme (BI) microorganisme (BII) taux de croissance maximum (µmax) 4 jour -1 1.5 jour –1 rendement de croissance (Y) 0.05 gCbiom/gCorg degradé 0.01 gCbiom/gC(CH4)produit cte de ½ saturation pour les carbohydrates (KmCH2O)

0.6 gC/l

pour l’H2 (KmH2) 0.000001 g H2/l

dil = Q/V = 10 l/jour / 10 l = 1 jour-1

CHo = 720 gC/jour / 10 l = 72 gC/l

= 1 j-1. 0.05. (72gC/l – 0.6gC/l / ( (4 j-1 /1 j-1)-1) ) = 3.59 gC/l.j-1

= (1/6. 0.01 / 0.05) . 3.59 gC/l.j-1 = 0.12 gC/l.j-1

prod CH4 = prod B2 / Y2

= 0.12 gC/l.j-1 / 0.01 = 12 gCH4 /l.j-1

pour 10 l de panse: 10 l . (12 gC-CH4 /l.j-1 + 12 gC-CO2 /l.j-1 ) = 240 gC/ j-1

= 240 gC/ j-1 / (12gC/mol) . 22.4 l/mol = 448 l j-1