Les micro-organismes et les processus biologiques liés à l’environnement
Les bioprocédés se divisent en deux catégories :
Des traitements biologiques dans station d’épuration (déchets solides et eaux contaminées).
Bioremédiation (ex : Pseudomonas dégradent hydrocarbures)
Rappel : Les Pseudomonas sont des bacilles à gram et mobiles. On les retrouve dans le sol, l’air… Certaines
espèces peuvent être pathogènes pour l’homme.
La biomasse peut être active naturellement ou alors par des bioprocédés industriels : biostimulation (activation de la
biomasse) ou bioaugmentaion (amplification de la biomasse).
I- Classification selon les types trophiques
La syntrophie ou synergie métabolique
représente les interactions métaboliques entre
les différentes espèces.
Classifications trophiques
Micro-organismes représentatifs
Photolithoautotrophe
Bactéries sulfureuses et cyanobactéries
Photoorganohétérotrophe
Bactéries non sulfureuses
Chimiolithoautotrophe
Bactéries sulfureuses, ferrobactéries, bactéries nitrifiantes
Chimiolithohétérotrophe
Chimioorganohétérotrophe
Bactéries non photosynthétiques, pathogènes
A- Sources d’énergie
1- Phototrophie
Photosynthèse primitive :
anoxygénique
Photosynthèse évoluée :
oxygénique
Photosystèmes
Un seul photosystème (PS I) d’où
photophosphorylation cyclique
Deux PS (PS I et PS II) d’où
photophosphorylation cyclique et
non cyclique
Donneurs d’électrons
H2, H2S, S, composé organique
Production d’O2
Pas de dégagement d’O2
(anoxygénique)
Pigments
photosynthétiques
Bactériochlorophylles a et b qui
absorbent dans l’infrarouge
Bactéries
anaérobie stricte (eau)
auto ou hétérotrophes
auxotrophes
Bactéries pourpres (Pseudo.),
vertes et héliobactéries
La photosynthèse primitive permet une meilleure adaptation aux niches écologiques.
Source
Nature
Types trophiques
Energie
lumineuse
Phototrophes
chimique
Chimiotrophes
Electrons
inorganique
Lithotrophes
organique
Organotrophes
Carbone
CO2
Autotrophes
composés
organiques
Hétérotrophes
Facteur de croissance
non exigeant
Prototrophes
exigeant
Auxotrophes
2- Chimiotrophie
Il s’agit de la majorité des microorganismes. L’énergie est récupérée à partir de réactions d’oxydo-réductions. Il faut
distinguer la respiration (aérobie) de la fermentation (anaérobie facultative ou stricte). Les fermentations
microbiennes les plus courantes à partir du pyruvate sont les fermentations alcoolique, lactique, acides mixtes,
propionique, butanediolique et butylique/butyrique. Les organismes chimiolithotrophes utilisent des donneurs
d’électrons minéraux (protéobactéries). Ils sont utilisés dans les bioprocédés environnementaux. Les
Chimioorganotrophes utilisent des donneurs d’électrons organiques. Ils sont étudiés dans les domaines de la santé
(pathogènes) et de nombreux domaines biotechnologiques (production de molécules, biocarburants, agronomie…).
B- Sources de carbone
1- Autotrophie
Les bactéries autotrophes utilisent le CO2 comme source de carbone. L’assimilation de ce CO2 est fait grâce à
l’énergie chimique (chimiolithotrophes) ou à l’énergie lumineuse (photolithotrophes).
2- Hétérotrophie
La source de carbone est une molécule organique (sucre, acide gras, acide organique…). Les bactéries peuvent avoir
besoin d’une seule ou de plusieurs sources de carbone.
Prototrophie
Auxotrophie
Synthèses
1 source de carbone (glucose,
amidon, cellulose…)
Plrs sources (ex :
Pseudomonas sp.)
Facteurs de
croissance
Non exigeants
Exigeants (aa, bases,
vitamines)
Spécificité
Marqueur de sélection
Les bactéries hétérotrophes sont impliquées dans les bioprocédés environnementaux.
II- Processus biologiques liés à l’azote
A- Fixation de l’azote gazeux
Il s’agit de la réduction de l’azote atmosphérique en ammoniaque NH3 grâce à la nitrogénase en anaérobie.
Le coût énergétique est élevé (3 ou 4 ATP). Les bactéries capables de fixer l’azote gazeux sont les bactéries du sol
(Azotobacter…), les cyanobactéries (Anabaena) et les bactéries symbiotiques (Rhizobium dans les légumineuses).
B- Transformation de l’azote moléculaire
1- Ammonification
A partir de protéines ou des acides aminés par désamination oxydative en aérobie pour obtenir de
l’ammoniaque ou par décarboxylation d’acides aminés. Ces processus ont lieux chez les bactéries
protéolytiques.
A partir d’urée grâce à l’uréase qui dégrade l’urée et libère deux ammoniaques et un CO2.
2- Nitrification
L’ammoniaque est oxydé en nitrite NO2- (Nitrosomonas) puis en nitrate NO3- (Nitrobacter). Ces réactions sont
spécifique des bactéries, elles se font en aérobie par des microorganismes autotrophes et mésophiles. C’est un
processus lent dû à un temps de génération élevé chez ces bactéries.
3- Dénitrification
Réduction des nitrates NO3- en azote gazeux N2 par la respiration anaérobie.
Réduction des nitrates en NH3 avant d’être incorporé dans matière organique par la nitrate réductase puis
la nitrite réductase. Ce processus concerne les bactéries dénitrifiantes comme Thiobacillus denitrificans.
III- Processus biologiques liés au soufre
A- Réduction des sulfates
Les sulfates SO42- sont réduits en sulfures par l’ATP sulfurylase, l’APS kinase, puis deux réductases.
Les bactéries sulfato-réductrices réalisent ces réaction (Desulfobacter).
La réduction des sulfates est utilisée pour la bioremédiation et la biolixiviation (traitement des minerais).
Ces réactions ont néanmoins un effet indésirable pour les industries pétrolières : corrosion des pipelines.
B- Oxydation des composés soufrés
En anaérobie
A partir de S2- on obtient du SO42- (fait intervenir sulfite réductase, APS réductase, ADP sulfurilase). Cela fait
intervenir les bactéries sulfureuses vertes (Chlorobacteriaceae) et pourpres (Rhodospirillaceae). Il existe une
cohabitation entre bactéries photosynthétiques et sulfato-réductrices.
En aérobie
Dans les milieux riches en sulfures et pauvres en O2 (sédiments, eaux usées…). Concerne les bactéries sulfureuses
incolores (Thiobacillus).
IV- Processus biologiques liés au fer
Les férrobactéries sont autotrophes et catalyse la réaction Fe2+ Fe3+ en conditions d’aérobiose. Ces réactions sont
utilisées dans les processus de bioremédiation, de désulfurisation des rejets et des hydrocarbures et de déferrisation
des sols et eaux contaminés par métaux lourds.
Attention à « l’ocre ferreux » : dégradation des conduits, puits.
V- Autre processus biologique
La pile à combustible microbienne
Une bactérie en anaérobie produit de l’hydrogène et des électrons. On a alors production d’électricité grâce aux
électrons, et l’hydrogène passe à travers une membrane pour resynthétiser des produits.
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