Journées Industrielles de la Méthanisation

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1 Journées Industrielles de la Méthanisation Gérer les ressources microbiennes : Exemples d applications aux procédés de méthanisation Marina Moletta-Denat, Jérôme Hamelin, Kim Milferstedt et Eric Trably Marina Moletta-Denat INRA Transfert Environnement A G R I C U L T U R E A L I M E N T A T I O N E N V I R O N N E M E N T

2 De la recherche à l industrie INRA TRANSFERT ENVIRONNEMENT est régulièrement sollicité pour apporter des réponses à des problématiques liées à la microbiologie. Par exemples : Choisir un inoculum? Diagnostiquer un dysfonctionnement de la biomasse? Identifier et surveiller les espèces pathogènes présentes dans un procédé ou une filière? Prévenir une dérive de la microflore d un bioprocédé? Suivre l impact microbiologique d un rejet dans l environnement? Suivre et tracer la microflore d une matrice? Etc

3 Offre de services Prestations technologiques Prestations «catalogues» Analyses et caractérisation de de la diversité microbienne (séquençage haut débit), mesure de biodiversité (CE-SSCP), Recherche d espèces cibles, Mesure d impact microbiologique Prestations «sur-mesure» Études de faisabilité au stade laboratoire et/ou au stade pilote Étude des microorganismes dans leur environnement Expertise des procédés industriels de dépollution Prestations tertiaires Formation, information, accompagnement Formation en accompagnement d actions de transfert Mise à jour technologique Organisation de formation thématiques et de journées techniques Expertise, veille technologique et synthèses bibliographiques Accompagnement des porteurs de projets dans le cadre de projets de R&D, ou de projets industriels

4 Avantages des outils moléculaires Sensibles Permet d accéder à la microflore non cultivable (environ 99% de la diversité microbienne) Rapides (réponse en 48h) Génériques et applicables à tous les écosystèmes (air, surfaces, résidus, matrice alimentaire, sols, matériaux de construction ) Depuis 2005, ces nouveaux outils sont intégrés dans la réglementation (Microbiologie des aliments, Qualité de l eau, Qualité des sols ) (ISO Qualité des sols - Méthode pour quantifier l'abondance des communautés microbiennes à partir d'adn extrait d'échantillons de sol)

5 De la recherche à l industrie Collecte et extraction des acides nucléiques Empreintes moléculaires (CE-SSCP), PCR quantitative en temps réel, Pyroséquençage 454. Diagnostiquer un dysfonctionnement de la biomasse? Identifier et surveiller les espèces pathogènes présentes dans un procédé? Prévenir une dérive de la microflore d un méthaniseur? Suivre l impact microbiologique d un rejet dans l environnement?

6 Diagnostiquer, Identifier, Surveiller, Prévenir, Suivre CE-SSCP (Capillary Electrophoresis-Single Strand Conformation Polymophism) Permet d observer et de mesurer la diversité microbienne d un écosystème Surveiller la diversité bactérienne, archée et eucaryote d un procédé o Suivi de montée en charge o Dérive o Effet toxique. Comparer les échantillons sur la base de leur diversité (Indice de Simpson ) Suivre la microflore active d un échantillon de biomasse Clostridium indolis Cytophaga Synergistes Gram+ Bas GC Green Non Sulphur Cytophaga Spirochaetes Gram+ Bas GC 16S rdna = presence 16S rrna = activité Delbès et al. LBE, 2000

7 Diagnostiquer, Identifier, Surveiller, Prévenir, Suivre Stratégie microbienne de biodégradation de la lignocellulose Thèse JC Motte, LBE, 2013

8 PC2 (12.6%) Diagnostiquer, Identifier, Surveiller, Prévenir, Suivre Stratégie microbienne de biodégradation de la lignocellulose S Soluble P Particulaire Compartiment soluble Initial S125 S244 S8 S62 P8 S27 P244 P125 P62 P27 Compartiment particulaire Fraction soluble Fraction facilement accessible Fraction difficilement accessible Spécialisation progressive du compartiment particulaire en lien avec l hydrolyse du substrat PC1 (47.7%) Thèse JC Motte, LBE, 2013

9 Diagnostiquer, Identifier, Surveiller, Prévenir, Suivre PCR ou RT-PCR quantitative en temps réel PCRq: Permet de quantifier les groupes microbiens et fonctions présents dans un échantillon (Mesure du potentiel) RT-PCRq: Permet de quantifier l activité des groupes microbiens et fonctions présents dans un échantillon (Mesure de l activité) Gestion de procédés o Suivi du démarrage d un procédé o Surveillance de la charge microbienne globale (Bactérie, Archée, Eucaryote) ou de groupes microbiens spécifiques Surveillance de groupes microbiens pathogènes ou de bio-indicateurs spécifiques. o Suivi d une filière, hygiénisation o Réutilisation des eaux traitées

10 Thèse A. Abassi, LBE, 2012 Diagnostiquer, Identifier, Surveiller, Prévenir, Suivre Exemple : Ecosystème microbien nitrifiant 7 millions de billes Influence de la concentration en matières sèches sur les communautés bactériennes et archées impliquées dans la digestion anaérobie Groupe A DA fonctionnelle Groupe B DA inhibée

11 Diagnostiquer, Identifier, Surveiller, Prévenir, Suivre Séquençage haut-débit Permet d identifier et de mesurer l abondance des groupes microbiens présents dans un échantillon, de développer des outils de gestion Création de base de données sur des écosystèmes spécifiques o Référence dans le diagnostic de fonctionnement d un procédé ex: Diversité/abondance des méthanogènes Diversité/abondance de groupes fonctionnels o Aide à la conduite des procédés ex: Appui au choix d inoculum Identification d espèces pathogènes Développement de nouveaux bio-indicateurs

12 Diagnostiquer, Identifier, Surveiller, Prévenir, Suivre

13 Diagnostiquer, Identifier, Surveiller, Prévenir, Suivre Développement d indicateurs bactériens de fonctionnement de la méthanisation voie sèche Accumulation des AGV et ph élevé Bac 2 et 3 : Clostridium cellulosi Bac 1 : Clostridium cellulovorans/butyricum Fonctionnement optimal de la DA Thèse A. Abassi, LBE, 2012

14 Conclusions Informations Principales cibles Temps de réponse Structure et abondance de la diversité Bactérie, archée, eucaryote producteur d hydrogène, bactéries sulfato-réductrices Concentration, Potentiel Bactéries, archées, fonctions clés (méthanogènèse, dégradation de xénobiotiques, pathogènes ) Concentration, Activité Bactéries, archées, fonctions clés (méthanogènèse, dégradation de xénobiotiques ) Structure de la diversité, abondance des populations, identification Bactéries, archées eucaryotes 2 jours 2 jours 2 jours 1 mois

15 Merci! Marina Moletta-Denat INRA Transfert Environnement A G R I C U L T U R E A L I M E N T A T I O N E N V I R O N N E M E N T

16 Diagnostiquer, Identifier, Surveiller, Prévenir, Suivre Stratégie microbienne de biodégradation de la lignocellulose Thèse JC Motte, LBE, 2013

17 Fraction soluble Fraction particulaire facilement accessible Fraction particulaire difficilement accessible 6 dates de prélèvements correspondant à l avancement de la réaction Accumulation de métabolites à 8 jours Production de méthane très proche du potentiel méthane 200±12 NmL.g MV -1

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