Des microbes transformant les déchets alimentaires en énergie

Des chercheurs de l’UBC ont identifié un microbe jusqu’alors inconnu jouant un rôle crucial dans la conversion des déchets alimentaires en gaz naturel renouvelable, grâce à une méthode de marquage moléculaire qui pourrait également détecter d’autres microbes insaisissables – y compris ceux qui dégradent les microplastiques dans l’océan.

Chaque année, lorsque 115 000 tonnes de déchets alimentaires arrivent à l’installation de traitement de Surrey, une armée invisible se met au travail – des milliards de microbes transforment tout, des pelures de banane aux restes de pizza, en gaz naturel renouvelable (GNR) . Des chercheurs de l’UBC ont maintenant identifié une bactérie précédemment inconnue de la famille des Natronincolaceae qui joue un rôle crucial dans ce processus.

Le GNR est produit lorsque les déchets organiques des décharges, des fermes et des stations d’épuration se décomposent. Le gaz résultant est capturé, purifié et valorisé en énergie utilisable.

Voici comment cela fonctionne. Dans un digesteur anaérobie, les bactéries décomposent d’abord les restes alimentaires en composés simples comme les acides gras, les acides aminés et les sucres. D’autres microbes transforment ceux-ci en acides organiques, tels que l’acide acétique – essentiellement du vinaigre. Les organismes producteurs de méthane se nourrissent ensuite de l’acide acétique pour produire du méthane, qui est raffiné en GNR. Le microbe nouvellement découvert est l’un de ces producteurs de méthane essentiels.

Détectives moléculaires

Cette découverte, publiée dans Nature Microbiology, a été dirigée par le Dr Ryan Ziels, professeur agrégé au département de génie civil de l’UBC, qui étudie comment transformer les déchets en ressources utiles grâce à des traitements biologiques.

« Nous étudiions la production d’énergie microbienne à l’Installation de bioénergie de Surrey lorsque nous avons remarqué quelque chose d’étrange : les microbes qui consomment habituellement l’acide acétique avaient disparu, mais le méthane continuait de circuler« , a déclaré le Dr Ziels. « Les méthodes traditionnelles ne pouvaient pas identifier les organismes qui faisaient le gros du travail. »

Pour résoudre ce mystère, l’équipe a nourri les microbes avec des nutriments contenant une forme plus lourde de carbone. Les microbes utilisent le carbone pour construire de nouvelles protéines – donc en traçant le carbone dans les protéines, les chercheurs pouvaient dire qui faisait le travail.

« La conversion des déchets en méthane est un processus coopératif impliquant de multiples microbes en interaction« , a expliqué le Dr Steven Hallam, professeur au département de microbiologie et d’immunologie de l’UBC et co-auteur de l’article. « Cette bactérie nouvellement identifiée est l’un des acteurs clés qui rend cela possible. »

Éviter les situations difficiles

Les déchets alimentaires riches en protéines produisent naturellement de l’ammoniac lors de leur décomposition, mais un excès d’ammoniac peut arrêter la production de méthane et provoquer l’accumulation d’acide acétique, rendant les cuves de déchets acides et improductives. Cependant, les microbes nouvellement découverts tolèrent des niveaux élevés d’ammoniac qui arrêteraient d’autres producteurs de méthane, maintenant le système en fonctionnement lorsqu’il échouerait normalement.

« Les installations municipales doivent beaucoup à ces organismes« , a précisé le Dr Ziels. « Si l’acide acétique s’accumule, les cuves doivent être vidées et redémarrées – un processus coûteux et désordonné. »

Ces résultats aident à expliquer pourquoi certains digesteurs fonctionnent par à-coups tandis que d’autres, comme celui de Surrey, continuent de produire de l’énergie dans des conditions difficiles. La découverte suggère également que les environnements riches en ammoniac pourraient en fait bénéficier à ces microbes clés, offrant des perspectives pour des conceptions plus efficaces.

Gérer les déchets sur terre et en mer

L’approche de marquage moléculaire pourrait également détecter d’autres microbes insaisissables. Le Dr Ziels et ses collègues utilisent maintenant la même technique pour étudier les communautés microbiennes qui dégradent les microplastiques dans l’océan.

Alors que les villes du monde entier luttent avec la gestion des déchets et les transitions vers l’énergie bas carbone, l’équipe estime que certains des plus petits organismes de la nature pourraient détenir les clés de nos plus grands défis environnementaux.

« La prochaine fois que vous jetterez vos restes dans le bac à compost, souvenez-vous : vous ne faites pas que composter. Vous nourrissez des centrales microscopiques qui aident à produire une énergie plus propre« , a commenté le Dr Ziels.

« Nous sommes ravis de contribuer à soutenir l’écosystème de recherche de la Colombie-Britannique qui a un potentiel d’impact concret. Des avancées comme celle-ci – qui approfondissent notre compréhension de la digestion anaérobie – pourraient permettre à des installations comme Surrey Biofuels de produire plus de gaz naturel renouvelable à partir de la même quantité de déchets organiques. Les collaborations entre l’UBC, FortisBC et l’installation de bioénergie de Surrey continuent de renforcer notre capacité à soutenir des solutions énergétiques à faible teneur en carbone. » – Jamie King , directeur de l’innovation et de la mesure, FortisBC

« Dans notre installation de Surrey, nous nous efforçons de maintenir une communauté microbienne stable afin de réaliser les avantages du GNR en tant que biocarburant propre. Si la stabilité est compromise, cela a des implications financières significatives car les calendriers de production doivent être ajustés et nous devrions recommencer à zéro. » – Felizia Crozier , ingénieure de support de procédé, Convertus Group