Production CO2 et Saccharomyces cerevisiae

[-maroon-]

Bonjour,

Je prévois de mettre en place un système qui me permettrait de produire du CO2 dans ma petite serre à l'aide de levure et j'aimerais des avis/commentaires avant de me lancer.

J'ai choisi d'utiliser Saccharomyces cerevisiae pour l'unique raison que cette levure est facilement accessible.
J'aimerais que le système soit plus ou moins autonome et pérenne. Pour le moment je n'ai pas encore réfléchi aux dimensions, je travaille dabord sur le principe.
Je prévois de placer les levures dans un bac en verre poser sur une plaque chauffante. Le bac serait alimenté avec une solution contenant: eau + sucre (saccharose) + azote minéral (je pense utiliser de l'urée) + vitamines et sels minéraux (je n'ai pas encore de liste/quantités précises) + lipides (je me disais qu'il faudrait forcemment une source de lipides?).

Donc le bac serait alimenté de façon continu avec cette solution et chauffé à environ 30-35°C. Le bac serait fermé mais avec une entrée pour cette solution et une sortie qui transporterait les gaz vers un colonne de refroidissement de façon à extraire CO2 + vapeur d'eau + vapeur d'éthanol, et que l'éthanol et l'eau soit recondensés et récupérés dans un récipient, alors que le CO2 serait libéré dans la serre. Je voulais faire comme ça car je me disais que les vapeurs d'alcool ne seraient pas bonnes pour les plantes (et pour les levures dans le bac d'où le fait que je chauffe un peu la solution) et aussi que les vapeurs d'eau augmenteraient trop l'humidité de la pièce ce qui demandait plus d'aération et donc une perte (presque totale) du CO2 produit.

J'aimerais savoir si quelqu'un a un avis sur le système que je viens de décrire. Peut-être des liens vers un site qui décrit de façon précise la nutrition des levures. Est-ce que les levures qui meurent finiront par fournir assez de ressources à celles qui sont vivantes à un moment donné (azote, lipides, vitamines)??

Merci d'avance pour vos réponses!!
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[Flyingbike]

Hello

Ce système sera probablement bien plus compliqué à l'usage que sur le papier. Il faut en effet renouveler le milieu en continu car la biomasse va vite s'accumuler et mourir.

Pour l'alcool, ce n'est probablement pas un problème car il sera produit en petite quantité, voire pas du tout si les conditions sont aérobies.

Les levures n'ont pas besoin de lipides.


Il faut sérieusement calculer la quantité de CO2 que vous pourrez produire (à partir de la quantité de source de carbone), le taux de renouvellement de l'air de votre serre et son volume. Pas sur que l'effet soit significatif.

[-maroon-]

Bonjour Flyingbike,

Merci pour votre réponse!

Par rapport à votre commentaire:

1- Les levures produiraient tous leurs lipides à partir du sucre?

2- Je suis parti de la réaction C₆H₁₂O₆ (glucose) ==> 2 C₂H₅OH (éthanol) + 2 CO₂
En considérant la masse molaire du CO₂ (44 g/mol) et de l'éthanol (46 g/mol) je me suis dit que la masse de CO₂ produite serait égale à environ 49% de la masse de sucre fournie (ici j'ai regardé avec le glucose mais je pense que c'est équivalent avec le saccharose ?).
Ca me fait penser que je ne comprends pas pourquoi vous dites que la production d'alcool serait faible? Je pensais que c'est ce qui bloquait l'activité des levures au bout d'un certain temps? Et c'est la raison pour laquelle je voulais chauffer un peu le mélange pour accélérer l'évaporation de l'alcool...

3- En considérant 1m³ d'air donc environs 1,24Kg donc 5E-4 Kg de CO₂/m³ d'air (si 400 ppm), je suis parti du principe qu'il faudrait 1E-3 Kg (5E-4 * 2) de glucose par m³ pour doubler la teneur en CO₂ (sans tenir compte pour l'instant de l'aération ou de la consommation des plantes).

4- Pour l'accumulation de biomasse il faut que je regarde ça, mais pour le moment je ne connait pas la vitesse de croissance des levures, ni leur durée de vie, ni le niveau de déchet qu'il ne faudrait pas d'épasser (je vais me renseigner). D'ailleurs je pensais que les levures filles finiraient par consommer les déchets, en particulier les lipides, mais si elles n'en ont pas besoin effectivement ça posera problème plus vite que prévu...

Merci d'avance pour votre retour.

[-maroon-]

Je pensais que dans une solution plus ou moins "stagnante" et refermée par un couvercle (avec deux ouvertures pour le tuyau d'alimentation, et la sortie des gaz) on pouvait considérer que le milieu était suffisemment anaérobie pour être dans une situation de fermentation (comme pour la bière)? Mais si je comprends bien on est dans une situation ou la respiration et la fermentation auront lieu de façon plus ou moins équivalente?

Pour le moment je n'ai pas trouvé trop d'indications sur les taux d'oxigène aproximatif des différents milieux qu'on peut rencontrer et le métabolisme de S.C. correspondant.
Dans tous les cas si je veux accélérer l'ajout de solution sucrée dans un même bac il faut que j'élimine l'eau du bac par évaporation, et pour limiter l'augmentation de l'humidité dans la serre il faut que je récupère la vapeur d'eau ?

Si vous avez des liens/documents je suis preneur
Merci d'avance!

[A voir en vidéo sur Futura]

[Flyingbike]

Bonjour Flyingbike,

Merci pour votre réponse!

Par rapport à votre commentaire:

1- Les levures produiraient tous leurs lipides à partir du sucre?

Oui. Prenez le milieu YNB par exemple, qui est un milieu chimiquement défini, assez pauvre (voir ci dessous), il suffit d'une source de carbone (exemple 20g/L glucose) et les levures poussent.

2- Je suis parti de la réaction C₆H₁₂O₆ (glucose) ==> 2 C₂H₅OH (éthanol) + 2 CO₂
En considérant la masse molaire du CO₂ (44 g/mol) et de l'éthanol (46 g/mol) je me suis dit que la masse de CO₂ produite serait égale à environ 49% de la masse de sucre fournie (ici j'ai regardé avec le glucose mais je pense que c'est équivalent avec le saccharose ?).
Ca me fait penser que je ne comprends pas pourquoi vous dites que la production d'alcool serait faible? Je pensais que c'est ce qui bloquait l'activité des levures au bout d'un certain temps? Et c'est la raison pour laquelle je voulais chauffer un peu le mélange pour accélérer l'évaporation de l'alcool...

Les levures produisent de l'alcool en absence d'oxygène. Si vous ventilez pour diffuser le CO2, elles n'adopteront pas un métabolisme anaérobie et produiront peu d'alcool.
Le bilan en présence non limitante d'oxygène est de 6 CO2 pour 1 glucose. Selon votre configuration, le bilan réel est quelque part entre le votre et le mien, mais pour faire du CO2 vous avez plutot intérêt a ventiler !

3- En considérant 1m³ d'air donc environs 1,24Kg donc 5E-4 Kg de CO₂/m³ d'air (si 400 ppm), je suis parti du principe qu'il faudrait 1E-3 Kg (5E-4 * 2) de glucose par m³ pour doubler la teneur en CO₂ (sans tenir compte pour l'instant de l'aération ou de la consommation des plantes).

Je n'ai pas vérifié, mais ok sur le principe.

4- Pour l'accumulation de biomasse il faut que je regarde ça, mais pour le moment je ne connait pas la vitesse de croissance des levures, ni leur durée de vie, ni le niveau de déchet qu'il ne faudrait pas d'épasser (je vais me renseigner). D'ailleurs je pensais que les levures filles finiraient par consommer les déchets, en particulier les lipides, mais si elles n'en ont pas besoin effectivement ça posera problème plus vite que prévu...

Très grossièrement, dans un milieu riche, en 24-36h (dépendant de l'inoculum) les levures ont atteint la phase plateau et ne poussent plus.



YNB 1X, qsp 1.0L

Ammonium sulfate, 5 g
Biotin, 0.002 mg
Calcium pantothenate, 0.4 mg
Folic acid, 0.002 mg
Inositol, 2 mg
Niacin, 0.4 mg
Para-aminobenzoic acid, 0.2 mg
Pyridoxine HCl, 0.4 mg
Riboflavin, 0.2 mg
Thiamine HCl, 0.4 mg
Boric acid, 0.5 mg
Copper sulfate, 0.4 mg
Potassium iodide, 0.1 mg
Ferric chloride.6H2O, 0.2 mg
Manganese sulfate.H2O, 0.4 mg
Sodium molybdate.2H2O, 0.2 mg
Zinc sulfate.H2O, 0.4 mg
Potassium phosphate monobasic, 1 g
Magnesium sulfate, 0.5 g
Sodium chloride, 0.1 g
Calcium chloride, 0.1 mg

[-maroon-]

Bonjour Flyingbike,

Merci pour toutes ces informations!
Je ne savais pas que les levures arrêtaient leur métabolisme aussi vite à cause des déjets quelles produisent!
Du coup je vais réfléchir et voir si je peux trouver une solution...

Merci encore et à plus!

[Flyingbike]

Ce n’est pas que les déchets produits, c’est du même coup un épuisement du milieu, du moins de certains de ses composants à l’étant fondamental
Bonnes recherches

[RomVi]

Bonjour

Il est possible de ventiler (ou plutôt de faire barboter de l'air) pour favoriser la multiplication des levures et la métabolisation aérobie, mais il y aura quand même une production d'alcool non négligeable, suivie d'une infection rapide du milieu.
Pour assurer une production de CO2 sur une longue durée il faut nécessairement se placer en conditions anaérobie. On peut alimenter le milieu avec un sirop et de l'eau, et faire déborder le "vin" par terre, en dehors de la serre.
Il est inutile d'apporter des éléments nutritifs, il faut simplement mélanger un peu de concentré de tomate au sirop.

[Flyingbike]

Bonjour

Il est possible de ventiler (ou plutôt de faire barboter de l'air) pour favoriser la multiplication des levures et la métabolisation aérobie, mais il y aura quand même une production d'alcool non négligeable, suivie d'une infection rapide du milieu.

Il y aura nécessairement moins de production d'alcool qu'en anaérobie et on peut tendre vers zero. Toutefois la production d'alcool, même a des titres de plusieurs %, ne posera probablement aucun problème pour le but recherché. Au sujet de l'infection, pas forcément. On peut très bien travailler en aérobie proprement. Il y a plus de risque, certes, mais l'anaérobiose n'exclut qu'une partie des contaminants potentiels. Sur une culture bien établie, la compétition nutritionnelle (et d'autres mécanismes) joue également un rôle protecteur vis a vis des contaminants (qui ont de fait du mal à faire leur trou)

Pour assurer une production de CO2 sur une longue durée il faut nécessairement se placer en conditions anaérobie.

et on produira nécessairement moins de CO2. Il faut voir ce qui est recherché en détail et les conditions dans lesquelles cela sera réalisé.

Il est inutile d'apporter des éléments nutritifs, il faut simplement mélanger un peu de concentré de tomate au sirop.

qu'est ce que le "sirop" et le concentré de tomate, si ce ne sont pas des éléments nutritifs (= source de carbone et autres nutriments) ?


Bonne journée

[RomVi]

Le problème ici est que la fermentation n'est pas effectuée dans un bioréacteur stérile. Si on travaille en aérobie stricte une population d'acétobacter va commencer à s'installer, pour produire de l'acide acétique qui est un inhibiteur de SC, et rapidement la population de levure va décroître tandis que celle des bactéries augmentera, puis il n'y aura plus de production de CO2.
C'est justement en maintenant un taux de CO2 suffisant que l'on bloque la prolifération des autres organismes.

[agitateur]

Un fermenteur en continu, ce sera ingérable. C'est ce qui est utilisé pour produire les levures industrielles, ce n'est pas facile.

Tu devrais faire une cuve, puis en refaire une, etc....

Une cuve à 200 gr/l de sucre sera séchée en quelques jours par une levure de vinification, apportée à 15 / 20 grammes de levure sèche active pour 100 litres de solution, à 25° C. A 35°C, tu vas les cuire.
L'apport d'azote minéral seul a tendance à emballer la fermentation. Tu peux mixer avec un activateur dit complexe qui comprend de l'azote organique.

[RomVi]

Une fermentation en continu est tout a fait faisable, mais un peu complexe effectivement, mais du batch ne conviendra pas car on aura une grosse production sur 24h, puis plus rien.
Une solution peut consister à injecter un sirop en continu dans une cuve, jusqu'a saturation en alcool.

[agitateur]

En travaillant à température basse ( variable selon la souche ), on peut faire durer une semaine minimum.

[Flyingbike]

Et plus c’est long, moins on produit de CO2

Je doute de toute façon que ce soit une méthode viable

[RomVi]

Pour une serre non, j'en doute également. Il faudrait que le système soit étanche comme un phytotron.
Par contre ça se fait fréquemment pour les aquariums récifaux, pour ceux qui ne veulent pas acheter de bouteille de CO2.

[agitateur]

Et plus c’est long, moins on produit de CO2

Non.

Les métabolismes secondaires sont négligeables avec une concentration initiale assez élevée en sucre ( mais pas trop - donc au hasard 12° potentiel en alcool - 200 grammes de sucre / litre ) et donc si on cherche à orienter vers la fermentation alcoolique.
L'alcool est produit à hauteur de 12% vol / vol, et il y a dans la réaction ce qu'il doit y avoir en CO2.Il se fabrique de la sorte l'équivalent de 5 milliards de bouteilles tous les ans de la sorte, ça marche bien.
Les métabolismes secondaires deviennent importants sur milieu carencé ET avec un sucre très bas.

Je ne dis pas que c'est super viable ici, mais plus qu'en fermenteur en continu sans aucun doute.

[Flyingbike]

Je me suis peut être mal exprimé mais pas nécessaire de donner un cours de biochimie.
Le but initial étant d’augmenter la ppCO2 dans une serre, il faut en produire plus qu’il ne s’en échappe. Déjà que je ne suis pas convaincu par la viabilité de la méthode (du moins sur l’effet d’une culture de Sc sur le taux de CO2 dans une atmosphère plus ou moins fermée...
Ma remarque était dans le sens des flux gazeux, pas du métabolisme, donc je pense qu’on est d’accord la dessus