La vie sans oxygène : la chambre anaérobie

La vie est-elle possible sans oxygène ?

Alors que de nombreux films de science-fiction ont popularisé l'idée que l'oxygène est une condition essentielle à la vie en général, même sur notre planète, il existe des organismes qui n'ont pas besoin d'oxygène ou pour lesquels il est même mortel !

La caractéristique de ces organismes est appelée « anaérobiose » (du grec aero et bios, donc « vie sans air ») et la chambre anaérobie est l'instrument que les scientifiques modernes utilisent pour les étudier.

Qu'est-ce qu'une chambre anaérobie ?

Une chambre anaérobie est un environnement isolé conçu pour réduire drastiquement, voire éliminer complètement, les niveaux d'oxygène. Outre l'oxygène, d'autres paramètres environnementaux tels que la température et l'humidité relative peuvent généralement être surveillés et ajustés à l'intérieur de la chambre anaérobie .

Comment est fabriquée une chambre anaérobie ?

Il existe différents modèles de chambres anaérobies , mais certaines caractéristiques leur sont communes.

Tout d'abord, l'intérieur de la chambre doit être hermétiquement scellé de l'extérieur pour des raisons évidentes. Par conséquent, pour manipuler les échantillons introduits à l'intérieur, les chambres anaérobies sont souvent équipées de portes à gants permettant aux opérateurs d'intervenir sur les cultures bactériennes.

Parmi les autres éléments essentiels de la chambre figurent le contrôle de l'atmosphère interne et de l'oxygène.

L'environnement dépourvu d'oxygène est en fait obtenu en remplissant l'espace avec des gaz inertes, généralement de l'azote ou de l'argon.

Les chambres anaérobies sont également équipées de systèmes de surveillance qui contrôlent en permanence la présence d'oxygène à l'intérieuret d'autres paramètres environnementaux tels que la température et l'humidité relative, afin de garantir la précision et la fiabilité du test.

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À quoi servent les chambres anaérobies ?

Les chambres anaérobies trouvent des applications dans divers domaines scientifiques, mais surtout dans médicale et pharmacologique, car elles constituent l'environnement idéal pour la culture et l'étude de certaines espèces de bactéries anaérobies, des organismes qui prospèrent en l'absence d'oxygène.

Vous trouverez ici  une analyse plus approfondie de ce type d'organisme fascinant

Dans l'industrie chimique, cependant, elles sont utilisées pour la manipulation de produits chimiques sensibles à l'oxygène et dans la production de matériaux qui nécessitent un environnement sans oxygène pour maintenir leur intégrité.

Chambres de croissance non anaérobies

Malgré leur importance fondamentale dans l'étude des organismes anaérobies, les chambres anaérobies ne représentent qu'un type parmi une plus vaste catégorie d'instruments de laboratoire appelés chambres de croissance.

Les chambres de culture désignent l'ensemble des instruments de laboratoire adaptés à la culture de micro-organismes et de plantes. Toutes les chambres de culture sont équipées de systèmes de régulation des paramètres environnementaux, notamment la température et l'humidité relative. La chambre anaérobie, comme nous l'avons vu, possède également des systèmes de régulation de l'oxygène, tandis que les chambres de culture plus traditionnelles sont dotées de systèmes d'éclairage de pointe simulant la lumière du soleil.

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La chambre de croissance FDM

Depuis plus de 70 ans, FDM – Environmental Makers conçoit des instruments de laboratoire capables de simuler les conditions environnementales les plus variées dans le domaine des essais climatiques.

Nos chambres de culture reproduisent l'environnement idéal pour la croissance d'organismes aérobies tels que les cultures bactériennes et végétales. Nous réalisons également des chambres de culture sur mesure, comme celle que nous avons effectuée pour l'Université de Turin. Vous pouvez lire ce témoignage ici.

Pour toute question ou préoccupation supplémentaire, n'hésitez pas à nous contacter.

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Normes de référence

• ISO 14853 — Plastiques : Détermination de la biodégradation anaérobie ultime des matières plastiques dans un système aqueux, méthode en phase aqueuse.
• DIN EN ISO 11734 — Qualité de l'eau : Évaluation de la biodégradabilité anaérobie ultime des composés organiques dans les boues digérées, essai sur les boues digérées.
• ASTM D5210 — Méthode d'essai normalisée pour la détermination de la biodégradation anaérobie des matières plastiques en présence de boues d'épuration municipales.
• ISO 15985 — Plastiques : Détermination de la biodégradation anaérobie ultime dans des conditions de digestion anaérobie à haute teneur en solides.
• CLSI M11 — Méthodes de test de sensibilité aux antimicrobiens des bactéries anaérobies, référence en microbiologie clinique.

Sources faisant autorité

• L’ISO – Organisation internationale de normalisation– gère les normes ISO 14853 et ISO 15985 relatives à la biodégradabilité anaérobie.
• ASTM D5210. Norme américaine relative à la biodégradabilité anaérobie des plastiques dans les boues d'épuration.
• CLSI – Clinical and Laboratory Standards Institute. La norme CLSI M11 relative à la sensibilité aux antimicrobiens des bactéries anaérobies a été publiée.

Pour en savoir plus : découvrez notre chambre de test CO2 à atmosphère contrôlée, conçue et fabriquée par FDM Environment Makers.

Questions fréquentes concernant la chambre anaérobie

Quelles sont les méthodes permettant de créer une anaérobiose ?

Trois méthodes principales, classées par ordre croissant de rigueur. Systèmes Gaspak (Becton Dickinson, Oxoid AnaeroGen) : sacs générateurs de gaz dans des bocaux scellés, consommant l’O₂ résiduel par réaction acide ascorbique/borohydrure de sodium pour produire l’atmosphère finale. Technique de Hungate : tubes de verre pressurisés avec un gaz anaérobie pur (N₂, N₂/CO₂, H₂/CO₂), fermés par des bouchons en butyle, accès par seringues et aiguilles hypodermiques purgées. Permet d’atteindre des niveaux d’anaérobie. Boîte à gants (Coy Laboratory, Whitley A35, Don Whitley) : enceinte rigide à joint d’étanchéité, atmosphère maintenue avec 3 à 5 % de H₂ + N₂ ou N₂/CO₂, catalyseur au palladium consommant l’O₂ résiduel (H₂ → H₂O).

Composition typique des gaz anaérobies ?

La composition du mélange gazeux dépend de l'application. Poste de travail clinique anaérobie (CLSI M11) : 85 % N₂ + 10 % CO₂ + 5 % H₂, où H₂ est utilisé pour la consommation catalytique d'O₂ via le palladium et le CO₂ pour tamponner les milieux de culture de Brucella ou le milieu Brain Heart Infusion. sur les méthanogènes/archées : 80 % N₂ + 20 % CO₂ avec ajout massif de H₂ comme substrat métabolique. Biodégradation ISO 14853 : 70 % N₂ + 30 % CO₂ pour maintenir un pH stable de l'inoculum par équilibre bicarbonate. Culture de Clostridium : pré-purge à l'azote pur pendant 30 min, puis atmosphère de travail composée de 90 % N₂ + 10 % CO₂ avec présence de H₂S comme métabolite bactérien naturel. La qualité des gaz est élevée : N₂ 5.0 (99,999 %), CO₂ de qualité alimentaire 4.5, H₂ ultra pur 5.0 avec une teneur résiduelle en O₂ inférieure à 1 ppm. Tous les gaz passent par des filtres à oxysorption pour une désoxygénation supplémentaire. La surveillance atmosphérique, assurée par des capteurs électrochimiques d’O₂ (limite de 1 ppm) et de CO₂ (NDIR, ± 0,5 %), doit être continue et comporter une alarme en cas de dépassement.

Quel est le potentiel redox ?

Le potentiel redox Eh mesure l'état d'oxydoréduction du milieu aqueux, exprimé en mV par rapport à une électrode standard à hydrogène (ESH). L'air saturé en eau a un Eh de +400/+500 mV, tandis qu'un milieu strictement anaérobie (rumen bovin, boues digérées) a un Eh de -400 mV. Pour la culture d' anaérobies stricts (Clostridium botulinum, méthanogènes, Desulfovibrio), des agents réducteurs : chlorhydrate de cystéine à 0,05 %, sulfure de sodium à 0,025 %, thioglycolate à 0,075 % et citrate de titane(III) à 1-4 mM en conditions extrêmes. Un indicateur redox tel que la résazurine (rose → incolore à Eh -110 mV) indique visuellement le caractère anaérobie du milieu. La mesure du Eh doit tenir compte de la température (une augmentation de 1 °C réduit le Eh d'environ 1 mV) et du pH (corrélation de Nernst). Le logiciel de biodégradation ISO 14853 calcule le potentiel biochimique de méthane (BMP) en intégrant la production de CH4 + CO2 dans l'espace de tête gazeux par rapport à la pression et à la température de référence, avec déduction du contrôle endogène (inoculum sans substrat).

Applications typiques : Clostridium, méthanogènes, bactéroïdes ?

Les applications cliniques de la chambre anaérobie comprennent : le diagnostic de C. difficile dans les diarrhées post-antibiotiques (culture sur gélose CCFA, PCR pour les toxines A/B), l’isolement de Bacteroides fragilis dans les abcès abdominaux, l’identification de Fusobacterium nucleatum dans les infections ORL et la culture de Peptostreptococcus dans l’endométrite. La durée d’incubation est de 48 à 72 h à 37 °C, avec une lecture des colonies par MALDI-TOF pour une identification rapide. Les applications biotechnologiques comprennent : l’étude des méthanogènes Methanobacterium formicicum et Methanosarcina pour la production de biogaz à partir de digesteurs anaérobies, la production de butanol par fermentation ABE de C. acetobutylicum , la production d’acide succinique par Actinobacillus succinogenes et la biosynthèse des cofacteurs de la vitamine B12 par Propionibacterium . Applications environnementales: Biodégradation de plastiques compostables (PLA, PHA, à base d’amidon) par inoculation à partir de digestat mésophile à 35 °C ou de digestat thermophile à 55 °C pendant 60 à 90 jours, quantification du CO₂ + CH₄ par rapport à la cellulose de référence, calcul du pourcentage de minéralisation. La chambre de recherche anaérobie doit avoir un volume de 150 à 500 L, deux sas indépendants, un système d’épuration du H₂S pour la protection de l’opérateur et un système d’enregistrement continu des données relatives à l’atmosphère, à la température et à l’humidité.