La vache a quatre estomacs : trois "pré-estomacs", la panse, aussi appelée le rumen, le bonnet ou réseau, et le feuillet.  Le rumen représente 90 % du volume des trois pré-estomacs. Pour une vache de 600 kg, il fait 100 l. Ce milieu est très favorable au développement de bactéries. En effet, il compte entre 10¹⁰ et 10¹¹ bactéries anaérobies par mL. Puis vient la caillette, l'équivalent de notre estomac.

La vache est un ruminant, sa digestion est très différente de la nôtre. La rumination lui permet de digérer la cellulose de l'herbe et des fourrages grossiers. Autrefois, elle permettait également aux bovins de ne pas rester trop longtemps exposés aux prédateurs, d'aller se cacher sous les arbres, car il n'y avait pas d'éleveurs pour les surveiller et les protéger comme aujourd'hui.

Une vache broute environ 8h par jour (elle est capable d'ingurgiter 50 à 80 kg de nourriture et 60 à 100 L d'eau/jour), puis rumine 8 à 12 heures par jour, en produisant 160 à 180 l de salive.

La digestion se passe en plusieurs étapes :

• Tout d'abord, la vache avale sa nourriture sans la mâcher réellement. Celle-ci va dans la panse sous forme de longs brins d'herbe, puis se regroupe en petites boules, appelées bols alimentaires. Quand la panse est pleine, la vache arrête de brouter. Elle part alors s'allonger pour commencer la rumination.
• Les bols alimentaires sont régurgités un par un, afin d'être mâchés et imbibés de salive, ce qui va faciliter la digestion de la cellulose. Ils peuvent être ainsi régurgités et ré-ingurgités jusqu'à 60 fois par bol.
• Une fois qu'ils sont bien mâchés, ils sont renvoyés dans la panse, où des bactéries anaérobies, des protozoaires anaérobies et des champignons anaérobies digèrent la cellulose. Un même bol alimentaire peut rester de 24 à 48 h dans la panse, pendant la période de fermentation. La moitié des 20 kg de matière sèche ingérée est transformée en 7 kg d'acides gras volatils (des AGV), 2,5 kg de biomasse microbienne et en environ 1500 L de gaz (500 L de méthane et 1000 L de CO₂). Durant cette phase, on observe deux phénomènes: la méthanisation, c'est-à-dire la production de méthane, et la création d'énergie sous forme d'adénosine triphosphate (ATP). Les AGV issus des fermentations passent à travers les parois du rumen, et génèrent ainsi plus des 70% de l'énergie utilisée par le ruminant.
• Une fois que la nourriture est de taille inférieure à 1 mm, elle passe dans le bonnet, le 2^ème estomac, qui se contracte pour l'expulser dans le feuillet, le 3^ème estomac.
• Celui-ci se comporte comme une essoreuse : il sépare d'un côté l'eau et la salive, et de l'autre la matière sèche.
• La matière sèche va ensuite passer dans la caillette, qui va réaliser la réelle digestion. Des acides chlorhydriques et des enzymes digestives vont achever la digestion de la cellulose.
• Les aliments vont finalement passer dans le petit, puis le gros intestin, afin de permettre aux nutriments de passer dans le sang. Le reste ressortira sous forme d'excréments.

NB: L'extrait de vidéo concernant la digestion commence à 19min 56sec et se termine à 21min 48sec.

Source:  http://blog.imagesdoc.com/wp-content/uploads/2011/01/vache_digestion1.jpg

La méthanisation, aussi appelée digestion anaérobie, est un processus naturel de fermentation de la matière organique, produisant du méthane. Elle s'effectue dans le rumen des bovins (comme de tout ruminant).

En moyenne, les bovins produisent 500 L de méthane par jour, dont plus de 95% est rejeté par voie orale, et moins de 5% sous forme de pets. Le méthane est produit de 80 à 95% dans le rumen (panse) et de 5 à 20% dans le gros intestin.

La méthanisation s'organise en quatre étapes: l'hydrolyse, l'acidogenèse, l'acétogenèse et la méthanogenèse.

L'HYDROLYSE

L'hydrolyse est une réaction chimique au cours de laquelle une molécule d'eau  H₂O est dissociée en ions hydrogène H⁺ et hydroxyde OH^- afin de permettre la rupture d'une liaison covalente. Cela entraîne la décomposition d'un corps.

Ici, l'hydrolyse permet la décomposition de la matière organique ingérée (glucides, protéines et lipides) en molécules plus simples (comme l'hexose) grâce à l'action d'enzymes hydrolytiques. En effet, les chaînes composantes de la cellulose, des protéines et des lipides sont très complexes (ce sont des polymères), et il est nécessaire de les transformer en molécules organiques moins complexes, comme ici des sucres simples, des acides aminés et des acides gras, afin de permettre la digestion anaérobie.

L'ACIDOGENÈSE

L'acidogenèse est une réaction biologique où des monomères sont convertis en acides gras volatils (AGV).

Ici, les bactéries acidogènes vont transformer les substrats de l'hydrolyse (les composés hydrolysés) en AGV (notamment acétate, propionate, butyrate et lactate), en hydrogène, en alcool et en dioxyde de carbone.

L'ACÉTOGENÈSE

L'acétogenèse est une synthèse bactérienne d'acide acétique par fermentation d'hexoses.

Ici, il s'agit de la transformation des produits issus de la phase précédente en précurseurs directs de méthane : acétate, CO₂, hydrogène et acide acétique. L'acétogenèse peut s'effectuer de deux façons :

• grâce à des bactéries OHPA (Obligate Hydrogen Producing Acetogens, soit des bactéries qui produisent obligatoirement de l'hydrogène) : celles-ci produisent essentiellement de l'acétate et de l'H₂ à partir des métabolites issus de l'acidogenèse, comme le propionate et le butyrate. Cependant, une quantité trop importante d'H₂ entraîne l'arrêt de l'acétogenèse par les OHPA. Ces bactéries ont donc besoin de l'élimination continue d'H₂ grâce une association syntrophe de ces bactéries avec des microorganismes hydogénotrophes.
  

• grâce à des bactéries acetogènes non syntrophes qui produisent principalement de l'acétate, mais qui ont besoin, pour se développer, de milieux riches en CO₂.

LA MÉTHANOGENÈSE

La méthanogenèse est assurée par des microorganismes anaérobies stricts (qui ne peuvent pas vivre en présence d'oxygène): les Archaea. Ce sont les archées qui sont responsables de la production de méthane. Celle-ci peut se faire de deux manières différentes:

• à partir de l'hydrogène et du CO₂ grâce aux espèces hydrogénotrophes. L'équation de cette réaction s'écrit : CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O. C'est la méthanogenèse par réduction de CO₂.
• à partir de l'acétate grâce aux espèces acétatrophes. L'équation de cette réaction s'écrit : CH₃COOH → CH₄ + CO₂. C'est la méthanogenèse par décarboxylation.