Production de synthons à partir de lignocellulose par des consortia microbiens : impact du pretaritement par extrusion-réactive et de la teneur en solides. – Hi-Solids

La biomasse lignocellulosique (LC) représente la plus prometteuse source de carbone renouvelable pour la production d’énergie et des produits chimiques. Cependant, la LC a une structure physico-chimique complexe, difficile à transformer. Ainsi, afin d’améliorer la transformation de la LC, de nombreuses études ont été réalisées pour sélectionner des microorganismes efficaces pour la production d’enzymes lignocellulolytiques, pour découvrir de nouvelles enzymes ou pour améliorer leurs propriétés par des approches moléculaires ou méta-omiques. Egalement, un grand effort de recherche a été réalisé pour améliorer les procédés de production/récupération d’enzymes ou les méthodes de prétraitement de la biomasse. Cependant, les principaux verrous pour la bioraffinerie des lignocelluloses sont toujours les couts élevés induits par le prétraitement et par l’utilisation d’importantes quantités d’enzymes afin d’hydrolyser la LC. Dans ce contexte, le projet Hi-Solids propose d’adopter une approche intégrative pour développer un procédé de bioraffinerie sèche, en combinant le prétraitement avancé de la LC par Extrusion-Réactive et l’action des consortia microbiens afin de produire de carboxylates à fortes teneurs en solides.

Les consortia microbiens présentent de fortes diversités génétiques et métaboliques qui peuvent être exploitées pour valoriser la LC. Le métabolisme des consortia microbiens peut être orienté vers la production des carboxylates qui sont des molécules utiles pour l’élaboration de produits à haute valeur ajoutée tels que des bioplastiques, des produits chimiques ou de biocarburants. Pour augmenter la production de carboxylates à partir de LC, il est indispensable de concevoir de prétraitements innovants afin d’améliorer l’accessibilité de la biomasse. Dans ce but, et dans une perspective économique et environnementale durable, les procédés de prétraitement et de bioconversion doivent idéalement s’effectuer à de fortes teneurs en solides. Ceci afin de réduire les coûts de production et d’augmenter la concentration en produits. Cependant, le prétraitement et la teneur en solides vont inévitablement modifier l’activité enzymatique et microbienne.

Dans ce contexte, le projet Hi-Solids propose d’étudier comment l’activité microbienne peut être maximisée pour produire des carboxylates à partir de LC dans le contexte de bioraffinerie par voie sèche. Les résidus de maïs seront utilisés dans cette étude car ce substrat n’est pas en concurrence avec l’alimentation humaine ou animale. Le projet Hi-Solids inclut le développement et l’optimisation du prétraitement par Extrusion-Réactive, qui couple l’extrusion à l’action des enzymes ciblant spécifiquement les fractions hémicellulose et lignine de la LC, dans l’objectif de fragiliser la structure de la biomasse et faciliter sa bioconversion par des consortia microbiens. Afin d’identifier la nature précises de l’impact de l’Extrusion Réactive sur la structure de la biomasse, la LC brute et prétraitée sera soumise à une caractérisation physicochimique exhaustive. Hi-Solids propose également d’exploiter la forte diversité et potentialité génétique des consortia microbiens pour la production de carboxylates à fortes teneurs en solides lignocellulosiques. Dans l’objectif de contrôler le métabolisme des consortia et d’optimiser la production de carboxylates, l’impact du prétraitement et de la teneur en solides sur les activités enzymatiques et la diversité fonctionnelle des consortia microbiens sera évalué par des approches méta-génomiques et méta-transcriptomiques couplées à l’analyse macro-cinétique et des transferts de masse au sein des procédés.

Ainsi, Hi-Solids permettra d’effectuer une avancée scientifique et technologique significative grâce au couplage du prétraitement par Extrusion-Réactive et la puissance et la robustesse des consortia microbiens, afin de développer un nouveau concept de bioraffinerie de lignocelluloses par voie sèche.