Dépolymérisation de la lignine biologique: du capteur enzymatique aux aromatiques biosourcés dans un réacteur à membrane enzymatique – BioLiDe

Dans le cadre de la valorisation de la biomasse, la lignine est la principale matière première renouvelable composée d'unités aromatiques, principalement issues de l'industrie des pâtes et papiers (50 millions de tonnes / an). Ce polymère est le plus souvent récupéré dans les usines de pâte et brûlé pour la production d'énergie. Seulement 1 million de tonnes ont atteint le marché des produits chimiques. Les lignines industrielles ont une teneur en éther arylique plus faible que les lignines dites «natives» en raison des procédés de fractionnement utilisés. Leur dépolymérisation est donc entravée par des réactions de repolymérisation, également appelées condensation, conduisant à de faibles rendements en monomères. L'approche proposée dans le projet BioLiDe, qui n'utilise ni solvants ni produits chimiques, consistera à extraire les produits de dépolymérisation par filtration membranaire avant repolymérisation. Dans le projet BioLiDe, la catalyse enzymatique sera utilisée avec les laccases comme moyen durable de dépolymériser les lignines, en particulier pour leurs conditions d'utilisation douces. L'équilibre entre les réactions de polymérisation et de clivage dépend de nombreux facteurs (pH, température, médiateurs, concentrations, etc), rendant l'approche fastidieuse et chronophage lorsqu'il est nécessaire d'identifier les conditions optimales de la réaction de dépolymérisation directement sur des lignines industrielles au lieu de molécules aromatiques modèles. Ceci augmente donc considérablement le nombre d'expériences (plusieurs centaines) pour déterminer les conditions optimales de dépolymérisation. Il est donc nécessaire de développer des outils de criblage à haut débit des laccases (et plus généralement d'autres voies de dégradation de la lignine) sur les lignines industrielles afin de détecter et quantifier rapidement l'activité enzymatique. Ainsi, le développement expérimental proposé vise: (i) au développement d'un capteur qui permettra de qualifier l'activité de dépolymérisation de la lignine et de cribler les conditions de réaction visant à optimiser l'efficacité de la dépolymérisation enzymatique de la lignine; (ii) le développement d'un réacteur à membrane enzymatique qui permettra d'extraire des oligomères aromatiques lors de la dépolymérisation enzymatique de la lignine visant à empêcher leur repolymérisation et à limiter l'inactivation de l'enzyme par accumulation de produits. Le développement expérimental d'encres industrielles de lignines, leur impression par technologie jet d'encre et leur dépolymérisation enzymatique seront étudiés pour assurer le développement du capteur. Ensuite, les enzymes choisies seront mises en œuvre dans un réacteur enzymatique à membrane qui sera développé dans le cadre du projet BioLiDe. Le consortium sera composé de spécialistes en physique de la matière, micro/nanotechnologie (IEMN) et biocatalyse enzymatique/microbiologie (UMRtBioEcoAgro).