Des matières premières issues de la biomasse végétale
Publié par Isabelle le 26/10/2015 à 12:00
Source et illustration: INRA
Tournesol et colza, des résidus susceptibles d'être convertis en lipides d'intérêt

Aujourd'hui, la réduction de l'utilisation des produits issus du pétrole conduit à se tourner vers des matières premières issues de la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine de...), telles que les lipides. Des chercheurs de l'Inra, d'AgroParisTech et du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) ont démontré pour la première fois que les tiges de tournesol et les pailles de colza sont de bons substrats pour la croissance bactérienne et la production de lipides d'intérêt pour le secteur de la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) verte, notamment. Ces résultats sont publiés le 22 octobre 2015 dans la revue Oilseeds and fats, Crops and Lipids.

Dans un contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu traditionnellement de...) économique et écologique où la réduction de l'utilisation des produits issus du pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de l’économie industrielle contemporaine, car le pétrole...) conduit à se tourner vers des matières premières renouvelables, issues de la biomasse végétale, les lipides sont des molécules clés pour la production d'agrocarburants et de produits biosourcés issus de la chimie verte. Leur élaboration par des microorganismes à partir de la biomasse lignocellulosique est en plein essor. Des chercheurs de l'Inra, d'AgroParisTech et du CNRS ont exploré le potentiel de résidus issus de l'agriculture pour la production de lipides d'intérêt par une bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des...) lignocellulolytique, Streptomyces lividans.

Des tiges de tournesol et des pailles de colza...

S'intéressant aux tiges de tournesol et aux pailles de colza, jusqu'alors peu explorées, les scientifiques ont mis en évidence que les unes et les autres présentent un taux moyen de lignines peu élevé (17 %), proche de celui du maïs (Le maïs (aussi appelé blé d’Inde au Canada) est une plante tropicale herbacée annuelle de la famille des Poacées, largement cultivée comme céréale pour ses grains riches...) mais bien moins élevé que celui du bois, tous deux mieux connus des filières de bioconversion. Ces lignines ont par ailleurs la particularité d'être structurellement faciles à convertir en molécules d'intérêt. Tiges de tournesol et pailles de colzarenferment toutes deux, en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous...), 32 % de cellulose et 16 % d'hémicelluloses. Au final, ces caractéristiques hissent d'ores (ORES, l'Opérateur des Réseaux Gaz & Électricité est le l'opérateur des réseaux de distribution d'électricité et de gaz pour les 8 gestionnaires...) et déjà ces résidus agricoles lignocellulosiques au rang ( Mathématiques En algèbre linéaire, le rang d'une famille de vecteurs est la dimension du sous-espace vectoriel engendré par cette famille. Le théorème du rang lie le rang et la dimension du noyau d'une...) de substrat potentiellement intéressant pour les filières de bioconversion.

...pour la production bactérienne d'acides gras originaux

Connues pour leur capacité à dégrader les lignocelluloses et à produire des molécules d'intérêt, tels des antibiotiques ou des lipides, des bactéries du genre Streptomyces, S. lividans, se sont révélées capables de se développer sur les résidus de colza comme de tournesol. Le fractionnement de ces résidus lignocellulosiques a permis de montrer que les bactéries se développent préférentiellement sur la fraction glucidique soluble dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) de ces résidus. Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) à optimiser les conditions de culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) de cet organisme afin qu'il utilise d'autres fractions ou à envisager des prétraitements thermiques ou chimiques pour libérer les molécules utilisables par ces microorganismes. Au cours de leur croissance, ces bactéries produisent des acides gras et cette production peut atteindre 44 % de celle réalisée à partir de l'arabinose, un glucide très favorable à la croissance en laboratoire de S. lividans. Parmi ces acides gras, les scientifiques ont identifié des acides gras originaux par leur structure puisqu'ils sont ramifiés ou comportent un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) impair d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique...) voire réunissent ces deux caractéristiques. Ils représentent près des ¾ des acides gras produits.

Au final, de la parcelle agricole à la fiole de laboratoire, ce travail pionnier révèle l'intérêt des résidus lignocellulosiques d'origine agricole que sont les tiges de tournesol et les pailles de colza pour la croissance de bactéries lignocellulolytiques et la production de lipides d'intérêt pour la chimie verte. Soulignons qu'il a nécessité de mettre au point (Graphie) de nombreuses techniques d'analyse susceptibles d'intéresser le domaine industriel de la bioconversion. Plus largement, ce travail ouvre de nouvelles perspectives pour la valorisation par voie biotechnologique de coproduits agricoles encore sous-exploités. Il appelle à être poursuivi pour en démonter la faisabilité à plus grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle...).

Des lignocelluloses à la biomasse lignocellulosique

Constitutives de la paroi des cellules végétales, les lignocelluloses sont composées de trois polymères, en proportions variables selon les végétaux: la cellulose (30 à 60 % de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) sèche) qui est un polymère de glucose (Le glucose est un aldohexose, principal représentant des oses (sucres). Par convention, il est symbolisé par Glc. Il est directement assimilable par l'organisme.), les hémicelluloses (10 à 40 %) constituées de différents glucides (xylose, arabinose, galactose et mannose) et les lignines (5 à 30 %) composées de dérivés phénylpropane. Etroitement associés entre eux, ces polymères forment une matrice rigide, difficile à déstructurer.

Les processus de conversion biologique de cette biomasse lignocellulosique concernent principalement la cellulose et ses molécules de glucose, lequel est un glucide hautement fermentescible. Ils sont favorisés par une faible teneur en lignines puisque celles-ci, en assurant la stabilité de la structure lignocellulosique, freinent tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le processus. Cependant, certains micro-organismes dits lignocellulolytiques, comme Streptomyces lividans, possèdent un équipement enzymatique qui leur permet d'utiliser les lignines. Ils offrent ainsi l'avantage de pouvoir convertir l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) des constituants de la biomasse lignocellulosique en limitant l'intensité des pré-traitements.

Pour plus d'information voir:
Bioconversion of Agricultural Lignocellulosic Residues into Branched-Chain Fatty Acids using Streptomyces lividans. Thierry Dulermo, Fabien Coze, Marie-Joëlle Virolle, Valérie Méchin, Stéphanie Baumberger, and Marine Froissard. Oilseeds and fats, Crops and Lipids, 22 octobre 2015.
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