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Conception Modélisation Procédés

Cocktail d'enzymes pour l'hydrolyse : la recette n'est pas simple

La production de bioéthanol de 2e génération à partir de biomasse lignocellulosique est une des voies étudiées pour atteindre les objectifs européens d’incorporation de biocarburants à l’horizon 2020.

Une des étapes clés du procédé est l’hydrolyse enzymatique qui consiste à transformer la lignocellulose en sucres fermentescibles, à l’aide de cocktails d’enzymes spécifiques issus de champignons produits industriellement, tels que Trichoderma reesei.

Afin d’améliorer cette étape et rendre le procédé économiquement viable, IFPEN mène de front des stratégies complémentaires :

  1. améliorer les souches d’enzymes issues de Trichoderma reesei afin de produire des cocktails plus performants (cf. "Toujours plus de sucres grâce aux enzymes", article de Senta Blanquet, de la Direction Chimie et physico-chimie appliquées, paru dans Science@ifpen n° 16) ;
      
  2. optimiser les bioréacteurs afin de maximiser la production d’enzymes ;
      
  3. minimiser la dose d’enzymes nécessaires à l’hydrolyse.

Le point 2. nécessite de maîtriser l’hydrodynamique locale (mélange, cisaillement, transferts) dans le réacteur et son effet sur le métabolisme des champignons.
Des travaux expérimentaux ont été menés sur des bioréacteurs de tailles variables, afin d’étudier l’effet du changement d’échelle et de la rhéologie du milieu sur le transfert d’oxygène et la qualité du mélange.
 Un modèle de coefficient de transfert gaz-liquide intégrant la rhéologie rhéofluidifiante du milieu et le cisaillement moyen a notamment été développé et validé à l’échelle pilote (réacteur de 6 m3).

Pour le point 3., il s’agit d’un effort de compréhension qui porte sur les mécanismes d’interactions entre les différentes familles d’enzymes et le substrat lignocellulosique.
La partie expérimentale a d’abord permis d’étudier la cinétique initiale des différentes enzymes sur un substrat modèle, la cellulose Avicel, puis, sur plusieurs jours, avec des substrats complexes, comme de la paille délignifiée.
Ces travaux ont permis le développement d’un modèle prédictif capable de prendre en compte :

  • la composition du cocktail enzymatique,
  • la qualité du susbtrat à hydrolyser,
  • et les conditions opératoires de l’hydrolyse.

Ces travaux vont être complétés par le développement de nouvelles techniques d’analyse in situ et poursuivis par l’étude de l’étape de prétraitement. Des substrats très différents en termes de caractéristiques morphologiques et de réactivité seront ainsi recherchés et sélectionnés.

 

Contacts scientifiques :  damien.hudebine@ifpen.fr  -  frederic.augier@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 18 - Octobre 2014

Publications

  • J.C. Gabelle, E. Jourdier , R. Licht, F. Ben Chaabane, I. Henaut, J. Morchain, F. Augier, Impact of rheology on the mass transfer coefficient during the growth phase of Trichoderma reesei in stirred bioreactors. Chem. Eng. Sci, 2012, 75, 408-417.
     >> DOI:10.1016/j.ces.2012.03.053
  • M. Chauve, H. Mathis, D. Huc, D. Casanave, F. Monot, N. Lopes Ferreira, Comparative kinetic analysis of two fungal beta-glucosidases. Biotechnol. Biofuels, 2010, 3, 1-8.
    >> DOI:10.1186/1754-6834-3-3

 

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