Produire un substitut de l’essence à partir des déchets du maïs

Bioréacteur de laboratoire associant la bactérie et le champignon, photo Joseph Xu

Bioréacteur de laboratoire associant la bactérie et le champignon, photo Joseph Xu

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La recherche pour l’optimisation des procédés de production des biocarburants ne cessent de se développer aux Etats-Unis, comme le montre la récente subvention de 1,5 millions de dollars attribuée à l’université de Californie (Cal Poly) par le Département américain de l’Energie (DOE) [1]. A l’université du Michigan, l’équipe du professeur Lin, professeur adjoint de génie chimique, a développé un nouveau procédé couplant les aptitudes biologiques de la bactérie Escherichia Coli NV3 pSA55/69, génétiquement modifiée, avec le champignon Trichoderma reesei RUTC30 afin de produire de l’isobutanol. L’isobutanol est un biocarburant de seconde génération qui pourrait remplacer l’éthanol.

Publiée dans la revue de l’Académie Nationale des Sciences en août dernier (Proceedings of the National Academy of Sciences), l’étude a été financée par la Fondation Nationale des Sciences (National Science Foundation), le DOE et l’université du Michigan [2].

L’innovation de ce nouveau procédé est le couplage de deux microbes physiologiquement compatibles (conditions environnementales, composition du milieu) afin de synthétiser du biocarburant à partir de matières végétales. Le processus synthèse est le suivant : dans un premier temps, le champignonTrichoderma reesei sécrète des enzymes cellulases capable d’hydrolyser la biomasse lignocellulosique en sucres solubles ; la bactérie E. Coli, génétiquement modifiée par un procédé de mutagenèse aléatoire et un schéma de sélection de croissance [3], va ensuite métaboliser les sucres solubles en isobutanol, un biocarburant plus performant que l’éthanol.

A volume égal, l’isobutanol contient 82% d’énergie calorifique comparativement à l’essence, et contre 67% pour l’éthanol. L’éthanol a également tendance à absorber l’eau, corroder les pipelines et endommager les moteurs. L’isobutanol, peu soluble dans l’eau, aurait l’avantage de ne pas se mélanger facilement avec l’eau. L’isobutanol pourrait donc être un remplaçant potentiel de l’éthanol. Une autre caractéristique importante de ce nouveau procédé est qu’il produit de l’isobutanol à partir de matières végétales non comestibles (les tiges et les feuilles de maïs), ce qui, par conséquent, n’impacterait pas le coût des denrées alimentaires.

Pour mettre en oeuvre ce procédé, l’équipe de l’université du Michigan a réuni les deux espèces de microbes dans un bioréacteur ainsi que les tiges et les feuilles de maïs. Des collègues de l’Université du Michigan avaient préalablement traité le fourrage tiges et feuilles de maïs pour le rendre plus facile à digérer, rendant les sucres plus facilement accessibles.

Les résultats de l’expérience ont montré une quantité de 1,88g d’isobutanol par litre de liquide dans la solution. Il s’agit de la concentration en biocarburant la plus élevée constatée à ce jour lors de la transformation de matières végétales en biocarburant. L’équipe a également converti une grande partie de l’énergie stockée dans les tiges de maïs et les feuilles en isobutanol : 62% du maximum théorique.

La coexistence harmonieuse entre un champignon et une bactérie était la clé du succès de l’expérience. La prochaine étape de ce travail de recherche est de tenter d’améliorer le taux de conversion en énergie et d’augmenter la tolérance du champignon T. reesei et de l’E. Coli à l’isobutanol. En effet, cet alcool est toxique à forte concentration pour les microbes. Cependant, la production d’isobutanol à des concentrations plus élevées pourrait permettre de diminuer le coût du combustible. L’équipe voudrait également traiter d’autres sous-produits agricoles ainsi que des déchets de la sylviculture selon le même procédé de dégradation.

Par ailleurs, en couplant d’autres types de microbes, l’équipe de recherche de l’université du Michigan suppose que leur nouveau procédé, respectueux de l’environnement, pourrait produire une grande variété de produits chimiques à base de végétaux, tels que des plastiques.

Notes (en anglais) :

Origine : BE Etats-Unis numéro 342 (27/09/2013) – ADIT – www.bulletins-electroniques.com