Alors que la course aux resources d’énergie renouvelables bat son plein, les usines offrent l’un des candidats les as well as prometteurs pour remplacer le pétrole brut. La lignocellulose en particulier – la biomasse de plantes non comestibles comme l’herbe, les feuilles et le bois qui ne concurrencent pas les cultures vivrières – est abondante et renouvelable et offre une excellente supply option au pétrole pour toute une gamme de produits chimiques.



Afin d’en extraire des produits chimiques utiles, la lignocellulose est d’abord prétraitée pour la « décomposer » et faciliter le traitement ultérieur. Ensuite, il est exposé à des enzymes qui solubilisent la cellulose, qui est une chaîne de sucres liés (glucose). Cette étape peut être effectuée en ajoutant à la lignocellulose prétraitée un micro-organisme qui produit naturellement les enzymes nécessaires pour cliver la cellulose, par ex. un champignon.

Les enzymes « craquent » la cellulose et la transforment en sucres individuels, qui peuvent être transformés pour produire un produit chimique clé: l’acide lactique. Cette deuxième étape est également réalisée avec un micro-organisme, une bactérie qui « mange » les sucres et produit de l’acide lactique lorsqu’il n’y a pas d’oxygène aux alentours.



Dans la dernière étape de cette chaîne d’assemblage microbienne, l’acide lactique peut ensuite être traité pour fabriquer une multitude de produits chimiques utiles.

Une équipe de scientifiques de la Haute école spécialisée bernoise (BFH), de l’Université de Cambridge et de l’EPFL a rendu cette chaîne d’assemblage feasible en une seule configuration et a démontré que cette conversion pouvait être rendue in addition polyvalente et modulaire. En remplaçant facilement les micro-organismes lors de l’étape finale de traitement à l’acide lactique, ils peuvent produire toute une gamme de produits chimiques utiles.

L’étude de rupture est publiée dans Science et a été réalisée par Robert Shahab, un doctorant de l’EPFL dans le laboratoire du professeur Jeremy Luterbacher, alors qu’il travaillait dans le laboratoire du professeur Michael Studer à la BFH, qui a dirigé l’étude.

Les chercheurs présentent ce qu’ils appellent une « plate-forme lactate », qui est essentiellement un bioréacteur spatialement séparé qui permet à plusieurs micro-organismes différents de coexister, chacun effectuant l’une des trois étapes du traitement de la lignocellulose.

La plateforme se compose d’une membrane tubulaire qui laisse passer une quantité définie d’oxygène. Sur la surface du tube peut être cultivé le champignon qui consomme tout l’oxygène qui passe à travers la membrane et fournit les enzymes qui décomposent la cellulose en sucres. Additionally loin de la membrane, et donc dans une atmosphère sans oxygène, poussent les bactéries qui vont « manger » les sucres et les transformer en acide lactique.

Mais l’innovation que Shahab a faite était dans la dernière étape. En utilisant différents micro-organismes fermentant l’acide lactique, il a pu produire différents produits chimiques utiles. Un exemple était l’acide butyrique, qui peut être utilisé dans les bioplastiques, tandis que le laboratoire de Luterbacher a récemment montré qu’il pouvait même être transformé en un carburéacteur.

Les travaux démontrent les avantages des cultures microbiennes mixtes dans le traitement de la biomasse lignocellulosique: la modularité et la capacité de convertir des substrats complexes en produits chimiques de plateforme précieux.

« Les résultats obtenus avec la plate-forme lactate montrent bien les avantages des consortiums microbiens artificiels pour previous de nouveaux produits à partir de la lignocellulose », déclare Michael Studer. « La création de niches dans des bioréacteurs par ailleurs homogènes est un outil précieux pour co-cultiver différents micro-organismes. »

« La fermentation de la lignocellulose en un grand nombre de produits différents représentait un travail considérable, mais il était crucial de montrer à quel place la plate-forme lactate est polyvalente », explique Robert Shahab. « Voir la formation de lactate et la conversion en produits cibles a été une grande expérience car cela a montré que le thought de la plate-forme lactate fonctionnait dans la pratique.

Jeremy Luterbacher ajoute: « Le but ultime est de reconstruire un secteur manufacturier vert pour remplacer celui qui produit de nombreux produits à partir de pétrole brut. Une méthode qui introduit la flexibilité et la modularité est un pas crucial dans cette course. »