Modélisation cinétique de l'hydrolyse enzymatique de biomasse lignocellulosique

Le bioéthanol 2G est une alternative viable aux carburants d'origine fossile et de nombreux projets industriels travaillent aujourd'hui à sa mise au point. Il est produit par fermentation des sucres contenus dans la biomasse lignocellulosique (résidus forestiers, résidus agricoles, cultures dédiées…). Ces sucres sont extraits de la biomasse lors d'une étape d'hydrolyse enzymatique, qui fait actuellement partie des points importants à optimiser pour rendre le procédé plus compétitif.L'objectif de cette thèse était de mieux définir les mécanismes mis en jeu lors de l'hydrolyse enzymatique de la lignocellulose afin d'élaborer un modèle prédictif des principaux phénomènes impliqués. Une étude expérimentale menée sur une cellulose de référence (cellulose Avicel) et sur une paille de blé prétraitée par explosion à la vapeur a permis de mieux cerner la réactivité des substrats lignocellulosiques. Les données obtenues ont apporté un nouvel éclairage sur les phénomènes d'adsorption et la perte de vitesse d'hydrolyse au cours du temps. Un focus particulier a été fait sur le rôle de la présence de lignine et sur la modification de la morphologie du substrat au cours de la réaction. Il a ainsi été montré que dans nos conditions, la lignine n'impactait pas la réactivité de la paille de blé explosée vapeur.L'ensemble de ces résultats a été exploité pour développer un modèle cinétique prédictif de l'hydrolyse. Ce modèle distingue l'action des principales enzymes utilisées pour l'hydrolyse (cellobiohydrolases, endoglucanases, β-glucosidases), prend en compte les phénomènes d'inhibition et de synergie entre ces enzymes et s'attache à décrire l'évolution de la morphologie de la cellulose. Il permet de prévoir l'évolution au cours de l'hydrolyse d'un certain nombre de paramètres (degré de polymérisation, surface, enzymes libres) et d'estimer l'effet d'un changement de ratio entre les enzymes du cocktail. Il a été validé sur cellulose Avicel mais doit encore être étendu à des substrats plus complexes comme la paille explosée vapeur.