Produire des bioplastiques PHAs à partir de résidus agricoles
WP4/ LISBP CATAR CRITT Agro ressources/ Université de Lerida
Les bioplastiques PHAs sont des polyesters produits par les microorganismes en condition de limitation nutritionnelle. Pour ce faire, ces derniers peuvent utiliser une grande diversité de sources de carbone. A l’heure actuelle, les procédés de production de PHAs utilisent des sucres ou des huiles végétales provenant de ressources « nobles » : betteraves, cannes à sucre, huile de palme…
D’autre part, bien qu’une grande diversité de microorganismes soient capables de produire des PHAs, les procédés actuels de production utilisent majoritairement des souches pures sélectionnées qui nécessitent des conditions de stérilité strictes. Cependant, l’utilisation de substrats nobles et de souches pures induit des coûts de production élevées ce qui pénalise la production de bioplastiques. Dans le cadre du projet BIOPLAST, pour réduire ces coûts, le LISBP souhaite implémenter un mode de production des bioplastiques basée sur l’utilisation des consortia microbiens naturels - ne nécessitant pas des conditions de stérilité - et de sources de carbone peu coûteuses telles les résidus agricoles. Une étude des gisements sur la zone POCTEFA a déjà permis d’identifier diverses ressources agricoles, potentiels substrats pour la production de bioplastiques PHAs. Le CRITT CATAR et l’Université de Lérida ont implémenté les méthodologies nécessaires pour extraire les fractions d’intérêt de ces ressources.
Utiliser des consortia microbiens naturels pour réduire les coûts
Le LISBP s’appuie sur la diversité microbienne des consortia microbiens et les connaissances sur les méthodes de conduite des bioréacteurs pour sélectionner des microorganismes producteurs et orienter les consortia vers l’accumulation des PHAs. Réalisé dans des conditions non-stériles, la démarche permet de réduire les coûts de production. Selon le mode de conduite des bioréacteurs, on peut sélectionner des microorganismes producteurs des PHAs en appliquant diverses limitations nutritionnelles (en azote, phosphore, oxygène…). Ensuite, en contrôlant le taux de croissance et l’apport de substrat carboné, on maximise la production des PHAs.
Les conditions imposées dans les bioréacteurs induisent un changement dans la diversité microbienne des consortia microbiens. Le LISBP travaille sur ce volet par l’amplification et le séquençage du gène codant pour l’ARNr 16S. Objectif : identifier les espèces microbiennes impliquées. Les PHAs produits pas les consortia microbiens sont caractérisés pour leur composition chimique en monomères et ils seront caractérisés prochainement pour leurs propriétés thermoplastiques (GAIKER) afin d’envisager leurs potentielles applications : élaboration de films, de fils ou des pièces par moulage...
Utilisant comme substrat de production des molécules « modèles » pures afin de définir les meilleures conditions de conduite de bioréacteurs, le LISBP réalise des expériences pour valider ce mode de conduite des consortia microbiens mais avec l’utilisation de substrats réels obtenus à partir des résidus agricoles. Finalité : proposer une approche durable de production des bioplastiques PHAs.
Deux bioréacteurs sont instrumentés pour réaliser la production de PHAs à partir de consortia microbiens. Des sondes installées dans les réacteurs permettent de contrôler les conditions de culture : température constante de 25°C, pH constant de 7, milieu toujours oxygéné. Au centre, la tour du pilote alimente les bactéries en substrat grâce à plusieurs pompes. L’évolution des différents paramètres de culture peut être suivie en temps réel via l’écran.
Mesure de spectre en IRTF (Spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier) sur un échantillon séché de biomasse bactérienne. L’analyse des aires de certains pics caractéristiques permet ensuite d’estimer la composition de la biomasse.
