3. Productions microbiennes industrielles : produits terminaux du métabolisme énergétique.
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Sommaire de la page et liens vers les paragraphes cités. |
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3.1 Ethanol biocarburant
L'éthanol, dans le cadre d'une fermentation éthanolique, est une exemple de métabolite primaire de type produit terminal du métabolisme énergétique. L'éthanol est en effet le principal produit terminal de cette fermentation (avec le CO2). Dans la suite, il ne sera question que de la production d'éthanol envisagé comme biocarburant.
Plusieurs programmes industriels sont à l'origine de la production d'éthanol biocarburant par fermentation à partir des sucres d'une biomasse agricole :
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Source de glucides = mélasse de canne à sucre (sucre principal = saccharose). Fermentation éthanolique par Saccharomyces cer. Gros programme industriel au Brésil.
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Source de glucides = amidon de maïs hydrolysé (sucres principaux issus de l'hydrolyse de l'amidon = glucose + maltose). Fermentation éthanolique par Saccharomyces cer. Gros programme industriel aux USA.
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Source de glucides = mélasse de topinambour. Le topinambour (Helianthus tuberosus) est une plante tubérifère de la famille des Composées. Les pratiques culturales sont simples et la plante peut se contenter de terrains peu favorables aux cultures traditionnelles. Les tubercules contiennent 8 à 10 % de glucides (pour moitié des inulines ainsi que du glucose, du fructose et du saccharose). Les inulines sont des polymères de ß-fructose, avec liaisons de type ß 1-2.La levure Kluyveromyces marxianus est capable de produire des enzymes inulinases qui hydrolysent l'inuline en fructose. Le fructose est alors fermentescible en éthanol. Sinon on peut réaliser une étape d'hydrolyse enzymatique des inulines puis une fermentation par Saccharomyces cer. En développement industriel en Suisse, au Canada, au Japon, en France.
Voici un apperçu global des procédés (sur l'exemple topinambour) :
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On optimise le rendement de production d’éthanol (l’alcool) grâce à un procédé qui minimise l’utilisation des glucides comme source de carbone (l'idéal est que tout passe en fermentation éthanolique à des fins énergétiques compte tenu de l'objectif de production d'éthanol). En recyclant les levures en sortie de bioréacteur on obtient un double bénéfice : la quantité de levures dans le bioréacteur est maximale et la multiplication des levures est minimisée (il n'y a donc plus beaucoup de consommation de glucose comme source constitutive de C pour la croissance, le glucose part quasi exclusivement comme source d'énergie pour la maintenance cellulaire avec production du déchet métabolique alcool). C6H12O6 ------------------> 2 CH3-CH2OH + 2 CO2 (bilan chimique de la fermentation) 180 g -------------------> 2 x 46 g d'éthanol = 92 g Le rendement stœchiométrique maximal est de 92/180 = 0,51 g d'éthanol par g de sucre. Et on en est pas si loin si la croissance en biomasse dans le fermenteur est maintenue très faible. |
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Pour finir ce paragraphe "éthanol biocarburant" il convient de formuler un crtains nombre de remarques.
• Le "coût" d'un éthanol biocarburant n'est pas facile à déterminer : Combien d'équivalent pétrole produit pour
combien de pétrole consommé pour les phases agricoles/transport/fermentation-distillation ? Questions liées
à l'éventuelle consommation en eau d'irrigation, à l'utilisation éventuelle de produits phytosanitaires et d'engrais, au détournement vers
des objectifs énergétiues de cultures potentiellement utilisables pour l'alimentation ...
• La biomasse végétale est théoriquement une
source potentielle très intéressante d'oses (qui pose moins de problèmes "écologiques" que les sources agricoles
précédemment citées) :
glucose après hydrolyse de la cellulose, oses en C5 des
hémicelluloses (xylose, arabinose). La fermentation
éthanolique sur biomasse végétale exige de
trouver des solutions technologiques à 2 grands
problèmes :
- l'accessibilité à l'hydrolyse des celluloses et
des hémicelluloses (le tout dans l'environnement
lignocellulosique végétal). Il faut obtenir une
hydrolyse poussée avec une cinétique rapide et un
coût faible. Cette question reste en
développement.
- Il faut utiliser des micro-organismes à fermentation
alcoolique des oses en C5 : levures génétiquement
modifiées ou l'utilisation de bactéries type
zymomonas. Cette question reste en
développement.
3.2 Acide acétique
Rappelons simplement que l'acide acétique est le produit terminal de la respiration aérobie de l'éthanol chez les bactéries acétiques (acetobacter acetii comme exemple phare). A ce titre, on tient là un exemple de production d'un métabolite primaire de type produit terminal du métabolisme énergétique. Attention, ne pas oublier qu'il s'agit là d'un métabolisme respiratoire aérobie.
Et juste un petit schéma :
