Percée dans la production de bioéthanol à partir de déchets agricoles

Les cultures destinées à la production d'agrocarburant sont en compétition avec la production de nourriture. © Guy Leboutte CC by-nd 

Le bioéthanol est produit par la transformation des sucres de la biomasse végétale par la levure Saccharomyces cerevisiae. C'est le même microorganisme qui est responsable de la fermentation et de la production des boissons alcoolisées.

Si la production d’éthanol a largement augmenté ces dernières années, pour atteindre 65 milliards de litres par an, c'est pour répondre à la demande en agrocarburant des voitures flex-fuel. Pourtant, cette production concurrence les productions agricoles alimentaires et met en danger de nombreuses populations dans le monde. Par ailleurs, le bilan environnemental de ces agrocarburants produits à partir de cultures dédiées est contesté.

La levure Saccharomyces cerevisiae, productrice d’éthanol pour les boissons et les agrocarburants (vue au microscope électronique). © AJC1 CC by-nc-sa 

C'est pourquoi des agrocarburants dits de seconde génération sont en développement. Le principe est de convertir non pas des sucres alimentaires (saccharose, amidon...) mais des sucres non alimentaires (cellulose, lignine...) contenus dans les déchets agricoles comme les pailles. Ces déchets étant des produits annexes de l'activité agricole, leur valorisation réduit l'impact environnemental global de l'agriculture pour un service équivalent.

Le problème est que ce procédé génère, en plus de l'éthanol, des sous-produits parasites. L'acétate, d'abord, qui est produit en quantité significative. Cet acétate inhibe la production d'éthanol par les levures et peut même la bloquer. Le glycérol, ensuite, qui peut représenter 4% des sucres transformés. Longtemps, sa formation a semblé inévitable. Pour résoudre ce problème, il était envisagé jusqu'à présent de réaliser une deuxième fermentation par la bactérie Escherichia coli ou bien de récupérer le glycérol pour le valoriser autrement, sous forme de savon en général.

Une levure 3-en-1

Les chercheurs de Delft University of Technology, en association avec Kluyver Centre for Genomics of Industrial Fermentation, ont résolu ces problèmes en insérant un unique gène de E. coli dans la levure de réaction de la fermentation, le Saccharomyces cerevisiae. Il conduit à transformer l'acétate en éthanol. Dans la chaîne de réactions de la fermentation, le rôle du glycérol devient inutile et l'équipe a pu extraire les gènes responsables de sa production.

Ainsi modifiée, la levure est capable de transformer l'acétate en éthanol et la production du glycérol est totalement abolie.

Cliquer pour agrandir. Synthèse simplifiée de bioéthanol à partir de déchets agricoles, à l'aide de la levure Saccharomyces cerevisiae conventionnelle (en haut) et après sa modification génétique (en bas). Lors d'une fermentation classique, la production d'acétate inhibe la réaction et une partie de sucres est transformée en glycérol. Avec la levure modifiée, l'acétate est transformé en éthanol et il n'y a pas de production de glycérol. © G. Macqueron/Futura-Sciences 

« En laboratoire, cette simple modification génétique fait d'une pierre trois coups : pas de formation de glycérol, meilleur rendement de production d'éthanol et consommation de l'acétate toxique » s'enthousiasme Jack Pronk, principal chercheur du projet.

Les gains potentiels de plusieurs milliards de litres d'éthanol promis par ce concept nécessitent encore de plus amples recherches pour l'appliquer au stress des procédés industriels. Les chercheurs de Delft, qui ont déposé une demande de brevet, espèrent collaborer avec des partenaires industriels pour accélérer le passage du laboratoire au développement industriel.