PRODUIRE DU BIOETHANOL CELLULOSIQUE A LA REUNION A PARTIR DES DECHETS VEGETAUX

par Franck Coeuriot
Président du L2REA

Tout d’abord pourquoi le bioéthanol ?

Avantages généraux du carburant à l’éthanol cellulosique

L’éthanol brûle plus proprement et plus efficacement que l’essence; de plus les plantes dont il est issu consommant du dioxyde de carbone pendant leur croissance, le bioéthanol cellulosique a une empreinte carbone globale inférieure à celle des combustibles fossiles. Ne s’agisssant pas de plantes comestibles mais de déchets végétaux issus de l’élagage ou des tontes d’herbes, il valorise un déchet et n’utilise pas une ressource. La substitution de l’éthanol au pétrole peut également réduire la dépendance d’ un pays vis-à-vis des importations de pétrole . 

La production de bioéthanol cellulosique

Le bioéthanol utilisé de nos jours est principalement produit à partir de canne à sucre et d’amidon de maïs. Cependant, l’extraction biomasse ligno-cellulosique à partir d’autres types de plante est à l’essai, par exemple en Suède, au Canada et en Espagne. Le processus d’obtention de l’éthanol à partir de biomasse ligno-cellulosique est plus complexe que son obtention à partir de sucre et d’amidon, bien que cette matière première ait un coût plus faible. Un meilleur rendement, une plus faible demande d’énergie et l’utilisation d’enzymes plus efficaces provoquent directement une baisse de ce coût. La recherche scientifique oeuvre actuellement en ce sens (Öhgren, K, Vehmaanpera, J, Siika-Aho, M, Galbe, M, Viikari, L, & Zacchi, G, 2006).

Parmi les technologies qui existent pour transformer de la biomasse en bioéthanol, celles basées sur une hydrolyse enzymatique sont les plus prometteuses, en raison des bons rendements potentiels. Bien que les procédés d’hydrolyse enzymatique soient relativement récents, la dernière décennie a vu naître de bons résultats dans ce domaine. Cependant, il existe toujours la possibilité d’apporter des innovations permettant d’optimiser le rendement, la productivité et de diminuer les coûts énergétiques (Oliva, 2003).

Le procédé de production d’éthanol débute par un prétraitement du matériel ligno-cellulosique ayant pour but de diminuer le degré de cristallinité de la cellulose et augmenter le pourcentage de cellulose amorphe, laquelle est plus sensible à l’hydrolyse. Le processus d’hydrolyse se charge ensuite de rompre les polymères de cellulose et les met sous formes de monomères, pour être ensuite transformés en éthanol par fermentation (Sanchez, O & Cardona, C, 2005).
Pour être valables, les prétraitements doivent répondre à une série de conditions. Ils doivent par exemple consommer peu d’énergie, avoir un coût financier assez faible, utiliser des réactifs facilement récupérables, et doivent également d’appliquer aisément à plusieurs substrats différents (Sanchez, O & Cardona, C, 2005).

Les expériences menées par le L2REA:


Les prétraitements sont absolument indispensables pour l’obtention d’éthanol à partir de matériel ligno-cellulosique, car ils augmentent de manière considérable les rendements de l’hydrolyse de la cellulose. Certaines études indiquent que ces rendements peuvent augmenter de 20%, jusqu’à des valeurs théoriques supérieures à 90% (Sun & Cheng, J, 2002).

Nous avons donc procédé à un broyage des végétaux, puis après cette trituration mécanique à un séchage du broyat puis à l’hydrolyse de la cellulose en ajoutant des enzymes spécifiques.

Cette réaction catalysée par un ensemble d’enzymes, typiquement appelées cellulases, produites par des champignons ou des bactéries. Ces enzymes dégradent la cellulose, détruisant ses chaînes complexes en monomères simples. Les cellulases de type fongique sont les plus étudiées, en raison de la capacité qu’ont ces organismes à générer des enzymes en grande quantité.
Contrairement à l’hydrolyse acide, l’hydrolyse enzymatique est spécifique. Les enzymes, appelées hydrolases attaquent donc spécifiquement certaines liaisons d’une molécule. Dans l’hydrolyse enzymatique de la cellulose, trois types d’hydrolases entrent en jeu (Montenecourt, B & Eveleight, D, 1979) :

  • La b-glucosidase hydrolyse le cellobiose et les cellodextrines en glucose.
  • L’endo-b-glucanase rompt la cellulose au niveau des zones amorphes, générant ainsi de nouvelles extrémités de chaînes
  • L’exo-b-glucanase agit sur les extrémités libres des chaînes de cellulose pour libérer du glucose, du cellobiose et des cellodextrines.
    Ces trois hydrolases agissent en synergie lors de l’hydrolyse de la cellulose. Cette synergie se résume de la manière suivante : les endoglucanases attaquent les régions amorphes de la cellulose, créant ainsi des espaces pour que les exoglucanases puissent se diriger vers les zones cristallines. Enfin, les b-glucosidases viennent clôturer l’hydrolyse, formant une accumulation de cellobiose qui finit par inhiber les endoglucanases et exoglucanases (Béguin, 1990).

L’hydrolyse enzymatique présente plusieurs avantages par rapport à l’hydrolyse acide : il s’agit d’un procédé respectueux de l’environnement, offrant la possibilité d’atteindre d’assez bons rendements. De plus, son coût est faible, comparé aux procédés acides (Romano, S, Gonzales, E, & Laborde, M, 2005).

Les solutions enzyme-substrat se préparent à 10% (masse/volume) de broyat auquel on ajoute 10 fois le volume d’acide acétique(issu de vinaigre concentré) de pH 5 où l’on applique une charge enzymatique totale correspondant à 25 FPIU/g sec de broyat, en utilisant les enzymes commerciales Celluclast® 1,5L et Novozyme® 188. L’ensemble est agité durant 48 heures à 50°C.

On chauffe ensuite l’ensemble à 37°celsius puis on ajoute de la levure de boulanger , en l’occurence Saccharomyces cerevisiae (10g/L) pour réaliser la transformation du glucose en alcool.

Le mélange est agité et La fermentation dure de 24 heures à 72 heure en controlant rêgulièrement le degré d’alcool. Lorsque celui ci cesse d’augmenter on procède à la distillation de la solution pour obtenir le bioéthanol.

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