Modélisation et optimisation de la production de cellulases par Trichoderma reesei pour les bioraffineries lignocellulosiques

Modelling and optimisation of cellulase production by Trichoderma reesei for lignocellulosic biorefineries

• Auteur / Autrice : Etienne Jourdier
• Direction : Christian Larroche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés
• Date : Soutenance le 19/09/2012
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme) - Institut français du pétrole Énergies nouvelles (Rueil-Malmaison, Hauts-de-Seine)
• Jury : Président / Présidente : Sévastianos Roussos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Engasser, Carole Molina, Anthony Brésin, Mohamed Fadhel Ben Chaabane
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marc Engasser, Carole Molina

Mots clés

Mots clés contrôlés

Enzymes -- Métabolisme

Biocarburants

Trichoderma

Cellulase

Mots clés libres

Trichoderma reesei

Lignocellulose

Biomasse

Bioraffinerie

Cellulase

Métabolisme

Production industrielle

Modélisation

Rendement

Productivité

Besoin en oxygène

Inhibiteurs

Hydrolysats lignocellulosiques

Extrapolation

Trichoderma reesei

Lignocellulose

Feedstocks

Biorefinery

Cellulase

Metabolism

Industrial production

Modelling

Yield

Productivity

Oxygen demand

Inhibitory compounds

Lignocellulosic hydrolyzates

Scale-up

Résumé

Dans le contexte énergétique et climatique mondial, le coût élevé des enzymes Cellulolytiques (cellulases) freine le développement des bioraffineries lignocellulosiques, pour produire des biocarburants et composés chimiques à partir d'une matière première végétale renouvelable. L'objectif de ce travail est de caractériser et de modéliser le métabolisme du micro-organisme Trichoderma reesei, afin d'optimiser le protocole industriel de production de cellulases. Cette étude a été réalisée sur des milieux modèles représentatifs de ceux attendus à l'échelle industrielle. Tout d'abord, la stoechiométrie des réactions de croissance et de production a été établie, puis une étude cinétique a été menée pour mesurer précisément le comportement du micro-organisme à forte induction de la production de cellulases. Le modèle résultant a été utilisé pour optimiser le protocole industriel de production. Ensuite, l'intégration de cette étape dans une bioraffinerie lignocellulosique a été étudiée, avec l'effet sur le métabolisme i) des mélanges de sucres disponibles, ii) des composés inhibiteurs issus de la dégradation de la lignocellulose, et iii) du changement d'échelle. Ces travaux ont fait progresser de façon substantielle les connaissances du métabolisme de T. reesei en ce qui concerne la production de cellulases, et les modèles développés sont des outils d'aide rationnelle à la définition d'un procédé de production de cellulases intégré dans une bioraffinerie lignocellulosique.

In the global energetic and climatic context, the high cost of the cellulolytic enzymes (cellulases) postpones the development of lignocellulosic biorefineries, dedicated to produce biofuels and chemical compounds from renewable vegetable feedstocks. The aim of this work was to measure and model the metabolism of the micro-organism Trichoderma reesei, in order to optimize the industrial protocol for the production of cellulase. This study was carried out using synthetic media representative of industrial ones. First, the stoichiometries of growth and protein production reactions were determined. Then, a kinetic study was conducted to precisely measure the specific rates of T. reesei at high induction of cellulase production. The resulting model was used to optimize the industrial production protocol. Finally the integration of this step in a lignocellulosic biorefinery was studied by determining the impacts on the metabolism of i) available sugar mixtures, ii) inhibitory compounds from lignocellulosic biomass degradation, and iii) scale-up. These results significantly contributed to improve the knowledge of T. reesei metabolism on cellulase production. The developed models are rational tools for the optimization of a cellulase production protocol suited to lignocellulosic biorefineries.