Valorisation des déchets lignocellulosiques par des procédés biotechnologiques : production d’enzymes lignocellulolytiques et de bioéthanol

Abstract

La bioconversion de la biomasse lignocellulosique (BLC) en bioéthanol constitue une alternative prometteuse pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles et lutter contre le changement climatique. Cependant, la récalcitrance du complexe lignocellulosique nécessite un prétraitement préalable pour permettre sa valorisation. Cette étude visait à valoriser le potentiel énergétique en bioéthanol de divers sous-produits lignocellulosiques par des procédés biotechnologiques. Des échantillons, comprenant les résidus forestiers (RF), les déchets de plantes aromatiques et médicinales (DPAM), les résidus d’oliviers (RO), les grignons d’olive (GO) et les déchets ménagers (DM), collectés après une enquête auprès de divers secteurs d’activité, ont été soumis à des analyses chimiques pour évaluer leur potentiel énergétique. Concernant l’étape du prétraitement, Deux approches ont été appliquées : un prétraitement simple (TS) et un prétraitement combiné (TC), intégrant plusieurs méthodes, telles que l’hydrolyse acide (Ac), l’explosion à la vapeur (EV) et l’hydrolyse enzymatique (E). La fermentation en milieu liquide, réalisée avec des souches microbiennes spécifiques (Aspergillus niger, Trichoderma longibrachiatum et Zymomonas mobilis), a permis de valoriser ces substrats lignocellulosiques pour produire des enzymes lignocellulolytiques et du bioéthanol. Les résultats ont montré que 68,4 % des résidus végétaux rejetés par les secteurs d’activité enquêtés étaient des résidus solides, dont 98 %n’étaient ni traités ni valorisés. Les RF, DPAM et les déchets de plantes non utilisables (DPNU) issus des DPAM se sont avérés riches en cellulose (Ce) et en hémicelluloses (He), avec de faibles teneurs en lignine (Li) et en composés phénoliques totaux (CPT), offrant ainsi de meilleures perspectives pour la production de bioéthanol par rapport aux RO, GO et DM. La majorité des résidus, à l’exception des DM, présentaient des caractéristiques favorables telles qu’une faible humidité, une faible teneur en cendres et un pouvoir calorifique (PCI) compris entre 14,5 et 21,6 MJ/kg. Les prétraitements (TS : Ac) et (TC : EV, Ac et E) se sont révélés les plus efficaces pour hydrolyser la cellulose (90,5 % et 77,6 %, respectivement) et les hémicelluloses (80,63 % et 87,14 %, respectivement). Cependant, bien que le TC soit respectueux de l’environnement, il est chronophage (24 h), tandis que le TS à l’acide est rapide (25 min) mais présente des effets négatifs, tels qu’un impact environnemental accru et la corrosion des équipements. Parmi les souches étudiées, Aspergillus niger a démontré une activité enzymatique significative (29,78 ± 0,15 U/gds) et un rendement en éthanol élevé (10,78 g/100 g de substrat) à partir des RF et DPAM prétraités. Malgré ces résultats prometteurs, une optimisation des processus est nécessaire pour envisager une application à l’échelle industrielle.