Etude de la bioconversion de la chènevotte (Cannabis sativa) et de l’alfa (Stipa tenacissima) par prétraitement thermomécanique en présence d’un agent acide ou alcalin

Abstract

Dans un contexte d’une prise de conscience en matière de consommation énergétique et de préservation de l’environnement, cette thèse vise à répondre à cette problématique à travers l’étude d’un procédé de production d’éthanol-carburant à partir de la biomasse lignocellulosique (BLC). La BLC qui représente une source importante en cellulose, constitue un polymère hydrolysable par action enzymatique en fournissant des sucres monomères fermentescibles en éthanol. La structure complexe et récalcitrante de la matrice lignocellulosique (cellulose, hémicellulose, lignine) constitue un frein majeur à l’attaque enzymatique, d’où la nécessité d’une étape de prétraitement afin de perturber les barrières physico-chimiques devant l’accessibilité des enzymes aux polymères cellulosiques. L’étude d’un prétraitement hydrothermomécanique combiné à un catalyseur acide ou basique en faible concentration a été réalisée sur deux substrats ; chènevotte (sous-produit du chanvre industriel) et l’alfa (plante endémique au Maroc). La caractérisation des deux substrats a montré leur potentiel intéressant en holocellulose pour le procédé de bioconversion et les résultats d’analyse après prétraitement ont montré des modifications importantes de la structure interne (FTIR, DRX), de la morphologie (MEB), des propriétés d’adsorption (BET) et de composition chimique par rapport à l’état natif. L’augmentation de la surface spécifique des deux substrats prétraités a permis d’améliorer les rendements d’hydrolyse grâce à une meilleure accessibilité des enzymes aux polymères cellulosiques. D’un point de vue environnemental, l’imprégnation par aspersion, en limitant la génération de fractions liquides résiduelles, reste plus avantageuse que l’imprégnation par immersion de la matière. La structure de la chènevotte, s’apparentant à celle du bois dur, a manifesté une certaine capacité de neutralisation exigeant une consommation supplémentaire en acide comparée à l’alfa. L’étude par la méthode des plans d’expériences visant à la détermination des conditions optimales du prétraitement qui maximise le rendement en sucres récupérés a été réalisée en milieu acide et alcalin. Les conditions d’hydrolyse enzymatique ont également été étudiées et optimisées par cette méthode. Des rendements maximums en sucres de 90 et 83,2% pour le prétraitement à l’acide sulfurique et l’hydroxyde de sodium ont été respectivement obtenus. Des essais de fermentation de l’hydrolysat enrichi en glucose ont permis d’atteindre des rendements de 54,1 et 46,4% en éthanol.