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AVERTISSEMENT

Ce document est le fruit d'un long travail approuvŽ par le jury de soutenance et mis ˆ disposition de l'ensemble de la communautŽ universitaire Žlargie. Il est soumis ˆ la propriŽtŽ intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de rŽfŽrencement lors de lÕutilisation de ce document. D'autre part, toute contrefaon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pŽnale.

Contact : ddoc-memoires-contact@univ-lorraine.fr

LIENS Code de la PropriŽtŽ Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la PropriŽtŽ Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 " Lo que puede el sentimiento, no lo ha podido el saber, ni el mas claro proceder, ni el mas ancho pensamiento. »

Violeta Parra

A Marianita.

Je souhaite plus que tout remercier très chaleureusement tous les acteurs de la )MŃXOPp GHV 6ŃLHQŃHV )RUHVPLqUHV HP GH OM FRQVHUYMPLRQ GH OM 1MPXUH GH O·8QLYHUVLPp GX

Chili. Elèves, professeurs et peUVRQQHOV P·RQP RIIHUP XQ MŃŃXHLO PUqV ŃOMXG HP OXPMLQB

Merci particulièrement à René CARMONA SRXU P·MYRLU JXLGp PRXP MX ORQJ GH ŃH

SURÓHP HP SRXU OM UHOMPLRQ MPLŃMOH TX·LO M VX LQVPMXUHUB 0HUŃL pJMOHPHQP j FRQVXHOR )5H7=

SRXU OH PHPSV TX·HOOH P·M ŃRQVMŃUp dans le cadre de ce projet.

0HUŃL j 7RPMV .$568I29HF HP 5RVH 0MULH *$5$K SRXU O·MLGH TX·LOV P·RQP

apportée dans de lourdes démarches administratives imprévues.

Merci à

Ricardo SILVA pour sa constante sympathie et bonne humeur. Un grand merci à Adrian ROQUETTE pour avoir été un compagnon de voyage

G·H[ŃHSPLRQB 0HUŃL pJMOHPHQP j PRXV OHV MPLV HP ŃRPSMJQRQV MYHŃ TXL Ó·ML HX OM chance de

partager ce semestre qui restera un moment fort dans ma vie étudiante. Merci aux résidents du Nativo Homestay, Pancho et Panchon, pour cette immersion totale dans la culture chilienne. Enfin, merci à la colocation des " 3 P·tits Cochons » (Max, Toto et Ugo) pour leur accueil à mon retour sur Epinal.

2B1B 7\SHV GH NLRPMVVH BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 6

3B1B IHV SRO\VMŃŃOMULGHV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 8

3B2B IM OLJQLQH BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB E

3B3B IHV H[PUMŃPLNOHV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 11

3B4B IHV ŃHQGUHV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 11

1B1B 2NÓHŃPLI JpQpUMO BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 21

1B2B 2NÓHŃPLIV VSpŃLILTXHV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 21

2B1B 6XNVPUMPV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 22

2B2B 3UpPUMLPHPHQP BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 22

2B3B (Q]\PHV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 23

2B4B 5pMŃPLIV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 23

2BDB (TXLSHPHQP HP PMPpULHO GH OMNRUMPRLUH BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 24

3B2B GpPHUPLQMPLRQ GH OM TXMQPLPp GH VXŃUHV UpGXŃPHXUV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 27

3B3B GpPHUPLQMPLRQ GH OM TXMQPLPp GH JOXŃRVHV BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 2E

1B1B *URXSH $ BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 30

1B2B *URXSH % BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 32

1B3B *URXSH F BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 33

1B4B *URXSH G BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 34

1BDB *URXSH ( BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 3D

1B6B *URXSH ) BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 36

2B1B *URXSH $ BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 37

2B2B *URXSH % BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 38

2B3B *URXSH F BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 38

2B4B *URXSH G BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 3E

2BDB *URXSH ( BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 40

2B6B *URXSH ) BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB 41

Le Chili a une dépendance énergétique très importante. 75% de son énergie est produite par des combustibles liquides dont les 98% sont constitués de pétrole importé (ODEPA, 2007). Ajoutés j ŃHOM O·pSXLVHPHQP SURŃOMLQ GHV JLVHPHQPV GH Sétrole et une dimension écologique grandissante, il est primordial pour ce pays de multiplier ses sources

énergétiques.

Mon projet V·LQVŃULP GRQŃ GMQV OH ŃMGUH Gu projet BIOCOMSA (http://www.consorciobiocomsa.cl/esp), un projet subventionné par le gouvernement

ŃOLOLHQ LPSOLTXMQP OH S{OH UHŃOHUŃOH GH O·8QLYHUVLPp GX FOLOL HP M\MQP SRXU NXP G·pPXGLHU HQ

profondeur la faisabilité de la production de biocombustibles à partir de biomasse ligno-

ŃHOOXORVLTXH j O·pŃhelle nationale.

Ainsi, de très nombreux chercheurs spécialisés dans des domaines variés (économie,

IRUHVPHULH ŃOLPLH NLRORJLH" PUMYMLOOHQP MŃPXHOOHPHQP VXU ŃH VXÓHPB 0RQ SURÓHP PUMLPH G·XQH

très infime partie de ce vaste projet. Des échantillons prétraités suivant des résultats obtenus par un chercheur de

O·8QLYHUVLPp GX FOLOL P·RQP pPp ŃRQILpV GMQV OH NXP G·RSPLPLVHU O·O\GURO\VH HQ]\PMPLTXH

menant leur transformation en sucres. Ces sucres seront par la suite fermentés pour obtenir du bioéthanol. On entend par biocombustible tout combustible dérivé de la biomasse végétale ou

MQLPMOH M\MQP SRXU ŃMUMŃPpULVPLTXH ŃRPPXQH MYHŃ OHV ŃRPNXVPLNOHV IRVVLOHV GH V·XPLOLVHU

dans des moteurs sans nécessiter de modifications importantes sur ceux-là. Ils possèdent

O·MYMQPMJH GH QH SMV ŃRQPHQLU GH VRXIUH XQH GHV ŃMXVHV SULQŃLSMOHV GHV SOXLHV MŃLGHV HP LOV

QH ŃRQPULNXHQP SMV j O·MXJPHQPMPLRQ GHV pPLVVLRQV GH F2

2 GMQV O·MPPRVSOqUHB (Oliva,

2003).

La production de biocombustibles liquides semble être une bonne solution de UHPSOMŃHPHQP GHV ŃRPNXVPLNOHV IRVVLOHV GRQP OHV SUL[ QH ŃHVVHQP G·MXJPHQPHU HQ UMLVRQ GH OM ŃULVH pQHUJpPLTXH JORNMOH HP GRQP O·pSXLVHPHQP GHV Upserves est imminent (Oliva, 2003).

Diminuer notre dépendance envers les produits dérivés du pétrole et assurer un

approvisionnement énergétique constant sont les principaux prérequis pour entrer dans une démarche de développement durable dans les secteurs GHV PUMQVSRUPV HP GH O·LQGXVPULHB

IHV NLRŃRPNXVPLNOHV OLTXLGHV V·MQQRQŃHQP GRQŃ rPUH XQH MOPHUQMPLYH LQPpUHVVMQPH SRXU

combler ces exigences et diversifier la matrice énergétique (Mateos, 2001). G·MXPUH SMUP MX FOLOL OM SURGuction de biocombustibles est vue comme une nouvelle alternative pour les terres agricoles abandonnée. Celles-ci peuvent ainsi être reconverties

en cultures agricoles ou en plantations forestières, créant dans ce même temps des

emplois dans les secteurs de O·MJULŃXOPXUH GH O·LQGXVPULH HP GHV VHUYLŃHV SULQŃLSMOHPHQP en

zones rurales (Oliva, 2003). Actuellement, les biocombustibles liquides sont obtenus majoritairement à partir de produits agricoles qui sont produits par le secteur alimentaire, sur des terres sujettes à des

forces socio-pŃRQRPLTXHV GLIIpUHQPHV GH ŃHOOHV UpJLVVMQP OH VHŃPHXU GH O·pQHUJLH (Oliva,

2003).

On peut différencier deux types de biocombustibles liquides dans le secteur des transports (Ballesteros, 2001) : Le biodiesel : Les huiles végétales peuvent être obtenues tant à partir de micro algues que de plantes oléagineuses telles que le soja, le colza ou le tournesol. Elles peuvent être t brut sans être raffinées, ou modifiées (au moyen de processus chimiques)

en esters méthyliques ou éthyliques (biodiesel). On les utilise dans les moteurs diesel à la

place du carburant, ou mélangé à celui-là (Ballesteros, 2001).

Le bioéthanol

(Ballesteros, 2001).

2B I$ %H20$66(

sources de biomasse utilisée dans la produc : résidus de -énergétiques, déchets produits (Royo, 2003).

2B1B 7\SHV GH NLRPMVVH

Les différents types de biomasse peuvent être classifiés en fonction de leur origine : La biomasse naturelle : Produite par les écosystèmes naturels, elle est la principale

énergie, et son utilisation peut

provoquer une dégradation accélérée des écosystèmes.

Les cultures énergétiques

différenc uelles, comme le cardon cynara (Ballesteros, 2001). La biomasse résiduelle : Elle est générée par les résidus des processus de production agricole, forestière et industrielle. Ce type de biomasse est détaillé dans la Figure 1. IHV SULQŃLSMX[ MYMQPMJHV TXH SUpVHQPH O·XPLOLVMPLRQ GH NLRPMVVH SRXU OM SURGXŃPLRQ G·pQHUJLH VRQP G·RUGUH HQYLURQQHPHQPMOB (Q HIIHP HOOH SHUPHP GH UpGXLUH OHV pPLVVLRQV GH CO

2 et SO2 GMQV O·MPPRVSOqUH HQ UHYMORULVMQP OHV GpŃOHPVB GH SOXV G·XQ SRLQP GH YXH

VRŃLRpŃRQRPLTXH O·XPLOLVMPLRQ GH NLRPMVVH SHXP JpQpUHU GHV HPSORLV HQ ]RQHV UXUMOHV HP pYLPHU O·MNMQGRQ GH PHUUHV MJULŃROHVB

3B I$ %H20$66( IH*12F(II8I26H48(

Le terme de " biomasse » regroupe tous les types de matLqUH RUJMQLTXH SURYHQMQP G·XQ processus biologique. Dans ce sens, la formation de biomasse végétale est due au processus de photosynthèse qui forme des structures de haut contenu énergétique. Les forêts représentent approximativement 27% de la superficie terrestre, faisant du

NRLV OH SULQŃLSMO SURGXLP H[PUMLP MYHŃ XQH ŃRQVRPPMPLRQ PRQGLMOH G·HQYLURQ 3BD00

millions de mètres cubes par an (augmentation de 65% depuis 1960). Plus de la moitié de cette consommation de bois est utilisée comme combustible, le reste étant utilisé dans la production de cellulose et de papier, comme matériau de construction, ou autres (Martinez, et al., 2005). -cellulosique est sa structure complexe. Le matériel ligno-cellulosique est composé essentiellement de trois composants : les polysaccharides, la lignine, et les extractibles. Les pourcentages sont exprimés ici en fonction de la masse totale de bois sec et ne titre indicatif. )LJXUH 2 FRPSRVLPLRQ ŃOLPLTXH GX NRLVB 6RXUŃH FRXUV GH FOLPLH GX %RLV 5HQp

F$5021$ F)F1 8QLYHUVLGMG GH FOLOH

3B1B IHV SRO\VMŃŃOMULGHV

Les polysaccharides comportent des structures de haut poids moléculaire et représentent environ de 60 à 80% du matériel ligno-cellulosique. Les polysaccharides sont (Negro, 1991). La cellulose est la substance naturelle la plus importante produite par des organismes vivants. Ce p principal composant du bois (entre 40 et 50% de la masse sèche des plantes ligneuses) principalement dans la paroi secondaire, où elle remplit sa fonction de composant structurel (Kirk, T & Cullen, D, 1998). Tous les modèles de structure fibrillaire de la cellulose proposés coïncident en me amorphes, beaucoup moins ordonnées (Macarron, 1992). )LJXUH 3 6PUXŃPXUH GH OM ŃHOOXORVHB 6RXUŃH FRXUV GH FOLPLH GX %RLV 5HQp F$5021$

F)F1 8QLYHUVLGMG GH FOLOH

Les hémicelluloses sont composées de petites chaînes de polysaccharides dont la hémicelluloses se rencontrent sous forme amorphe. La composition des hémicelluloses (Negro,

1991).

3B2B IM OLJQLQH

La lignine est un des principaux composants de la matière végétale. Elle représente de

20 à 30% de la masse sèche du bois. La majorité de la lignine se trouve dans la lamelle

moyenne, mélangée avec les hémicelluloses et formant une matrice assurant la liaison des microfibres de cellulose (voir figure 4). Elle offre protection et résistance aux plantes, en microbienne (Fengel, D & Wegener, G, 1984). En raison de ses caractéristiques

structurelles, la lignine présente une bonne résistance à la biodégradation. Ses types de

liaisons covalentes et son hétérogénéité font que la lignine ne peut pas être dégradée par

des mécanismes classiq et suffisamment non spécifique (Davila, G & Vasquez-Duhalt, R, 2001).

7 528K75H%28I27 2012

Les extractibles ne font pas partie de la structure de la paroi végétale et son en général

solubles dans des solvants neutres. Ils représentent entre 4 et 10% du poids sec du bois et

contient une très grande variété de composés organiques : cires, graisses, alcaloïdes,

protéines, phénols simples et complexes, sucres simples, pectines, résines, gommes,

tHUSqQHV HPŃB HOV MJLVVHQP ŃRPPH LQPHUPpGLMLUHV PpPMNROLTXHV UpVHUYHV G·pQHUJLH RX entrent en jeu dans les mécanismes de défense contre les attaques biologiques. Les extractibles sont également connus pour donner au bois son odeur, sa couleur, et une partie de sa résistance (Oliva, 2003). Les cendres sont les résidus inorganiques qui subsistent après la combustion de la biomasse à haute température (Calcium, Potassium, Sodium, Magnésium, Fer...). Elles représentent moins de 2% de la masse sèche du bois (Oliva, 2003). Elles ne font pas partie du matériel ligno-cellulosique. GHSXLV O·MQPLTXLPp O·+RPPH XPLOLVH OM NLRPMVVH ŃRPPH VRXUŃH G·pQHUJLH UHQRXYHOMNOe.

GHSXLV OM GpŃRXYHUPH GH O·XPLOLVMPLRQ GX IHX OM IRUPH OM SOXV ŃRPPXQH G·XPLOLVHU O·pQHUJLH

GH OM NLRPMVVH M pPp OM ŃRPNXVPLRQ GLUHŃPH GMQV OH NXP G·XPLOLVHU ŃHPPH pQHUJLH SRXU OH

ŃOMXIIMJH OM ŃXLVLQH RX HQŃRUH OM SURGXŃPLRQ GH YMSHXU HP G·pOHŃPULŃLPé. Cependant, les

avancées technologiques ont permis le développement de procédés de transformation de NLRPMVVH HQ pQHUJLH SOXV HIILŃMŃHV HP GXUMNOHV ŃRPPH SMU H[HPSOH O·RNPHQPLRQ SMU GHV moyens biochimiques de combustibles liquides ou gazeux, beaucoup plus pratiques et efficaces (FOCER, 2002). Les procédés biochimiques utilisent les caractéristiques biochimiques de la biomasse et

O·MŃPLRQ PpPMNROLTXH GH PLŃURRUJMQLVPHV SRXU OM SURGXŃPLRQ GH ŃRPNXVPLNOHV OLTXLGHV HP

gazeux. Les procédés biochimiques sont plus appropriés à la conversion de biomasse OXPLGH TXH G·MXPUHV SURŃpGpV ŃRPPH OHV SURŃpGpV POHUPRŃOLPLTXHV SMU H[HPSOHB 3MUPL les produits obtenus par des procédés biochimiques, on peut citer le biogaz, le biodiesel, ou encore les combustibles alcooliques (FOCER, 2002) : La digestion anaérobique de la biomasse humide par les bactéries produit un type de gaz combustible connu comme biogaz. Dans ce procédé, la biomasse est déposée dans un digesteur, lequel a pour fonction de faire fermenter la biomasse. On obtient après quelques jours un mélange de méthane et de dioxyde de carbone. Les digesteurs sont utilisés dans certains pays orientaux en usage domestique (FOCER, 2002). (ét biodiesel peut être mélangé avec du diesel (en général on en met 20%) ou utilisé directement comme combustible dans un moteur classique (FOCER, 2002). Les combustibles alcooliques pouvant être obtenus à partir de la biomasse sont le

Maintenant,

(FOCER, 2002). De la biomasse, on peut obtenir différents types de produits pour la génération principalement dans des pays comme le Brésil, les Etats-

Suède (Ballesteros, 2001).

ient par fermentation de matières premières sucrées avec un degré doivent être des produits hydrocarbonés de faible coût, susceptibles de fermenter (Mateos, 2001). Le bioéthanol utilisé de nos -cellulosique est plus complexe que son obtention à actuellement en ce sens (Öhgren, K, Vehmaanpera, J, Siika-Aho, M, Galbe, M, Viikari, L, & Zacchi, G, 2006). Plusieurs voies sont possibles pour passer du matériel ligno-cellulosique au bioéthanol. peuvent être classés en deux groupes : Les procédés en deux étapes une hydrolyse chimique ou enzymatique des sucres fermentables, à la suite de quoi on transforme ces sucres en éthanol grâce à des microorganismes, comme les levures.

Les procédés en une étape

étap

e (Mateos, 2001). (Procédé SFS : Saccharification et Fermentation Simultanées) )LJXUH D 7\SHV GH SURŃpGpV GH PUMQVIRUPMPLRQ GH OM NLRPMVVH OLJQRŃHOOXORVLTXH HQ pPOMQROB

6RXUŃ

H 0MPHRV 2001 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

relativement récents, la dernière décennie a vu naître de bons résultats dans ce domaine.

(Oliva,

2003).

Malheureusement, la structure complexe de la biomasse ligno-cellulosique rend cela, un prétraitement est indispensable. Pour obtenir un bon rendement en éthanol, les prétraitements doivent rendre la cellulose plus accessible aux enzymes, sans dégrader les sucres. Il est donc important de privilégier des prétraitements qui augmentent le rendement de sucres fermentables et qui limitent les produits de dégradation (Sun &

Cheng, J, 2002).

6B 35(75$H7(0(176 G( I$ %H20$66( IH*12

F(II8I26H48(

cellulosique ayant pour but de diminuer le degré de cristallinité de la cellulose et

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

plusieurs substrats différents (Sanchez, O & Cardona, C, 2005). anol à

partir de matériel ligno-cellulosique, car ils augmentent de manière considérable les

(Sun &

Cheng, J, 2002).

La Figure 6 détaille les types de prétraitement les plus utilisés. )LJXUH 6 7\SHV GH SUpPUMLPHPHQPVB 6RXUŃH eOMNRUMPLRQ SHUVRQQHOOH HP 6MQŃOH] 2 F

MUGRQM F 200D

Dans le cas des prétraitements biologiques, le matériel ligno-cellulosique est champignons de pourriture blanche attaquent la lignine et les hémicelluloses, aidant ainsi à (Fan, L, Gharpuray, M, & Lee, Y, 1987). Les avantages que présente le prétraitement biologique sont le bas coût prétraitement est lent, ce qui augmente le coût du procédé (Hamelinck, C, Hooijdonk, G, & Faaij, A, 2003).

2Q MSSHOOH ŃOMPSLJQRQV GH SRXUULPXUH NOMQŃOH GHV RUJMQLVPHV V·MOLPHQPMQP GH

ŃHOOXORVH G·OpPLŃHOOXORVHV HP GH OLJQLQH HQ GpŃRPSRVMQP OHXUV PROpŃXOHVB Le nom de

" pourriture blanche » provient du fait que le bois attaqué par celle-ci prend une couleur blanche (voir Figure 7). )LJXUH 7 $JHQPV GH SRXUULPXUH NOMQŃOH RX ILNUHXVH %MVLGLRP\ŃqPHV j MŃPLRQ OLJQLQRO\PLTXH

SXLV ŃH

OOXORO\PLTXHB 6RXUŃH

7 528K75H%28I27 2012

Cette couleur blanche provient du fait que ce type de champignon attaque en premier lieu la lignine. La lignine donnant sa couleur au bois, les autres composants apparaissent donc plus pâles. Après une telle attaque, le bois a une teneur en cellulose plus importante, présente un aspect fibreux et a une densité moindre (Akhtar, Blanchette, R, &

Kent, T, 1997).

Les champignons de pourriture blanche appartiennent à une catégorie de champignons appelés Basidiomycètes. La principale caractéristique de ces champignons est

leur capacité à attaquer tous les composants de la paroi cellulaire, réalisant des attaques sur

les polysaccharides et la lignine. Cependant, certains champignons ont la particularité de dégrader la lignine en beaucoup plus grandes proportions, ce qui en fait des champignons

intéressants pour les procédés industriels où la lignine est vue comme un composé

phénolique devant être modifié ou éliminé (Micales, 2001). cellule, colonisant en premier lieu les cellules des rayons de parenchyme, pour ensuite la paroi cellulaire. Le processus de

dégradation de la paroi de la cellule débute aussitôt que sont épuisés les nutriments

facilement métabolisables (Kuhad, Singh, A, & Eriksson, K, 1997). hydrolyse est un procédé dans lequel la cellulose est fractionnée dans le but pentoses) (Negro, 1991). utilisés dans différents ou utilisés comme substrats dans des processus de fermentation pour produire de microbienne, des bio-(Macarron, 1992).

La plus communément utilisée

quel acide pourrait être utilisé (Badger, 2002). 8 Selon Oliva (2003), O·O\GURO\VH MŃLGH HVP OH SURŃpGp OH SOXV pPXGLp GMQV OH ŃMGUH GH OM SURGXŃPLRQ G·pPOMQROB GpÓj ŃRQQX GMQV OHV MQQpHV 1820 LO M ŃRQQX XQH H[SORVLRQ GXUMQP le Seconde Guerre Mondiale, période durant laquelle la pénurie de pétrole a forcé la

SURGXŃPLRQ G·pPOMQRO j SMUPLU GX NRLVB

I·O\GURO\VH MŃLGH ŃRQVLVPH HQ XQH UpMŃPLRQ ŃOLPLTXH XPLOLVMQP GHV ŃMPMO\VHXUV MŃLGHV

ŃRPPH O·MŃLGH ŃOORUO\GULTXH VXOIXULTXH SORVSORULTXH QLPULTXH RX IRUPLTXH OHV MŃLGHV

chlorhydrique et sulfurique étant les seuls à être utilisés à échelle industrielle. Bien que ces

acides soient des agents puissants pour hydrolyser la cellulose, leur toxicité et leur

corrosivité les rendent dangereux et obligent à utiliser des réacteurs fortement résistants à

la corrosion. De plus, les acides doivent être récupérés à la fin de la réaction pour que le

SURŃpGp VRLP SOXV YLMNOH G·XQ SRLQP GH YXH HQYLURQQHPHQPMO HP pŃRQRPLTXH (Romano, S,

Gonzales, E, & Laborde, M, 2005).

On noPH TXH GHX[ P\SHV G·O\GURO\VH MŃLGH H[LVPHQP O·O\GURO\VH MŃLGH GLOXpH HP O·O\GURO\VH MŃLGH ŃRQŃHQPUpH (Negro, 1991). I·O\GURO\VH HQ]\PMPLTXH de la cellulose est une réaction catalysée par un ensemble d ·HQ]\PHV P\SLTXHPHQP MSSHOpHV ŃHOOXOMVHV SURGXLPHV SMU GHV ŃOMPSLJQRQV RX GHV

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 caSMŃLPp TX·RQP ŃHV RUJMQLVPHV j JpQpUHU GHV HQ]\PHV HQ JUMQGH TXMQPLPpB FRQPUMLUHPHQP j O·O\GURO\VH MŃLGH O·O\GURO\VH HQ]\PMPLTXH HVP VSpŃLILTXHB IHV

HQ]\PHV MSSHOpHV O\GUROMVHV MPPMTXHQP GRQŃ VSpŃLILTXHPHQP ŃHUPMLQHV OLMLVRQV G·XQH

PROpŃXOHB GMQV O·O\GURO\VH HQ]\PMPLTXH GH OM ŃHOOXORVH PURLV P\SHV G·O\GUROMVHV HQPUHQP HQ

jeu (Montenecourt, B & Eveleight, D, 1979) : La b-glucosidase hydrolyse le cellobiose et les cellodextrines en glucose. I· endo-b-glucanase rompt la cellulose au niveau des zones amorphes, générant ainsi de nouvelles extrémités de chaînes I· 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 synergLH ORUV GH O·O\GURO\VH GH OM ŃHOOXORVHB 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-JOXŃRVLGMVHV YLHQQHQP ŃO{PXUHU O·O\GURO\VH,

formant une accumulation de cellobiose qui finit par inhiber les endoglucanases et exoglucanases (Béguin, 1990). I·O\GURO\VH HQ]\PMPLTXH SUpVHQPH SOXVLHXUV MYMQPMJHV SMU UMSSRUP j O·O\GURO\VH acide

LO V·MJLP G·XQ SURŃpGp UHVSHŃPXHX[ GH O·HQYLURQQHPHQP RIIUMQP OM SRVVLNLOLPp

G·MPPHLQGUH G·MVVH] NRQV UHQGHPHQPVB GH SOXV VRQ ŃR€P HVP IMLNOH ŃRPSMUp MX[ SURŃpGpV

acides (Romano, S, Gonzales, E, & Laborde, M, 2005). Différents P\SHV GH VXNVPUMPV RQP pPp SUpPUMLPpV SMU XQ ŃOHUŃOHXU ORUV G·XQH pPXGH précédente. Ces substrats sont le Lenga (Nothofagus pumilio), le Pin de Monterey (Pinus radiata), le maïs et le blé.

0RQ RNÓHŃPLI HVP G·RSPLPLVHU O·O\GURO\VH HQ]\PMPLTXH TXL VXLP OH Srétraitement dans

OH NXP G·RNPHQLU OH PHLOOHXU UHQGHPHQP SRVVLNOH YRLU )LJXUH 8B )LJXUH E 3URŃHVVXV PRPMO GH PUMQVIRUPMPLRQ GX PMPpULHO OLJQRŃHOOXORVLTXH HQ pPOMQRO GpILQLU OHV YMULMNOHV HQPUMQP HQ ÓHX GMQV O·O\GURO\VH HQ]ymatique pouvant être facilement modifiées.

Les sucres réducteurs SURGXLPV SMU O·O\GURO\VH VRQP GHV UpMŃPLIV SRXU O·pPMSH GH

fermentation. Ainsi, meilleur sera le rendement en sucres réducteurs ORUV GH O·O\GURO\VH meilleur sera le rendement du processus total. Un objectif est donc de jouer sur les variables choisies pour obtenir le meilleur rendement en sucres réducteurs possible. Il

VHUMLP pJMOHPHQP LQPpUHVVMQP G·pPMNOLU XQH UHOMPLRQ JpQpUMOH GH ŃMXVH j HIIHP HQPUH OM

modification de chaque variable et le

UHQGHPHQP GH O·O\GURO\VHB

Quatre types de substrats prétraités ont été mis en ma possession : le Lenga (Nothofagus pumilio), aussi appelé " hêtre de la Terre de Feu », le Pin de Monterey (Pinus radiata), aussi appelé " Pin insigne », le maïs et le blé.

Ces substrats ont été broyés, et certains ont été prétraités. Tous les substrats ont été

broyés avant le prétraitement. Ils ont donc une granulométrie de type " pin-chips » formée

par un moulin de la marque Condux Werk®, modèle LHM 20116. Ces particules ont été PMPLVpHV SRXU ILQMOHPHQP Q·RNPHQLU TXH GHV © pin-chips » correspondant à des particules G·HQYLURQ 1 PP G·pSMLVVHXU GH 1 j 3 PP GH OMUJHXU HP GH D PP GH ORQJ j XQ

SRXUŃHQPMJH G·OXPLGLPp GH 11B

Les différents types GH VXNVPUMPV TXL P·RQP pPp PUMQVPLV Q·RQP SMV pPp SUpPUMLPpV GH OM même manière. On peut ainsi différencier six différents types de substrats : A : Lenga traité par le Ganoderma applanatum sur une durée de 60 jours. B : Lenga traité par le Ceriporiopsis subvermispora sur une durée de 45 jours. C : Pin de Monterey traité par le Ceriporiopsis subvermispora sur une durée de 45 jours. D : Maïs traité par le Ganoderma applanatum sur une durée de 25 jours. E : Maïs non prétraité

F : Blé non prétraité

IHV HQ]\PHV XPLOLVpHV GMQV OH SURŃHVVXV G·O\GURO\VH HQ]\PMPLTXH ŃRUUHVSRQGHQP j un complexe enzymatique de cellulases agissant en synergie. Voici pour chacun des trois types les enzymes utilisées b-glucosidase : (EC 3.2.1.21) Endo- b-glucanase : b-(1,4)-glucanglucanohydrolase (EC 3.2.1.4.) Exo- b-glucanase : a) b-(1,4)-glucancelobiohydrolase (EC 3.2.1.91.) Cellobiohydrolase (CBH) b) b-(1,4)-glucanglucanohydrolase (EC 3.2.1.74.) Glucohydrolase (GGH) Les enzymes ont été achetées au laboratoire SIGMA-ALDRICH® et leurs nom s commerciaux sont Celluclast® 1,5L (C2730), cellulase liquide obtenue par fermentation du champignon Trichoderma reesei, et Novozyme®188 (C6105), cellulase obtenue par fermentation du microorganisme Aspergillus niger.

IM UpMOLVMPLRQ GH O·O\GURO\VH HQ]\PMPLTXH UHTXLHUP GH O·MŃLGH MŃpPLTXH HP GH O·MŃpPMPH

de sodium pour préparer une solution tampon de pH 5.

3RXU OM PHVXUH GHV VXŃUHV UpGXŃPHXUV RQ GRLP SUpSMUHU XQ UpMŃPLI MYHŃ GH O·MŃLGH

dinitrosalicylique (DNS) (voir Annexe 1), en utilisant GH O·MŃLGH 3D-dinitrosalicylique

G16 106J GH O·O\GUR[\GH GH VRGLXP 1E8J du sel de Seignette (tartrate double de sodium et de potassium) (306g), du phénol (7,6mL) et du métabisulfite de sodium (8,3g) PpOMQJpV j 1416 PI G·HMX GLVPLOOpH NLHQ TXH la courbe de calibrage se réalise avec du glucose anhydre. La mesure du glucose est réalisée HQ XPLOLVMQP XQ NLP ŃRPPHUŃLMO NMVp VXU O·HQ]\PH glucose oxydase peroxydase (provenant du laboratoire RANDOX®), lequel compte deux réactifs : le réactif A, composé de tampon phosphate, 4-aminophenazone, phénol, glucose oxydase, peroxydase, et le réactif B ou standard composé de glucose (voir Annexe 2).

Les hydrolyses enzymatiques ont été réalisées au Laboratoire de Biodétérioration et

3UpVHUYMPLRQ GX GpSMUPHPHQP G·HQJpQLHULH GX %RLV GH O·8QLYHUVLPp GX FOLOLB Voici la liste

d es équipements et matériel utilisés lors de la réalisation de ces hydrolyses : pH-mètre

Agitateur-incubateur orbital (" shaker »)

Tubes Falcon® de 50 mL

Instruments et matériel de laboratoire courants

La détermination des sucres réducteurs et du glucose a été réalisée au Centre

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