Raréfaction du carbone fossile, hausse des prix du pétrole et raréfaction du carbone fossile, hausse des prix du pétrole et augmentation des gaz à effet de serre relancent le développement des biocarburants. Mais les filières de production actuelles à partir de colza (biodiesel), blé ou betterave (ETBE) ne constituent pas des solutions viables à terme : trop d'hectares seraient nécessaires pour satisfaire la demande future. Les biocarburants de demain devront utiliser des ressources plus abondantes et qui n'entrent pas en compétition avec l'alimentation humaine telles que pailles résidus de récolte, bois, déchets verts urbains. Le constituant essentiel en est la lignocellulose qu'on ne sait pas transformer aujourd'hui de façon rentable en éthanol biocarburant. Des chercheurs de l'Inra à Marseille étudient la transformation de ces lignocelluloses par les enzymes de champignons filamenteux pour lever les verrous scientifiques et technologiques nécessaires au développement de cette filière d'avenir.

L'éthanol biocarburant répond à une nécessité pour l'économie et pour l'environnement

Le bioéthanol permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre, en particulier le CO₂, de 60 à 80 % par rapport aux émissions à partir d'essences. Les directives européennes souhaitent un ajout de biocarburant (éthanol ou éthanol transformé en ETBE) dans l'essence sans plomb de 5,75 en 2010. Or, les volumes à produire pour remplir cet objectif imposent de diversifier les matières premières végétales utilisées.

Les verrous scientifiques et technologiques d'une filière de production

La lignocellulose est la matière première végétale la plus abondante. D'un point de vue chimique, les celluloses sont des réseaux de chaînes (polymères) formées de maillons élémentaires : des sucres. Elles sont associées aux lignines, hétéropolymères de composés phénoliques. Pour transformer la cellulose en éthanol, il faut donc d'abord la séparer de la lignine. L'étape suivante consiste à la transformer en sucres par une hydrolyse qui coupe les chaînes en maillons élémentaires. Les sucres ainsi obtenus sont alors transformés en alcool par fermentation.

 Pour hydrolyser la cellulose, on utilise des enzymes de champignons : par exemple, la paille de blé est pré-fractionnée à l'acide, puis les enzymes de champignon transforment la paille en sucre, le verrou de cette transformation réside dans l'utilisation d'enzymes performantes de dégradation de la lignine. Cette voie biologique permet d'agir de manière hautement spécifique et n'engendre aucun sous-produit. Cependant la transformation de la lignocellulose pèse pour moitié dans le coût du bioéthanol ainsi produit. Améliorer la transformation et réduire son coût est donc un enjeu de recherche important : la diversité biologique des champignons et de leurs enzymes fournit un atout essentiel pour y parvenir.
Pour convertir les sucres en alcool, on recourt à une fermentation réalisée par des levures. Mais actuellement les pentoses, sucres formés à partir de 5 atomes de carbone, sont mal valorisés : ceci est également une question de recherche.

Du modelage des génomes des champignons filamenteux aux essais moteurs : le programme intégré européen Nile

Le projet européen Nile (new improvements for lignicellulosic ethanol), coordonné par l'Institut français du pétrole, réunit 12 pays européens et associe 5 centres de recherche, 6 universités et 8 industriels à l'expertise et aux expériences complémentaires, couvrant toute la chaîne de production et d'utilisation du bioéthanol, jusqu'au producteur automobile. Doté d'un budget global de 12,8 millions d'euros, il va permettre de développer, d'étudier et d'évaluer de nouvelles technologies en vue de la transformation efficace de lignocellulose en bioéthanol par hydrolyse fongique et fermentation. Ces technologies seront validées dans une usine pilote unique et entièrement intégrée afin d'obtenir des données fiables pour les évaluations socio-économiques et environnementales globales, et pour la conception d'une future unité de démonstration. 

L’Inra pilote le sous-projet relatif à l’hydrolyse enzymatique avec pour principal objectif de diminuer les coûts de cette transformation. Dans ce cadre, l'unité mixte de recherche Inra-universités Aix-Marseille I et II "Biotechnologie des champignon filamenteux" de Marseille coordonne trois actions :

• le criblage fonctionnel à haut débit des ressources génétiques du Centre français des ressources fongiques de l'UMR et l'amélioration par évolution dirigée des enzymes fongiques ciblées ;
• le modelage du génome de Trichoderma reesei par l'incorporation d'enzymes auxiliaires de champignons Basidiomycètes. Et également, la construction de nanosomes (complexes plurienzymatiques) et d'enzymes chimériques (qui associent les propriétés de plusieurs enzymes) ;
• la maîtrise et la conduite de bioréacteurs à haute densité fongique en liaison avec l'étude de secretomes des lignées de champignon sélectionnées.