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L'énergie à découvert

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Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Cinquième partie. Les énergies renouvelables

11. Biomasse : production de biohydrogène

Éric Latrille, Éric Trably, Franck Chauvat et Corinne Cassier-Chauvat

Texte intégral

Voie fermentaire

1La fermentation* sombre est un processus microbien conduisant à la production d’hydrogène en absence de lumière et d’oxygène. En présence de substrats organiques*, les micro-organismes produisent l’énergie nécessaire à leur survie en évacuant des produits métaboliques liquides tels que des cétones*, des alcools et des acides organiques, et gazeux tels que du CO2, de l’H2 ou du CH4. Les bactéries des ordres Enterobacteriales, Clostridiales et Thermotogales sont spécialisées dans l’utilisation d’hydrates de carbones ou d’acides organiques pour produire de l’hydrogène. Cependant, cette production, représentant 15 à 30 % de l’énergie chimique consommée, s’accompagne souvent d’une consommation d’H2 par d’autres micro-organismes, comme les archées méthanogènes* produisant du CH4 à partir d’H2. Ainsi, ces fermentations nécessitent une conduite en deux étapes pour produire séparément l’H2 et le CH4. Actuellement, la production d’H2 par voie fermentaire n’est pas appliquée industriellement, même si elle est souvent observée dans les installations de méthanisation de fruits et légumes, d’effluents* de sucrerie et de laiterie. Les recherches en cours visent à comprendre et piloter les interactions entre micro-organismes producteurs et consommateurs d’H2, à améliorer les productivités et les rendements, qui restent trop faibles, et à coupler les procédés à la photo-fermentation et à l’électrolyse microbienne pour atteindre des rendements globaux jusqu’à trois fois supérieurs et convertir la totalité de l’énergie contenue dans les substrats organiques.

Micro-algues

2Le développement d’organismes capables d’utiliser l’énergie solaire pour la production durable d’H2 à partir de l’eau (H2O) est d’un grand intérêt. Les micro-algues possèdent l’enzyme (hydrogénase) nécessaire à la production d’H2 (cf. V.13), et elles sont cultivables en masse dans des conditions impropres à l’agriculture (eau salée, absence d’engrais). Ainsi la production future d’H2 n’entrera pas en compétition avec l’alimentation humaine. La tolérance de l’hydrogénase à l’effet inhibiteur de l’O2 (abondamment produit par la photosynthèse*) diffère chez les micro-algues. Chez les eucaryotes*, l’hydrogénase utilise un centre actif possédant deux atomes de fer, qui est irréversiblement inactivé par l’O2. Chez les procaryotes* (cyanobactéries*), l’hydrogénase (formée par 5 protéines) possède un centre réactionnel doté d’un atome de fer et d'un atome de nickel (assemblé par les 6 autres protéines), qui n’est que transitoirement inactivé par l’O2. En outre, la génétique qui permet d’analyser un micro-organisme et d’augmenter ses propriétés avantageuses, est plus performante chez les cyanobactéries. C’est pourquoi ce sont des cyanobactéries que nous reprogrammons pour augmenter la production d’H2. Nous construisons des mutants surproduisant l’hydrogénase et son complexe d’assemblage (11 protéines) au sein des mêmes cellules*, et nous travaillons à l’augmentation de la tolérance de l’hydrogénase à l’O2. La démarche est comparable à celle des ingénieurs qui améliorent les performances des moteurs : puissance, robustesse et alimentation.

Photo en microscopie électronique à balayage de la cyanobactérie Synechocystis PCC6803 (1,5 μm de diamètre), la plus étudiée par la communauté scientifique internationale

Bibliographie

Référence bibliographique

• E. LATRILLE, E. TRABLY et C. LARROCHE – Production de biohydrogène : voie fermentaire sombre, Techniques de l’ingénieur, 2011.

Table des illustrations

Légende Photo en microscopie électronique à balayage de la cyanobactérie Synechocystis PCC6803 (1,5 μm de diamètre), la plus étudiée par la communauté scientifique internationale
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11031/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 200k

Auteurs

Ingénieur bioprocédés, Ingénieur de recherche à l’INRA, LBE, Narbonne.
eric.latrille@supagro.inra.fr

Microbiologiste, Biotechnologue, Ingénieur de Recheche à l’INRA, LBE, Narbonne.
eric.trably@supagro.inra.fr

Biologiste, Directeur de Recherche au CEA, Directeur du LB2C, Saclay.
franck.chauvat@cea.fr

Directrice de Recherche au CNRS, LB2C, Saclay.
corinne.cassier-chauvat@cea.fr

© CNRS Éditions, 2013

Conditions d’utilisation : http://www.openedition.org/6540

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