L’équipe Apsynth étudie la formation des lignines dans les parois végétales et leur réactivité au cours des procédés de transformation de la biomasse lignocellulosique.
Grâce à sa connaissance de la variabilité structurale des lignines et des mécanismes moléculaires impliqués dans la conversion des phénols végétaux, l’équipe occupe une position stratégique dans des projets internationaux visant la conception de nouveaux ingrédients bio-sourcés.
Question biologique
Question biologique
Les lignines sont des polymères phénoliques qui présentent de nombreuses fonctionnalités, ainsi qu’une grande versatilité basée sur leur réactivité et la possibilité d’incorporer une large gamme de structures phénoliques par le processus de polymérisation. Les recherches visant à comprendre et exploiter ces caractéristiques se sont intensifiées au niveau international ces dernières décennies, avec un effort particulier pour façonner les lignines dans les plantes et les utiliser comme source industrielle de molécules bio-sourcées pour la formulation de matériaux.
Dans ce contexte, l’équipe Apsynth explore la variabilité des lignines et ses potentialités d’usage, de la paroi végétale aux matériaux formulés finaux, en se focalisant plus particulièrement sur trois questions de recherche :
• Comment les facteurs naturels et les procédés de délignification influencent-ils la structure des lignines ?
• Quels sont les mécanismes gouvernant la réactivité des lignines lors de processus chimiques ou biologiques de conversion ?
• Quelles relations entre structure et fonctionnalités des lignines ?
Dans ce contexte, l’équipe Apsynth explore la variabilité des lignines et ses potentialités d’usage, de la paroi végétale aux matériaux formulés finaux, en se focalisant plus particulièrement sur trois questions de recherche :
• Comment les facteurs naturels et les procédés de délignification influencent-ils la structure des lignines ?
• Quels sont les mécanismes gouvernant la réactivité des lignines lors de processus chimiques ou biologiques de conversion ?
• Quelles relations entre structure et fonctionnalités des lignines ?
Modèles, outils et méthodes
Pour traiter ces questions, l’équipe Apsynth met en œuvre une approche pluridisciplinaire impliquant l'analyse structurale, la synthèse de composés modèles, et la modification de biomolécules phénoliques par voie chimique ou par biocatalyse.
Elle étudie et exploite du matériel végétal principalement issu de plantes d’intérêt agronomique et industriel (miscanthus, maïs, cameline, peuplier, eucalyptus, …) ainsi que des produits de la bioraffinerie des lignocelluloses (lignines techniques de procédés papetiers, co-produits lignocellulosiques de la production de bioéthanol).
L'étude structurale approfondie des lignines nécessite la complémentarité de méthodes analytiques développées dans l’équipe en lien avec la plateforme « Observatoire du végétal » :
résonance magnétique nucléaire, chromatographie, spectrométrie de masse, pyrolyse couplée à la chromatographie en phase gazeuse, analyse de produits de déconstruction sélective.
De façon à faciliter l’élucidation des mécanismes et l’établissement de relations structure-propriété, des composés modèles de lignines présentant une structure contrôlée et une pureté et solubilité élevées sont synthétisés par les chimistes organiciens de l’équipe et mis en œuvre in vitro.
La réactivité des lignines et leur modification sont appréhendées à l’aide de réactions de biocatalyse (mise en œuvre d’oxydo-réductases et lipases) et de réactions chimiques sélectives (mise en œuvre de liquides ioniques et solvants organiques bio-sourcés) satisfaisant certains principes de la chimie verte. D’autres voies, telles que la bioconversion (utilisation d’insectes, champignons et bactéries) sont explorées dans le cadre de partenariats.
Enjeux économiques et sociétaux
L’équipe Apsynth participe au transfert de connaissances en coordonnant des programmes de formation de niveau Master dans le domaine des biotechnologies et de la bioéconomie :
- Parcours ingénieur AgroParisTech « Bioraffinerie-Chimie verte » (équivalent M1-M2), incluant la dominante d’approfondissement « Biotech » (équivalent M2)
- Master Erasmus+ « Bioceb » (M1-M2) de l’Université Paris-Saclay http://www.bioceb.eu/
En prenant part à des partenariats de type public-privé (Institut Carnot 3BCar, Bio-Based Industry Joint-Undertaking, Programme ERA CoBioTech), l’équipe contribue également au transfert de connaissances scientifiques de la recherche académique vers l’industrie (secteurs des biotechnologies, de la chimie, des cosmétiques et des plastiques) ainsi qu’à la dissémination d’innovations techniques auprès des acteurs socio-économiques.
Dans le cadre du projet H2020 BBI JU Zelcor (« Zero-waste ligno-cellulosic biorefineries by integrated lignin valorisation »), l’équipe a contribué à la mise en place de nouvelles chaines de valeur basées sur les résidus récalcitrants de bioraffinerie (lignines et humines). http://zelcor.eu/
- Parcours ingénieur AgroParisTech « Bioraffinerie-Chimie verte » (équivalent M1-M2), incluant la dominante d’approfondissement « Biotech » (équivalent M2)
- Master Erasmus+ « Bioceb » (M1-M2) de l’Université Paris-Saclay http://www.bioceb.eu/
En prenant part à des partenariats de type public-privé (Institut Carnot 3BCar, Bio-Based Industry Joint-Undertaking, Programme ERA CoBioTech), l’équipe contribue également au transfert de connaissances scientifiques de la recherche académique vers l’industrie (secteurs des biotechnologies, de la chimie, des cosmétiques et des plastiques) ainsi qu’à la dissémination d’innovations techniques auprès des acteurs socio-économiques.
Dans le cadre du projet H2020 BBI JU Zelcor (« Zero-waste ligno-cellulosic biorefineries by integrated lignin valorisation »), l’équipe a contribué à la mise en place de nouvelles chaines de valeur basées sur les résidus récalcitrants de bioraffinerie (lignines et humines). http://zelcor.eu/
L’équipe a l’expérience des collaborations avec les partenaires privés, notamment dans le cadre de contrats de thèses CIFRE, qui lui ont valu la production de 8 brevets acceptés.
Vulgarisation scientifique
Conférence expérimentale à l’ESPCI : https://www.canal-u.tv/video/espci_paristech/quand_le_bois_se_substitue_au_petrole.12678
Conférence à l’Académie d’agriculture : https://www.academie-agriculture.fr/actualites/academie/seance/academie/lignines
L’équipe Apsynth a participé à l’Action COST LignoCOST dédiée à la valorisation durable des lignines. https://lignocost.eu/
Conférence à l’Académie d’agriculture : https://www.academie-agriculture.fr/actualites/academie/seance/academie/lignines
L’équipe Apsynth a participé à l’Action COST LignoCOST dédiée à la valorisation durable des lignines. https://lignocost.eu/
PHOTOS
Responsable :
Stéphanie Baumberger