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La valorisation de la biomasse végétale représente un enjeu environnemental et industriel considérable au regard de notre demande croissante en énergie renouvelable et en molécules d’intérêt pour l’industrie chimique. Accéder à cette ressource nécessite de déconstruire cette biomasse particulièrement récalcitrante de manière contrôlée. Cette étape reste à ce jour un verrou majeur au développement de procédés viable et économiquement pertinents. Dans la Nature, bactéries et champignons ont développé tout un panel d’enzymes à la modularité très variable, permettant de métaboliser les molécules carbonées présentes dans les parois végétales. Ce travail de thèse a pour ambition d’améliorer notre compréhension des mécanismes biochimiques et biophysiques mis en oeuvre lors de cette dégradation enzymatique de la biomasse végétale. Son originalité est d’étudier l’action enzymatique par l’utilisation de métrologies et techniques issues de l’étude des milieux poreux. Ces techniques sont particulièrement bien adaptées au type d’échantillons qui nous intéresse (paille de blé) et permettent ainsi de considérer la paroi végétale dans toute sa complexité (un milieu poreux complexe et tridimensionnel). Dans une première partie, nous montrons que la microtomographie à rayons X (μCT) permet le suivi temporel, en 3 dimensions, de la dégradation enzymatique d'une biomasse lignocellulosique modèle, la paille de blé. Grâce à un traitement des images 3D spécifique, développé au cours de la thèse, nous observons en particulier la disparition progressive de certaines parois cellulaires riches en cellulose, au fur et à mesure de l’attaque enzymatique. Dans un second temps, et dans le but de sonder les effets de l’action enzymatique à des échelles spatiales non résolues par la visualisation en μCT (inférieures au micron), nous avons effectué des expériences d’élution d’un traceur radio-opacifiant saturant initialement la paille de blé, notamment par un suivi en radiographie X. Un modèle simple de transport diffusif au sein de la paille est utilisé pour extraire un coefficient de diffusion effectif des traceurs au sein de la paille. Des résultats préliminaires sont obtenus pour différents types de traceurs, pour des échantillons natifs ou ayant subi une attaque enzymatique. En résumé, durant cette thèse nous nous sommes attelés à adapter des techniques et des méthodologies issues de l’étude des milieux poreux pour affiner notre compréhension des mécanismes mis en jeu lors de la dégradation de la paille de blé par des enzymes. |
