La production de biogaz par digestion anaérobie (DA) est une technologie renouvelable de longue date et un bioprocessus en croissance continue. Les matériaux lignocellulosiques (ML) présentent plusieurs caractéristiques qui les rendent particulièrement attrayants parmi les substrats couramment employés dans les bioréacteurs anaérobies. En particulier, les ML sous la forme de résidus agricoles ont été reconnus comme la matière première la plus appropriée pour la production de biométhane en raison de leur haute disponibilité, de leur faible coût, de leur durabilité et de leur absence de concurrence directe avec la production alimentaire. Cependant, leur récurrence à la conversion biologique entrave leur application pour la production à grande échelle de biogaz et nécessite une étape de prétraitement pour améliorer la dégradabilité microbienne. En plus des défis posés par la structure lignocellulosique, la fourniture de oligo-éléments (OE) a souvent été jugée insuffisante dans les digesteurs de biogaz. La croissance microbienne dépend de la disponibilité et de la quantité optimale de plusieurs OE spécifiques, constituants essentiels des cofacteurs dans les systèmes enzymatiques impliqués dans la biochimie de la formation de méthane. Différents prétraitements chimiques, à savoir le N-méthylmorpholine-N-oxyde (NMMO), le procédé organosolv et un prétraitement alcalin à l'aide de NaOH ont été étudiés pendant plusieurs expériences en lots pour améliorer les rendements de production de biogaz différents peau, coquille de fève de cacao et paille de blé). Les changements dans la cristallinité de la cellulose, la valeur de rétention d'eau et la composition chimique ont été évalués pour mieux évaluer l'effet des différents prétraitements étudiés sur la structure lignocellulosique. En outre, l'addition de différentes doses de Fe, Co, Ni et Se sur la DA de paille de riz a été étudiée, évaluant l'influence de l'origine de l'inoculum, ainsi que la performance et l'effet synergique de la combinaison d'un prétraitement alcalin avec addition de trace éléments avant la DA de paille de riz. La biodisponibilité des OE lors des tests de potentiel de biométhane par lots a également été évaluée en appliquant une technique d'extraction séquentielle. Les trois prétraitements étudiés étaient des méthodes efficaces pour améliorer la production de biométhane à partir des LM utilisées. Le rendement en biométhane de la DA de paille de riz a augmenté de 82 et 41% respectivement après le NMMO et le prétraitement organosolv. Comparé à la même expérience, le prétraitement NMMO, organosolv et NaOH a permis d'améliorer la DA de la paille de blé, ce qui affecte différemment la composition chimique de la LM brute. Le rendement cumulatif de production de biométhane de 274 mL de CH4/g VS obtenu avec la paille de blé non traitée a été augmenté de 11% par le prétraitement du NMMO et de 15% par le prétraitement organosolv et alcalin. Les coquilles de noisettes et de fèves de cacao, qui n'avaient jamais été étudiées auparavant comme substrats AD, présentaient un bon potentiel de production de biogaz, avec des rendements cumulatifs de biométhane respectivement de 223-261 et 199-231 mL CH4/g VS pour les charges non traitées. Cependant, les prétraitements à la fois de NMMO et d'organosolv n'ont pas conduit à une amélioration significative des rendements de production de biométhane de ces deux LM. La supplémentation des OE n'a eu qu'un effet mineur par rapport aux méthodes de prétraitement. L'ajout de Fe, Co, Ni et Se n'a pas entraîné d'amélioration significative de la DA de paille de riz, alors que l'utilisation du prétraitement de NaOH au cours de la même expérimentation a provoqué une augmentation considérable de la DA, augmentant la production de biogaz de 21%. L'effet négligeable observé après la supplémentation des OE sur la paille de riz pourrait être lié à sa structure lignocellulosique complexe qui nécessite une amélioration de l'hydrolyse qui est l'étape limitante / Biogas production via anaerobic digestion (AD) is a long-standing renewable technology and a continuously growing bioprocess worldwide. Lignocellulosic materials (LMs) present several features that make them especially attractive among the organic substrates commonly employed in anaerobic bioreactors. In particular, LMs under the form of agricultural residues have been acknowledged as the most suitable feedstock for biomethane production due to their high availability, low cost, sustainability and no direct competition with food and feed production. However, their recalcitrance to biological conversion hinders their application for full-scale production of biogas and requires a pretreatment step to improve the LM microbial degradability. In addition to the challenges posed by the lignocellulosic structure, the supply of trace elements (TEs) has often been found insufficient within biogas digesters. The microbial growth depends on the availability and optimal amount of several specific TEs, which are essential constituents of cofactors in enzyme systems involved in the biochemistry of methane formation. Different chemical pretreatments, namely the solvent N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO), the organosolv process, and an alkaline pretreatment using NaOH, were investigated during several batch experiments to enhance the biogas production yields from different LMs (i.e. rice straw, hazelnut skin, cocoa bean shell and wheat straw). Changes in the cellulose crystallinity, water retention value and chemical composition were assessed to better evaluate the effect of the different pretreatments studied on the lignocellulosic structure. Furthermore, the addition of different doses of Fe, Co, Ni and Se on the AD of rice straw was studied, evaluating the influence of the inoculum origin, as well as the performance and synergistic effect of combining an alkaline pretreatment with the addition of trace elements prior to the AD of rice straw. The bioavailability of TEs during batch biomethane potential tests was also evaluated applying a sequential extraction technique. The three pretreatments investigated were effective methods for enhancing the biomethane production from the employed LMs. The biomethane yield from the AD of rice straw increased by 82 and 41% after the NMMO and organosolv pretreatment, respectively. When compared within the same experiment, the NMMO, organosolv and NaOH pretreatment were able to improve the AD of wheat straw, differently affecting the chemical composition of the raw LM. The cumulative biomethane production yield of 274 mL CH4/g VS obtained with the untreated wheat straw was enhanced by 11% by the NMMO pretreatment and by 15% by both the organosolv and alkaline pretreatment. Hazelnut skin and cocoa bean shell, which were never investigated before as AD substrates, showed a good potential for biogas production, with cumulative biomethane yields of 223-261 and 199-231 mL CH4/g VS, respectively, for the untreated feedstocks. However, both NMMO and organosolv pretreatments did not lead to a significant enhancement of the biomethane production yields from these two LMs. The TE supplementation had only a minor effect compared to the pretreatment methods. The addition of Fe, Co, Ni and Se did not result in a significant improvement of the AD of rice straw, whereas the use of the NaOH pretreatment, during the same batch experiment, caused a considerable enhancement of the AD, increasing the biogas production yield by 21%. The negligible effect observed after TE supplementation on the AD of rice straw could be linked to its complex lignocellulosic structure, which requires an enhancement of the hydrolysis, which, rather than the methanogenesis, is the rate-limiting step

Une approche de métagénomique fonctionnelle a été mise en œuvre afin d’étudier les arsenaux enzymatiques produits par les microbiotes intestinaux de termites phytophages et d’identifier de nouvelles enzymes impliquées dans l’hydrolyse des polysaccharides végétaux, notamment des hétéroxylanes. Le criblage à haut débit des banques métagénomiques constituées à partir de trois espèces de termites sur une gamme de substrats chromogéniques a permis d’identifier plusieurs centaines de clones à activité dépolymérisante (glucanase, xylanase, mannanase, arabinanase), ainsi que des clones exprimant des activités auxiliaires (α-L-arabinofuranosidases, β-D-xylosidases, cellobiose hydrolases). Un total de 42 clones métagénomiques a été séquencé, générant 1,5 Mpb d’ADN assemblé en 58 séquences contigües d’une taille moyenne de 37,8 Kbp. 63 nouvelles Glycoside Hydrolases (GH) ont été identifiées. Ces dernières représentent 19 familles de la classification CAZy, dont les familles GH3, GH8, GH10, GH11, GH43 et GH51. Enfin, huit nouvelles enzymes des familles GH43 et GH51 ont été produites chez E. coli et leurs propriétés biochimiques ont été étudiées. Ces enzymes présentent des activités α-L-arabinofuranosidase, β-D-xylosidase ou L-arabinanase / A functional metagenomics approach was used to reveal the enzymatic diversity present in the guts of biomass-feeding termites and to identify enzymes involved in the degradation of biomass components, notably heteroxylans. High-throughput screening of metagenomic libraries, created using three different termite species, was performed using a variety of chromogenic substrates. This allowed the discovery of hundreds of clones expressing targeted biomass-degrading activities (e.g. depolymerases such as glucanase, xylanase, mannanase arabinanase and auxiliary activities such as α-L-arabinofuranosidases, β-D-xylosidases and cellobiohydrolases). A total of 42 clones were selected for a DNA sequence analysis, thus generating 1.5 Mbp that were assembled into 58 contiguous sequences. 63 new Glycoside Hydrolases (GH) belonging to 19 different families of the CAZy classification were identified, including ones from families GH3, GH8, GH10, GH11, GH43 and GH51. Finally, eight new enzymes, from families GH43 and GH51, were produced in E. coli and their biochemical properties were studied. These enzymes display α-L-arabinofuranosidase, β-D-xylosidase or arabinanase activities

L'Analyse de Cycle de Vie (ACV) a été explicitement employée, dans le cadre législatif en Europe et aux Etats-Unis afin de quantifier les bénéfices de filières biocarburants vis-à-vis des objectifs de réduction d'émissions des gaz à effet de serre (GES) et d'indépendance énergétique. Nous investiguons, au cours de cette thèse, la concordance du développement des biocarburants avancés (éthanol lignocellulosique, Biomass to Liquids - BTL, EMHV/HVO à partir de microalgues) avec ces objectifs par le biais de deux travaux indépendants. Le premier est une méta-analyse (synthèse de littérature) des études ACV appliquées aux filières de biocarburants avancés. Dans cette partie de la thèse, en utilisant des méthodes économétriques, nous identifions et quantifions les facteurs qui impactent le plus les résultats d'émissions de GES au long du cycle de vie des produits étudiés et calculons l'intervalle de confiance pour ces résultats. Le deuxième travail est une ACV conséquentielle et prospective illustrée par une étude de cas concernant l'introduction du BTL en France. Nous avons adapté un modèle prospectif de type TIMES pour la réalisation d'évaluations environnementales. De cette façon, nous prenons en compte des mécanismes économiques à l'origine d'impacts sur d'autres systèmes de la production de biocarburants. Ainsi, nous contribuons aux développements méthodologiques autour de l'ACV conséquentielle et prospective avec des discussions sur la définition de l'unité fonctionnelle, la définition des frontières du système, l'inclusion d'aspects dynamiques dans la caractérisation d'impacts, l'utilisation de scénarios (différents contextes politiques et économiques) et la réalisation des analyses de sensibilité sur les frontières du système pour mettre en évidence les limites du modèle utilisé.

La méthanisation est un processus biologique de transformation des matières organiques libérant principalement du méthane et du dioxyde de carbone. Cette technologie connaît un essor important pour la production de biométhane, source d'énergie renouvelable. Elle présente cependant des rendements de dégradation faibles lorsque de la biomasse lignocellulosique est utilisée comme matière première. Pour optimiser son rendement, la paille de blé a été sélectionnée comme biomasse représentative et l'impact sur la méthanisation de chacune des fractions (extractibles, hémicelluloses, cellulose et lignine) a été évalué. Une biomasse de synthèse a été construiteà partir des constituants pures de la paille de blé afin d'évaluer l'impact des interactions lignine-holocellulose. Le potentiel de méthanisation de différentes molécules phénoliques,provenant de la dégradation de la lignine, a été déterminé. Elles inhibent la méthanisation à l'exception de trois d'entres elles qui présentent un rendement de méthanisation élevé : les acides vanillique, l'acide férulique et le syringaldéhyde. Différents prétraitements physique (le chauffage par échangeur thermique ou par irradiation aux micro-ondes ainsi que la sonication et le raffinage papetier) et chimique (la soude, l'ammoniaque et l'ozone) ont ensuite été sélectionnés, et leurs impacts sur lacomposition de la paille et sa méthanisation ont été mesurés. Les meilleurs rendements de méthanisation ont été obtenus suite à l'exposition aux micro-ondes en présence de soude.

C'est dans un contexte marqué par une demande croissante en énergie primaire, une diminution des ressources et dans un souci de protection de l'environnement que le biocarburant de 2ème génération est développé. Cependant, ce biocarburant est non viable économiquement. L’optimisation, le contrôle et la connaissance des cinétiques régissant les procédés de fabrication de ce bioéthanol sont donc des éléments capitaux. Dans cette étude, le potentiel de la calorimétrie isotherme pour surveiller les réactions d'hydrolyse et de fermentation est testé.Les résultats montrent que cette méthode est efficace. En effet, celle-ci a permis de mettre en évidence l'importance du ratio enzyme/substrat pour maximiser le rendement et de déterminer un meilleur cocktail composé de cellulases + cellobiose déshydrogénase (CDH) qui permet la production d'une certaine quantité d'acide gluconique, qui pourrait améliorer l'attractivité de ce biocarburant. Ces mêmes essais ont également permis de déterminer la chaleur de l'hydrolyse de la paille de blé, qui est 32,18 ± 3,18 J.g-1 (gramme de sucres produits).Les mesures obtenues ont été utilisées pour déterminer les constantes cinétiques des cellulases + CDH sur la paille de blé et les résultats montrent que ce cocktail enzymatique est plus rapide à 45 °C dans la gamme de températures testée (40-55°C) avec une vitesse de 7,36 ± 0,62 mmol/L.min.Par ailleurs, les essais avec un calorimètre à échelle laboratoire ont montré que même si celui-ci ne mesure pas avec précision les chaleurs engendrées par les réactions d'hydrolyse et de fermentation, celui-ci donne de bonnes indications sur le déroulement et l'avancement de ces réactions. / Second generation biofuel is developed in a context marked by an increasing demand for primary energy, a decrease in resources and in environmental protection concernsHowever, this biofuel is not economically viable. Optimization, control and knowledge of the kinetics governing this bioethanol production processes are crucial elements.In this study the potential of isothermal calorimetry to monitor hydrolysis and fermentation reactions is tested.The results show that the isothermal calorimetry is an effective method. Indeed this method allowed determining that the substrate/enzyme ratio is an important parameter of the hydrolysis yield.Furthermore it has determined a better enzyme cocktail consisting of Cellulases + Cellobiose Dehydrogenase (CDH) which allows the production of a certain amount of gluconic acid, which could improve the attractiveness of these second-generation biofuels. These same tests also determined the hydrolysis heat of wheat straw which is 32.18 ± 3.18 J.g-1 (gram reducing sugars product).The measurements obtained were used to determine kinetic constants cellulases + CDH on wheat straw and the results show that this enzyme cocktail is faster at 45 ° C in the range of temperatures tested (40 - 55°C) with a speed of 7.36 ± 0.62 mmol/L.min.In addition, testing with a laboratory-scale calorimeter showed that even if this tool does not accurately measure the heat generated by the hydrolysis reaction and fermentation, it gives a good indication of the development and advancement of these reactions.

L'Analyse de Cycle de Vie (ACV) a été explicitement employée, dans le cadre législatif en Europe et aux Etats-Unis afin de quantifier les bénéfices de filières biocarburants vis-à-vis des objectifs de réduction d'émissions des gaz à effet de serre (GES) et d'indépendance énergétique. Nous investiguons, au cours de cette thèse, la concordance du développement des biocarburants avancés (éthanol lignocellulosique, Biomass to Liquids - BTL, EMHV/HVO à partir de microalgues) avec ces objectifs par le biais de deux travaux indépendants. Le premier est une méta-analyse (synthèse de littérature) des études ACV appliquées aux filières de biocarburants avancés. Dans cette partie de la thèse, en utilisant des méthodes économétriques, nous identifions et quantifions les facteurs qui impactent le plus les résultats d'émissions de GES au long du cycle de vie des produits étudiés et calculons l'intervalle de confiance pour ces résultats. Le deuxième travail est une ACV conséquentielle et prospective illustrée par une étude de cas concernant l'introduction du BTL en France. Nous avons adapté un modèle prospectif de type TIMES pour la réalisation d'évaluations environnementales. De cette façon, nous prenons en compte des mécanismes économiques à l'origine d'impacts sur d'autres systèmes de la production de biocarburants. Ainsi, nous contribuons aux développements méthodologiques autour de l'ACV conséquentielle et prospective avec des discussions sur la définition de l'unité fonctionnelle, la définition des frontières du système, l'inclusion d'aspects dynamiques dans la caractérisation d'impacts, l'utilisation de scénarios (différents contextes politiques et économiques) et la réalisation des analyses de sensibilité sur les frontières du système pour mettre en évidence les limites du modèle utilisé. / Life Cycle Assessment (LCA) has been used in legislative texts in Europe and in the United States to quantify the benefits of biofuel production in terms of greenhouse gas (GHG) emissions reductions and energy security. In this thesis, we propose two independent approaches to investigate the compliance of advanced biofuels (cellulosic ethanol, Biomass to liquids - BTL, microalgae FAME/HVO) production with these objectives. The first one is a meta- analysis (literature synthesis) of LCA studies concerning advanced biofuels. Using econometric methods, we are able to identify and quantify the main factors impacting GHG emission LCA results. Also, we estimate a confidence interval for these results for each type of advanced biofuel in question. The second part of this work is a consequential and prospective LCA illustrated by a case study about the introduction of BTL technology in France. A long-term TIMES-type energy model was adapted for environmental evaluations in order to capture impacts occurring in affected systems through economic mechanisms. We contribute, with this work, for a proper systematization of consequential and prospective LCA. We discuss the functional unit and system boundaries definitions, the use of dynamic impact characterization factors, the use of scenarios (different political and economical contexts) and the exploration of the system's boundaries to bring attention to the limits of the model employed.

Dans un contexte du développement durable, la bioproduction de synthons (molécules plateformes, ou building blocks) de façon biosourcée à partir de biomasse végétale, constitue une voie de remplacement des actuelles molécules prétrosourcées. Ce travail de thèse concerne spécifiquement l’utilisation de la biomasse lignocellulosique, renouvelable et abondante, pour la production de deux acides organiques d’intérêt : l’acide itaconique et l’acide fumarique. Ces molécules ont été choisies notamment car elles peuvent générer des polymères aux propriétés intéressantes. Les travaux expérimentaux ont consisté à utiliser le son de blé et les rafles de maïs, déchets agricoles, comme substrats pour la fermentation de quatre souches de champignons filamenteux du genre Aspergillus. Des criblages des meilleures conditions fermentaires montrent que les rafles de maïs permettent d’atteindre des rendements plus élevés, surtout en fermentation en milieu solide. Parmi d’autres résultats marquants, nous avons montré pour la première fois la capacité d’Aspergillus oryzae à produire l’acide itaconique. L’ensemble de nos résultats montrent que l’utilisation de la biomasse lignocellulosique est une alternative prometteuse pour la production de ces deux synthons d’intérêt industriel. / In the context of sustainable development, the bioproduction of building blocks (chemical platforms) from biomass is way to substitute the current fossil-based chemical molecules. This thesis is focused on the use of lignocellulosic biomass, renewable and abundant, towards the production of two organic acids (potential building blocks): itaconic acid and fumaric acid. These molecules have been chosen especially because they can generated polymers with interesting properties. The experimental work consisted in using wheat bran and corn cobs, agricultural wastes, as substrates for fermentation by four strains of filamentous fungi from Aspergillus genus. Screenings of the best fermentation conditions show that enzymatically pretreated corn cobs, especially in solid state fermentation achieve higher yields, especially in solid state fermentation. Among other notable results, we have shown for the first time the ability of Aspergillus oryzae to produce itaconic acid. Overall, our results show that the use of lignocellulosic biomass is a promising alternative for the production of these two building blocks of industrial interest.

Dans le contexte économique de la plupart des pays en voie de développement, la gazéification sous vapeur d’eau de résidus agricoles lignocellulosiques pourrait être un procédé intéressant, à la fois pour la génération d’énergie dans des régions isolées et pour la production des produits à valeur ajoutée. Étant donné que la disponibilité des résidus agricoles est souvent saisonnière, différents types de biomasse doivent être utilisés pour assurer le fonctionnement des installations de gazéification. A cet égard, ce travail est axé sur la compréhension de l'impact des caractéristiques de la biomasse sur le procédé de gazéification et les propriétés des sous-produits gazeux et solides. Trois biomasses lignocellulosiques à composition macromoléculaire et inorganique différentes ont été sélectionnées pour cette étude : coques de noix de coco (CS), bambou guadua (BG) et coques de palmier à huile (OPS). La cinétique de décomposition thermique des biomasses a été étudiée sur une échelle thermogravimétrique sous atmosphère inerte et sous vapeur d’eau. Malgré les différences dans la structure macromoléculaire des échantillons, la composition inorganique s’est avérée être le paramètre le plus important influençant la réactivité et la cinétique de gazéification. L'impact bénéfique des métaux alcalins et alcalino-terreux a été confirmé, ainsi que l'effet inhibiteur du Si et du P. Plus précisément, le ratio K/(Si+P) est considéré approprié pour décrire et comparer le comportement des biomasses pendant la gazéification sous vapeur d’eau. En conséquence, une nouvelle approche pour la modélisation de la cinétique de gazéification à partir de la composition inorganique de l’échantillon a été proposée. La validité du ratio K/(Si+P) pour classifier et prédire le comportement des biomasses a également été confirmée par des expériences dans un réacteur à lit fluidisé à l’échelle laboratoire. Les échantillons avec un ratio K/(Si+P) au-dessus de 1 ont montré des réactivités de gazéification supérieures à celles des échantillons dont le ratio était inférieur à 1, et donc, une production de gaz et un rendement énergétique plus élevés. De plus, la composition inorganique a non seulement impacté le taux de gazéification des échantillons, mais également les propriétés du sous-produit solide. En particulier, une réactivité de gazéification plus élevée est liée à des chars avec une surface spécifique et un nombre de groupes fonctionnels plus importants. Une température de 850°C et une fraction de vapeur de 30% dans l’agent de réaction ont été identifiées comme les conditions les plus adaptées à la production simultanée de gaz combustible et de char pouvant être valorisé dans des applications agricoles. Le modèle de gazéification sous vapeur d'eau et les résultats expérimentaux présentés dans ce travail peuvent être une référence pour des applications réelles de gazéification travaillant avec différents types de résidus. Par ailleurs, dans le contexte présenté, la gazéification sous vapeur d’eau de déchets lignocellulosiques peut améliorer l’accès à l’énergie des zones rurales isolées, en promouvant simultanément le développement de projets productifs susceptibles de générer de nouveaux revenus pour les communautés locales. / In the context of most developing countries, steam gasification could be a very interesting process for both energy generation in isolated areas and the production of value-added products from lignocellulosic agrowaste. Considering that the availability of agricultural residues is often seasonal, gasification facilities should operate with different feedstocks. In consequence, this work is focused on the understanding of the impact of biomass characteristics on the gasification process and the properties of the gaseous and solid by-products. Three lignocellulosic agrowastes with different macromolecular structure and inorganic composition were selected for this study: Coconut shells (CS), bamboo guadua (BG) and oil palm shells (OPS). The thermal decomposition kinetics of the selected feedstocks was analyzed in a thermogravimetric scale under inert and steam atmosphere. Despite the differences in their macromolecular composition, inorganics showed to be the most important parameter influencing the steam gasification reactivity and kinetics of the samples. The beneficial impact of AAEM was confirmed, as well as the inhibitory effect of Si and P. More specifically, the ratio K/(Si+P) proved to be suitable to describe and compare the steam gasification behavior of lignocellulosic agrowastes. In accordance, a new kinetic modeling approach was proposed to predict the gasification behavior of samples, from the knowledge of their inorganic composition. The validity of the ratio K/(Si+P) to classify and predict the biomass steam gasification behavior was also confirmed from experiments in a lab-scale fluidized bed gasifier. Samples with K/(Si+P) above 1 exhibited higher gasification reactivities compared to samples with ratios below 1, resulting in greater gas yields and higher gas efficiencies. Moreover, inorganics impacted not only the gasification rate of the samples, but also the properties of the gasification solid by-products. In particular, higher gasification reactivities were related to greater char surface areas and contents of oxygenated surface functional groups. A temperature of 850°C and a steam fraction of 30% in the reacting atmosphere proved to be the most suitable gasification conditions for the simultaneous production of fuel gases for energy applications, and a valuable char that could be valorized in soil amendment applications. The gasification model and experimental results presented in this work might be an important reference for real gasification applications working with different kind of residues, when both the gaseous and solid by-products valorization is intended. Moreover, in the presented context, steam gasification of lignocellulosic agrowaste may improve the energy access in rural isolated areas, and simultaneously promote the development of productive projects that could generate new incomes for local communities.

Les levures oléagineuses ascomycètes font partie des productrices de lipides les plus connus de notre époque. Elles peuvent produire des lipides, des molécules chimiques dérivées et des acides organiques à partir de sucres simples ou complexes. Nous avons choisi les levures du genre Blastobotrys afin de définir un nouvel organisme modèle pour la production d'acides gras et de lipides, car ces levures sont capables de synthétiser et de stocker naturellement 15 à 25% de lipides dans leur biomasse sèche à partir de glucose et xylose, soit plus que Yarrowia. lipolytica dans les mêmes conditions. La plupart des études d'ingénierie métabolique connues ont utilisé les levures du genre Blastobotrys dans une logique de production de molécules différentes des lipides. Nous avons caractérisé les traits oléagineux de deux souches appartenant à deux espèces du genre Blastobotrys, en utilisant comme substrats du glucose, xylose, glycérol, fructose, cellobiose, saccharose, galactose avec un rapport C/N de 60. La plus forte production de lipides vient du cellobiose (35%) et du glucose (32%).Ensuite, afin de mieux comprendre le métabolisme des lipides des levures du genre Blastobotrys, nous avons exploré l'effet de la température sur leur physiologie, production de lipides et le profil lipidique en utilisant un milieu YNB contenant 30 g/L de glucose. Nous n'avons pas trouvé de différence marquée de transition de formes entre les formes hyphes et les levures en milieu YNB sous l’effet de quatre températures (28°C, 37°C, 42°C, 45°C), mais la production des lipides est favorisée à 28°C et le C18:1 est l'acide gras le plus abondant dans le profil lipidique. Nous avons transformé avec succès l’espèce B. raffinosifermentans grâce au système Xplor2. Nous avons pu augmenter l'accumulation de lipides en sur-exprimant deux diacylglycérol acyltransférase endogènes, DGA1 et DGA2. Le niveau d’expression élevé de DGA1 dans nos mutants n’est pas corrélé à une production élevée de lipides alors que celui de DGA2 l’est. Notre meilleure souche, dérivée de la souche parentale G1212, a produit 26,5% de lipides à partir de 30 g/L de glucose en culture en flasque. Ce travail représente l’une des premières ingénieries métaboliques de souches de Blastobotrys pour la production de lipides. Ce sont donc des levures oléagineuses comme Y. lipolytica avec un potentiel biotechnologique avéré. / Ascomycetous oleaginous yeasts are among the highest known producers of lipids of our era that may supply lipids compounds, derived chemicals and organic acids from simple or complex carbon sources. We chose oleaginous yeasts species of Blastobotrys genus for defining a new model organism for fatty acid production and lipids, because these oleaginous yeasts natively produce higher lipids rate than Yarrowia lipolytica in the same conditions and can metabolize glucose and xylose. Most of the metabolic engineering studies on these yeast species focused on other molecules compounds than lipids. We characterized the oleaginous traits of two strains belonging to two different species of genus Blastobotrys, using glucose, xylose, glycerol, fructose, cellobiose, sucrose, galactose, starch and oleic acid as substrates with a C/N ratio of 60. We found the higher lipid production (35%) on cellobiose and glucose (32%).Next, in order to further understand the lipid metabolism in Blastobotrys, we explored the effect of temperature on cell physiology, lipid production and lipid profile using YNB medium with 30 g/L glucose. No markedly transition were found from the hyphae to budding form or reversely on YNB medium under four temperatures (28°C, 37°C, 42°C, 45°C). The lipids production is favored at 28°C and C18:1 is the most abundant fatty acid in the lipid profile. We successfully transformed the yeast species B. raffinosifermentans using the Xplor2 system. We increased lipid accumulation by over-expressing two native diacylglycerol acyltransferase genes, DGA1 and DGA2. Our best strain, derived from the parental strain G1212, produced 26.5 g/L lipid from 30g/L glucose in shake-flask experiments. This strain also produced citric acid like Y. lipolytica. We didn’t find significant overall elevated expression in lipid synthesis pathway for DGA1 gene when lipid production was favored on contrary to DGA2 gene. This work represents one of the first metabolic engineering of B. adeninivorans for lipid production.

Ce travail porte sur l'étude des voies réactionnelles accompagnant la liquéfaction desconstituants de la biomasse lignocellulosique dans un milieu aqueux proche du pointcritique. La stratégie expérimentale consiste à étudier la réaction en unité pilote decomposés lignocellulosiques modèles et à développer une approche analytiquemultitechnique originale afin de caractériser les structures et les masses moléculairesdes produits. Les résultats obtenus montrent que les schémas réactionnels sontcomplexes faisant intervenir de nombreuses voies de fragmentation et de condensationcompétitives. L'étude cinétique à différents temps de séjour montre que la fractionglucidique de la biomasse lignocellulosique a une réactivité très différente de sa fractionligneuse.