Chimie du Bois

Le Laboratoire de chimie de l’Unité BioForA du Centre Val de Loire d’Orléans est spécialisé depuis plus de 20 ans dans la caractérisation des polyphénols du bois, responsables de la durabilité naturelle et de la coloration des bois.

Avec l’émergence de projets visant à caractériser la biomasse lignocellulosique à des fins de production de bioéthanol, nous avons élargi nos compétences et développé l’analyse des constituants structuraux du bois : cellulose, lignines, hémicelluloses, cendres, sucres solubles et structuraux.

 Après avoir extrait les molécules, nous mettons en œuvre différentes méthodes pour les analyser (Figure 1).

• Chromatographie en phase liquide à haute performance (CLHP) : dosage des sucres et des polyphénols.
• Gravimétrie : dosage des lignines, cellulose, hémicellulose, extractibles, cendres.
• Spectrophotométrie colorimétrique : dosage des polyphénols et des catéchines aux réactifs de Folin et DMACA, dosage enzymatique du glucose.
• Spectrophotométrie UV : dosage enzymatique de l’amidon et du xylose.

Ces méthodologies sont transposables à l’étude de la composition chimique de tout type de tissu de l’arbre : bois, feuilles, racines et graines.

Depuis 2017, nous proposons également l’évaluation de la qualité technologique de biomasses lignocellulosiques au moyen d’un micro-test de prétraitement et de saccharification (Figure 2). Ce test, unique en Europe, a été développé dans le cadre du projet FUTUROL et en étroite collaboration avec le NREL (National Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado) qui a développé un outil équivalent en 2010. Il permet de cribler le potentiel de saccharification après traitement physico-chimique de 150 individus à la fois, à partir de seulement 5mg de biomasse.

Le test est utilisé en routine sur le peuplier et le miscanthus, mais peut être adapté à d’autres biomasses forestières ou agricoles.

Figure 2. L’exploration du potentiel de saccharification des biomasses lignocellulosiques est l’une des clés pouvant garantir la pérennité de la filière de production de bioéthanol de seconde génération. Nous avons développé un outil original en microplaques 96-puits, qui reproduit le traitement physico-chimique mis en œuvre lors du procédé industriel permettant de convertir la lignocellulose en sucres simples lesquels seront alors fermentés en éthanol. L’étape de prétraitement hydrothermique de la biomasse est réalisé dans un réacteur alimenté en vapeur d’eau (180°C, 10 bars). Après hydrolyse en présence d’enzymes cellulolytiques, la quantité de glucose cellulosique libéré est quantifiée par spectrophotométrie colorimétrique. Nous pouvons également quantifier l’ensemble des sucres libérés par HPLC pour une analyse plus fine.

Références :

Belmokhtar N, Arnoult S, Chabbert B, Charpentier JP and Brancourt-Hulmel M. (2017). Saccharification performances of miscanthus at the pilot and miniaturized assay scales: genotype and year variabilities according to the biomass composition. Frontiers in Plant Science, 8:740. DOI=10.3389/fpls.2017.00740   

Belmokhtar, N., Segura, V., Chabbert, B., Boizot, N., Ader, K., Bastien, J.-C., Bastien, C., Charpentier, J.-P. (2017). Mise au point et validation d'un procédé miniaturisé pour le criblage à haut débit du potentiel de saccharification de biomasses lignocellulosiques : Application sur des clones de peupliers. In: 11es Journées du Réseau Français des Parois. Presented at 11es Journées du Réseau Français des Parois, Orléans, FRA (2017-06-27 - 2017-06-29).

Belmokhtar, N., Segura, V., Chabbert, B., Boizot, N., Ader, K., Arnoult, S., Brancourt-Hulmel, M., Bastien, J.-C., Bastien, C., Charpentier, J.-P. (2016). Transfer of a miniaturized method for high-throughput screeninig of biomass pretreatment and saccharification and application on poplar and miscanthus clones. Presented at Exploring lignocellulosic biomass! Explorons la biomasse lignocellulosique !, Reims, FRA (2016-06-23 - 2016-06-24).

Breton, C., Charpentier, J.-P., Ader, K., Boizot, N., Destandau, E., Bostyn, S., Serrano, V., Seigneuret, J.-M. (2016). Local wood (biomolecules) valorisation through the characterization and industrial production of Robinetin, a yellowish fluorescent colorant. Presented at CosmInnov 4th Cosmetic Innovation Days, Orléans, FRA (2016-05-24 - 2016-05-25).

Pizzo, B., Pometti, C., Charpentier, J.-P., Boizot, N., Saidman, B. (2011). Relationships involving several types of extractives of five native argentine wood species of genera Prosopis and Acacia. Industrial Crops and Products, 34 (1), 851-859. DOI : 10.1016/j.indcrop.2011.02.003

Boizot, N., Charpentier, J.-P. (2006). Méthode rapide d’évaluation du contenu en composés phénoliques des organes d’un arbre forestier. Cahier des Techniques de l'INRA, 79-82.