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Micro-algues : « L’enzyme FAP permet de former en 100 nanosecondes un hydrocarbure entier », clame Damien Sorigue chercheur au CEA

Emilie Dedieu
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Micro-algues : « L’enzyme FAP permet de former en 100 nanosecondes un hydrocarbure entier », clame Damien Sorigue chercheur au CEA

L'enzyme FAP permet de produire un hydrocarbure entier à partir des cultures de micro-algues. Ci-dessus le phororéacteur de micro-algues du CEA à Cadarache.

© Xavier Boivinet

Sous l’effet de la lumière, l’enzyme Fatty Acid Photodecarboxylase (FAP) permet la production d’hydrocarbure à l’intérieur de microalgues. C’est la troisième génération de biocarburant. Dans une étude publiée dans Science en le 9 avril 2021, Damien Sorigue, chercheur au Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) et son équipe décryptent l’action de cette protéine. Il explique à Industrie & Technologies la portée de ces travaux.

Industrie & Technologies : Vous et votre équipe avez travaillé sur les mécanismes de l’enzyme FAP. Pourquoi était-ce important de comprendre son fonctionnement ?

Damien Sorigue : Avec ces travaux, nous avions deux aspects en tête : d’un côté l’amélioration de la biotechnologie et de l’autre la recherche fondamentale. Les deux sont étroitement liés. Sur le premier point, on sait depuis sa découverte en 2017 que cette photoenzyme permet de produire des hydrocarbures en convertissant des acides gras, notamment avec des micro-algues. Beaucoup de recherches ont été faites depuis, notamment sur la catalyse de cette réaction in vitro avec pour objectif de trouver une alternative aux composés fossiles. Nous avons donc cherché s’il y avait un moyen d’améliorer cette réaction.

Pour cela, il nous fallait une meilleure connaissance de l’enzyme, ce qui nous amène au volet de la recherche fondamentale. Les réactions élémentaires qui ont lieu dans le vivant sont ultrarapides, et donc très difficiles à observer. La plupart des enzymes ne fonctionnent pas en utilisant la lumière, et les techniques qu’on a pour les étudier manquent de précision. Avec la FAP nous pouvons déclencher la réaction et synchroniser l’ensemble de l’échantillon ce qui permet d’étudier ces réactions élémentaires.

À la fin de la réaction enzymatique, est-ce qu’on obtient un hydrocarbure complet ?

Oui tout à fait. Quand la lumière frappe l’enzyme, celle-ci absorbe le photon ce qui l’énergise. Pour se stabiliser, elle arrache un électron à l’acide gras. Spontanément, cette action coupe la liaison carbone-carbone du lipide, formant d’un côté du dioxyde de carbone (CO2) et, de l’autre côté, un précurseur d’hydrocarbure (alkyl). On l’appelle ainsi parce qu’il lui manque un hydrogène. Il lui est rendu rapidement : d’un côté, l’électron arraché retourne sur la molécule, et de l’autre, un proton contenu dans un acide aminé de l’enzyme, se greffe. C’est une réaction complexe, mais l’enzyme FAP permet de former en 100 nanosecondes un hydrocarbure entier.

Est-ce que ces hydrocarbures sont similaires à ceux qu’on trouve dans le pétrole ?

Ils sont plus purs ! Chimiquement, ils ne sont pas différents. L’avantage ici, c’est qu’on n’a pas besoin de distillation. Le pétrole est un très large mélange d’hydrocarbures. Alors pour obtenir de l’essence, du diesel ou du kérosène, une colonne de distillation est nécessaire. En fonction de la température, il y aura une séparation.

Notre système, puisqu’on peut choisir précisément le substrat de départ, nous permet cependant de produire exactement les mêmes molécules, mais immédiatement purifiées et séparées. C’est vrai pour l’in vitro, où l’on choisit le substrat. Dans l’algue, ou la bactérie, comme il y a d’autres substrats naturellement présents, cela ne sera pas aussi pur, mais toujours plus que le pétrole

C’est donc une nette évolution par rapport aux biocarburants de première et deuxième génération ?

Par rapport à des biocarburants classiques, il y a plusieurs avantages. Il n’y a pas les problèmes de viscosité que peuvent avoir les biodiesels, par exemple.  Ce ne sont pas des hydrocarbures et du coup ils ont des rendements un peu moins bons à la combustion. C’est pour cela qu’on les coupe avec des carburants fossiles.

Actuellement la génération de biocarburant qui marche le mieux, en ce qui concerne la productivité et de coût, c’est la première génération. C’est celle où l’on fait pousser des plantes afin d’extraire l’huile, l’huile de palme par exemple, pour la convertir en biocarburant. Ce n’est pas terrible pour l’environnement, car ça rentre en compétition avec l’alimentation humaine en utilisant des terres agricoles.

Ensuite, il y a la deuxième génération, qui utilise les déchets agricoles, et la troisième génération, les microalgues. Mais ce qui va impacter le rendement énergétique, c’est la molécule qu’on obtient à la fin, indépendamment du procédé de production qui lui impactera le cout de production.

L’intérêt de la FAP, c’est qu’elle peut être placée sur n’importe quelle génération pour produire des hydrocarbures. Si je produis l’enzyme dans une bactérie, comme on peut le faire avec d’autres enzymes, que je la purifie et que je lui donne les lipides de l’huile de palme ou de colza, on peut produire des hydrocarbures.

Mais nous pouvons aussi la mettre dans des bactéries utilisant la biomasse et produire des carburants de type de deuxième génération, ou dans des organismes photosynthétiques pour faire des carburants dit de troisième génération.

Où en est-on de l’utilisation de l’enzyme dans ces différents scénarios ?

C’est des choses qu’on étudie encore. Au laboratoire, nous étudions les différentes générations mais les travaux les plus avancés portent principalement sur l’utilisation in vitro de l’enzyme avec des acides gras comme substrat. La production de biocarburant de la première génération n’est pas viable sur le long terme, mais le carburant n’est pas le seul débouché. Les hydrocarbures concernent aussi la chimie ou le cosmétique. Et là, les volumes sont beaucoup plus faibles. On n’y pense pas souvent, mais dans les crèmes, il y a des hydrocarbures saturé et insaturé comme les paraffines ou oléfines. C’est aussi ça l’intérêt d’une enzyme pour la FAP. On cherche des alternatives au pétrole, pour les biocarburants, bien sûr, mais aussi pour tous ces autres domaines.

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