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Des microalgues productrices de biocarburants

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En 2017, des chercheurs du CEA ont découvert une enzyme qui permet aux microalgues de transformer certains de leurs acides gras en hydrocarbures à l’aide de l’énergie lumineuse. Propriété rare que celle de la lumière puisqu’elle permet aux microalgues de convertir leurs acides gras directement en hydrocarbures. Aujourd’hui, avec l’institut Polytechnique de Paris, ils parviennent à comprendre et démontrer que cette enzyme « FAP » peut permettre la production d’hydrocarbures de type essence, grâce à un effet auto-catalytique (1).

Le changement climatique stimule la recherche, notamment pour faire émerger des alternatives aux combustibles fossiles. Il en est ainsi de la conversion photocatalytique des acides gras des microalgues en hydrocarbures, qui représente une voie prometteuse vers la production de carburants verts et autres composés à haute valeur ajoutée. En effet, comme les plantes, les microalgues utilisent du CO2 pour finalement synthétiser leurs acides gras, ce qui rend le processus global neutre en carbone.

Cette microalgue se nomme chlorelle. Il s’agit d’une algue verte unicellulaire d’eau douce faisant partie des quelques microalgues cultivées industriellement et candidates pour la production de molécules carbonées riches en énergie. Dès 2017, des chercheurs du CEA découvraient chez la microalgue Chlorella variabilis une enzyme à la propriété rare : activée par la lumière du soleil, elle permet aux microalgues de convertir leurs acides gras directement en hydrocarbures. Depuis, cette photodécarboxylase des acides gras « FAP » mobilise la communauté scientifique internationale pour déployer tout son potentiel dans la production de carburants biosourcés de type diesel. Cependant, la faible activité supposée de cette enzyme sur les acides gras C2-C12 semblait exclure son utilisation pour la synthèse d’hydrocarbures à chaîne moyenne de type essence. Rappelons que les hydrocarbures sont des composés organiques constitués d’une chaîne carbonée et d’atomes d’hydrogène.

Vue stylisée d’une molécule de FAP convertissant des acide gras en hydrocarbures sous l’effet de la lumière bleue. La FAP est au centre. A sa gauche en jaune : molécules d’acides gras ; à sa droite en mauve : molécules d’hydrocarbures. © Caroline EPLE

Un effet auto-catalytique qui augmente le rendement de conversion en hydrocarbures de type essence

Aujourd’hui, les équipes du CEA et de l’institut Polytechnique de Paris révèlent que l’enzyme FAP est plus efficace sur un acide gras à huit atomes de carbone.
Elles ont en effet observé in vitro qu’elle peut convertir l’acide octanoïque quatre fois plus rapidement que l’acide hexadécanoïque, le substrat le plus efficace identifié à ce jour. Cette performance a aussi été observée in vivo, tel que l’explique Pavel Müller, chercheur au CEA qui a eu recours à la spectroscopie résolue en temps : « Lorsque la FAP décarboxyle l’acide octanoïque dans une réaction qui produit du n-heptane, ce n-heptane reste dans la poche de liaison et imite la partie manquante de la chaîne longue, contribuant ainsi à augmenter le rendement quantique. Cet effet autocatalytique rend la photodécarboxylation des acides gras à chaîne moyenne presque aussi efficace que celle des substrats longs natifs. En outre, le remplacement du produit par un nouveau substrat s’avère plus rapide pour les chaînes moyennes que pour les longues ». Cela se traduit par un taux de production de FAP dix fois plus élevé pour n-heptane, qui est un hydrocarbure de type essence, que pour n-pentadécane.

« Ces résultats représentent une étape importante vers la production d’hydrocarbures similaires à l’essence à partir d’une source biologique et de lumière. Nous restons pleinement mobilisés pour continuer à optimiser l’enzyme FAP qui n’a pas fini de dévoiler tous ses secrets », conclut Pavel Müller.
Source : Sciences.org

(1) Une réaction autocatalytique est une réaction chimique dont le catalyseur figure parmi les produits de la réaction. On dit que cette transformation est « autocatalysée ». De ce fait, l’évolution de la vitesse volumique de réaction au cours du temps est peu habituelle, particulièrement pour les transformations chimiques lentes ou très lentes. (Source: Wikipedia)

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Photo d’en-tête : ©L. Godart-CEA

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