Deconstruction of lignocellulosic biomass : correlations between enzymatic activity and mobility

L’objectif principal de cette thèse est de déterminer des facteurs pouvant être considérés comme des marqueurs génériques de la récalcitrance de la biomasse à l’hydrolyse enzymatique. Des analyses chimiques, spectroscopiques et microscopiques ont permis d’étudier la relation entre la dynamique enzymatique et certains facteurs descriptifs de la composition chimique et de la structure d’échantillons de biomasse (paille de blé, miscanthus, peuplier) soumis à quatre prétraitements contrastés.La structure et la composition de la lignine sont les principaux acteurs de la récalcitrance pour chaque biomasse, comme le montre la corrélation négative entre la fluorescence et le rendement d’hydrolyse. Une augmentation de la porosité améliore la saccharification de manières différentes pour chaque biomasse en raison des différences d’organisation de leur paroi. Des mesures de mobilités de sondes fluorescentes de tailles similaires à celles des enzymes ont révélé que les prétraitements impactent la structure pariétale de manière plus importante que la saccharification. Les tailles des pores doivent être au moins 5 fois supérieures au diamètre des enzymes pour qu’elles puissent diffuser efficacement dans les parois, probablement en raison d’une obturation des pores causée par les interactions des enzymes avec la lignine. Des mesures d’interaction des sondes avec la lignine ont montré que la fixation sur la lignine dépend à la fois de la structure du polymère et de son accessibilité déterminée par la taille des pores.Nos résultats ont permis de fournir des informations sur la récalcitrance qui pourront servir de pistes pour permettre une meilleure valorisation de la biomasse.Biomass recalcitrance to enzymatic hydrolysis is a multifactorial phenomenon still challenging to understand. The main objective of this work was to determine factors that could be considered as generic markers of this recalcitrance. The relationship between enzymes dynamics and cell wall chemical and structural properties was studied using a panel of contrasted biomass samples (wheat straw, miscanthus, poplar) submitted to four different pretreatments, using a combination of chemical, spectroscopic and microscopy analyses.Lignin structure and composition were found to be the main factors explaining recalcitrance for all three biomasses, as highlighted by the negative correlations between fluorescence intensity and glucose yield. Increasing porosity improves saccharification differently for each species reflecting the different organisation of their cell walls. Mobility measurements of probes representative of enzyme size revealed that pretreatments have a more important impact on cell wall structure than the subsequent saccharification. Both the activity and mobility of enzymes are governed by pores sizes whose diameter need to be at least 5 times the diameter of the enzymes for the catalyst to diffuse efficiently in the cell wall, likely due to a fill-in effect caused by interactions with lignin. The intertwining between lignin and pores sizes was emphasized by measurements of the probes interactions with lignin revealing that binding depended on lignin structure, but also on its accessibility and on cell wall porosity.Our strategy and results provide insights for the improvement of pretreatment methods allowing a better valorisation of lignocellulosic biomass