Pourquoi la levure produit-elle de l’éthanol ?

Biocarburants et levure : les bases

Comment la fermentation de la levure peut-elle transformer de simples sucres en une énergie susceptible de faire rouler des voitures, voler des avions, et un jour éclairer des villes entières ?

La levure est capable de transformer les sucres des plantes en carburant. La magie opère pendant le processus anaérobie (en absence d’air) de la fermentation. Sous l’action des enzymes de la levure, les sucres (notamment le glucose) contenus dans la cellulose ou l’amidon sont transformés en éthanol.

Figure 1 : Le processus de production de bioéthanol

Le rôle des enzymes dans la production d’éthanol

L’action des enzymes est au cœur du processus de fermentation alcoolique. Ces protéines de la levure agissent comme des déclencheurs et des accélérateurs de réactions chimiques.

• Pour produire de l’éthanol (alcool), les levures fermentent des matières premières végétales contenant de l’amidon ou du saccharose, comme la canne à sucre, la betterave sucrière, le maïs ou divers résidus agricoles.
• Les cellules de levure sont placées dans un environnement anaérobie, c’est-à-dire privé d’oxygène.
• Les enzymes fabriquées par la levure, comme l’invertase et la maltase, transforment le sucre en glucose.
• Un complexe d’enzymes décompose le glucose (glycolyse) pour en extraire de l’énergie et maintenir la levure en vie.
• Après une suite de réactions enzymatiques, de l’éthanol et du gaz carbonique sont rejetés.
• L’éthanol est ensuite purifié pour devenir un biocarburant.

Pourquoi la production d’éthanol est-elle importante pour la levure ?

La production d’éthanol est importante pour la levure car elle lui permet de produire de l’énergie à partir du sucre en absence d’oxygène, ce qui assure sa survie et sa multiplication dans des milieux pauvres en oxygène.

Cet alcool, qui est un poison pour les micro-organismes, va permettre de créer un environnement propice à la multiplication des levures, qui ne seront pas concurrencées par la présence d’autres microbes. L’éthanol étant également toxique pour les levures au-delà d’une certaine quantité, l’augmentation de sa concentration freinera progressivement l’activité fermentaire de la levure.

Note : Les levures spécifiques au genre Saccharomyces sont les plus résistantes à l’éthanol, c’est pour cette raison qu’elles sont employées dans sa production.

Trois générations de biocarburants

Aujourd’hui, il existe grosso modo trois grandes catégories de biocarburants :

1. Biocarburants de première génération : fabriqués à partir de matières premières traditionnelles telles que les céréales, la canne à sucre et la betterave sucrière.
2. Biocarburants de deuxième génération : fabriqués à partir de cultures non alimentaires, comme les biocarburants cellulosiques et la biomasse résiduelle (paille de blé et de maïs, et bois).
3. Les biocarburants de troisième génération : des cultures conçues spécifiquement, algues par exemple, servent de source d’énergie. Ces algues sont cultivées et récoltées pour en extraire l’huile qu’elles contiennent. Cette huile peut ensuite être transformée en biodiesel ou raffinée en d’autres carburants.

Trois types de biocarburants

Dans la catégorie des biocarburants, on peut subdiviser ces carburants durables en trois catégories en fonction de leurs principales utilisations :

• Biodiesel : carburant à base d’huile végétale ou de graisse animale composé d’esters d’acides gras à longue chaîne. Le biodiesel est utilisé dans les moteurs qui brûlent du carburant diesel, comme les voitures diesel, les gros camions et les tracteurs.
• Bioéthanol : il est produit par fermentation, principalement à partir de glucides produits par les plantes sous forme de sucre ou d’amidon. Il est utilisé dans les moteurs qui brûlent de l’essence, comme la plupart des voitures.
• Biocarburant aérien : peut être fabriqué à partir d’huiles végétales, de sucres, de graisses animales et même de biomasse résiduelle. Ce type de carburant est utilisé dans les avions et autres moteurs d’aviation sans modification. 

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Les biocarburants, le bioéthanol, le biodiesel et le biocarburant aérien peuvent jouer un rôle majeur dans la réduction de l’empreinte carbone du secteur des transports et dans la diminution de notre dépendance aux combustibles fossiles. Au fil des ans, cette industrie s’est développée partout dans le monde. Récemment, les mandats et les politiques de mélange d’éthanol dans l’essence sont devenus plus courants, les gouvernements essayant d’exploiter au maximum les ressources naturelles dont ils disposent. 

Des innovations dans la bioéconomie grâce à la levure !

L’utilisation intelligente de la biomasse et de la fermentation par la levure peut également conduire à de nouveaux produits ou à des versions améliorées de produits traditionnellement à base de pétrole, susceptibles d’offrir de meilleures performances, une toxicité moindre ou de nouvelles fonctions. Les innovations biosourcées à base de levure réduisent notre dépendance au pétrole et diminuent les gaz à effet de serre d’origine pétrolière. 

Explorons quelques-unes de ces innovations !

Éthanol cellulosique

Les biocarburants avancés, tels que l’éthanol cellulosique, ont été identifiés dans le monde entier comme un élément clé de la décarbonation du secteur des transports, comme mentionné précédemment. Les biocarburants de deuxième génération ont l’avantage de pouvoir être produits à partir d’une gamme encore plus large de matières premières disponibles en abondance dans de nombreux pays. Ces nouveaux biocarburants avancés permettent de tirer une valeur supplémentaire de sous-produits agricoles ou forestiers tels que la canne de maïs, la paille de blé, le bois, la bagasse, etc. 

Biopolymères et biomatériaux de performance

Les monomères, polymères et matériaux de performance durables d’origine biologique, notamment les résines, les produits chimiques, les solvants, les bioplastiques et les biocomposites, contribueront à éliminer les plastiques, ce qui permettra de réduire la pollution et d’assurer une plus grande durabilité de l’environnement.

Construction

Les micro-organismes et les biomatériaux pour une industrie du bâtiment durable comprennent le béton, le ciment, les briques, l’isolation et le bois.

Textiles

Des procédés enzymatiques innovants ou des fibres, des soies et des colorants biosourcés peuvent être utilisés pour produire des tissus durables pour les secteurs de l’habillement, de la mode, de l’ameublement ou de la médecine.

Pâte à papier et papier

Le secteur de la pâte à papier et du papier produit beaucoup de résidus excédentaires. Ces restes, qui sont riches en sucres, en glucides et en autres nutriments, peuvent être utilisés comme matière première appropriée pour la production de bioéthanol de deuxième génération, selon le modèle de l’économie circulaire. Cela permet d’abattre moins d’arbres et d’exploiter plus efficacement les ressources que nous utilisons. 

Produits ménagers et tensioactifs

Des tensioactifs biodégradables et à faible toxicité, comme des détergents industriels et ménagers, des adoucissants et des produits pour lave-vaisselle, peuvent être fabriqués par fermentation pour garantir que nos maisons restent propres sans effets secondaires toxiques pour l’environnement.

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L’éthanol dans la vie quotidienne

Au-delà des biocarburants, l’éthanol est présent dans de nombreux produits du quotidien : gels désinfectants pour les mains, parfums, produits de nettoyage… L’alcool issu de levures offre une alternative moins toxique pour un usage domestique.

Des levures optimisées pour de meilleurs rendements en éthanol

Motivés par la nécessité croissante de trouver des sources d’énergie alternatives aux carburants fossiles comme le pétrole, des bioingénieurs cherchent à améliorer la production d’éthanol par les levures. Pour cela, ils modifient des souches de levure. Les qualités requises de ces nouvelles souches sont :

• Un taux de croissance rapide avec un rendement accru.
• Une tolérance à la température qui présente des rendements d’alcool plus élevés.
• Le maintien d’une viabilité cellulaire augmentée pendant la fermentation à très haute gravité, avec une bonne résistance aux fortes concentrations en éthanol.
• L’adaptation à différents substrats : maïs, blé, manioc, riz, canne à sucre et autres résidus agricoles…

Un avenir plus durable grâce à la levure !

La production renouvelable d’énergie et de carburants tels que le bioéthanol, le biodiesel, le carburant aérien durable et le biogaz est possible grâce à l’utilisation de la levure et à la fermentation ! 

La fermentation est l’une des principales technologies permettant de soutenir une nouvelle économie durable et biosourcée, non seulement dans le domaine des carburants, mais aussi, comme vous l’avez vu, dans des secteurs aussi divers que les bioplastiques, les textiles ou les matériaux de construction. Tous ces produits seront plus durables et plus faciles à biodégrader, auront moins d’impact sur l’environnement, produiront moins de gaz à effet de serre et assureront donc un meilleur lendemain pour nous tous !