Développement de nouveaux outils fongiques respectueux de l'environnement (écoprocédés) pour la production de pâtes chimiques blanchies de résineux

Les biotechnologies peuvent être utilisées dans le domaine de l'industrie papetière comme alternatives aux procédés chimiques de production de pâtes à papier. Dans le cadre de ces travaux de thèse nous avons souhaité exploiter les avancées technologiques dans le domaine de la génomique et de l'ingénierie des protéines pour améliorer les procédés biotechnologiques appliqués à la production et au blanchiment de pâtes chimiques. Dans une première partie, le secrétome du Basidiomycète Phanerochaete chrysosporium, cultivé sur copeaux de bois de résineux en conditions de biopulping, a été analysé. Une approche protéomique a été choisie, en exploitant le génome de ce champignon. L'analyse protéomique a révélé la production de différentes enzymes impliquées dans la biodégradation des constituants du bois. La sécrétion de certaines des enzymes identifiées a été démontrée pour la première fois. Les copeaux de bois traités ont par la suite été soumis à un procédé de mise en pâte chimique (procédé kraft) et à un blanchiment au dioxyde de chlore. Le traitement fongique a conduit à une augmentation du rendement en pâte kraft, accompagnée d'une augmentation de la blancheur finale de la pâte produite et d'une diminution de la consommation en réactifs de blanchiment. Ces effets peuvent être partiellement expliqués par une production d'enzymes spécifique de dégradation du bois. Dans la deuxième partie de ces travaux, la laccase du Basidiomycète Pycnoporus cinnabarinus a été modifiée par fusion à un module de fixation aux carbohydrates (CBM) fongique. La laccase-CBM obtenue a pu être produite chez Aspergillus niger, et ses capacités de fixation à un substrat cellulosique et à des fibres de pâte kraft de résineux ont été évaluées. La laccase-CBM a été comparée à la laccase de P. cinnabarinus dans des essais de délignification et de blanchiment d'une pâte kraft de résineux, en présence d'un médiateur d'oxydoréduction (hydroxybenzotriazole). La présence du CBM a permis d'améliorer la biodélignification de la pâte kraft étudiée par la laccase, conduisant à une diminution de la charge enzymatique, une augmentation de la blancheur finale de la pâte, une diminution de la consommation en dioxyde de chlore et une préservation des propriétés mécaniques des fibres. Des analyses microscopiques ont révélé une pénétration de la laccase-CBM dans la paroi des fibres, et sa rétention au sein des fibres à la fin du traitement enzymatique.Biotechnologies can be applied to paper industry as an alternative to chemical processes for pulp and paper production. In this work advances in genomic and protein engineering were used to improve biotechnological processes applied to chemical pulps production and bleaching. In the first part of this work, the Phanerochaete chrysosporium secretome, grown on softwood chips under biopulping conditions was analysed. A proteomic approach was chosen, using the P. chrysosporium genome. Proteomic analysis revealed the production of several enzymes involved in wood biodegradation. The secretion of some of the identified enzymes was demonstrated for the first time. Biotreated wood chips were further submitted to kraft cooking and chlorine dioxide bleaching. Fungal treatment led to an increase of pulp yield, as well as an increase of pulp final brightness and a decrease in chlorine dioxide consumption. These effects could be partially explained by the production of specific wood-degrading enzymes. In the second part, Pycnoporus cinnabarinus laccase was fused to a fungal carbohydrate binding module (CBM). The laccase-CBM was produced in Aspergillus niger, and binding capabilities of the enzyme on a cellulosic substrate and on softwood kraft pulp fibers were evaluated. Laccase-CBM and P. cinnabarinus laccase were compared for their softwood kraft pulp biobleaching potential, in the presence of a redox mediator (hydroxybenzotriazole). The presence of the CBM could improve pulp biodelignification with laccase, leading to a decrease in the enzymatic charge, an increase of pulp final brightness, a decrease in chlorine dioxide consumption and a preservation of pulp mechanical properties. Microscopic examinations revealed a penetration of the laccase-CBM in the fiber wall, and retention of the enzyme inside the pulp fibers at the end of the enzymatic treatment.AIX-MARSEILLE1-BU Sci.St Charles (130552104) / SudocSudocFranceF

Reconstructing past climatic changes using deep sea microfossils and neural network classification: a citizen science experiment

International audienc

Reconstructing past climatic changes using deep sea microfossils and neural network classification: a citizen science experiment

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An electrolytic methanogenic-methanotrophic coupled (eMaMoC) biosystem for the treatment of PCE-contaminated waters at lab- and pilot-scale

Application of the electrolytical methanogenic/methanotrophic coupling (eMaMoC) process for the in-situ treatment of tetrachloroethene (PCE)-contaminated waters was achieved in both a single-stage and a two-stage technology. A water electrolysis cell was placed directly in the effluent recirculation loop for the supply of both O2 and H2 to the system: H2 serving as the electron donor for both carbonate reduction into CH4 and reductive dechlorination. The concurrent presence of O2 and CH4 could be used by the methanotrophs for co-metabolically oxidizing the chlorinated intermediates left over by the anaerobic transformation of PCE. Lab-scale studies were carried out on both single-stage and two-stage coupling of the methanogenic/methanotrophic processes. In the single-stage study, at a PCE inlet of 26-52 \u3bcM and a hydraulic residence time (HRT) of 1 and 6.3 days, PCE dechlorination to dichloroethene (DCE) was over 95% with a maximum DCE mineralization of 83%. Degradation kinetics were further evaluated in a twostage prototype, where methanogens and methanotrophs were segregated at the bottom and in the upper part of the reactor, respectively. The two-stage system was operated with a PCE inlet concentration varying from 22 to 59 \u3bcM. PCE dechlorination to DCE was always between 95% and 100% in the methanogenic stage while DCE mineralization in the methanotrophic stage improved from 49% to near 100% as HRT increased from 1 to 47 days. Although these findings confirm possible kinetics limitations of a single-stage eMaMoC system, they clearly demonstrate degradation is feasible so long as methanotrophic density and HRT are accordingly optimized. The eMaMoC concept was then implemented at the pilot-scale as a single-stage permeable bioreactive barrier installed in a 2.4 m x 2.4 m x 1.5 m stainless steel box filled with coarse sand in which was simulated a PCE-contaminated aquifer moving at a linear velocity of ~15 cm/d. The 600 L removable bioactive cassette packed with peat granules and volcanic rocks was inoculated with anaerobic sludge and methanotrophic enrichment. H2 and O2 were generated by an electrolysis cartridge placed in the groundwater recirculation line. At an HRT of 4-5 days and for an influent PCE concentration of 1 to 22 \u3bcM, the system was capable of a PCE mineralization of over 97% and a DCE removal down to below 50 ppb, and vinyl chloride removal down to 150 ppb.NRC publication: Ye