Suivi des propriétés au cours de l’hydrolyse enzymatique

On a pu observer dans le chapitre précédent que le suivi des paramètres physicochimiques est essentiel si l’on souhaite prédire de manière plus juste les rendements en glucose au cours du temps, ceux-ci évoluant au cours du temps. L’objectif de cette étude est de regarder l’évolution de certains de ces paramètres au cours de l’hydrolyse enzymatique pour décrypter les différents phénomènes impliqués lors de cette saccharification. Cette approche complémentaire peut servir à identifier les mécanismes les plus importants dans la dégradation de la matrice lignocellulosique et obtenir de nouveaux éléments de réflexion quant aux descripteurs en eux-mêmes. Deux approches ont été mises en place de manière cohérente afin d’apporter des réponses complémentaires pour une même série de substrats prétraités. La première consiste en l’analyse de substrats prélevés à différents temps d’hydrolyse enzymatique (deux échantillons ont été utilisés), et la deuxième passe par l’analyse dynamique en microscopie, de substrats pendant la dégradation. Pour ce faire, on a sélectionné des échantillons communs sinon directement comparables. Pour l’étude ex situ , les échantillons A020V00 et C020V00 ont été choisis (granulométrie avant prétraitement de 20 mm), alors que pour l’approche in situ, ce sont les échantillons A020C, C020C et D020C qui ont été retenus. A020C, C020C ne diffèrent des échantillons retenus pour l’analyse ex situ que par leur granulométrie avant prétraitement qui est de 2 mm, et de l’unité de prétraitement. Les compositions chimiques des échantillons concernés sont également similaires deux à deux.

Les prélèvements au cours de l’hydrolyse

Deux échantillons produits à Gembloux par prétraitement à l’acide dilué de la paille broyée 20 mm ont été sélectionnés pour réaliser cette étude consistant en le suivi des paramètres physico-chimiques au cours de l’hydrolyse enzymatique (prélèvement). Il s’agit des échantillons A020V00 et C020V00 produits à des températures de 100 °C et 140 °C, et un temps de résidence de 20 min. Pour cette étude, nous souhaitions suivre l’échantillon à 3 h (T1), 6 h (T2), 24 h (T3) et 48 h (T4) d’hydrolyse (Tableau 23). Comme nous souhaitions pouvoir disposer de l’échantillon total à chaque prélèvement, une hydrolyse a été réalisée pour chaque prélèvement en duplicata pour s’assurer de la fiabilité de la conduite de l’hydrolyse.  A chacun de ces temps, un prélèvement du mélange réactionnel a également été réalisé (pour les prélèvements en cours de dégradation), afin de s’assurer de la conformité du déroulement de la saccharification (reproductibilité, et résultats proches des cinétiques classiques de saccharification de ces échantillons, issus de l’étude sur les substrats traités par explosion à la vapeur). De ce fait, la dose d’enzymes a été également doublée pour cette étude, par cohérence avec l’étude précédente.

Plusieurs caractéristiques ont été étudiées au cours de l’hydrolyse, par l’analyse des différents prélèvements : le suivi de l’avancement de la conversion par prélèvement du milieu réactionnel et mesure de la concentration en glucose, la granulométrie par diffraction laser, la morphologie (en MEB), l’état de porosité (en physisorption de diazote), la cristallinité de la cellulose restante (en 13C-RMN en CP-MAS), afin de les mettre en relation les unes par rapport aux autres et d’identifier des événements clefs survenant lors de la dégradation enzymatique de ces substrats lignocellulosiques. La discussion des résultats de cette partie fait l’objet d’un paragraphe dédié, après la présentation des différents résultats. La Figure 122 montre la cinétique de saccharification des échantillons A020V00 et C020V00, pour chacun des échantillons dont l’hydrolyse a été stoppée à différents temps (3, 6, 24 et 48 h). Les rendements en glucose à 48 h d’hydrolyse enzymatique sont de 36 % pour l’échantillon A020V00, et de 44 % pour l’échantillon C020V00. Les résultats ci-dessous montrent l’évolution de la distribution en taille de particules mesurées par granulométrie laser au cours de la dégradation en hydrolyse enzymatique pour l’échantillon C020V00 (prétraitement à 140 °C pendant 20 min). Pour information, les particules les plus grosses (>2 mm) ne peuvent pas être caractérisées proprement par cet outil. Pour autant, ces particules peuvent représenter une fraction non négligeable de l’échantillon, en particulier pour l’échantillon A020V00 (voir la partie Figure 123). C’est pour cette raison que l’échantillon A020V00 qui possède une granulométrie globale trop grande, n’a pas été analysé en granulométrie laser, car il aurait fallu réaliser un tamisage à 2 mm pour retirer la fraction grossière, créant de fait un biais de représentativité de l’échantillon.