Contribution à la définition d’idéotypes de miscanthus valorisables pour la production de bioéthanol de 2ème génération et perspectives en sélection

Miscanthus feedstock for 2nd-generation bioethanol : definition of ideotypes and implications for breeding

• Auteur / Autrice : Stéphanie Arnoult
• Direction : Maryse Hulmel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie des fonctions biologiques
• Date : Soutenance le 29/09/2014
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Stress abiotiques et différenciation des végétaux cultivés (SADV)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioéthanol

Amélioration génétique

Variabilité génétique

Rendements

Biomasse végétale

Mots clés libres

Miscanthus

Résumé

Face à l’épuisement du pétrole, l’Europe s’oriente vers la production de bioéthanol 2ème génération à partir de biomasse végétale. L’espèce Miscanthus x giganteus est prometteuse de par son fort rendement et ses faibles impacts environnementaux. Cependant, sa diversité génétique est faible et sa composition de biomasse pas forcément optimale pour produire du bioéthanol 2ème génération. Cette thèse explore donc différentes espèces de Miscanthus pour définir des idéotypes et des pistes en sélection afin d’améliorer le miscanthus pour ce débouché. Trois approches ont été menées : une étude bibliographique, une étude expérimentale au champ et des tests en pilote industriel. L’étude bibliographique montre une forte variabilité environnementale et génotypique pour les caractères associés à la production et à la composition de biomasse. L’analyse des données expérimentales révèle des caractères antagonistes : une forte production de biomasse est associée à de fortes teneurs en cellulose et lignines, mais à de faibles teneurs en hémicelluloses, solubles et cendres. De fortes teneurs en lignines contribuent également à réduire l’efficacité de la transformation de la biomasse en bioéthanol 2ème génération. Enfin, des outils de phénotypage ont été définis : la hauteur de végétation et le volume aérien de la plante permettent de prédire la production de biomasse des stades adultes à partir des stades jeunes. La spectroscopie proche infra-rouge permet aussi de prédire la composition de la biomasse. Ce travail contribue à la définition d’idéotypes de miscanthus pour une valorisation en bioéthanol 2ème génération en proposant des critères, des outils et des perspectives en sélection.

In front of the depletion of oil resources, Europe is moving towards the 2nd-generation bioethanol production from plant biomass. The Miscanthus x giganteus species is promising due to its high biomass production and its low environmental impacts. However, the genetic diversity of this species is low and its biomass composition is not necessary optimal for the 2nd-generation bioethanol production. This thesis therefore aims to explore several Miscanthus species in order to define ideotypes and to propose guidelines to target miscanthus breeding for 2nd-generation bioethanol production. It was based on three approaches: a literature review, an experimental field study, and tests in pilot at industrial scale. The review of literature showed a strong environmental and genotypic variability for traits related to biomass production and composition. Moreover, the experimental data analysis showed antagonisms between the traits of interest: a high biomass production was associated with high cellulose and lignin contents, but low hemicellulose, soluble, and ash contents. High biomass lignin content also reduced the efficiency of the biomass conversion to 2nd-generation bioethanol. Lastly, breeding tools were defined: canopy height and aboveground plant volume enabled to predict the biomass production of mature crops from early stages. The near infrared spectroscopy also provided accurate prediction of the miscanthus biomass composition. This contributes to the definition of miscanthus ideotypes for 2nd-generation bioethanol production by providing selection criteria, breeding tools, and breeding prospects.