Développement d'un procédé de production de biodiesel de troisième génération à partir d'un déchet organique issu de l'agro-industrie réunionnaise : la vinasse de distillerie

Biotechnological valuation for distillery slops as biodiesel

• Auteur / Autrice : Julien Hoarau
• Direction : Thomas Petit, Isabelle Grondin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie
• Date : Soutenance le 20/09/2016
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Substances Naturelles et des Sciences des Aliments (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Alain Marty
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yanis Désiré Caro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Satgé-De Caro, Jean-Marc Nicaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microorganismes -- Biotechnologie

Biomasse -- Conversion

Estérification

Déchets -- Valorisation

Biocarburants

Mots clés libres

Vinasse

Biodiesel

Microorganismes oléagineux

Transestérification directe

Distillery spent wash

Biodiesel

Oleaginous microorganisms

Direct transesterification

Résumé

La Réunion dispose d'un gisement important de ressources organiques renouvelables dont une grande partie est sous forme de déchets liquides tels que les vinasses de distillerie, représentant plus de 150 000 tonnes d'effluent par an. Les problématiques de gestion de ces effluents sont fortement impactées par leur haute charge en élément organique et nécessitent la mise en œuvre de techniques de dépollution coûteuses. Leur valorisation en tant que matière première est donc une voie potentielle pour une gestion plus efficace et économiquement rentable. Parmi les nombreuses pistes de valorisation biotechnologiques existantes pour les vinasses de distillerie, nous nous sommes proposés dans ce projet de valoriser ces déchets sous forme de biodiesel. La sélection de microorganismes oléagineux (champignons filamenteux et levures) adaptés aux déchets liquides de distilleries locales en vue de leur transformation en biodiesel a mis en avant les capacités de croissance des souches de champignons filamenteux dont 60% de celles testées ont démontré une croissance supérieure à 8 g/L et allant jusqu’à 20 g/L, avec des capacités de mobilisation des ressources nutritives de la vinasse jusqu’à 50% de l'azote et du carbone organique. L'adaptation du procédé à la levure oléagineuse Yarrowia lipolytica, connue comme microorganisme oléagineux modèle pour la production de biodiesel a mis en évidence une carence en phosphate limitante pour la croissance de ce microorganisme, ainsi qu'une amélioration de 80% de la biomasse produite observée après ajout de KH2PO4. Par ailleurs, la mobilisation du matériel enzymatique d'un microorganisme à forte croissance sur vinasse a également permis d'obtenir une amélioration de la production de biomasse levurienne, laissant entrevoir la possibilité de valorisation d'un cocktail enzymatique spécifiquement adapté à la dégradation de vinasses de distilleries. Enfin, l'évaluation de protocoles de transformation des lipides plus efficaces a été réalisée en cherchant à limiter les coûts liés au séchage et à l'extraction des lipides avant méthanolyse. L'application de la transestérification directe de la biomasse a permis une production plus importante de biodiesel comprise entre 10 et 90 % selon l'humidité de la biomasse, démontrant la possibilité de supprimer l'étape d'extraction des lipides. Par ailleurs, la combinaison de catalyseurs basiques et acides permet d'augmenter les rendements en biodiesel à partir de biomasse humide pour se rapprocher des performances obtenues sur biomasse sèche.

Reunion Island offers an important source of renewable organic resources, much of which is in liquid waste such as distillery slops, representing more than 150 000 tons of effluent annually. The management issues of these effluent are strongly affected by their high load of organic element and require implementation of expensive decontamination techniques. Their value as raw material is thus a potential route for more efficient and cost-effective management. Among the many tracks of biotechnological valuation existing for distillery slops, this project focus on enhancing these wastes as biodiesel. The selection of oleaginous microorganisms (molds and yeasts) suitable for liquid waste of local distilleries for further processing into biodiesel have demonstrated the high growth ability of filamentous fungi with 60% of tested strains offering higher growth than 8 g/L and up to 20 g/L, with nutrient resource mobilization capacities from vinasse up to 50% of the nitrogen and organic carbon. Adapting the process to the oleaginous yeast Yarrowia lipolytica, known as oleaginous microorganism model for biodiesel production highlighted a phosphate deficiency limiting for the growth of this microorganism with 80% improvement observed when KH2PO4 was fed. Furthermore, the mobilization of the enzymatic equipment of a high growing microorganism on vinasse has also yielded improved biomass production, raising the possibility of recovery of an enzymatic cocktail specifically adapted to the degradation of distillery slops. Finally, the evaluation of more effective lipid transformation protocols was conducted in seeking to limit the costs for drying and lipid extraction prior to methanolysis. The application of the direct transesterification of biomass has increased production of biodiesel between 10 and 90% depending on the moisture of biomass, demonstrating the ability to remove lipid extraction step. Furthermore, the combination of basic and acidic catalysts can increase biodiesel yields from wet biomass to reach performance close to dry biomass.