Recherche de biocatalyseurs pour la biodégradation de polymères pétrosourcés aromatiques

Exploration of biocatalysts for the biodegradation of petrosourced aromatic polymer

• Auteur / Autrice : Abel Cousin
• Direction : Egon Heuson, Vincent Phalip
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 18/06/2025
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide - Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 / UCCS
• Jury : Président / Présidente : Sophie Duquesne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Egon Heuson, Vincent Phalip, Frédéric Peruch, Pascale Besse, Éric Pollet, Marie Couturier, Sébastien Paul
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Peruch, Pascale Besse
• DOI : 10.70675/68103ee6z0b1fz4740zbe6dzda0aada20dc4

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matières plastiques -- Biodégradation

Enzymes

Biocatalyse

Microorganismes

Matières plastiques

Recyclage

Mots clés libres

Polymère

Criblage à haut débit

Biodégradation

Microorganismes

Enzymes

Polymer

High-Throughput screening

Biodegradation

Microorganisms

Enzymes

Résumé

Les études présentées dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre d’une chaire industriellePLASTILOOP2.0. Son ambition est de développer un nouveau procédé de recyclage de deux familles de polymères pétrosourcés aromatiques, les polysulfones (PSU) et le poly(bisphénol Acarbonate) (PBPAC). La première étape de ce projet, qui constitue l’objet de cette thèse, porte sur la biodégradation des polymères en oligomères et en composés aromatiques branchés, en explorant la biodiversité à la recherche de biocatalyseurs adaptés. Afin de pouvoir mettre en place un suivi efficace de la dégradation des deux cibles de polymères, nous avons commencé par mettre au point un panel analytique de 5 méthodes spécialisées, que nous avons entièrement caractérisées et adaptées à nos conditions. Ces méthodes complémentaires nous ont ainsi permis d’étudier de manière fiable l’hydrolyse du PBPAC et d’identifier les produits et intermédiaires formés. Plus important encore, une partie de ce panel a pu être adapté à haut débit, donnant accès à un criblage rapide de biocatalyseurs issus de la biodiversité. Il a ainsi été appliqué dans un premier temps à l’évaluation d’une collection de 700 microorganismes isolés à partir d’échantillons de sols contaminés par des polymères, et ce sur deux polycarbonates ainsi que surle PSU comme cibles. Cependant, à ce jour, aucune souche capable de dégrader les polymères étudiés n'a pu être identifiée grâce à cette approche. En revanche, ce panel analytique nous adonné accès en parallèle à un criblage d’enzymes commerciales, parmi lesquelles la lipase de pancréas de porc s’est révélée efficace pour la dépolymérisation du PBPAC. La fin de cette thèse a ainsi consisté en l’optimisation des conditions de dégradation avec cette enzyme, notamment par l’utilisation de plans d’expériences

The studies presented in this manuscript are part of a PLASTILOOP2.0 industrial chair. Itsambition is to develop a new recycling process for two aromatic petroleum-based polymers,polysulfones (PSU) and poly(bisphenol A carbonate) (PBPAC). The first stage of this project, whichis the subject of this thesis, focuses on the biodegradation of polymers into oligomers andbranched aromatic compounds, exploring biodiversity in search of suitable biocatalysts. In orderto be able to set up an effective monitoring of the degradation of the two polymer targets, westarted by developing an analytical panel of 5 specialised methods, which we fully characterisedand adapted to our conditions. These complementary methods thus enabled us to reliably studythe hydrolysis of PBPAC and to identify the products and intermediates formed. More importantly,part of this panel could be adapted to high throughput, providing access to rapid screening ofbiocatalysts from biodiversity. It was thus initially applied to the evaluation of a collection of 700microorganisms isolated from soil samples contaminated with polymers, on two polycarbonatesand on PSU as targets. However, to date, no strain capable of degrading the polymers studied hasbeen identified using this approach. On the other hand, this analytical panel gave us access to ascreening of commercial enzymes, among which porcine pancreas lipase proved effective for thedepolymerisation of PBPAC. The final part of this thesis thus consisted of optimising thedegradation conditions with this enzyme, in particular through the use of experimental designs