Capture et Biotransformation de gaz à effet de serre

Greenhouse Gas Capture and Biotransformation

• Auteur / Autrice : Jeanne Gallard
• Direction : Romain Valentin, Antoine Bouchoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Agroressources
• Date : Soutenance le 16/10/2025
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-2025)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (Toulouse ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Martine Meireles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Romain Valentin, Antoine Bouchoux, Thierry Maugard, Isabelle Capron, Simon Arragain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Maugard, Isabelle Capron
• DOI : 10.70675/258570b3z80c8z409ez9bb7ze9ff0e798af7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthane

Méthanol

Stérols végétaux

Mots clés libres

Absorption

Nanoparticules

Catalyse enzymatique

Dioxyde de carbone

Biométhane

Biotechnologie

Absorption

Nanoparticles

Enzymatic catalysis

Carbon dioxide

Biomethane

Biotechnology

Résumé

Ce travail de thèse vise à développer une technologie innovante intégrant, in situ, la capture d'un gaz et sa conversion en molécule d'intérêt. Les travaux ont consisté à immobiliser une enzyme sur un support biosourcé pour catalyser la conversion du méthane (CH4) ou du dioxyde de carbone (CO2) en méthanol ou formate respectivement. L'objectif est de remplacer les procédés thermochimiques intensifs conventionnels par une approche douce. Dans un premier temps, une phase absorbante a été élaborée à partir de phytostérols de colza, transformés en particules stables dispersées dans l'eau. Les phytostérols ont été modifiés chimiquement afin de les rendre amphiphiles, par greffage d'un polymère hyperbranché hydrophile. Parallèlement, des particules de taille contrôlée (~200 nm) ont été formulées par précipitation dans l'eau, en présence de tensioactifs (polysorbates, esters de sucre, protéines). La faisabilité de produire des particules sans ajout de tensioactif a également été démontrée pour les phytostérols modifiés. Dans un second temps, des tentatives de production des domaines catalytiques de la méthane monooxygénase, enzyme catalysant l'oxydation du méthane en méthanol, ont été menées. Malgré la reproduction et l'adaptation de protocoles issus de la littérature annoncés comme reproductibles, cette enzyme n'a pu être obtenue sous une forme active et soluble. La troisième partie du travail s'est concentrée sur la formate déshydrogénase, une enzyme disponible commercialement, capable de réduire le CO2 en formate. Les conditions optimales d'activité enzymatique ont été établies, tout en mettant en évidence les limitations thermodynamiques intrinsèques à cette réaction. Enfin, l'immobilisation de la formate déshydrogénase sur les particules de phytostérols amphiphiles a été explorée. Deux stratégies ont été évaluées : l'adsorption physique à la surface des particules et l'immobilisation covalente via une activation par silanisation. Ces approches ont permis d'utiliser les particules de phytostérols pour immobiliser l'enzyme en vue de son insertion dans une chaîne de valorisation intégrée.

This thesis work aims to develop an innovative technology that integrates, in situ, the capture of a gas and its conversion into a value-added molecule. The work focused on the immobilization of an enzyme onto a bio-based support to catalyze the conversion of methane (CH4) or carbon dioxide (CO2) into methanol or formate, respectively. The objective is to replace conventional energy-intensive thermochemical processes with a milder, more sustainable approach. First, an absorbent phase was developed using rapeseed-derived phytosterols, which were transformed into stable particles dispersed in water. The phytosterols were chemically modified to make them amphiphilic through the grafting of a hydrophilic hyperbranched polymer. In parallel, size-controlled particles (~200 nm) were formulated by anti-solvent precipitation in water, in the presence of surfactants such as polysorbates, sugar esters, or proteins. The feasibility of producing particles without additional surfactants was also demonstrated for the modified phytosterols. Second, attempts were made to produce the catalytic domains of methane monooxygenase, the enzyme responsible for oxidizing methane to methanol. Despite replicating and adapting published protocols reported as reproducible, the enzyme could not be obtained in a soluble and active form. The third part of the work focused on formate dehydrogenase (FDH), a commercially available enzyme capable of reducing CO2 to formate. Optimal enzymatic conditions were established, while also highlighting the thermodynamic limitations inherent to this reaction. Finally, the immobilization of formate dehydrogenase onto amphiphilic phytosterol particles was explored. Two strategies were evaluated: physical adsorption onto the particle surface, and covalent immobilization via silanization-based activation. These approaches enabled the use of new phytosterol-based particles as supports for enzyme immobilization, with a view to their integration into an embedded valorization system.