Biomasse ligno-cellulosique

Responsable: Maryse Brancourt

Pour limiter le recours aux ressources fossiles dans la production de bioénergie et de matériaux agro-sourcés, le miscanthus est une culture d’intérêt ayant un fort potentiel en biomasse et nécessitant peu d’intrants. Le miscanthus est une graminée pérenne appartenant à la tribu des Andropogoneae et à la sous-tribu des Saccharineae, à laquelle appartient aussi la canne à sucre. Le sorgho et le maïs sont également proches au niveau taxonomique car ils appartiennent à la même tribu des Andropogoneae. Le genre Miscanthus contient 12 espèces au sens strict ou 20 au sens large si l’on comptabilise les hybrides interspécifiques. L’intérêt se concentre en France sur l’hybride interspécifique Miscanthus x giganteus qui fait partie des plus productives. Néanmoins, plusieurs milliers d’hectares de miscanthus sont actuellement cultivés dans notre pays avec un seul clone de Miscanthus x giganteus en raison de l’offre variétale réduite au sein de cette espèce. Cette situation ne peut pas être considérée comme durable, d’où notre objectif de contribuer à diversifier l’offre variétale de cette culture.

Les programmes d’amélioration génétique sur cette culture dédiée à la production de biomasse devront prendre en compte une diversité de critères liés à la production, à la qualité de la biomasse et aux impacts environnementaux, avec un poids important pour ces derniers. La variabilité génétique au niveau d’un genre tel que le miscanthus entraîne une variabilité des fonctions puits/source d’eau, d’azote et de carbone des cultures. Cette variabilité génétique peut donc être considérée comme un levier supplémentaire pour l’optimisation des systèmes de culture.

A partir du miscanthus, choisie comme exemple de culture dédiée à la production de biomasse, l’enjeu est donc d’évaluer les conséquences de la variabilité génétique du miscanthus sur le bilan environnemental des systèmes de culture, avec deux finalités principales : (1) la mise au point de systèmes de culture incluant des cultures dédiées à la production de biomasse « plante entière », c’est à dire valorisant la quasi-totalité du produit récolté, (2) la définition des idéotypes de ces cultures dédiées et la prise en compte en sélection des caractères cibles associés en vue d’élargir l’offre variétale.

Ce projet associe étroitement des généticiens de l’UMR et des agronomes de l’INRA Agro-impact de Laon-Mons (80).

Explorer les potentialités agronomiques et environnementales de différentes espèces de miscanthus en vue de définir des idéotypes pour élargir la gamme variétale de miscanthus, un premier levier d’action vise à explorer les potentialités agronomiques et environnementales de différentes espèces de miscanthus dans le but de définir des idéotypes. Cela consiste à déterminer si plusieurs espèces sont adéquates pour les conditions françaises et à identifier les principaux caractères clés liés à la production de biomasse et aux potentialités environnementales.

Cette recherche de base s’accompagne de l’étude du comportement de la plante en interaction avec plusieurs facteurs abiotiques. Il est probable que le critère d’importance concernant la «valorisation optimale des ressources du milieu», conciliant à la fois des efficiences favorables d’utilisation des ressources du milieu (lumière, azote et eau) en milieu contraignant et des impacts environnementaux favorables soit spécifique de chaque espèce de miscanthus.

Enfin, la date de récolte est un facteur à prendre en compte. Il est en effet probable que la qualité optimale soit obtenue à des dates différentes selon les usages visés par la chimie verte. La production de biomasse aérienne est évaluée en conditions agronomiques sur le domaine expérimental de l’INRA d’Estrées-Mons (cf photo 1). Les tiges et les feuilles, appelées canes, constituent le produit de la récolte. Cette biomasse récoltée est également évaluée pour plusieurs composés (cellulose, hémicellulose, lignine, cendres et solubles) pour répondre aux différents usages visés pour la chimie verte.

Comprendre le déterminisme génétique de la production de biomasse et des caractères associés

Le maïs et le sorgho étant proches du miscanthus au niveau taxonomique, les possibilités de génétique et de génomique comparatives entre les miscanthus (c’est à dire différentes espèces de miscanthus) et ces plantes constituent des éléments essentiels pour mener à bien les travaux de génétique. La génétique des miscanthus va donc pouvoir s’appuyer sur les connaissances acquises sur maïs et sorgho, leurs génomes ayant l’avantage d’être séquencés contrairement à ceux des miscanthus.

Le choix de l’espèce Miscanthus à étudier repose également sur la possibilité de créer des descendances, ce qui exclut l’hybride interspécifique Miscanhus x giganteus puisqu’il est stérile. Ses deux espèces génitrices fertiles, Miscanthus sacchariflorus et Miscanthus sinensis, présentent un grand intérêt pour la resynthèse d’hybrides interspécifiques de type Miscanthus x giganteus.

Produire des innovations variétales adaptées aux régions septentrionales françaises et limitrophes dont la biomasse et sa composition auront été façonnées pour de nouveaux usages industriels.

Plusieurs voies sont à envisager selon la biologie de la plante. Chez les espèces stériles, seules les variétés clones sont envisageables. Elles peuvent être produites par multiplication végétative de l’organe souterrain appelé rhizome ou par culture in vitro de divers tissus de la plante (cf photo 2). Chez les espèces fertiles, des variétés à base de graines peuvent être envisagées à la condition que les produits de la récolte soient exempts de graines pour éviter toute dispersion dans l’environnement. Ceci implique par exemple la manipulation de gènes de stérilité. Mais la production de clones peut être également envisagée en exploitant la voie végétative de reproduction.

La construction de projets en partenariat

Au niveau régional, les recherches, fortement soutenues par le pôle IAR « Industries et Agro-ressources » de Champagne-Ardenne et par la région Picardie sont menées, en partenariat avec les agronomes de unité INRA Agro-impact (projets PEL, PAROIFROID, MISCAZOTE), les technologues de l’INRA de Reims de l’UMR FARE (projet FUTUROL) et l’université de Picardie Jules Verne (projets PEL, PAROIFROID, MISCAZOTE).

Au niveau national, les recherches s’inscrivent le projet « Biomass for the future » (BFF), dans le cadre du grand emprunt (AAP biotechnologies et bioressources). Ce projet a pour objectif global la création de nouvelles variétés de miscanthus et de sorgho fibre répondant à des critères de productivité, d’impacts environnementaux et de qualité. Ce projet BFF prévoit, entre-autres, des collaborations entre l’UMR SADV, l’unité Agro-impact, l’IJPB et le CIRAD.

Une collaboration est menée avec la Chine et de nouvelles collaborations sont en cours de développement à l’échelle internationale (Pays-Bas).

Participants aux projets:

Maryse Brancourt (responsable du thème) (CR1)
Caroline Rambaud (MCF)
Stéphanie Arnoult (IE INRA)
Kristelle Lourgant (IE INRA)
Marie-Chantal Mansart (TR INRA)
Emeline Rosiau (IE en CDD)
Linda Bethencourt (IE en CDD)
Camille Dauchy (IE en CDD)
Xu-Ping Feng (Doctorant)
Brieuc Lecart (Master 2-2012)

Voir: http://pdv.univ-lille1.fr/labo/sitesadv/BIOMASSE.html

Patrick Barbieri
PB VEILLE CONSULTING
L'information au service de l'entreprise

http://www.pb-veille-consulting.com