Présentation

L'Unité FARE travaille sur les mécanismes de la déconstruction des ressources végétales lignocellulosiques en milieux naturels pour l’agriculture et l’environnement et dans les procédés (bio)technologiques pour la chimie verte et durable. Dans la chaîne de valeur des ressources agricoles et forestières, les objectifs d‘application et d’innovation de FARE concernent i/ en amont, le maintien de la fertilité des sols, le stockage de carbone et les contrôles des émissions des gaz à effet de serre, et ii/ en aval, la production de molécules, de fibres et de matériaux agro-sourcés. L’ensemble des actions de FARE s’inscrit dans le développement national et européen des économies circulaires et soutenables.

Effectif (au 1er février 2018)

6 enseignants-chercheurs URCA, 6 chercheurs INRA, 2 ingénieurs de recherche INRA et URCA, 14 IATOS; dont 13 INRA

Mots clés (ordre alphabétique – cartographie 2018)

Agromatériaux - Analyses omiques (méta/ génomique, transcriptomique, protéomique) - Biodégradation - Bioéconomie - Biogéochimie - Biomasse lignocellulosique - Biomolécules - Bioraffinerie - Cellulose - Compromis entre services écosystémiques et technologiques - Couches de polymères minces (Langmuir-Blodgett, spin-coating, Layer-by-layer) - Cycles C et N - Décomposition -Déconstruction - Emissions de gaz à effet de serre - Enzyme - Extrusion - Fermentation en milieu solide - Fibres naturelles - Fonctionnalisation enzymatique - Fractionnement enzymatique - Hémicelluloses - Lignines - Lignocelluloses - Métabolites secondaires - Microorganismes lignocellulolytiques - Microscopie confocale - Modélisation de la biodégradation - Modélisation 4D de la déconstruction de biomasse - Nanomatériaux - Oxydation - Parois végétales - Pentoses fonctionnalisés - Physico-chimie des polymères - Propriétés de surface - Propriétés mécaniques - Propriétés thermomécaniques - Résidus de culture - Rhéologie - Rouissage - Sols - Sondes fluorescentes - Spectroscopies infrarouge, fluorescence, UV - Traçage isotopique 15N, 13C - Traitement d’image 4D (espace + t)

Thématiques de recherche

FARE travaille sur deux sujets, liés à l'agroécologie et à la bioéconomie :

Le premier thème concerne l'étude des processus biologiques de déconstruction ou biodégradation de la biomasse lignocellulosique (au champ ou en réacteur). Les approches utilisées sont i/ phénoménologiques et mécanistiques (interaction et coopération entre macro et microbiome, entre consortiums microbiens et enzymatiques) et ii/ de modélisation des systèmes (modélisation structurelle de la dynamique de la déconstruction biologique des parois cellulaires végétales, modélisation de la décomposition et de l'efficacité enzymatique dans les sols, modélisation de la croissance microbienne sur lignocellulose).

Le deuxième thème porte sur l'utilisation de produits de fractionnement obtenus à partir de la lignocellulose pour la chimie et les matériaux. Un point clé est la recherche de fonctionnalités intrinsèques à ces fractions (propriétés antioxydantes tensio-actives, filmogènes et optiques, etc.) ou conçues par une transformation / modification ciblée et raisonnée (compatibilisation de composites, réactivité et distribution de taille de fibres, etc.). Le procédé considéré peut être biologique (enzymes, microorganismes), physico-chimique (auto-assemblages de polymères, extrusion), ou une combinaison d’opérations unitaires (réactions chimio-enzymatiques, extrusion réactive, etc.). Les applications ciblées sont des molécules, des polymères et des matériaux à haute valeur ajoutée avec de nouvelles propriétés, principalement sur la base des recherches de FARE et des brevets antérieurs (molécules de nanomatériaux et tensioactifs biosourcés, matériaux fibreux ...).

Pour compléter les deux thématiques principales, deux défis transversaux sont mis en œuvre : i/ intégrer les connaissances, orienter les stratégies expérimentales et les décisions par des approches de modélisation; ii/ gérer conjointement la qualité environnementale et technologique de la biomasse lignocellulosique lors de sa transformation et de ses usages (services écosystémiques et éconconception des produits).

Savoir faire

Microbiologie, enzymologie et omiques

• Microbiologie : cultures de bactéries et champignons filamenteux, fermentations liquide et solide, physiologie microbienne
• Biologie moléculaire : production et purification d’enzymes sauvages et recombinantes, approches omiques (transcriptomique, génomique, protéomique, métabolomique, …)
• Biocatalyse : fractionnement enzymatique et physico-chimique des lignocelluloses, fonctionnalisation enzymatique

Biochimie et modélisation de la déconstruction des lignocelluloses

• Biochimie, physico-chimie et micromécanique des parois et des fibres végétales
• Extraction, caractérisation et assemblages de polymères lignocellulosiques
• Mesure de propriétés aux interfaces
• Méthodes physiques et microscopiques de suivi de la diffusion d’enzymes en milieux complexes
• Modélisation 4D (espace + temps) de la déconstruction des parois végétales
• Traitement d'image 4D (3D + temps) - techniques numériques

Ingénierie et conception d’agromatériaux et de nanomatériaux

• Production et caractérisation de nanofibrilles de celluloses
• Conception de matériaux nanostructurés
• Production de matériaux agrosourcés par extrusion et injection
• Modélisation des phénomènes physiques et thermiques en extrudeur
• Caractérisations à différentes échelles des propriétés d’usage et fonctionnelles des nouveaux matériaux

Biogéochimie du sol

• Utilisation d’isotopes stables (13C, 15N) et analyse isotopique, analyse spectrales (UV/Vis/IR)
• Caractérisation chimique des sols et des litières, mesure de minéralisation du C et du N en conditions contrôlées ; quantification de biomasse végétale in situ
• Modélisation des cycles du carbone et de l’azote et des interactions microorganismes-substrats
• Agrément d’activités en confinement.

Equipements remarquables

Analyses chimique

• Analyseurs de C et N solubles
• Extracteur van Soest automatisé
• Chromatographies phase gazeuse, liquide, d’exclusion stérique
• Spectromètres de masses (analyse isotopique, et SM couplé à la chromatographie gazeuse)
• Spectrophotomètres fluorescence, UV/Visible , infrarouges (proche et lointain)

Analyses physiques et thermiques

• Analyseur de diffusion de lumière multi-angle
• Balance de sorption d’eau
• Ellipsomètre spectroscopique
• Résonance des plasmons de surface
• Tensiomètres, , Balance de Langmuir, Langmuir-Blodgett, Spin-coater
• Rhéomètre plan-plan
• DMA, DSC, ATG

Analyses mécaniques morphologiques

• Bancs de traction et d’analyse mécanique des solides
• Banc de microtraction pour analyse de fibres
• Scanner de dimension et morphologie des fibres
• Analyseur MorFi

Microscopies

• Microspectrophotomètres UV
• Microscope confocal de fluorescence
• Microscope à lumière polarisée

Mise en forme de matériaux

• Mélange interne
• Microinjection d’éprouvettes
• Micro-extrudeuses monovis et extrudeuse bivis de laboratoire

Biotechnologies – Microbiologie du sol

• Bioréacteurs (1L à 20 L)
• Fermenteur en milieu solide (jusqu’à 20 kg)
• Thermocycleurs, appareil q-PCR
• Incubateurs pour cultures microbiennes
• Incubateurs de sols instrumentés

Brevets

Delville J., Bliard C., Joly C., Dole P. (2000). Method for preparing a starch-based material, and resulting material - W0 0183610

Dufrancatel L., Kannengiesser P., Yhuel G., Marinkovic S., Estrine, B., Dole P. (2010). Novel oligomers, method for preparation thereof and use thereof for fluidifying and/or improving the stability of polymeric compositions - WO 2012062809

Remond Zilliox C., Ochs M., Muzard M., Plantier Royon R., Estrine B. (2010). Preparing surfactant compositions, comprises e.g. mixing lignocellulosic annual and perennial plant materials with water, contacting solution with strain or enzyme having xylanase activity to give composition of alkyl polypentosides - FR 2967164

Aguié-Béghin, V., Hambardzumyan A., Chabbert B., Foulon L. (2011). Films transparents et absorbeurs d’UV. Brevet déposé en France par l’Institut National de Recherche Agronomique (INRA) et l'Université Champagne Ardennes (URCA), n° 11 54299. 17/05/2011.

Dufrancatel, L., Kannengiesser, L., Yhuel, G., Marinkovic, S., Estrine B. ,Dole P. (2011). Novel compounds, method for preparation thereof and use thereof for preparing polymers useful for increasing heat resistance of polymeric composition - WO 2012062799

Tighzert, L., Berzin, F., Risse S., Vitofrancesco M. (2013). Composition à base de polymères agro-sourcés et biodégradables. Université de Reims Champagne Ardenne. Dépôt électronique INPI 117/12/2013

Gimbert, I., Raouche S., Sigoillot J.C., Zhou S., Copinet E., Rouches E., Carrere H. (2015). Prétraitement de biomasse lignocellulosique avec des champignons filamenteux pour la production de bioénergies. FR1460472

Partenariats

Entreprises privées

Faurecia ; APM (Automotive Performance Materials); FRD (Fibres Recherches et Développement) ; La Chanvrière de l’Aube ; Agrafes CB ; ARD (Agro-industrie Recherches et Développement) ; Coperion K-TRon; Plastique d'Argonne ; Sciences Computer Consultants ; Verallia ; VITO (NL) ; AVANTIUM (NL) ; CERTECH (BE)

Académiques

Nationaux :

• Université de Bretagne Sud : IRDL (Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Université de Picardie Jules Verne : GEC (Génie Enzymatique et Cellulaire) ; UMR CNRS 6022 - BIOPI (Laboratoire de Biologie des Plantes & Innovation)
• Université de Technologie de Compiègne : GEC (Génie Enzymatique et Cellulaire), UMR CNRS 6022
• Laboratoires et UMR CNRS : CERMAV (Grenoble), UGSF Lille (Unité de Glycobiologie Structurale et fonctionnelle)
• Grandes écoles : AgroParisTech, Centrale Supelec; Mines ParisTech, IMT Mines Alès
• Autres organismes et Instituts : CRITT Matériaux, Dépôt et Traitement de Surface (MDTS, Charleville) ; IFP Energies Nouvelles
• Laboratoires de l'Université Reims Champagne - Ardenne: ICMR (Institut de Chimie Moléculaire de Reims), UMR CNRS 7312 ; GRESPI (Groupe de Recherche en Sciences pour l’Ingénieur), LRN (Laboratoire de Recherches en Nanosciences)
• Laboratoires et UMR INRA : BBF Marseille (Biotechnologie Biodiversité Fongique) ; BIA Nantes (Biopolymères Interactions Assemblages) ; GMPA Thiverval-Grignon (Génie et Microbiologie des Procédés Alimentaires) ; IATE Montpellier (Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes) ; I2M Bordeaux (Institut de Mécanique et d'Ingénierie) ; IJPB Versailles (Institut, Jean-Pierre Bourgin) ; LISBP Toulouse (Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés); EGC Thiverval-Grignon (Environnement et Grandes Cultures)

Internationaux :

• Université de Brême (Allemagne) - Pr. Jörg Müssig
• Université de Liège (Belgique), Gembloux Agro-Bio Tech. Dr. F. Delvigne et Pr. P. Jacques
• Université de Lund (Suède) - Pr. M. Ohlin
• Université d’Umea (Suède) – Dr. Sacha Escamez
• Université de Wageningen (PaysBas): Dr. R Gosselink
• Université BOKU Vienne (Autriche) - Dr. Johannes Konnerth
• Université d’Altoo (Finlande) – Pr. Monika Österberg
• niversité de Toledo (Ohio, Etats-Unis) - Pr. Daryl Moorhead
• Université de Madison (Wisconsin, Etats-Unis) - Pr. John Ralph
• Université de Floride Centre, Orlando (Floride, Etats-Unis), Dr Laurene Tetard
• Université du Tennessee, Knoxville (Tennessee, Etats-Unis), Pr. NicoleLabbe
• US Department of Agriculture, Forest Service (Etats-Unis) – Dr. Christopher G. Hunt
• Agriculture and Agri-Food Canada (Canada) – Dr. D. Wade Abbott
• Université Fédérale de Santa Maria (Brésil) – Pr. S. Giacomini
• Institut Scion (Nouvelle Zélande) - Dr.Lloyd Donaldson
• Université de Kyoto (Japon) - Dr. Arata Yoshinaga
• Université de Mahidol (Thailande), Dr. Taweechai Amornsakchai

Spécificités

• Membre du CEBB de Pomacle-Bazancourt, via la chaire URCA AFERE (Agroressource Fermentation Enzymes), composante de FARE
• Membre de l’Institut Carnot 3BCAR
• UMR rattachée à deux départements de recherche de l’INRA :
  • Caractérisation et élaboration de produits issus de l’agriculture (CEPIA)
  • Environnement et Agronomie (EA)

Date de mise à jour : mars 2018

Organigramme