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1. Quel est l’objectif du projet de recherche ?
Nous avons l’ambition d’identifier un bois dont la transformation en pâte à papier ou la valorisation en biocarburant permettra de répondre aux besoins de la société tout en limitant les impacts sur l’environnement.
2. Quel est l’objectif de cet essai ?
Nous souhaitons préciser nos connaissances sur le rôle des lignines vis-à-vis de la croissance et du développement des arbres en conditions naturelles, et des propriétés du bois, notamment en ce qui concerne la production de biocarburants de seconde génération.
Il est également prévu d’évaluer les conséquences environnementales de la modification des lignines sur la dégradabilité du bois et les défenses de l’arbre face aux champignons et aux insectes. Ces connaissances pourront être utiles pour d’autres espèces que le peuplier et valorisées dans le cadre de programmes d’amélioration des arbres forestiers.
3. La lignine, à quoi ça sert ?
La lignine constitue de 15 à 36 % de la matière sèche du bois. Elle permet d’imperméabiliser les parois des vaisseaux et rend ainsi possible le transport de la sève sur de grandes distances, des racines jusqu’aux branches. La lignine influe également sur les propriétés mécaniques des fibres de bois, nécessaires à l’édification du tronc et au soutien de l'arbre. Enfin, la lignine aide l’arbre à se défendre contre l’attaque des champignons et des insectes.
Ainsi toute modification de la lignine du bois entraîne potentiellement des répercussions importantes sur la croissance et le développement des arbres.
4. Quelle relation entre lignine et bioéthanol ?
Les biocarburants de seconde génération issus de biomasse ligno-cellulosique renouvelable telle que le bois offrent une alternative intéressante aux sources conventionnelles en énergie pour réduire la consommation de combustibles fossiles.
La production de bioéthanol se décompose en plusieurs étapes : un prétraitement acide du bois ouvre les structures de la paroi ligno-cellulosique et casse les interactions entre lignines et polysaccharides (cellulose + hémicellulose) ; ce prétraitement facilite l’action des enzymes hydrolytiques qui découpent les polysaccharides de la paroi en sucres simples ; enfin, ces sucres simples sont soumis à une fermentation qui mène à la production de bioéthanol.
> en savoir plus sur la transformation en bioéthanol
Toutefois, le prétraitement acide initial entraîne également la production de substances capables d’inhiber la dernière étape de fermentation. Des travaux récents suggèrent qu’en modifiant la lignine, les autres composants de la paroi seraient plus accessibles aux enzymes hydrolytiques. Cela permettrait ainsi de supprimer le prétraitement acide et les problèmes associés d’inhibition de la fermentation. L’efficacité de la production d’éthanol à partir d’une ressource renouvelable serait ainsi augmentée. De plus, cette méthode permettrait de diminuer les impacts environnementaux liés aux résidus des traitements par l’acide.
5. Quel intérêt d’utiliser des arbres pour la production de biocarburants ?
L’utilisation des arbres pour produire des biocarburants nécessite peu d’énergie et d’intrants. Les arbres peuvent être plantés sur des terres trop pauvres pour l’agriculture, évitant ainsi une compétition pour l’espace agricole entre cultures alimentaires et cultures énergétiques.
6. Pourquoi le peuplier ?
Le peuplier est une espèce modèle pour les chercheurs du monde entier. De nombreuses connaissances ont été accumulées sur cette espèce. Il est, par exemple, le seul arbre dont le génome est séquencé, ce qui permet d’accéder grâce à cette espèce, à l’ensemble des gènes impliqués dans la formation du bois. Les connaissances acquises pourront être appliquées à d’autres espèces ligneuses.
Egalement, le peuplier a une croissance rapide (pour un arbre), ce qui permet de réaliser des évaluations sur des individus déjà grands après seulement quelques années.
7. Pourquoi un essai au champ ?
Les arbres sont des végétaux de grande taille qui vivent longtemps. Seuls les jeunes arbres âgés de quelques mois peuvent être étudiés en serre. La croissance des plants plus âgés étant limitée par la taille de la serre, il n’est pas possible de produire suffisamment de bois pour comprendre le rôle des lignines aux différents stades de développement de l’arbre.
De plus, il est nécessaire de planter les arbres en conditions naturelles pour qu'ils soient confrontés au cours des saisons à un ensemble de contraintes environnementales telles que le gel, la sécheresse ou le vent. Les modifications apportées au niveau des lignines peuvent avoir des conséquences importantes sur la croissance et le développement des arbres en conditions naturelles, qui ne seront pas forcément apparentes dans les conditions optimales de la serre. C’est pourquoi l’évaluation agronomique aux champs des peupliers à lignines modifiées est un des objectifs principaux de cet essai.
8. Quelle est la durée de cet essai ? Quelle est la surface impliquée ?
L’autorisation de l’essai est demandée pour cinq années. L’essai conduit antérieurement a permis de montrer l’intérêt de la modification des lignines sur la qualité du bois pour une utilisation papetière (production d’un papier de meilleure qualité avec réduction des coûts et des polluants). Pour l’expérimentation future, les arbres seront conduits en taillis à courte rotation (5 ans) et l’évaluation portera sur une autre utilisation du bois, à savoir la production de bioéthanol. La surface du champ d’expérience restera inchangée, soit 1400 m2, qui est le minimum requis pour permettre les analyses statistiques.
9. Pourquoi une évaluation environnementale ?
Du fait de l’importance des lignines dans la physiologie de l’arbre (conduction, support, défense…), le fait de modifier les lignines peut avoir des effets au niveau de l’environnement de la plante, telle que la dégradabilité du bois mort et des feuilles mortes, ou une modification dans la capacité de défense de l’arbre vis-à-vis de champignons ou d’insectes… Il est prévu d’évaluer ces différents aspects en collaboration avec des universités suédoises (Department of Animal Ecology, Swedish University of Agricultural Sciences ; Department of Ecology and Environmental Sciences, Umeå University).
10. Pourquoi avoir choisi le centre Inra d’Orléans ?
Les chercheurs de l’Inra d’Orléans travaillent depuis plus de trente ans sur le peuplier. Ils concentrent leurs efforts sur un programme d’amélioration génétique du peuplier par des méthodes naturelles. Notamment, des recherches de niveau international sont actuellement menées en vue d’obtenir une résistance durable à une maladie (la rouille) très répandue chez les peupliers. Par ailleurs, les chercheurs mènent des travaux sur la biodiversité dans les populations autochtones de peupliers en s’intéressant notamment aux flux de gènes entre peupleraies cultivées et peuplements naturels de peupliers noirs.
L’évaluation de peupliers OGM n’est de fait qu’une partie restreinte des recherches menées sur Orléans. S’appuyant sur ces compétences en culture du peuplier, les chercheurs et techniciens du centre d’Orléans ont acquis une expertise de plus de quinze ans, unique en France, sur la conception, la mise en place et le suivi d’essais de peupliers OGM ainsi que la destruction du matériel végétal en fin d’expérience. Les travaux de recherche sont réalisés dans le cadre de collaborations internationales et ont été financés par plusieurs projets européens.
11. Quels risques de dissémination dans l’environnement ?
La variété de peuplier que nous avons transformée existe dans la nature et ne produit pas de pollen. Ces arbres peuvent produire des fleurs femelles après 5 à 6 ans de culture. Les fleurs précoces qui apparaîtraient éventuellement en fin d’essai seront toutes éliminées par la taille.
La dissémination par voie végétative, principalement par drageonnage, est contrôlée de manière régulière. L’expérimentation achevée, les arbres seront coupés et les souches arrachées. L’ensemble sera brûlé.
12. Quelle information auprès du public ?
Le projet a fait l’objet d’une enquête publique et les objectifs sont détaillés dans un document scientifique accessible à tous. Les recherches sont menées dans la plus grande transparence. Des visites du site seront organisées chaque année auprès du public. Les chercheurs se rendent disponibles pour expliquer les nouvelles connaissances acquises et participer aux débats avec le public.
13. Quelle utilisation des résultats ?
Les résultats de l’essai mené à Orléans seront largement diffusés. Ils contribueront à faire progresser les connaissances sur les propriétés du bois chez le peuplier et chez les arbres en général. Si les résultats sur la production de biocarburant de seconde génération étaient prometteurs, plusieurs solutions seraient envisageables.
La première serait d’identifier, au sein de populations naturelles, des arbres présentant spontanément les caractères génétiques recherchés puis de les intégrer dans le programme de sélection conventionnelle développé à Orléans.
Si ces caractères génétiques n’étaient pas présents au sein de la diversité génétique naturelle, la seconde solution serait d’envisager une autre voie biotechnologique dans la mesure où celle-ci serait jugée avantageuse par la société, aux termes d’une analyse des bénéfices et impacts attendus et des risques éventuels.
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