Pour produire de l'heptane sans utiliser la moindre goutte de pétrole, les chercheurs du CEA, du CNRS et d'Aix Marseille Université, réunis au BIAM (Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille) ont conçu un procédé inédit combinant biologie synthétique, lumière et co-culture microbienne : une première bactérie fabrique un précurseur, l'acide octanoïque, qu'une seconde transforme en heptane grâce à une photoenzyme, c'est-à-dire une enzyme utilisant la lumière comme source d'énergie. Testé en photobioréacteur, ce système a permis d'obtenir un rendement record.
Aujourd'hui produit par distillation du pétrole, l'heptane est un composant majeur des carburants, notamment aéronautiques, et sert aussi de solvant industriel. Sa production biosourcée ouvre ainsi des perspectives pour réduire les émissions de CO₂ –puisqu'il capte directement celui déjà présent dans l'atmosphère – tout en limitant l'usage de catalyseurs et procédés chimiques.
Des leviers technologiques clés
Cette avancée repose sur plusieurs innovations :
- un promoteur activé par la lumière bleue, qui déclenche et entretient la production comme un simple interrupteur tout en remplaçant des inducteurs chimiques coûteux ;
- Des rendements de productions multipliés par 12 lorsque l'enzyme centrale, la Fatty Acid Photodecarboxylase (FAP), est fusionnée avec une autre protéine, la thiorédoxine ;
- une stratégie de co-culture qui multiplie par 14 la production en répartissant la biosynthèse sur deux bactéries complémentaires.
Ces résultats s'appuient sur trente ans de savoir-faire dans le domaine des biotechnologies et plus d'une décennie de recherche fondamentale consacrée à la découverte et à l'exploration de la FAP. Décrypter son mécanisme, révéler son activité spécifique sur l'acide octanoïque, ou encore étudier sa diversité naturelle ont constitué autant de jalons nécessaires pour aboutir à cette preuve de concept.
Vers une chimie et des carburants durables
Le système bactérien développé s'est montré stable et reproductible sur plusieurs jours, un élément essentiel pour envisager un futur passage à l'échelle. Autre atout majeur de cette approche : sa production sélective d'heptane pur permet de réduire les coûts des procédés de purification contrairement à d'autres procédés biologiques.
L'heptane biosourcé issu de ce procédé pourrait ainsi ouvrir des perspectives pour la production de solvants verts et d'autres composés d'intérêt industriel mais aussi contribuer au développement de carburants alternatifs durables, notamment pour l'aviation (SAF).
À cette fin, les chercheurs travaillent déjà sur des pistes pour accroître encore les performances du système : gestion optimisée de la lumière, évolution dirigée de la FAP pour accroître sa robustesse, ou intégration directe des gènes dans le génome bactérien afin de simplifier encore les procédés.