Valorisation durable des biomasses agroforestières par bioconversion fongique : production de mycoprotéines pour des applications en matériaux et agents texturants

L’essor de la bioéconomie circulaire repose sur la valorisation efficace des ressources renouvelables. Les résidus agroforestiers sont des biomasses, riches en polysaccharides structuraux (cellulose, hémicellulose) et en composés phénoliques, présentent un fort potentiel pour la production de biomatériaux et d’ingrédients fonctionnels. Toutefois, leur exploitation industrielle reste limitée en raison des défis liés à leur conversion en produits de haute valeur ajoutée (Dashtban et al., 2009). La bioconversion fongique offre une approche prometteuse pour transformer ces biomasses en mycoprotéines, qui combinent une teneur élevée en protéines (jusqu’à 50 % du poids sec selon les souches) et la présence de polysaccharides d’intérêt tels que des β-glucanes et/ou de la chitine (Finnigan et al., 2019). La littérature existante s’est principalement concentrée sur l’utilisation des mycoprotéines dans l’industrie alimentaire (Fusarium venenatum, Neurospora intermedia) et dans quelques applications pharmaceutiques (immunomodulation des β-glucanes) (Ahmad et al., 2022 ; Majumber et al., 2024). En revanche, leur exploitation dans le domaine des matériaux biosourcés et des agents texturants est encore largement sous-explorée. Contrairement aux approches classiques (Linder, 2024), qui se focalisent sur la production de mycoprotéines en tant qu’alternative aux protéines animales, ce projet explore donc une double valorisation :

• Matériaux biosourcés : L’intégration des mycoprotéines dans la conception de matériaux composites est encore peu étudiée, alors que des travaux préliminaires ont montré que la structure fibreuse du mycélium confère des propriétés mécaniques et thermiques intéressantes (Haneef et al., 2017).
• Agents texturants : Les propriétés rhéologiques des mycoprotéines sont généralement sous-exploitées dans l’industrie agroalimentaire, alors que certaines études suggèrent un potentiel gélifiant et épaississant comparable à celui des hydrocolloïdes traditionnels (Wang et al., 2023).

Le projet de thèse, en codirection avec Grenoble INP (LGP2, PAGORA) se distingue par une approche intégrée, alliant biotechnologies, science des matériaux et ingénierie des procédés. Il vise à (i) optimiser la valorisation des biomasses agroforestières en diversifiant leurs débouchés industriels ; (ii) élargir les applications des mycoprotéines, au-delà du secteur agroalimentaire ; (iii) renforcer la transition vers une bioéconomie durable dans la valorisation des ressources agroforestières. Le travail de recherche visera en trois ans à :

1. Optimiser la bioconversion fongique de biomasses agroforestières (incluant des co-produits) afin d’améliorer le rendement et la qualité structurale des mycoprotéines.

• Sélection des biomasses agroforestières et des coproduits.
• Sélection de souches de Fusarium, Aspergillus, Rhizopus et Trametes, connues pour leur efficacité en bioconversion des substrats lignocellulosiques.
• Modification éventuelle des souches (mutagène dirigée, ingénierie métabolique) afin d’améliorer leur efficacité en bioconversion.
• Développement de conditions de culture optimisées (substrats, aération, agitation) pour maximiser la production de biomasse et la synthèse de protéines et polysaccharides d’intérêt.

2. Caractérisation biochimique des mycoprotéines fongiques

• Analyse de la composition chimique des biomasses agroforestières et des mycoprotéines (FTIR, HPLC, GC, LC, électrophorèse 1/2D, …).
• Caractérisation des mycoprotéines via RMN, DRX, DSC, MALS, … pour évaluer leur structure moléculaire et leurs interactions dans les matériaux composites.

3. Développement des applications en matériaux biosourcés et agents texturants

• Formuler puis évaluer les propriétés mécaniques et fonctionnelles des matériaux mycéliens (tests de traction et compression, thermiques, e.g. TGA, DSC, et microstructurales, e.g. MEB, XRD, pour des applications notamment dans les biocomposites, super-absorbants et aérogels.
•  Caractériser les propriétés texturantes et rhéologiques (viscosité, comportement gélifiant, …) en solution des mycoprotéines afin d’explorer leur intégration dans des formulations alimentaires et cosmétiques. 
• Comparaison à des standards individuels.

L’Institut Pascal fédère l’ensemble des forces en présence dans le domaine de l’ingénierie sur le site de Clermont Ferrand. Cet institut comprend 5 axes dont l'axe « Génie des Procédés, Énergétique et Biosystèmes » (GePEB) où sera réalisé l’ensemble du travail de thèse. Ce groupe, comprend aujourd’hui 25 chercheurs permanents, 20 à 30 doctorants, post-docs, chercheurs sous contrat et des étudiants en master. L’axe GePEB focalise son activité sur des problématiques de génie des procédés et des bioprocédés et adresse des domaines d’application nombreux, tels que la production de vecteurs énergétiques, les matériaux biosourcés, l’environnement, les procédés alimentaires et les écosystèmes clos artificiels. L’axe GePEB est structuré autour de trois thèmes principaux dont le thème Biomolécules, Bioraffinage, Matériaux Biosourcés (4Bio ; http://www.institutpascal.uca.fr/index.php/fr/60-gepeb/515-4bio).

Cette thématique s’intéresse à la production, l’extraction, la purification et la caractérisation de biomolécules telles que des protéines et polysaccharides issus de biomasses végétales et microbiennes. Leur mise en œuvre comme agents biologiques, techno-fonctionnels et matériaux est abordée dans une optique de compréhension de relations structures/fonctions.

Dans le cadre d’une approche multi-échelles, les travaux menés :

1. impliquent le développement de schémas de procédés pour l’extraction sélective et fractionnée des différentes classes de biomolécules,
2. nécessitent la mise en œuvre d’outils analytiques complexes pour la caractérisation structurale des biomolécules,
3. sont basés sur les sciences pour l’ingénieur (génie des procédés, rhéologie, microbiologie industrielle…) et les sciences de la vie (biochimie structurale, génie enzymatique, microbiologie).

Les applications des travaux sont multiples et portent sur des domaines variés :

1. les procédés de fractionnement de biomasses végétales ou microbiennes selon une stratégie de bioraffinage,
2. les procédés de purification fine de biomolécules par des techniques de filtration et chromatographie,
3. l’utilisation de biomolécules dans différents champs d’applications (actifs biologiques, hydrocolloïdes, matériaux biosourcés).

Le/La candidat.e aura un master ou diplôme d'ingénieur en Génie Biologique et/ou Biotechnologies. Une première expérience en bioconversion, microbiologie industrielle, glycosciences et/ou biochimique sera la bienvenue mais n’est pas indispensable.