PEPR B-BEST FillingGaps (ANR-23-PEBB-0006, 2023-2026)

Dans un contexte de réduction de l’utilisation des énergies fossiles, la biomasse issue de végétaux ou d’algues est une alternative prometteuse pour la production de molécules d’intérêt spécifique ou de carburant. Cependant, les processus de transformation de cette biomasse restent encore largement incompris, et dépendent largement de la composition, des propriétés physico-chimiques, et de l’organisation spatiale à différentes échelles (tissus, cellules, assemblages, molécules…). L’objectif du projet FillingGaps est de développer des approches de caractérisation de ces propriétés, pour des espèces de biomasse représentatives et à différentes échelles. Le but final est de mettre en évidence des marqueurs des propriétés et de la réactivité de la biomasse. Cela implique le développement et l’application d’outils de caractérisation originaux, avec les traitements numériques associés, qui fourniront des informations à des échelles complémentaires. Dans un contexte de réduction de l’utilisation des énergies fossiles, la biomasse issue de végétaux ou d’algues est une alternative prometteuse pour la production de molécules d’intérêt spécifique ou de carburant. Cependant, les processus de transformation de cette biomasse restent encore largement incompris, et dépendent largement de la composition, des propriétés physico-chimiques, et de l’organisation spatiale à différentes échelles (tissus, cellules, assemblages, molécules…). L’objectif du projet FillingGaps est de développer des approches de caractérisation de ces propriétés, pour des espèces de biomasse représentatives et à différentes échelles. Le but final est de mettre en évidence des marqueurs des propriétés et de la réactivité de la biomasse. Cela implique le développement et l’application d’outils de caractérisation originaux, avec les traitements numériques associés, qui fourniront des informations à des échelles complémentaires.

Un premier axe du projet comprend le choix de biomasses de référence sur la base de leur intérêt pour le développement d'une large gamme de bioproduits et de leur disponibilité en France et dans l'UE. Il comprend également un inventaire des méthodes de caractérisation les plus pertinentes pour acquérir des informations, dans le but de combiner des données structurales et chimiques à différentes échelles. L’enjeu est de proposer à terme à une boîte à outils de méthodes avec les protocoles associés. Le deuxième axe concerne l’application méthodes existantes pour quantifier différentes caractéristiques, ainsi que le développement de méthodes originales à des échelles inexplorées en fonction des biomasses considérées. Cela implique notamment le développement de méthodes d'imagerie complémentaires et corrélatives. Un troisième axe se concentre sur l’intégration des données multi-échelles issues des différentes modalités de caractérisation des biomasses (imageries, spectroscopies…), et sur des approches de modélisation des propriétés de la biomasse. Différentes approches théoriques et numériques sont explorées. Enfin le quatrième axe concerne l’identification de marqueurs liés aux propriétés des biomasses modèles, recherchés par analyses corrélatives multivariées notamment, dans les matrices de caractères biochimiques, spectraux, structuraux et morphologiques. Ces analyses statistiques souligneront éventuellement aussi de nouvelles connexions entre les échelles couvertes.

Au sein de l’unité BIA, les premiers travaux ont permis de conforter la pertinence de méthodologies déjà expérimentées (imagerie par macroscopie et macroscopie de fluorescence), et de mettre en place de nouveaux outils de caractérisation. Ainsi, la micro-imagerie par RMN permet, via des méthodes d’imagerie paramétriques et quantitatives, une caractérisation de l’état d’hydratation (distribution et mobilité de l’eau) de tissus et matrices d’origine biologique, avec une résolution spatiale de l’ordre de quelques dizaines de µm. Cette approche est complétée par de la microscopie à force atomique (AFM), qui permet une caractérisation topographique et mécanique à l'échelle nanométrique ; de la spectroscopie Raman, qui fournit des informations sur la composition chimique et l'organisation moléculaire ; et de l'imagerie par spectrométrie de masse (MSI), qui permet l'identification et la localisation de biomolécules spécifiques et la détection de l'activité enzymatique locale. Des développements spécifiques sont en cours pour permettre d’exploiter pleinement les informations générées par les modalités analytiques : imagerie corrélative Raman-MSI-AFM, prétraitements et modélisation spécifiques aux signaux RMN, mise en place d’outils ergonomiques d’exploration des données d’imagerie…

Les premiers résultats des travaux menés à BIBS ont été communiqués lors de congrès nationaux et internationaux :

• Morel, O.* ,Fanuel, M.*, Legland, D.*, Rogniaux,H.*, D’Orlando, A.* (2025) Multi-modal and multi-scale analysis of the parietal structure of plant biomass for a better understanding of its degradability, Journée Scientifique de la Société Française de Microscopie, Juin 2025, Toulouse, France (oral) ⟨hal-05190248⟩
• Deborde, C.*; Jouanneau, D.; Rodrigues De Araujo Alves Cruz, L.; Bresson, A.; Girousse, C.; Le Gouis, J.; Chateigner-Boutin A.-L. (2025) Exploration of seaweed and wheat grain by magnetic resonance imaging: Preliminary results. GERM 2025, Autrans, France : 2025/06/2-6 (poster) ⟨hal-05189983⟩
• Morel, O.; Fanuel, M.; Legland, D.; Rogniaux, H.; D’Orlando, A.; Brionne, L.; Miotes, O.; Alvarado, C.; Bonnin, E.; Vimenet, L.; Vinter, F.; Falourd, X.; Sibout, R.*; Guillon, F.; Devaux, M-F.; Deborde, C. (2025) Multi-modal and multi-scale analysis of plant biomass for a better understanding of its degradability. International Conference on Plant Cell Wall Biology. University of British Columbia, Vancouver, BC, Canada ; 2025/07/ 6-10 (Poster)
• Deborde, C.*, Boulgsoa, A.*, Devaux, M-F.*, Guillon, F.*, Legland, D.*, Foucat, L.*. Magnetic resonance imaging of node and internode in maize stalk. 4^th International Plant Spectroscopy Conference, Sep 2024, Vienna, Austria. <hal-04718891v1> (prix poster)

L’implication de l’unité BIA (INRAE Nantes) repose sur deux équipes : BIBS et PVPP.

• BIBS : Pilotage, imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire (µIRM), imagerie par spectrométrie de masse (MALDI), Microscopie de Force Atomique (AFM), Spectroscopie RAMAN, Macroscopie, développement d’application pour le traitement d’image + application aux biomasses de maïs, macro algue et peuplier.
• PVPP : Modèles maïs et peuplier.

Coordination : BIA, BIBS David LEGLAND, PVPP Richard SIBOUT

• Partenaires :

  • UMR FARE, INRAE Reims

  • IFP Energies Nouvelles, Solaize

  • Institut National Polytechnique de Toulouse, Toulouse

  • Station Biologique de Roscoff, Roscoff

  • IJPB, INRAE Versailles

  • MORPHEME,INRIA Sophia-Antipolis

  • Synchrotron SOLEIL, Saclay

Type de financement : ANR PEPR B-BEST (Programme et Equipement Prioritaire de Recherche Biomasse, biotechnologies, technologies pour la chimie verte et les énergies renouvelables)  (Mai 2023 à Juillet 2028)

Contact: David Legland