Biotechnologie et application 1. La signification économique ......Cours de biotechnologie et application 2.L .M. D 1 Biotechnologie et application 1. La signification économique

Cours de biotechnologie et application 2.L .M. D

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Biotechnologie et application

1. La signification économique des microorganismes

1.1. Les micro-organismes dans les processus agro-industriels Les micro-organismes et les produits microbiens jouent un rôle essentiel dans une série de processus agro-industriels. Ils sont utilisés comme engrais biologiques (aussi appelés bio-inoculant) et comme pesticides biologiques et interviennent également dans la bioremédiation et la transformation biologique des déchets organiques en produits à valeur ajoutée. on trouve plusieurs exemples de l'utilisation et de la conservation des microorganismes dans les processus agro-industriels. L'importance que revêt à cet égard

la diversité des micro-organismes y est également mesurée, de même que l'intérêt des pratiques mises en œuvre pour la préserver. Un exemple de fertilisation biologique consiste dans l'application en surface - sur les semences, les sols ou les plantes - de préparations à base de cellules vivantes de

souches microbiennes, obtenues par multiplication artificielle. Il s'agit de coloniser ainsi la rhizosphère ou l'intérieur des plantes pour accélérer la croissance des cultures grâce à un apport ou à une disponibilité accrus d'éléments nutritifs sous une forme facilement assimilable par les végétaux. Les pesticides biologiques, qui sont mis au point à partir d'organismes vivants, y compris les micro-organismes, permettent de protéger les cultures contre les maladies fongiques, bactériennes et virales et contre les insectes, les nématodes et les adventices. Au cours des dernières décennies, des efforts considérables ont été déployés afin d'encourager l'utilisation de pesticides biologiques, de préférence aux pesticides chimiques dont l'usage très intensif et souvent inconsidéré constitue une source de préoccupation majeure pour la santé et l'environnement. Récemment, le statut commercial de pesticides biologiques a été examiné et des progrès ont été accomplis vers l'élimination des principaux obstacles techniques qui freinent le développement et la production de ces produits. Les micro-organismes présents naturellement (bactéries, champignons, algues) sont également utilisés dans le processus de bioremédiation pour dégrader et détoxifier les substances dangereuses pour la santé humaine et l'environnement. Les archées, les bactéries et les champignons ont, par exemple, été utilisés pour le traitement des eaux usées de pressoirs à olives, dont le déversement dans le sol ou dans les égouts engendre une pollution importante du sol et de l'eau. Par ailleurs, des micro-organismes appartenant à des genres différents interviennent dans la transformation biologique des déchets organiques agro-industriels en des produits à valeur ajoutée. Les déchets, en particulier les résidus de récolte et les déjections animales, sont convertis en engrais biologiques (compost), en d'autres métabolites sous l'action des enzymes, en additifs alimentaires, en acides organiques et pigments et en biocarburants.

La demande de nouvelles souches microbiennes à utiliser dans des produits agro-industriels innovants et économiquement viables est en augmentation constante. En particulier, le développement de produits microbiens pouvant compléter les produits chimiques déjà disponibles à l'achat suscite un intérêt croissant. Dans le secteur des inoculants, la recherche sur les rhizobactéries activatrices de croissance et les essais menés sur le terrain dans ce domaine ont ouvert de nouveaux horizons. Des recherches


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plus poussées doivent maintenant se concentrer sur l'amélioration de l'efficacité des engrais et

des pesticides biologiques, en misant à la fois sur la manipulation des agents biologiques et sur l'examen et, si possible, l'amélioration des techniques d'application.

Les micro-organismes dans les processus agro-alimentaire Différents groupes de bactéries peuvent être distingués qui ont des fonctions différentes :

Les bactéries lactiques : utiles dans la fabrication de yaourts et de fromages mais aussi dans

la fabrication d’une boisson le kéfir ou encore la choucroute.

Les bifidobactéries : sont-elles apportées dans les laits fermentés et elles peuvent rester présentes Jusqu’à la date limite de consommation, elles sont aussi à l’origine d’un arôme particulier.

Les corynébactéries : sont présentes sur la croûte des fromages mais aussi peuvent être utilisées

dans la synthèse d’acides aminés. Les bactéries acétiques permettent la fermentation acétique, on peut les retrouver dans le vin ou Encore le cidre sous forme d’un léger voile qui se forme à la surface. Les bactéries propioniques sont nécessaires à l’affinage des fromages à pâte pressée cuite.

Elles sont responsables de la conservation de ces aliments mais leur donnent aussi un goût Particulier. Des microorganismes sont ajoutés lors du procédé de fabrication d’un aliment car ils ont un intérêt pour le produit, notamment les microorganismes utilisés pour la fermentation (Schneider, 2012-2013). Dans le cadre de la fermentation, les microorganismes sont appelés des ferments : il peut s’agir de moisissures, de bactéries ou de levures. Ils sont nécessaires à la fabrication de produits spécifiques pour lesquels on recherche un aspect organoleptique particulier. En effet, les microorganismes utilisés pour effectuer une fermentation métabolisent, en aérobiose Ou en anaérobiose, des substrats de différentes natures (glucides, lipides, protéines) et agissent ainsi sur les propriétés d’un aliment (Branger, 2004). Le but de la fermentation est de modifier un ou plusieurs des caractères suivants :

Aromatisation Acidification Texture Aspect extérieur Propriétés nutritionnelles Stabilisation et conservation (Branger, 2004)


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2. Utilisation des microorganismes dans les fermentations alimentaire

2.1. Pain

2.1.1. La levure

La levure est un champignon microscopique unicellulaire de la famille des ascomycètes.

La levure utilisée en boulangerie appartient au genre Saccharomyces, espèce cerevisiae. La levure Saccharomyces cerevisiae a un cycle biologique particulier. Elle est capable de se multiplier sous deux formes : une forme diploïde (2n = 32 chromosomes) et une forme haploïde (1n = 16 chromosomes).

Les cellules de la levure sont sphériques ou ovales et mesurent environ 1/100eme de millimètre ((a10μm). Dans 1 gramme de levure en pain (culture de levures, concentrée puis pressée), il y a 5 a12 milliards de cellules. Les cellules haploïdes se multiplient en bourgeonnant : la cellule mère bourgeonne une cellule fille plus petite (mitose), mais possédant la même information génétique. Une cellule mère donne ainsi 20 à 25 cellules filles. Il existe des cellules haploïdes "a " et des cellules haploïdes "α " qui correspondent a des Signes sexuels distincts ; c'est la fusion entre une cellule "a " et une " α "qui donne naissance a une cellule diploïde "a/ α ". Tant que l'environnement est favorable, le diploïde se multiplie par bourgeonnement. Si les nutriments viennent a manquer, la cellule repasse en phase haploïde par un processus de méiose. On obtient finalement quatre noyaux haploïdes qui sont inclus dans les spores (ou ascospores) contenues dans un sac appelé asque. L'enveloppe de l'asque se rompt à maturité et libère alors deux cellules "a " et deux cellules " α " qui peuvent recommencer le cycle.

Figure 1 : Schéma de l’organisation cellulaire d’une levure


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La reproduction des levures

Reproduction asexuée

- Mitose par bourgeonnement. C’est le mode de reproduction le plus répandu. Le noyau de la cellule mère se réplique. Il y a apparition d’une hernie sur la cellule mère dans laquelle migre une partie du matériel génétique. L’hernie va alors s’étrangler et se séparer de la cellule mère pour donner une cellule fille. Genre Saccharomyces

Figure 2 : Photographie au MET de levures en cour et en fin de bourgeonnement.

On observe de nombreuses cicatrices sur les cellules, dues à la séparation des cellules.

Figure 3 : Photographie au MET d’une cellule fille de levure en formation par bourgeonnement


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- Mitose par scissiparité : Très rare. L’organisme se divise en 2 simplement.

Genre Schizosaccharomycès

Figure 4 : Schéma d’une mitose par scissiparité de levure.

Reproduction sexuée

Les ascomycètes: Ce sont des levures ascosporogènes appelées encore « levures vraies ».

Leurs spores sont localisées dans des asques (A.M REVOL, 2013).

Figure 5 : Schéma de la reproduction sexuée endomycète de levure.

Les basidiomycètes.

Figure 6 : Schéma de la reproduction sexuée basidiomycète de levure.


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Il y a formation de basidiospores sur des basides.

Levures deutéromycètes : Leur reproduction sexuée est inconnue. Elle comporte le groupe des blastomycètes (A.M REVOL, 2013).

2.1.2. Mode de vie de la levure

2.1.1.1 Développement de la levure

Pour son développement la levure de boulanger a besoin de composes carbones et d'énergie, de composes azotes réduits sous forme d'ammonium. D’éléments minéraux varies, vitamines et facteurs de croissance. La levure a la particularité de pouvoir vivre en présence ou en absence d’air : ces deux processus énergétiques sont la respiration et la fermentation. Elle se nourrit de glucose et de fructose (sucres simples). En présence d’air, la levure respire : elle dégrade les sucres simples (en C6)

présents dans son milieu de vie, par un métabolisme oxydatif qui conduit à la formation d’eau, de gaz carbonique et une grande quantité d’énergie (vie, croissance et multiplication). Respiration aérobie : C6H12O6 + 6 O2 6 H2O + 6 C02 + 686kcal Glucose + Oxygène Eau + Gaz carbonique + Energie Cette voie métabolique est très énergétique et permet aux cellules une importante multiplication.

En l’absence d’air, la levure fermente : grâce a ses enzymes (les zymases), elle dégrade

les sucres simples (en C6) présents dans son milieu de vie, par un métabolisme fermentatif qui conduit a la formation de gaz carbonique, d’alcool et un peu moins d’énergie, Ce métabolisme fermentatif moins énergétique que le métabolisme oxydatif, affecte la multiplication cellulaire mais a l'avantage de permettre a la levure de survivre même en anaérobiose.

C6H12O6 2 C02 + 2 C2H5OH + 27 kcal Glucose Gaz carbonique + Ethanol + Energie

2.1.1.2. Paramètres influençant l’activité levurienne L’hydratation

L’eau facilite l’activité de la levure en améliorant la mobilité des cellules de levure, en dissolvant les constituants fermentescibles et en assurant le contact entre les enzymes et le substrat. La baisse d’hydratation opérée pour maintenir le niveau de consistance lorsqu’on incorpore certains ingrédients comme la matière grasse ou le sucre, diminue l’activité levurienne (=> on augmente l’apport de levure pour compenser cette diminution d’activité)


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Le pH

La plage optimale de pH pour l’activité levurienne se situe entre 4,6 et 6. Dans les pates ensemencées a la levure, le pH varie de 5,2 à 5,7. La température

L’augmentation de la température, jusque 40°C cependant, accélère la fermentation des sucres par la levure. A partir de 50°C (début de la cuisson du pain), l’inactivation des levures commence. En boulangerie française, on considère que la température optimale de fermentation se situe aux environs de 27°C, permettant un compromis entre la vitesse de fermentation (production de gaz) et la qualité technologique des pates (texture). Aux températures basses, proches de 0°C, l’activité est quasiment nulle. La levure se conserve en congélation, a condition que la congélation soit rapide (Surgélation). Une partie des levures congelées dans un produit de panification est cependant détruite en congélation (déshydratation létale des cellules par osmose : la concentration (donc la pression osmotique) du milieu hydrate cristallise (gelé) augmente et l’eau migre de l’intérieur de la cellule a l’extérieur) notamment les levures en phase de bourgeonnement (reproduction asexuée) => on augmente les doses de levure dans les pates destinées a être congelées pour compenser cette létalité.

La pression osmotique et la force ionique

Le sel et les sucres augmentent la pression osmotique et modifient (diminuent) de ce fait l’activité levurienne. Cette augmentation de la pression osmotique conduit a la diffusion de l’eau intracellulaire vers l’extérieur de la cellule, donc a une déshydratation. Les sucres cependant, a des doses inferieures a 10%, active la fermentation. D’autre part, la dissociation du sel dans l’eau (sous forme ionique Na+ et Cl-), contribue à diminuer les activités enzymatiques, donc le fonctionnement de la levure.

La concentration en alcool

L’augmentation de la concentration en alcool au cours de la fermentation auto freine progressivement l’activité levurienne. 2.1.1.2. Le rôle de la levure dans la fabrication du pain

La levure assure la production de gaz carbonique au sein de la pate au cours d’un processus de fermentation. Ce gaz s’accumule dans des alvéoles qui s’épanouissent dans la mie au cours de la cuisson. En plus de ces composes majoritaires, éthanol et gaz carbonique, des alcools supérieurs , des aldéhydes, des esters, des acides... sont formes en plus petites quantités et participent qualitativement de façon importante et complexe a la formation des flaveurs et de la saveur du pain. La production d’énergie au cours de la fermentation augmente de manière significative la Température des pates (entre 2 et 3°C). Lors de la fermentation panaire, on considère que le milieu est principalement anaérobie.


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Mais au cours du pétrissage, l’apport d’air et la présence d’oxygène dissous dans l’eau Permettent à la levure de fonctionner en aérobiose (respiration). La multiplication cellulaire des levures augmente avec l’hydratation des pates. Le facteur de multiplication est lie a une concentration optimale en levures (=il est plus faible lorsque la concentration en levures augmente, en raison de phénomènes de concurrence dans l’utilisation de l’oxygène et des sucres fermentescibles). Deux catégories de sucres sont disponibles : les sucres directement fermentes cibles contenus dans la farine ou apportes par la formulation et les sucres issus de l’hydrolyse del’amidon (amylolyse) : o glucose et fructose sont fermentes très rapidement o le saccharose (sucre de la betterave) est hydrolyse en glucose et fructose

grâce à l’invertase de la levure. o Le maltose issu de l’amylolyse de l’amidon par les α- et β-amylases de la farine (ou

apportées par la formulation) pénètre dans la levure grâce a la malto perméase de la levure et est hydrolyse par la maltase de la levure, en glucose. En fermentation anaérobie 95% des sucres consommes par la levure sont transformes en CO2 et éthanol, le reste est engage dans des processus de fermentations secondaires précurseurs des principaux composes volatils aromatiques (glucose _ acide pyruvique _ éthanol, acides organiques comme l’ac. lactique ou encore l’ac. acétique, esters et composes carboxyles).

2.1.1.3. Caracteristiques specifiques des levures de boulangerie

Saccharomyces cerevisiae, selon les conditions de son developpement en levurerie, possède des caractéristiques variables (résistances diverses, activités enzymatiques, composition chimique) qui permettent des utilisations spécifiques en boulange. - la levure ≪ rapide ≫ (riche en protéines). = levure apte a consommé plus rapidement le maltose. Elle se conserve moins bien. Utilisation préférentielle dans les pays anglo-saxons (Fermentations accélérées) - la levure ≪ osmotolerante ≫ = levure résistante a la pression osmotique => utilisée dans les formules de pains au lait ou brioches (riches en sucre). - la levure cryoresistante = levure qui résiste mieux a la surgélation 2.1.1.4. Les différentes présentations de la levure de boulangerie La levure est un ingrédient naturel qui ne doit pas être confondu avec les poudres levantes (appelées levure chimique), comme le bicarbonate de sodium. La levure de boulangerie, Saccharomyces cerevisiae, est multipliée en levurerie

dans des cuves contenant de la mélasse de sucrerie (résidu de l’extraction du sucre de betterave), des éléments azotes et des minéraux, en milieu fortement oxygène. - la ≪levure crème ≫ (ou ≪ crème de levure ≫), obtenue après concentration de la culture de levures, centrifugations et lavages = présentation liquide. - le ≪ pain de levure ≫, obtenu après concentration et pressage. Cette présentation est la plus couramment utilisee en boulangerie.


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- la levure ≪ sèche ≫, en grains (a réactiver) ou en paillettes (fermentation instantanée), obtenue après déshydratation.

2.1.2. Les levains

. Definition

Un levain (francais) est un agent fermentatif dont l’activité levurienne est significative pour assurer le développement du pain. C’est une pate particulière préparée à partir de levures sauvages (non sélectionnées, comme Saccharomyces candida) et de bactéries présentes dans les matières premières utilisées et dans l’air ambiant. Ces microorganismes favorisent une fermentation plutôt acide (prédominance des bactéries lactiques, comme lactobacillus) et produisent des composes aromatiques.

Les différents types de levains Les levains sont prépares a partir d’une prefermentation qui a pour but de sélectionner et multiplier les levures sauvages et bactéries (lactiques essentiellement) présentes dans les ingrédients utilises. Cette prefermentation peut être spontanée ou dirigée (utilisation de starters)ou encore mixte (levain spontané + starter ou levures sélectionnées). D’un point de vue législatif, un pain dit au levain ne doit pas contenir plus de 0,2% de levure boulangère sélectionnée (commerciale) ajoutée volontairement dans la pétrisse (soit 0,2% de la farine de la pétrisse a laquelle on ajoute le levain). Les levures sauvages ont le même fonctionnement que les levures sélectionnées La conversion des sucres en acide lactique est la principale voie métabolique fournissant l'énergie aux bactéries lactiques. Cette conversion est également impliquée dans la production de différents composes participant aux propriétés organoleptiques des produits fermentes. Deux voies métaboliques ont été décrites pour la fermentation du glucose chez les bactéries lactiques: (1) la voie homofermentaire ou glycolyse qui conduit a la formation de deux molécules

d’acide lactique par molécule de glucose; (2) la voie heterofermentaire par la voie des pentoses phosphates donnant une molécule

d’acide lactique, une d’acide acétique et une de CO2 par molécule de glucose. Le développement de l’activité microbienne d’un levain est fonction de la flore initiale (bacillus, lactobacillus, streptococcus, micrococcus, enterobacter, moisissures..) de la farine ensemencée (sa contamination augmente avec son taux d’extraction) et de la flore développée dans l’eau de coulage, dans le cas ou l’on y a fait macérer des fruits (pommes, raisins secs…) dans le but de diversifier la flore du levain. L’acide lactique et l’acide acétique produits par la flore lactique agissent comme antiseptiques sur les contaminants bactériens autres ; le levain, tout en se développant, sélectionne finalement les espèces lactiques. Composition des levains, une fois l’activité microbienne stabilisée :

Levures : 10 a 50 x 106￠/g levain

Bactéries : 500 x 106￠ a 2000 x 106￠/g levain.


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Facteurs influencant l’activite des levains

o La temperature La chaleur accroit l’activité biologique, d’une manière générale, la plage de température de 20 a 35°C convenant a l’ensemble des microorganismes. Pour la boulangerie, la plage 20 – 27°C, qui semble plus favorable aux levures, est Couramment adoptée. Il s’agit en outre de ne pas pénaliser les variations Organoleptiques et rhéologiques de la pate.

o L’hydratation des levains

Elle varie de 50% (levain ferme) a 100-120% (levain liquide), voire 200% (levain tres liquide), son augmentation favorisant l’activite enzymatique et microbiologique. Il faut cependant eviter les phenomenes de dilution avec des hydratations trop fortes, qui peuvent penaliser l’activite microbienne. A forte hydratation, l’acidité lactique est favorisée par rapport a l’acidité acétique. Un levain dit chef est généralement de consistance plutôt ferme (on ralentit l’activité

microbienne en vue de la conservation du levain chef) mais lors de l’élaboration du levain tout point, on le réhydrate progressivement pour activer la fermentation.

o Association température / hydratation

A 48h de fermentation, l’acidité maximale est obtenue pour une température de 36°C et une hydratation de 100% et inversement une acidite minimale est obtenue Pour une température de 20°C et une hydratation de 50 a 110%. L’activité des levures est maximale a 36°C et 110% d’hydratation pour une farine

blanche, mais a 20°C et 50% d’hydratation pour une farine complète.

o Le sel Le sel a une action inhibitrice sur les levures et bactéries ; son incorporation

Éventuelle dans les levains contribue donc a réduire la fermentation et Parallèlement a limité l’hydrolyse des pates.

Sa présence ou son absence dans le levain doit évidemment être prise en compte dans la formulation des pates additionnée de ce levain.

o L’acidité du milieu

Une faible acidité (pH entre 4 et 4,5) est favorable a l’activité et des levures et des bactéries.

Cette activité ralentit plus fortement pour des doses élevées d’acide acétique (pH < 4) que pour des doses élevées d’acide lactique. La farine blanche et l’absence de farine de seigle conduisent a des levains peu acides (prédominance de l’acidité lactique).

NB : Attention ! En présence de protéines, la mesure du PH ne reflète pas l’acidité du milieu car les protéines exercent un effet tampon.


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o L’oxygénation du milieu

La multiplication des levures est fortement accélérée en milieu aérobie. Par conséquent, un pétrissage ou une agitation énergique ainsi que la fréquence des rafraichis (= réintroduction de farine et d’eau,) sont favorables a l’oxygène

o L’hydratation des levains

Elle varie de 50% (levain ferme) a 100-120% (levain liquide), voire 200% (levain très liquide), son augmentation favorisant l’activité enzymatique et Microbiologique. Il faut cependant éviter les phénomènes de dilution avec déshydratations trop fortes, qui peuvent pénaliser l’activité microbienne. A forte hydratation, l’acidité lactique est favorisée par rapport a l’acidité acétique. Un levain dit chef est généralement de consistance plutôt ferme (onralentit l’activité microbienne en vue de la conservation du levain chef) mais lors de l’élaboration du levain tout point, on le réhydrate progressivement pour activer la fermentation. NB : Attention ! En présence de protéines, la mesure du PH ne reflète pas l’acidité du milieu car les protéines exercent un effet tampon.

o La composition du milieu

2.1.1.5. La fermentation panaire

La fermentation de la pate commence des le pétrissage et se poursuit jusqu’au début de la cuisson en trois phases distinctes : le pointage, la détente et l’apprêt.

Pendant ces phases, la pate évolue sous l’effet de ses composants (présence de sucres simples préexistants, d’amidon endommages a la mouture, des enzymes, sel et sucre de la formulation) et de leur mélange, de la température (ambiante et dans la pate – 18° a 45°C) et le taux d’humidité de l’air ambiant. Au moment de la cuisson, la fermentation est activée sous l’effet de la chaleur. Mais a 50°C (dans la mie), la levure est détruite et la fermentation s’arrête. Selon la méthode de pétrissage et/ou de fermentation utilisée, les différentes phases de fermentation sont plus ou moins longues.

N.B. : Une élévation de la température de la pate de 1°C augmente l’activité fermentative de 10% et plus les quantités de sel ou/et de sucre sont importantes, moins la fermentation est active.

L’objectif de la fermentation est d’optimiser le développement de la pate en fonction des diagrammes de fabrication retenus et de la qualité de pain souhaitée.

Les durées et les conditions de fermentation doivent être rigoureusement définies et respectées. Un excès ou un manque de fermentation peuvent être dus par exemple a une température de pate trop élevée, ou trop basse, ou encore une durée d’apprêt trop longue ou trop courte. Dans les méthodes ≪ indirectes ≫ (utilisant par exemple un levain), le pointage est court

car il est précède d’une longue fermentation des levains. Par contre, l’apprêt est long du fait d’une activité plus lente des agents de fermentation et de leur plus faible population.


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Dans les méthodes ≪ directes ≫, c’est en principe le contraire (pointage long et apprêt court) mais le type de pétrissage a une influence importante. Ainsi, avec un pétrissage intensifie, le pointage peut être considérablement réduit, voire supprime, et l’apprêt peut être prolonge de manière notoire. Degradation de l’amidon en glucose :

L’amidon est découpe en petites chaines par les alpha-amylases de la farine ; Les petites chaines formées sont découpées a leurs extrémités par les beta-amylases

qui libèrent du maltose (forme de deux molécules glucose) ; La malto-perméase de la levure permet au maltose de pénétrer dans la cellule de

Levure ; La maltase de la levure coupe le maltose en deux molécules de glucose.

Parallèlement, le glucose préexistant dans la pate peut pénétrer directement dans la cellule de levure (démarrage rapide de la fermentation) ; le saccharose présent dans la farine, ou ajoute dans la formule, est dégrade en glucose et fructose (sucres simples en C6) par l’invertase de la farine. Dans le cas d’une farine hyper diastasique (par exemple, issue de blés germes), il risque de rester en fin de fermentation (au cours de la cuisson) une quantité importante de ≪ sucres ≫ non consommes par les levures malgré un bon développement de la pate, la croute risque d’être rouge (excès de réaction de Maillard). Inversement, dans le cas d’une farine hypo diastasique non corrigée par l’ajout de malt ou d’amylases, malgré un bon développement possible (stock de sucres fermentescibles épuisé), la quantité de sucres nécessaires a la prise de couleur risque d’être insuffisante.

Le pointage (parfois aussi appelé le piquage) Le pointage commence des l’introduction de la levure (ou du levain) dans le pétrin et se termine au moment de la tourne ou du façonnage. Il correspond a la production de gaz carbonique a partir des sucres préexistants, au début de l’hydrolyse de l’amidon en maltose et de la fermentation de ce maltose par les levures. Le premier rôle du pointage est de donner de la force à la pate. Cette prise de force correspond a une modification de la structure de la pate pour une meilleure rétention des gaz : le gluten devient plus tenace (= plus élastique, imperméable et moins extensible). Le deuxième rôle du pointage est de favoriser le développement des aromes et aussi d’augmenter l’acidité de la pate.

Il contribue a la multiplication des microorganismes (ferments). Au cours du pointage, la structure fibreuse de la pate est étirée (en raison de la fermentation et de la mise en mouvement conséquente du réseau glutenique). Si le pointage est trop long (ou fermentation trop poussée), cette structure risque de se déchirer => ≪ rupture de pate ≫ (ou rabats = dégazage) nécessaire amélioration de la rétention gazeuse et meilleure extensibilité. En résume :

- pétrissage => pointage => possible de la dose de levure - pétrissage => pointage => de la dose de levure


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La durée du pointage varie en fonction de la méthode de travail et la conduite de la fermentation choisies (voir le paragraphe sur la conduite de la fermentation). Le boulanger doit en outre prendre en compte la temperature de la pate en fin de pétrissage et celle du fournil.

en pétrissage a vitesse lente (PVL), le pointage peut durer au moins 3 heures et peut être entrecoupe de rabats de la pate.

en pétrissage améliore (PA), le pointage peut durer de 1H30 a 2H. en pétrissage intensifie (PI), la durée du pointage ne dure pas plus d’une heure et peut

même être supprime ou limite a une dizaine de minutes (utilisation, de produits d’addition favorisant l’oxydation du gluten, comme l’acide ascorbique)

En travail direct, la durée du pointage est de 45 à 60 minutes. Lorsqu’on utilise la prefermentation (poolish, pate fermentée), la durée du pointage

peut être réduite (idem si dose de levure et température plus fortes). Dans le cas de travail en pousse contrôlée ou en surgélation, le pointage est presque

Supprime pour éviter le départ en fermentation avant refroidissement. La durée du pointage doit être rallongée : - en PVL (et inversement, réduit en PI) - pour des petites pétrisses - pour de faibles quantités de levure (inferieure a 1,5 %) - quand la pate ne comporte pas d’améliorants - quand la pate ou l’air ambiant est froid - quand la pate est douce (hydratation élevée) Le pointage peut être conduit de différentes manières :

en masse (dans la cuve du pétrin ou dans des bacs) en pâtons, après le pesage en bacs, après pesage et avant diviseuse hydraulique (la pate prend la forme du bac

adapte a la diviseuse utilisée). Au cours de la détente, entre le pesage et le façonnage, la pate continue d’évoluer. Cette étape dure de 10 a 30 minutes. Elle peut se faire sur des planches, sur le tour, sur un tapis transporteur (manuel ou motorise), dans une chambre de repos, dans une chambre de repos a balancelles (godets ou gouttières). Les pâtons seront repris pour le façonnage dans l’ordre ou ils ont été pèses. Le boulage, après la pesée et avant la détente, n’est pas systématique. Il dépend de la mécanisation ou non de la fabrication. Il contribue a obtenir une tourne plus régulière. Il permet en outre de corriger un éventuel manque de force. Il constitue la seule phase de mise en forme des pains ronds. Pour les baguettes et pains longs, on effectue un boulage ovalise.

La détente Elle suit le divisage et précède le façonnage. La détente est d’autant plus importante que le divisage est plus brutal ; elle permet a la pate de se relaxer et de mieux ≪ passer ≫ l’opération de façonnage. La fermentation continue évidemment pendant la détente, c’est pourquoi, sa durée est dans la pratique, souvent incluse dans celle du pointage. La détente peut se faire sur un ≪ tour ≫ ou dans un meuble ≪ parisien ≫ et plus


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généralement dans une armoire spéciale (ou chambre, dite ≪ a balancelles ≫) ou température et humidité relative sont mieux maitrisées.

L’apprêt (phase de retention gazeuse)

On désigne sous le nom d’apprêt, la deuxième grande phase de fermentation de la pate. L’apprêt débute de la fin du façonnage au début de la cuisson. Il est capital pour le volume du pain. Il permet l’optimisation du développement du pâton avant la mise au four. Au cours de l’apprêt, le volume du pâton augmente sous l’action de la levure (utilisation du maltose) et grâce au réseau glutenique de la pate qui s’étire et retient les gaz produits, formant des poches de gaz dont les dimensions varient selon les méthodes.. La pate commence a prendre une structure alvéolée. Cette évolution du pâton est aussi dépendante de l’hygrométrie (provoque le collant ou suintement des pâtons ou inversement leur croutage) et de la température de l’air ambiant (provoque une fermentation trop rapide ou prématurée ou inversement freine la fermentation et retarde la maturation de la pate) ; l’apprêt est optimal a une température de la<pate de 24°C. La durée de l’apprêt est elle aussi conditionnée par la méthode de travail choisie :

en pétrissage a vitesse lente (PVL), l’apprêt dure de 1h30 a 2 heures. en pétrissage amélioré (PA), l’apprêt dure environ 2 heures. en pétrissage intensifie (PI), la durée de l’apprêt est de 3heures environ.

L’apprêt peut être mène a température ambiante (on recouvre les pâtons d’une toile ou d’un plastique ou d’un tissu feutre) ou dans des armoires spéciales appelées ≪ parisiens ≫ ou dans une chambre de fermentation (grilles ou chariots) L’apprêt peut être mène sur différents supports : - en bannetons (paniers d’osier de formes varies habilles de toile de lin)

Apres le façonnage (tournage), le pâton est dépose dans le banneton préalablement fariné, clé (ou soudure) au dessus => a l’enfournement, on retourne le banneton pour déposer le pâton sur la pelle ou le tapis d’enfournement clé en dessous. La surface coupée (scarification) reste ainsi au contact de la toile et a l’abri de l’air pendant la durée de l’apprêt, ce qui favorise une bonne coupe et un bon développement au four. - sur couches (toiles de lin)

La toile est posée sur une planche ou une grille ; elle doit avoir une longueur suffisante pour effectuer des plis entre les pâtons. Les pâtons peuvent être places soudure au dessus (tourne ≪ a gris ≫) ou soudure en dessous (tourne ≪ a clair ≫). - sur plaques ou sur filets

Les pâtons sont disposes, soudure en dessous, sur des plaques ou des filets comportant des logements a la dimension des pains souhaites. Cette méthode permet de réduire les manipulations de pâtons puisque ce sont les plaques qui sont enfournées ; elle donne des pains bien droits et réguliers mais la croute est moins épaisse et le pain se développe moins bien que sur sole. 2.1.1.6. Notion de rétention gazeuse et de tolérance Au cours de la fermentation, les qualités physiques et plastiques de la pate evoluent en relation avec les modifications subies par le tissu glutineux : Etirement des fibrilles protéiques sous l’effet de la poussée des gaz de fermentation


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Perte d’élasticité provoquée par l’action des protéases (ainsi on comprend comment une fermentation trop longue peut conduire a un affaissement des pâtons rupture due a un étirement excessif des fibrilles protéiques affaiblies par) Ces transformations du réseau glutineux peuvent être plus ou moins accentuées IL est important de se rappeler qu’au stade de l’apprêt (fermentation finale), la tenue des pâtons repose sur l’activité fermentaire et sur l’état du gluten au même moment : si la pression du gaz a l’intérieur de la pate est forte mais que la paroi des bulles au Sein de la pate est poreuse, le développement se fait mal. Inversement, si le gluten conserve une bonne extensibilité et reste imperméable, le pâton peut subir un long apprêt ; encore faut-il que la fermentation soit encore active. Le choix du moment de l’enfournement est très important et repose sur l’expérience du boulanger, sa rigueur dans la conduite de la panification et sa connaissance de la farine utilisee. Il revient a estimer la maturité de la pate, en tenant compte de son activité fermentaire et sa rétention gazeuse, autrement dit sa tolérance. Ainsi, pour estimer convenablement la qualité de l’apprêt et la stabilité du pâton, on pratique une légère pression du bout des doigts sur le pâton : - Si l’empreinte du doigt s’efface rapidement, l’apprêt doit être prolonge ; - Si l’empreinte s’efface lentement, il faut procéder a la cuisson - Si l’empreinte demeure visible, c’est que l’apprêt a déjà trop dure. Il faut procéder rapidement a la cuisson, mais avec précaution et délicatesse (légère scarification) On retiendra que la durée totale de la fermentation panaire est conditionnée par : - le pouvoir enzymatique des farines employées (et améliorants éventuels) - la méthode de pétrissage employée - la quantité de levure incorporée et sa qualité fermentaire - la température de la pate a la fin du pétrissage - la consistance de la pate (pate douce, batarde ou ferme) - le ferment choisi (levure, levain, poolish, levain-levure, rafraichi..) - la température du fournil ou de la chambre de fermentation - l’hygrométrie de l’air.

En méthode directe, la durée totale est généralement d’environ 3h30 a 4h ; les différences

se trouvent entre les durées respectives du pointage et de l’apprêt. pointage appret total PVL 2h30 1h30 4h PA 1h30 a 2h 2h 3h30 a 4h PI 1h 3h 4h NB : - Les améliorants a base de malt ou d’amylases permettent de prolonger l’activité fermentaire si celle-ci est déficiente - Les améliorants a base d’acide ascorbique donne au gluten une meilleure structuration et par conséquent une meilleure imperméabilité.


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2.2. Fromage

2.2.1. Les bactéries Il revient à Louis Pasteur (1822-1895) le mérite d’avoir découvert ces organismes particuliers : les bactéries, même si Antonie Leeuwenhoek (1632-1723) avait déjà observé des «animalicules» animés de mouvements volontaires avec un des premiers microscopes. Pasteur, lui, démontra que ces organismes étaient vivants et qu’ils n’étaient pas issus de phénomènes de génération spontanée. Depuis, nos connaissances ont fortement progressés. Les bactéries sont nombreuses, certaines peuvent nuire à notre santé mais d’autres, au contraire, peuvent l’améliorer en nous apportant des vitamines que nous ne pouvons pas synthétiser, ou participer à l’élaboration de nos produits alimentaires via des mécanismes de fermentation (CORTHIER, 2011). 2.2.1.1. Définition et structure de la cellule bactérienne

Définition :

Ce sont des organismes unicellulaires qui seraient apparues il y a plus de 8 milliard d’années (ce sont les cellules vivantes les plus anciennes). Elles ne contiennent pas de noyaux, le chromosome bactérien n’est donc pas séparé du cytoplasme par une membrane plasmique. Elles ont une taille de l’ordre du micromètre ce qui est très petit comparé aux cellules eucaryotes, qui ont une taille d’environ 10 à 100 micromètres. D’autres organismes

comme les algues unicellulaires mesurent de 1 à 10 micromètres, les levures de 0,1 à 30 micromètres. Les principales caractéristiques distinctives entre microorganismes eucaryotes et procaryotes sont un vrai noyau, de nombreux organites, une organisation cellulaire complexe pour les eucaryotes et un appareil nucléaire, de rares organites pour les procaryotes.

Chacune des souches bactériennes est caractérisée par un nom de genre (Lactobacillus par exemple) et un nom d’espèce (delbrueckii pour le yaourt) (Revol, 2013). En microscopie optique, les bactéries peuvent se présenter sous différentes formes (figure 1). La cellule peut être en forme de coque (cocci) sphérique ou ovoïde, groupés par eux (diplocoques) ou assemblés sous forme de chaînettes, en forme de bâtonnet (bacille) régulier ou irrégulier, rectiligne ou spiralé, parfois ramifié comme dans le cas des actinomycètes. Structure de la cellule bactérienne : Les cellules bactériennes sont constituées d’une paroi qui leur donne leur forme et une certaine rigidité (figure 2), et qui sert également de protection vis-à-vis de la pression osmotique. Un des constituants majeur de la paroi est le peptidoglycane qui est un Polymère de glycosamino peptide : la N-acétyl glucosamine et l’acide N acétyl muramique.


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Le cytoplasme contenu dans ces cellules contient les ribosomes et des inclusions. D’autre part l’ADN bactérien est qualifié de circulaire, celui ci peut être accompagné par des anneaux d’ADN supplémentaire qu’on appelle des plasmides (Revol, 2013).

Fig1 : Exemple des diverses formes des bactéries (ALONSO et al. 2013)


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Fig 2 : Dessin d’observation d’une cellule bactérienne (PELMONT, 1993)

2.2.1. 2. Dynamique de la croissance

La croissance bactérienne est l’accroissement ordonné de tous les composants de la bactérie. Elle

aboutit à l’augmentation du nombre de bactéries.

Au cours de la croissance, il se produit, d’une part, un appauvrissement du milieu de culture en

nutriments et, d’autre part, un enrichissement en sous-produits du métabolisme, éventuellement

toxiques. La croissance peut être étudiée en milieu liquide ou solide.

2.2.1. 3. Courbe de croissance

La croissance d’une bactérie s’étudie en milieu liquide. Il existe 6 phases dont l’ensemble constitue

la courbe de croissance.

● Phase de latence : le taux de croissance nul (μ = 0). La durée de cette phase dépend de l’âge des

bactéries et de la composition du milieu. C’est le temps nécessaire à la bactérie pour synthétiser les

enzymes adaptées au nouveau substrat (pas de phase de latence si repiquage sur milieu identique au

précédent).

● Phase d’accélération : il se produit une augmentation de la vitesse de croissance.

● Croissance exponentielle : le taux de croissance atteint un maximum (μ=max). Cette phase dure

tant que la vitesse de croissance est constante. Le temps de doublement des bactéries est le plus

court. La masse cellulaire est représentée par des cellules viables (mortalité nulle).

● Phase de ralentissement : la vitesse de croissance régresse. Il y a un épuisement du milieu de

culture et une accumulation des déchets. Il existe un début d’autolyse des bactéries.

● Phase maximale stationnaire : le taux de croissance devient nul (μ = 0). Les bactéries qui se

multiplient compensent celles qui meurent. Il se produit une modification de l’expression des gènes.

Les bactéries en état de dérivation synthétisent des protéines de manque qui rendent la cellule plus

résistante aux dommages : augmentation du pontage du peptidoglycane, fixation des protéines à

l’ADN des cellules de manque, chaperonnes qui empêchent la dégradation protéique et renaturent

les protéines endommagées ;


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● Phase de déclin : le taux de croissance est négatif (μ < 0). Toutes les ressources nutritives sont

épuisées. Il y a accumulation de métabolites toxiques. Il se produit une diminution d’organismes

viables et une lyse cellulaire sous l’action des enzymes protéolytiques endogènes. Cependant, il

persiste une croissance par libération de substances libérées lors de la lyse (croissance cryptique).

La mort cellulaire est caractérisée par l’absence de réplication irréversible.

Figure 1 : Courbe de croissance

2.2.1. 4. Conditions favorables à la croissance

Sources d’énergie

Les bactéries doivent trouver dans leur environnement les substances nécessaires à leur énergie et à

leurs synthèses cellulaires.

Les bactéries phototrophes : utilisent l’énergie lumineuse pour la photosynthèse (synthèse d’ATP à

partir d’ADP et de phosphate inorganique).

Les bactéries chimiotrophes : puisent leur énergie à partir de composés minéraux ou organiques.

Elles utilisent des donneurs et des accepteurs d’électrons (élément minéral : bactérie

chimiolithotrophe ; élément organique : bactérie chimioorganotrophe).

La grande majorité des bactéries d’intérêt médical sont chimioorganotrophes.

Sources de carbone

Le carbone est l’un des éléments les plus abondants de la bactérie. Le plus simple des composés

est l’anhydride carbonique ou CO2. Celui-ci peut être utilisé par la bactérie pour la synthèse de

certains métabolites essentiels qui ferait intervenir une réaction de carboxylation.

Le CO2 est la seule source de carbone pour les bactéries autotrophes.

Les bactéries hétérotrophes utilisent facultativement le CO2. Les bactéries hétérotrophes

dégradent une grande quantité de substances hydrocarbonées (alcool, acide acétique, acide lactique,

polysaccharides, sucres divers).


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Sources d’azote et besoins en soufre

Les bactéries ont besoin de substances azotées pour synthétiser leurs protéines. La provenance de

cet azote peut se faire par fixation directe de l’azote atmosphérique ou par incorporation de composés

azotés (réactions de désamination, de transamination).

Le soufre est incorporé par les bactéries sous forme de sulfate ou de composés soufrés organiques.

Besoins inorganiques

Le phosphore est présent dans les acides nucléiques et est utilisé dans de nombreuses réactions

enzymatiques. Il permet la récupération, l’accumulation et la distribution de l’énergie dans la

bactérie. Il est incorporé sous forme de phosphate inorganique.

Autres éléments

D’autres éléments jouent un rôle dans le métabolisme bactérien (sodium, potassium, magnésium,

chlore) et dans les réactions enzymatiques (calcium, fer, magnésium, manganèse, nickel, sélénium,

cuivre, cobalt,

vitamines).

Perception du quorum (quorum sensing ou auto-induction)

Les bactéries communiquent entre elles et ont un comportement coopératif. Les bactéries

contrôlent leur propre densité de population en percevant le niveau de molécules signaux ou auto-

inducteurs.

Par exemple, grâce à la perception du quorum, les bactéries atteignent une haute densité de

population avant de libérer leurs enzymes.

Exemples :

Synthèse et libération de facteurs de virulence chez P. aeruginosa

Stimulation de la sporulation chez Bacillus

Production de toxines et de facteurs de virulence chez S. aureus

Maturation du biofilm chez P. aeruginosa

2.2.1. 5. Conditions psycho-chimiques de la croissance

Effet de l’oxygène

Il existe plusieurs classes de bactéries en fonction de leurs rapports avec l’oxygène.

Les bactéries aérobies strictes ne se développent qu’en présence d’air. Leur source principale

d’énergie est la respiration. L’oxygène moléculaire, ultime accepteur d’électron, est réduit en eau

(Pseudomonas, Acinetobacter, Neisseria).

Les bactéries microaérophiles se développent mieux ou exclusivement lorsque la pression partielle

d’oxygène est inférieure à celle de l’air (Campylobacter, Mycobacteriaceae).

Les bactéries aéro-anaérobies facultatives se développent avec ou sans air. C’est le cas de la

majorité des bactéries rencontrées en pathologie médicale : les entérobactéries (Escherichia,

Salmonella), les streptocoques, les staphylocoques. L’énergie provient de l’oxydation des substrats et

de la voie fermentaire.


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Les bactéries anaérobies strictes ne se développent qu’en absence totale ou presque d’oxygène qui

est le plus souvent toxique. Ces bactéries doivent se cultiver sous atmosphère réductrice.

La totalité de l’énergie est produite par fermentation. C’est le cas des bactéries intestinales

(Bacteroides, Fusobacterium, Clostridium) et de nombreuses bactéries présentes dans les flores

normales de l’organisme.

La production d’énergie se fait grâce aux cytochromes membranaires couplés à des

phosphorylations oxydatives mais en l’absence d’oxygène moléculaire. La toxicité de l’oxygène

s’explique par la production de radicaux superoxydes que les bactéries anaérobies ne peuvent pas

détruire (absence de superoxyde dismutase) et/ou par l’absence d’une activité enzymatique à type

de catalases et de peroxydases.

Action de la superoxide dismutase, de la catalase et de la peroxydase

Effet de la température

Les bactéries peuvent être classées selon leur température optimale de croissance.

● Bactéries mésophiles (Ex. : Escherichia coli) : température de croissance proche de celle du corps

humain (37°C)

● Bactéries thermophiles (Ex. : Thermus aquaticus) : températures de croissance comprises entre 45

°C et 70°C

● Bactéries hyperthermophiles (Ex. : Archaea) : températures de croissance supérieures à 80°C

● Bactéries psychrophiles (Ex. : Pseudomonas) : Températures proches de 0°C (optimum à 10-15°

C)

● Bactéries psychrotrophes (Ex. : Pseudomonas) : températures de croissance proches de 0°C avec

optimum de croissance proche des bactéries mésophiles

Effet du pH

Le pH (concentration en ion hydrogène [H+]) de l’environnement varie entre 0,5 (sols acides) et 10,5

(eaux alcalines des lacs).

Les bactéries pathogènes ou liées à l’écosystème humain se développent le plus souvent dans des

milieux neutres ou légèrement alcalins.

On distingue :

● Les bactéries neutrophiles se développent pour des pH sont compris entre 5,5 et 8,5 avec un

optimum voisin de 7.

● Les bactéries alcalophiles préfèrent les pH alcalins: cas de Pseudomonas et Vibrio.

● Les bactéries acidophilesse multiplient mieux dans des milieux acides :

cas des Lactobacillus.

Pour garder un pH interne neutre, le mécanisme de résistance des bactéries est :

- Membrane cytoplasmique devient imperméable aux protons,

- Bactéries neutrophiles : échange de potassium contre des protons,

- Bactéries alcalophiles : échange d’ions sodium contre des protons,

- Production de déchets métaboliques acides ou alcalins.


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Effet de la pression osmotique

Les bactéries sont assez tolérantes aux variations des concentrations ioniques. Certaines espèces sont

osmotolérantes (staphylocoques, Vibrio cholerae).

Effet de l’eau libre

La disponibilité de l’eau présente dans l’atmosphère ou dans une substance intervient dans la

croissance bactérienne.

L’activité de l’eau (Aw) est inversement proportionnelle à la pression osmotique d’un composé.

Ainsi, elle est affectée par la présence plus ou moins importante de sels ou de sucres dissous dans

l’eau.

● Présence de sels :

○ Les bactéries halophiles : nécessitent du sel (NaCl) pour leur croissance. Cette concentration

peut varier de 1-6% pour les faiblement halophiles jusque 15-30% pour les bactéries halophiles

extrêmes (Halobacterium). Dans ce cas, la bactérie accumule des quantités importantes de

potassium pour rester hypertonique par rapport à son vironnement.

○ Les bactéries halotolérantes : acceptent des concentrations modérées de sels mais non

obligatoires pour leur croissance (Ex. : Staphylococcus aureus).

● Présence de sucres :

○ Les bactéries osmophiles nécessitent des sucres pour leur croissance.

○ Les bactéries osmotolérantes acceptent des concentrations modérées de sucres mais non

obligatoires pour leur croissance.

○ Les bactéries xérophiles peuvent se multiplier en l’absence d’eau dans leur environnement.

Métabolisme énergétique

On peut opposer les bactéries ayant un métabolisme fermentatif et celles ayant un métabolisme de

type respiratoire.

Pour les bactéries à métabolisme fermentatif, la dégradation du glucose est incomplète et aboutit à la

formation de divers composés organiques (acides organiques).

Pour les bactéries ayant un métabolisme de type respiratoire, la dégradation se fait par le cycle de

Krebs.

L’accepteur final d’électron est l’oxygène. Chez les bactéries le système de transport d’électrons est

situé dans la membrane cytoplasmique.


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2.2.2. Les champignons

2.2.2. 1. Qu’est ce qu’une moisissure ?

Les moisissures sont des champignons filamenteux hétérotrophes, ce sont des eucaryotes non photosynthétiques et immobiles. On les qualifie de multicellulaires mais la notion est assez vague puisqu’il s’agit d’une structure souvent mycélienne et coenocytique (cellules fusionnées à plusieurs noyaux). (Schéma 1). La structure de la paroi diffère selon les espèces, le cytoplasme contient des ribosomes, des mitochondries, un réticulum endoplasmique et un ou plusieurs noyaux. L’hyphe est l’élément structural des moisissures, il s’agit de filaments dont l’ensemble constitue un réseau appelé mycélium. (MAYER et. al, 2004).

Schéma 1 : Un hyphe cloisonné. (1mm=1μm) 2.2.2. 2. Le développement des moisissures :

Mode de vie des moisissures Les moisissures doivent puiser dans le milieu ambiant l'eau, les substances nutritives et les éléments minéraux nécessaires à la synthèse de leur propre matière. Elles les absorbent à travers la paroi de leur appareil végétatif. On dit qu’elles sont absorbotrophes. Différents modes de vie existent : symbiose avec des végétaux, parasites d’animaux ou de végétaux, certaines se développent aussi sur des déchets organiques ou contaminent les produits alimentaires (cette troisième catégorie constitue les saprophytes). (MAYER et. al, 2004)

Conditions de développement

La source de carbone et d’énergie des moisissures provient de molécules carbonées organiques, il faut en plus, pour le développement de moisissures, une quantité d’oxygène suffisante, une température comprise entre 5 et 25°C (un développement est possible entre 0 et 60°C, mais en dehors des températures optimales, il sera plus lent), une humidité suffisante. (LEYRAL et VIERLING, 2007)


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Croissance et multiplication La croissance des hyphes est strictement apicale, elle met en jeu la lyse de la paroi apicale et une synthèse de matériel pariétal nouveau (grâce à des hydrolases et synthases contenues dans des vésicules souvent issues de l’appareil de Golgi ou du réticulum endoplasmique) La reproduction sexuée ou asexuée se fait par des spores, minuscules particules vivantes, ce sont des cellules déshydratées, au métabolisme réduit, entourées de parois protectrices épaisses qui les isolent du milieu ambiant. Elles sont produites en très grand nombre, et peuvent survivre longtemps (plusieurs mois voire plusieurs années). Elles sont déposées et germeront lorsque les conditions (essentiellement les conditions d’humidité) deviendront favorables. La germination des spores est à l’origine de la forme végétative des moisissures ; en effet, le développement de celles-ci comprend une phase végétative, de croissance et de nutrition, et presque simultanément, une phase reproductive au cours de laquelle a lieu la formation des spores. (LARPENT, 1991 ; BOTTON et. al, 1985) 2.2.2. 3. Intervention de moisissures dans les industries alimentaires Les moisissures : sont souvent dotées de propriétés lytiques importantes (cellulolytiques, pectinolytiques, amylolytiques, protéolytiques…) qui en font des agents de dégradation dangereux mais aussi parfois des alliés utiles (notamment lors de l’affinage de fromages ou la production d’enzymes) L’intervention néfaste se situe à plusieurs niveaux :

champignons à activité phytopathogène, ils sont néfastes pour la production des matières alimentaires brutes comme les fruits et légumes.

moisissures saprophytes, elles contaminent les aliments et les dégradent

au point de vue qualitatif. En ce qui concerne l’action « positive » des moisissures, on constate une grande utilité de celles-ci dans l’agriculture (le champignon filamenteux Botrytis à l’origine de la « pourriture noble » des raisons du Sauternes), ainsi que dansl’industrie (production de fromages comme nous l’avons précisé précédemment, production de molécules à activité pharmacologiques, d’enzymes industrielles). (LARPENT, 1991)

Moisissures utiles Moisissures d’altération

Pénicillium roqueforti : fabrication de Aspergillus flavus : élabore des fromages à pâte persillée composés très toxiques et cancérigènes (aflatoxines) Pénicillium camemberti : fabrication de Aspergillus terreus : contribue à la

fromages à croûte fleurie décomposition de la matière organique Pénicillium album : flore de surface du


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saucisson, couverture de certains fromages Alternaria dauci : infecte les feuilles

de carottes cultivées Mucor : flore de surface de certains

fromages, fabrication de produits divers Fusarium avenaceum : responsable de l’altération de fruits Aspergillus Oryzae : fermentation de produits à base de riz et de soja Figure 1 : Comparaison des différents rôles des moisissures.

Connaître les conditions de croissance et de développement de ces différentes espèces de moisissures est un enjeu majeur pour l’ingénieur en agronomie ou en agro-alimentaire, afin de favoriser ou non leur prolifération.


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2.2.3. Le fromage Le fromage est le produit affiné ou non affiné, de consistance molle ou semi-dure, dure ou extra-dure, qui peut être enrobé et dans lequel le rapport lactosérum/caséine ne dépasse pas celui du lait, et qui est obtenu : par coagulation complète ou partielle du lait grâce à l’action de présure tout en respectant le principe selon lequel la fabrication du fromage entraine la concentration des protéines du lait ou par l’emploi de techniques de fabrication entrainant la coagulation des protéines du lait. » On peut distinguer au moins 4 grandes familles : pâtes dures, pâtes pressées, pâtes molles et pâtes fraiches. La texture va dépendre de la vitesse de progression de l’acidification et l’aromatisation

a, quant à elle, dépendre du métabolisme des ferments utilisés Dans le circuit de fabrication du fromage, après pasteurisation du lait, de la même façon que pour la fabrication de yaourts, celui-ci est caillé par ajout de présure et de ferments lactiques. Il est transféré dans des moules qui diffèrent selon le type de fromage.

Le lait, une fois caillé, est séparé du petit lait (c’est la partie liquide issue de la coagulation

du lait) ce qui permet de prolonger sa conservation (étape non obligatoire qui se réalise

suivant le type de fromage).

Après cette étape d’égouttage, les fromages frais et blancs sont consommés directement.

Les fromages, qui ont été démoulés, sont ensuite salés soit par du sel fin via un

saupoudrage superficiel, soit par de la saumure (immersion dans une solution saturée en

chlorure de sodium).

L’étape finale est l’affinage, qui est une période de maturation permettant l’évolution

physico-chimique des fromages et est caractéristique de leurs goûts et de leurs saveurs.

Elle est permise par le salage, c’est à dire que le sel va pénétrer au coeur du fromage, qui

va donc progressivement acquérir des propriétés organoleptiques, une couleur et une

texture particulière. Le saumurage a pour but de diminuer l’activité de l’eau, et donc de

compléter l’égouttage et de limiter la croissance des microorganismes. Par ailleurs, cela

peut éventuellement participer à la formation de la croûte.

Addition d'antibiotiques et influence sur la stabilité desfromages

La présence de quelques spores de Bacillus dans le caillé modèle n'est pas gênante à condition qu'elles ne soient pas à l'origine d'un développement cellulaire plus important. Pour tenter d'inhiber leur développement, l'addition au lait d'antibiotiques alimentaires nisine et tylosine et d'autres, pénicilline et streptomycine, a été utilisée en incubant le caillé modèle à 30° C pour se placer dans les conditions les plus favorables au développement des Bacillus (tab. 1). La nisine est ajoutée au lait avant traitement thermique en raison de son action adjuvante à celle du chauffage, les autres immédiatement avant fabrication en même temps que la présure. La tylosine même à une concentration de 100 ppm ne permet pas de conserver des fromages exempts de développement microbien au-delà de 12 jours d'incubation et communique de plus un goût amer au fromage.


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On a d'ailleurs constaté au cours d'essais préliminaires que le lait de fabrication lui-même simplement "additionné de tylosine à 100 ppm et incubé à 30° C se conservait mieux que le lait contenant la même quantité de tylosine avec en plus de la présure et de la gluconolactone aux concentrations utilisées pour la fabrication. La nisine à 100 ppm (100 UI/ml) seule ou en association avec la pénicilline (1,2 UI/ml) et la streptomycine (1,2 ppm) comme l'ont utilisée Reiter et al. (1967) sont généralement suffisantes pour empêcher tout développement de Bacillus pendant une période d'incubation d'au moins 1 mois sauf dans quelques cas (tab. 1). L'association ni sine à 100 Uf /ml, pénicilline 12 Uf /rnl et streptomycine à 12 ppm qui donne les résultats les plus constants a été retenue et utilisée régulièrement par la suite. fabrication du caillé modèle Le schéma des différentes opérations du processus de fabrication est représenté dans le tableau 2. L'utilisation de lait chauffé et l'absence de levain lactique ne permettent pas de fabriquer un fromage selon les procédés classiques. L'influence néfaste du chauffage sur la coagulation du lait et le durcissement du caillé a été palliée par l'apport de chlorure de calcium, l'augmentation de la quantité de présure et de la température de coagulation. Grâce à ces artifices, la coagulation est normale et le caillé suffisamment ferme pour être découpé et moulé sans difficulté après un pressage modéré. Le manque d'acidification naturelle est résolu par l'apport d'un composé qui s'hydrolyse spontanément en-acide gluconique, la gluconolactone selon la technique préconisée par Mabbitt et al. (1955) à ladifférence toutefois que le lait n'a pas été acidifié avant coagulation. En effet on a constaté que du lait dont le pH est ajusté à 6,0 ou au-dessous avec de la gluconolactone donne un caillé friable et difficile à manipuler en raison de sa fragilité, ceci est vraisemblablement dû au traitement thermique subi par le lait. Cependant grâce à la technologie suivie et à l'apport fractionné de la gluconolactone au cours de la fabrication qui permet une acidification progressive, la synérèse du caillé s'effectue normalement et le produit obtenu après moulage présente des caractéristiques tout à fait acceptables.

Schéma de fabrication du caillé modèle Temps Opérations Traitement V.H.T. à 1100 C du lait + Nisine, 100 VI/ml. O : Addition au lait (10 1) réchauffé à 450 C de :- pénicilline 12 VI/ml et streptomycine 12

ppm, - 100 ml d'une solution de CaCl, à 10 p. 100 en eau,- 10 ml de présure au 1/5000. Prise du lait en 3 mn et coagulation en 30 mn. 30 mn : Découpage vertical à la lame puis brassage lent à la louche (caillé en morceaux de

4 X 4 cm environ). 45 mn : Découpage lent au tranche caillé à fil (caillé en fragments de la taille d'un « grain

de maïs). Addition en « pluie » de 20 g de gluconolactone en agitant doucement le caillé à la

louche.Léger brassage répété toutes les 5 mn. 1 h 15 mn : Repos du caillé pendant 5 mn puis élimination d'environ 5 1 de sérum. Addition en « pluie» de 80 g de gluconolactone en remuant le caillé à l'aide d'une spatule. 1 h 27 mn : Moulage du caillé au répartiteur multi moule (12 moules de 6 cmde 0). 1 h 30 mn : Premier retournement dès que le caillé est descendu du répartiteur dans les

moules. .


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1 h 40 mn : Deuxième retournement. 1 h 50 mn : Troisième retournement suivi par le dépôt d'une plaque d'acier inoxydable de

380 g dans chaque moule. 17h : Quatrième retournement avec élimination de la « rognure » au couteau et

continuation du pressage. 22 h : Démoulage et salage en saumure. 22 h 50 mn : Sortie de saumure au bout de 35 mn, puis séchage à l'air. 24 h : Enrobage dans la cire ou mise en isolateur. Pendant toute la fabrication la

température de la pièce est maintenue à 30° c.

Caractéristiques du caillé modèle obtenu

En dépit des Iimitations imposées par le traitement thermique du Jait et I'absence de Ievains lactiques il a été possible de produire de façon reproductible un caillé de composition, de pH et de texture proches de certains fromages classiques en rappelant toutefois comme cela a été précisé dans l'introduction que le but était d'obtenir un caiLlé modèle et non de reproduire fidèlement tel ou tel fromage particulier. De par le pH, l'extrait sec et la teneur en matière grasse le caillé modèle s'apparente à un fromage à pâte pressée de type St-Paulin,

Après 30 ou 60 j d'incubation à 120 C ces caractéristiques reproductibles d'un fromage à l'autre, et d'une fabrication à l'autre, restent très sensiblement les mêmes qu'au départ. La dégustation ne permet pas de détecter d'arômes ou de goût particuliers, ni de défauts que ce soit après 1 j ou 60 j d'incubation à 120 C. A 24 h le caillé modèle présente des caractéristiques gustatives très proches d'un fromage traditionnel à pâte pressée de même âge, avec peut-être moins d'arôme. CONCLUSIONS

La méthode mise au point permet d'obtenir un caillé modèle répondant bien à l'objectif choisi. Le caillé ne contient pas de micro-organismes, donc d'enzymes (à part 1aprésure) capable d'interférer avec ceux que l'on désire introduire pour les étudier. En effet le caillé ne contient qu'un nombre très faible de bactéries, d'ailleurs sous forme de spores, qui ne peuvent se développer en raison de la présence des antibiotiques. Les caractéristiques principales du caillé sont reproductibles et la souplesse de fabrication autorise de les modifier suivant le but recherché. En faisant varier Ia quantité de gluconolactone, le pH du caillé peut être modifié entre des valeurs comprises entre 5,8 et 4,6, et dans ce dernier cas le caractère acide du caillé pourrait éventuellement être accentué en acidifiant légèrement le lait avant coagulation. Cependant du fait des difficultés rencontrées en raison de la fragilité du caillé acide lors des essais réalisés dans ce sens, cet aspect devrait être réétudié. De même la teneur en matière sèche du fromage peut être modifiée en jouant sur le temps de brassage du caillé entre les deux additions de gluconolactone ainsi qu'éventuellement sur la durée et la force du pressage. Des essais préliminaires effectués dans ce sens ont montré qu'on pourrait envisager de faire varier l'extrait sec du caillé entre 40 p. 100 et 55 p. 100. Ce caillé peut servir à l'étude de l'influence de différents microorganismes caillé peut être modifié entre des valeurs comprises entre 5,8 et 4,6, et dans ce dernier cas le caractère


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acide du caillé pourrait éventuellement être accentué en acidifiant légèrement le lait avant coagulation. Cependant du fait des difficultés rencontrées en raison de la fragilité du caillé acide lors des essais réalisés dans ce sens, cet aspect devrait être réétudié. De même la teneur en matière sèche du fromage peut être modifiée en jouant sur le temps de brassage du caillé entre les deux additions de gluconolactone ainsi qu'éventuellement sur la durée et la force du pressage. Des essais préliminaires effectués dans ce sens ont montré qu'on pourrait envisager de faire varier l'extrait sec du caillé entre 40 p. 100 et 55 p. 100. Ce caillé peut servir à l'étude de l'influence de différents microorganismes en particulier celle de souches de bactéries lactiques seules ou combinées, ou même en association avec d'autres microorganismes. Dans ce cas la fabrication est réalisée avec omission totale ou partielle de gluconolactone et bien entendu en absence d'antibiotiques. Des essais répétés avec une souche de S. lactis ont montré que les quelques Bacillus ayant résisté au chauffage ne se développent pas dans ce type de caillé. Pour des études portant surdes moisissures, P. roquejorti et P. caseicolum, on a observé que l'addition des antibiotiques utilisés évite le développement des bactéries sans pour autant nuire à la prolifération abondante des Penicillium en surface du caillé à condition bien entendu que les fromages soient placés en isolateurs aérés et pas enrobés dans la cire. Le caillé modèle se prête bien à l'étude du rôle spécifique des enzymes dans la maturation et d'abord celui de la présure seule enzyme qui est toujours présente dans le caillé. L'addition de lipases, décarboxylases, désaminases et de certaines enzymes protéolytiquesbpeut se faire dans le lait alors que celle d'autres enzymes protéolytiques plus actives susceptibles de modifier les propriétés du coagugulum et d'entraver la fabrication, peut être effectuée à un stade plus avancé de la préparation du caillé. D'autre part, un tel caillé modèle présente plusieurs avantages pour des recherches théoriques approfondies : - celui de pouvoir étudier l'action d'enzymes (ou de microorganismes) dans le « milieu fromage» c'est-à-dire autrement qu'en solution avec son substrat comme on le fait au laboratoire ; - celui de permettre non seulement d'étudier l'aspect biochimique du rôle des enzymes, mais aussi d'envisager l'aspect rhéologique qui présente une grande importance dans le cas de l'action des enzymes protéolytiques dans la maturation. Enfin, du fait que le caillé présente un goût neutre sans amertume ni autre défaut, il peut également servir de matériel pour des études portant sur les arômes caractéristiques des fromages formés


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2.3. Lait Les produits laitiers

Le lait est composé de diverses substances, notamment des matières grasses, qui sont stabilisées par une protéine, la caséine, et des glucides représentés principalement par le lactose. La fermentation du lait permet de le conserver plus longtemps et rend les produits laitiers fermentés plus digestes. Cette transformation du lait est due à la déstabilisation des micelles de caséine par protéolyse, ce qui entraine sa coagulation. Les caséines représentent 79,5% des protéines totales du lait de vache. Elles sont présentes sous forme de micelles formées par l’association des différentes caséines maintenues entre elles par du phosphate de calcium. Ces micelles sont en suspension dans la phase aqueuse du lait, celles-ci peuvent être dégradées par acidification, c’est ce qu’on appelle la technologie lactique. Le lait est alors ensemencé par des ferments lactiques (le lactose est leur substrat qui sera transformé en acide lactique) qui provoquent son acidification détruisant ainsi les interactions protéines-minéraux et l’édifice micellaire est donc désagrégé. En fromagerie, on retrouve en plus la technologie présure, la coagulation de la caséine est dans ce cas réalisée via une action enzymatique notamment par la chymosine. Cette coagulation va avoir diverses conséquences : elle modifie la texture, le goût et la qualité du lait. Le pH est également diminué ce qui permet de limiter la croissance de bactéries indésirables. Quant à eux, les ferments se multiplient et produisent des composés à l’origine des propriétés organoleptiques des produits laitiers fermentés Les yaourts : Le yaourt résulte de la fermentation du lait par deux bactéries lactiques, Streptococcus thermophilus vivant en symbiose avec Lactobacillus bulgaricus. L’appellation « yaourt » est réservée à ce lait ayant été fermenté par ces deux souches de bactéries. La fabrication de yaourts se réalise en diverses étapes. Tout d’abord, le lait est pasteurisé, c’est à dire qu’il est chauffé à 72°C pendant 15 secondes. Cela permet d’éliminer les microorganismes pathogènes. Il est ensuite ensemencé après avoir été préalablement refroidi et maintenu à une température de 43°C qui est la température optimale de croissance des bactéries lactiques.. Puis, il y a l’étape d’étuvage, où le lait est mis en pot pendant 3h, ce qui permet aux ferments de se développer et de transformer le lait. Les bactéries présentes doivent être encore vivantes au moment de la consommation du yaourt, ce qui permet une meilleure digestion et un meilleur transit. La teneur en ferments viables à la commercialisation doit être supérieure à 107 germes/g de produit. De plus, il existe différents types de yaourts : fermes, brassés et à boire qui diffèrent notamment par le temps et la température d’incubation. Ils sont, par exemple, caractérisés par leur teneur en acide lactique : les yaourts fermes ont une teneur de 0,75% et les yaourts brassés ont une teneur de 1,2%.


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2.4. Autres

Production de biocarburants : Analyse de cycle de vie du bioéthanol :

A. Allouache 1*, M.A. Aziza 1 et T. Ahmed Zaid 2 1 Centre de Développement des Energies Renouvelable, CDER B.P. 62, Route de l’Observatoire, Bouzareah, 16340, Algiers, Algeria 2 Département de Génie Chimique, Ecole Nationale Polytechnique Avenue Hassen Badi, El Harrach, Algiers, Algeria

(reçu le 04 Décembre 2012 – accepté le 30 Juin 2013)

L’économie mondiale actuelle doit faire face aux problèmes de pénurie et de pollution des énergies fossiles. Dans ce contexte, la conversion de la biomasse en biocarburants semble être une solution de choix pour pallier à ces problèmes. Le bioéthanol est le biocarburant le plus consommé dans le monde, il est produit par fermentation à partir de matières riches en sucre ou en amidon comme le blé, maïs, canne à sucre. Cependant, la concurrence avec les produits alimentaires qu’il a engendrés à pousser les industriels à abandonner l’utilisation des produits alimentaires à large consommation pour se tourner vers de nouvelles matières non conventionnelle comme les caroubes. Cette étude propose une analyse du cycle de vie de la production d’un bioéthanol fait à partir de gousses de caroubes. Ces dernières représentent une excellente matière pour la production du bioéthanol puisqu’elle est riche en sucre, économique, abondante, et ne concurrence aucunement les cultures alimentaires. Les résultats montrent une grande efficacité énergétique puisque le système produit environ le triple de l’énergie consommée.

1. INTRODUCTION

Le caroubier est un arbre de la famille des légumineuses, (césalpiniacées) à feuilles persistantes

atteignant 10 m de haut. Originaire de l’Asie Mineure, le caroubier est aujourd’hui cultivé dans tout

le bassin méditerranéen notamment dans le tell algérien.

Le caroubier est peu exigeant en termes de qualité du sol, d’eau et d’engrais. Il a une grande

tolérance vis-à-vis des sols pauvres, et il est de plus en plus recommandé pour la reforestation des

zones côtières dégradées sous l’effet d’érosion ou de désertification.

Actuellement, il est considéré comme l’un des arbres fruitiers et forestiers les plusperformants,

puisque toutes ses parties (feuilles, fleurs, fruits, bois, écorces et racines) sont utiles.

Le caroubier est cultivé pour ses gousses, abondantes et riches en sucre à maturité.

Un caroubier peut produire jusqu’à 800 kg de caroubes par an.

, La caroube algérienne est connue pour ses vertus et sa couleur très caractéristique (un marron qui

tire vers le foncé). Chaque caroube pèse une quinzaine de grammes et contient de la pulpe charnue

constituée de 40 % de sucres (glucose et du saccharose), 35 % d’amidon, 7 % de protéines.

L’Algérie a un important potentiel de production en caroubes, selon la FAO, L’Algérie produit

7000 tonnes par an dont 800 tonnes de graines et 6200 tonnes de gousses par an.

Une partie de cette production est exportée, l’autre partie est perdue car elle pousse souvent sur des

reliefs accidentés rendant la récolte de la caroube très difficile, ceci explique le taux faible des

exportations.

Ces dernières années, un travail de sensibilisation et une logistique importante ont été mis en

œuvre pour récolter ce produit et l’exporter ou le transformer localement.


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La caroube représente un énorme potentiel pour le bioéthanol, puisque 100 g de caroubes

contiennent un total de 88 g de glucides pouvant être fermentés en éthanol.

D’autant plus que la consommation des algériens en caroubes a beaucoup diminué, ces dernières

années, et qu’il n’existe aucune industrie de transformation de ce produit.

Seulement 2.3 % des gousses et 2.5 % des graines sont exploités dans tout le territoire algérien.

Le rendement du caroubier est de 5 tonnes par hectare, ce qui donne un rendement de 758 litres

de bioéthanol/ha (6.6 kg de gousses donnent 1 litre de bioéthanol).

Il est important de préciser qu’une éventuelle production de bioéthanol à base de caroubes ne

pourrait pas se faire à partir des graines, vues leur valeur alimentaire et leurs nombreuses utilisations

dans l’industrie (chocolateries, gâteaux, additifs alimentaire…), par contre la gousse peut être utilisée

pour produire du bioéthanol car elle aussi est très riche en sucre et est moins utilisée pour

l’alimentation humaine à cause de sa haute teneur en tannins qui réduit sa digestibilité.

Ces gousses indigestes (sans les graines) peuvent donner un éthanol à 99.5 %, après fermentation

du sucre qu’elles contiennent.

L’ACV ‘Analyse de cycle de vie’ est une méthode d’évaluation environnementalenqui permet

de quantifier les impacts d’un produit (qu’il s’agisse d’un bien, d’un service,voire d’un procédé)

sur l’ensemble de son cycle de vie, depuis l’extraction des matières premières qui le composent

jusqu’à son élimination en fin de vie, en passant par les phases de distribution et d’utilisation.

Outil normalisé et reconnu, l’ACV est la méthode la plus aboutie en termes d’évaluation globale,

elle résulte de l’interprétation du bilan quantifié des données (quantité d’eau, énergie consommée)

liées à chaque étape du cycle de vie des produits (acquisition de matières première, transport,

production, consommation, recyclage ou élimination).

Ces données serviront à calculer les impacts potentiels sur l’environnement.

Dans le but de quantifier les impacts et d’éviter d’éventuels problèmes liés à la consommation

d’énergie ou d’importantes émissions de gaz à effet de serre, l’application de l’analyse de cycle de

vie ‘ACV’ avant tout projet est préconisée. Ces analyses comptabilisent les impacts de la totalité du

cycle de production, de l’acquisition de la matière première à la consommation en passant par le

transport et la transformation.

C’est ce qu’on appelle une analyse de cycle de vie, ‘du puits à la roue’ou ‘du berceau au tombeau’.

Cette étude propose une quantification de la consommation en énergie fossile d’un

bioéthanol à base de caroubes.

2. CONCLUSION

Les biocarburants produisent et consomment de l’énergie, réduisent et émettent des gaz à effet

de serre. Leurs impacts économiques et écologiques ne peuvent être réellement mesurés que

par des analyses de cycle de vie. Ces dernières permettent d’établir avec précision le bilan

carbone et le bilan énergétique.

Cette étude vient lever l’incertitude qui plane au-dessus de l’intérêt des biocarburants, puisque

elle a démontré l’efficacité énergétique d’un bioéthanol à base de gousses de caroubes

produisant trois fois plus d’énergie qu’il n’en consomme.

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