Etude de l’influence du mélange sur la et la production d’acide fumarique chez Rhizopus oryzae à l’aide d’une approche scale-down

Afin de réduire l’impact environnemental du transport et de l’industrie chimique, IFPEN s’investit dans la bioraffinerie, les biocarburants et la chimie biosourcée. Parmi les cibles explorées, l’acide fumarique a le potentiel pour devenir une molécule plateforme, permettant d’accéder à différentes molécules biosourcées.
Fort de solides compétences en sciences de la vie et en sciences de l'ingénieur, le laboratoire TBI allie recherche fondamentale et recherche appliquée dans le domaine de la biotechnologie et des procédés, afin de relever les défis de la bioéconomie.
Avec 4 autres partenaires, IFPEN et TBI participent au projet collaboratif BioFUMAC qui vise à développer une nouvelle voie d’accès à l’acide acrylique biosourcé, via une bioproduction robuste d’acide fumarique par fermentation du champignon filamenteux Rhizopus oryzae. Le projet est structuré en 3 Work Package : le WP1 optimise et sécurise la production d’acide fumarique ; le WP2 développe une nouvelle enzyme pour la bioconversion de l’acide fumarique en acide acrylique ; le WP3 prépare l’intégration de ces 2 étapes dans le procédé global incluant une étape de nanofitlration. 
Malgré de très bonnes performances de production au laboratoire, il n’existe pas aujourd’hui de bioproduction industrielle d’acide fumarique. Les souches de Rhizopus peuvent adopter diverses morphologies : mycélium libre, pellets, agrégats, et la difficulté à contrôler 1 type morphologique particulier est un des verrous de la montée en échelle.
La présente thèse a pour objectif de sécuriser l’extrapolation du protocole de production d’acide fumarique par Rhizopus oryzae. Elle s’appuiera sur l’expérience d’IFPEN dans l’extrapolation du protocole de production de cellulases par Trichoderma reesei. Ainsi que sur l’expertise de TBI dans l’étude et la modélisation des interactions entre hydrodynamique et biologie dans les bioréacteurs.
Au sein du projet BioFUMAC, ces travaux s’appuieront aussi sur les résultats d’une thèse en cours sur l’optimisation expérimentale de la culture en conditions de mélange idéal, qui aura permis l’identification de paramètres optimaux en termes par exemple de température, pH, agitation, composition du milieu de culture, etc.
Ainsi, dans une première partie (fermentation, pilotée par IFPEN Rueil), nous utiliserons un montage de fermentation bi-étagé permettant une approche « scale-down » pour reproduire au laboratoire les conditions de mélange attendues à l’échelle industrielle, en termes de puissance dissipée, de cisaillement et d’hétérogénéités de nutriments. Nous mesurerons alors l’impact de ces conditions de mélange non-idéal sur la morphologie de Rhizopus et sur ses performances de production d’acide fumarique.
Dans une 2e partie (modélisation, pilotée par TBI), nous combinerons l’intégralité des données générées pour construire in silico un modèle de bioréacteur industriel de grande taille couplant les descriptions de l’hydrodynamique, du transfert de masse gaz-liquide et des réactions biologiques. Ce jumeau numérique permettra de quantifier la perte de performance due à la culture à grande échelle, et ainsi de sécuriser l’extrapolation du protocole de production.

Mots clefs: fermentation, champignon filamenteux, extrapolation, scale-down, modélisation CFD, modélisation des bioréacteurs

• Encadrant IFPEN    Dr. Etienne JOURDIER, ORCID : 0000-0003-3502-2982
• Encadrant TBI    Pr. Jérôme MORCHAIN  morchain@insa-toulouse.fr, ORCID: 0000-0002-3343-5655 
• Ecole doctorale    ED581 ABIES, AgroParisTech, Université Paris Saclay
• Localisation du doctorant  IFPEN, Rueil-Malmaison, France : séjour 6 mois à prévoir en 2e partie de thèse à TBI, INSA Toulouse
• Durée et date de début    3 ans, début en Novembre 2026
• Employeur    IFP Energies nouvelles
• Financement    Projet BioFUMAC, PEPR B-BEST
• Qualifications    Master2 ou diplôme d’ingénieur en biotechnologie ou bioprocédés
• Connaissances linguistiques    Anglais niveau B2 (CECR)
• Autres qualifications recommandées    Expérience en conduite de fermentation, Connaissances en modélisation des procédés, Bonnes capacités de communication et de travail en équipe

Pour postuler, merci d’envoyer votre lettre de motivation et votre CV à l’encadrant IFPEN indiqué ci-dessous.