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Révision : 30 mai 2011

	Rapport d'activité scientifique du LGP2 (2006-2009)
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Chercheurs du LGP2 (Mai 2011)

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II - Chimie des Procédés

II - 1 - Présentation

L’extraction des fibres cellulosiques à partir des matières premières lignocellulosiques fait en général appel à des actions chimiques d’une grande complexité. L’objectif est de solubiliser la lignine par dégradation chimique sans affecter la cellulose. Le mélange intime de ces deux constituants à l’intérieur des parois végétales rend cette opération difficile. Les réactifs utilisés à cet effet sont la soude et le sulfure de sodium, mis en oeuvre par cuisson chimique à haute température (160-170°C). La lignine est alors dépolymérisée par coupure des liaisons éther alkyl-aryl. Parallèlement, les hémicelluloses et la cellulose subissent une hydrolyse alcaline au cours de laquelle 80 % des hémicelluloses sont perdues. La cellulose subit une dépolymérisation partielle dont l’intensité peut être cependant limitée, ce qui permet de maintenir la résistance mécanique des fibres à un niveau satisfaisant.

Les problèmatiques sur lesquelles est focalisée l’activité de recherche de l'équipe Chimie des Procédéssont les suivantes :

• Le rendement en fibres cellulosiques, exprimé en masse de fibres récupérées par rapport à la masse de bois utilisée, est inférieur à 50%. Ceci résulte de la perte des hémicelluloses qu’il serait intéressant de garder dans les fibres.
• La valorisation des produits d’extraction ; en particulier, la pré-extraction des hémicelluloses avant cuisson peut permettre leur valorisation sous forme d’hexoses (glucose, mannose, galactose) fermentescibles en bioéthanol, ou de pentoses (xylose, arabiose) servant de molécules de base pour la chimie.
• Les fibres obtenues après cuisson sont brunes en raison de la présence de traces de lignine impossibles à éliminer. Il est donc nécessaire de réaliser une opération de blanchiment qui fait appel à l’utilisation d’oxydants puissants, traditionnellement chlorés (à base de dioxyde de chlore) et à haute température. Les contraintes actuelles en matière de protection de l’environnement et d’optimisation énergétique imposent de remplacer, partiellement au moins, ces produits chlorés par des oxydants propres (oxygène, peroxyde d’hydrogène, ozone) et travailler si possible à température plus basse (< 50°C).

Les thèmes abordés par l’équipe sont les suivants :

• Structure macromoléculaire de la lignine dans les substrats lignocellulosiques par association de méthodes spectroscopiques (RMN ¹³C, RMN ¹⁹F, IRTF, GC-MS) et d'isolement ou de dégradation contrôlée (extraction enzymatique, acidolyse, pyrolyse).
• Lien entre la structure de la lignine et l’efficacité des procédés de délignification et de blanchiment des fibres.
• Modélisation des procédés à partir des mécanismes et lois cinétiques.
• Développement de procédés propres et sélectifs de délignification et blanchiment (étude de catalyseurs).
• Comportement des fibres au cours du vieillissement et du recyclage du papier.
• Développement de procédés d’extraction des hémicelluloses par pré-hydrolyse et fermentation intégrés dans la ligne de production des fibres d’une usine de pâte conventionnelle.

Les principaux partenaires des actions de recherche sont l’ Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (ADEME), l’ Agence Nationale de Recherche (ANR), le Centre Technique du Papier (CTP), l' Institut Technologique Forêt Cellulose Bois-construction Ameublement (FCBA), Arkema, Air Liquide, EDF, Tembec, Degrémont, Wedeco, ainsi que les partenaires universitaires et industriels de contrats européens et ANR.

Les projets les plus marquants réalisés au cours des quatre dernières années sont décrits ci-après.

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