PRODUCTION RAISONNEE DE LIGNINES ET HÉMICELLULOSES PAR COUPLAGE DE PROCEDES MECANIQUES ASSISTES – LigNoV

Ce projet, qui regroupe deux laboratoires de recherche (Les UMR IATE et LCA) et une société d’ingénierie dans les procédés de purification (NOVASEP), a pour objectif de proposer un procédé de fractionnement des biomasses lignocellulosiques pour la valorisation conjointe des trois composés majoritaires, la cellulose, la lignine et les hémicelluloses. Deux résidus de plantes ont été retenus comme modèles, les tourteaux de tournesol et la bagasse. La bagasse a été choisie car elle ne contient pratiquement que ces trois constituants et le tourteau car il induira une problématique supplémentaire, la séparation des protéines. Les filières de valorisation de ces deux biomasses existent, mais cherchent leur diversification.
Le procédé de fractionnement étudié est basé sur le couplage du fractionnement par voie sèche et de l’extrusion bi-vis, pour la production de trois fractions purifiées en cellulose, hémicelluloses et lignine dans des perspectives d’éco-conception. Dans un premier temps, un broyage sera réalisé a sec afin de séparer les tissus végétaux ayant des compositions très différentes. Les travaux viseront à minimiser les coûts liés au broyage tout en permettant une dissociation fine des tissus. Les particules lignocellulosique produites seront ensuite séparées selon un procédé électrostatique développé au sein de l’UMR IATE. Ce procédé, qui sépare les particules selon leurs propriétés de surface et composition, a pour objectif de produire des fractions enrichies en lignine-hémicelluloses, cellulose et protéines sans apport de solvant et catalyseurs. Cette étape du procédé minimisera les étapes d’extraction et purifications ultérieures.
Dans un deuxième temps, ces fractions seront utilisées pour extraire les molécules d’intérêt qui dans les conditions les plus favorables à leur récupération (basique, acide, enzymatique). Afin de minimiser la quantité de réactif utilisé, l’action chimique sera couplée à une action mécanique et thermique, en utilisant un extrudeur bi-vis. Les résultats d’extraction (rendements, pureté, énergie, déchets) obtenus seront comparés à des procédés conventionnels développés dans la littérature en particulier le procédé organosolv et l’extraction en conditions basiques, en réacteur agité ou autoclave.
Le projet s’attachera également à l’étude de la séparation des fractions liquides enrichies en hémicelluloses et lignines. Les voies de purification envisagées sont les procédés à membranes, y compris électrodialyse, et chromatographiques associés aux procédés de séparation liquide/solide classique (filtration et centrifugation). Durant cette partie les conditions de purification seront optimisées pour chaque procédé étudié, y compris les procédés de référence. L’objectif est de définir une voie de purification des extraits pour les différents procédés qui sont potentiellement industriellement, et pouvoir ainsi les comparer à une échelle similaire. Cette étude comprendra également la caractérisation des extraits obtenus, afin de définir s’il est possible de valoriser d’autres molécules, comme les composés phénoliques.
L’intérêt du procédé étudié est de réduire la quantité de solvant utilisé, ce qui selon les principes de la chimie verte participe au développement d’un procédé durable. De plus, l’optimisation du procédé se fera en tenant compte de son impact environnemental en couplant les technique d’analyse de cycle de vie aux modèles classiques du génie chimique. Tous les essais expérimentaux menés permettront l’acquisition des données nécessaires à la réalisation de l’analyse de vie, en particulier l’évaluation des flux entrants et sortants. Cette phase permettra de définir les conditions optimales de fractionnement pour chaque procédé, en tenant compte à la fois des performances techniques et écologiques.
Le procédé défini comme le plus efficace pour chaque substrat sera validé à une échelle plus grande afin d’obtenir les données nécessaires à un pré-dimensionnement industriel.