DS0304 -

Clivage de la liaison béta-1,4 glycosidique de la cellulose par plasma atmospherique non-thermique: mécanisme et application pour la production d'alkylglycosides – CELLOPLASM

Résumé de soumission

Contexte général: La cellulose est un polymère naturel composé d’unités béta-D-glucopyranose liées entre-elles par des liaisons béta-1,4 qui est produit naturellement à très large échelle par des micro-organismes vivants. Sa structure polysaccharidique lui confère des propriétés prometteuses pour la production de matériaux biosourcés trouvant des applications en tant que tensioactifs, colles, agents épaississants, etc. La Nature a cependant conçu la cellulose comme un polymère robuste rendant son utilisation difficile en dans les procédés chimiques. En particulier, si l’hydrolyse partielle ou totale des liaisons glycosidiques de la cellulose est une étape nécessaire, elle reste scientifiquement délicate en raison d’un fort réseau cohésif de liaisons hydrogène, d’interactions de type van der Waals ainsi que d'effets électroniques. CELLOPLASM a pour objectif la synthèse de glucans à partir de la cellulose en utilisant le plasma atmosphérique non-thermique. Les glucans sont des poly- ou oligosaccharides possédant des unités glucidiques connectées entre-elles par différentes liaisons glycosidiques (alpha/beta 1,4, 1,3, 1,6, 1,2). Bien qu’il existe des succès commerciaux capables de convertir la cellulose en jus sucré (principalement dans le but de produire des composés de faible valeur ajoutée), des obstacles demeurent pour la production de glucans à partir de la cellulose telles que la concentration des glucans, leur séparation et leur pureté.

Obstacles scientifiques: Les catalyseurs acides ne sont pas adaptés à la production sélective de glucans à partir de cellulose car ils engendrent des réactions secondaires ayant des énergies d’activation similaires à l’hydrolyse de la cellulose. Généralement, les procédés enzymatiques sont préférés. Cependant, ces routes nécessitent des dilutions importantes impliquant des procédés couteux d’extraction et de purification en fin de procédé.

Résultats antérieurs et opportunités: Récemment, IC2MP a montré qu’il était possible de synthétiser sélectivement des glucans à partir de la cellulose, sans solvant et catalyseur, à l’aide d’un plasma atmosphérique non-thermique (NTAP). Le traitement NTAP induit non seulement des réactions de dépolymérisation de la cellulose mais également des réactions de repolymérisation conduisant ainsi à la formation de glucans solubles et donc transformables. A notre connaissance, le traitement NTAP n’a jamais été utilisé pour la conversion de la cellulose en glucans.

Objectifs de CELLOPLASM: Bien que des résultats récents ont ouvert un nouveau champ d’investigation dans le domaine, différents aspects doivent être désormais étudiés plus en détail afin de déterminer le potentiel et domaine d’application de cette technologie. Dans ce contexte, la stratégie scientifique de CELLOPLASM repose sur deux piliers essentiels :
1) une étude sur le mécanisme ayant lieu lors du traitement NTAP. Nous proposons ainsi de collecter des informations dans trois domaines que sont (1) les tests NTAP, (2) la caractérisation des glucans et (3) la chimie théorique,
2) Cibler de manière grossière, le type de marché, en terme de business, pour lequel il est envisageable d’utiliser le traitement NTAP. Le potentiel du NTAP sera donc considéré pour la production (i) de glucans qui sont des matériaux biosourcés avec un prix de marché supérieurs à 5-10 €/kg et (ii) les alkylglycosides qui sont des tensioactifs avec une plus faible valeur ajoutée que les glucans (1.5-2 €/kg).

Consortium: De manière à atteindre les différents objectifs de CELLOPLASM, une recherche collaborative entre des partenaires avec des expertises scientifiques complémentaires est proposée : (1) IC2MP (CNRS, transformation cellulose, NTAP, catalyse, modélisation, BIA (INRA, caractérisation des polysaccharides) and (3) ICR (Spanish National Research Council, glycochimie).

Coordination du projet

Francois JEROME (Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ICR Institute for Chemical Research
BIA-INRA Unité Biopolymères, Interactions, Assemblages/INRA
IC2MP Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers

Aide de l'ANR 333 000 euros
Début et durée du projet scientifique : novembre 2016 - 36 Mois

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