Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La lignine est un biopolymère clé dans la structure des végétaux car elle constitue une barrière chimique pour protéger les autres polymères pariétaux. Cette résistance aux éléments biotiques et abiotiques explique la difficulté pour obtenir de la lignine à l’état natif ce qui a limité pendant longtemps sa valorisation matière au contraire de sa valorisation énergétique. Le développement de la bioraffinerie lignocellulosique va proposer un volume important de lignine dont la transformation en synthons de base comme les molécules phénoliques ou les matériaux devient critique pour consolider ces procédés. Dans cet article les voies de valorisation les plus prometteuses seront décrites.
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Lignin is a key biopolymer in plant structure because it provides a chemical barrier to protect the other parietal polymers. This resistance to biotic and abiotic elements explains the difficulty of obtaining lignin in the native state, which for a long time has limited its material valorization and promoted the energy production. The development of the lignocellulosic biorefinery will provide a large volume of lignin whose transformation into basic synthons such as phenolic molecules or materials becomes critical to consolidate these processes. In this article, the most promising ways of valorization will be described.
Auteur(s)
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Alex RAKOTOVELO : Docteur en chimie des polymères de l’université de Bordeaux - Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques, UMR CNRS 5629 - École Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique de Bordeaux (ENSCBP), Pessac, France
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Frédéric PERUCH : Docteur en chimie des polymères de l’université de Bordeaux - Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques, UMR CNRS 5629 - École Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique de Bordeaux (ENSCBP), Pessac, France
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Stéphane GRELIER : Professeur des universités - Docteur en chimie des polymères de l’université de Bordeaux - Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques, UMR CNRS 5629 - École Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique de Bordeaux (ENSCBP), Pessac, France
INTRODUCTION
De tous les polymères naturels, la lignine est sûrement le plus emblématique du règne végétal. Sa biosynthèse ainsi que sa structure sont restées longtemps mal connues en raison de sa résistance aux agents chimiques et biologiques. Néanmoins, une intensification des recherches la concernant s’est opérée depuis le début du troisième millénaire afin d’améliorer les procédés papetiers et surtout de préparer la bioraffinerie qui devrait prendre l’ascendant sur la pétrochimie avant la fin duxxi e siècle. En effet, la conversion de la cellulose et des hémicelluloses en sucres simples (C5 et C6) pour la production de carburants ou de précurseurs pour la chimie est désormais maîtrisée et le déploiement industriel a commencé. Ainsi, alors que plusieurs millions de tonnes de lignine provenant de l’industrie papetière et des usines de bioéthanol pourraient être obtenues et exploitées chaque année (10 à 20 % de la lignine générée), seule une infime partie est actuellement valorisée. La meilleure connaissance de sa structure chimique a permis de proposer des procédés performants pour la séparer des polysaccharides. En parallèle, une adaptation de sa biosynthèse par les outils de la biotechnologie permettra également de proposer des végétaux mieux adaptés aux procédés industriels utilisés par la bioraffinerie et en accord avec les principes de la chimie durable. Cet article présente tout d’abord les principales caractéristiques de la lignine puis les différents procédés d’extraction à partir de la biomasse végétale. Les différentes voies de valorisation de la lignine sont décrites et discutées avec un focus particulier sur la voie enzymatique car cette dernière a l’avantage de répondre pleinement aux principes de la chimie verte.
Domaine. Chimie de la biomasse
Degré de diffusion de la technologie. Croissance
Domaines d’application. Bioraffinerie. Polymères biosourcés
Principaux acteurs français :
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pôles de compétitivité : Xylofutur, IAR, AXELERA
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centres de compétences : Université de Bordeaux, INP Grenoble, Université de Lorraine, FCBA
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industriels : Rayonier AM, SMURFIT-KAPPA, TEMBEC
Autres acteurs dans le monde :
Tous les pays industrialisés ont plusieurs centres de compétences et le listing risque d’être long et incomplet. La chimie de la lignine qui est une partie de la chimie de la biomasse est déclinée à différents degrés dans un grand nombre de département de chimie et en particulier de chimie organique.
Pour les autres acteurs industriels on peut citer Solvay, Rayonier Advanced Materials.
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KEYWORDS
lignin | phenols | biorefinery | biomass deconstruction
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Présentation
Enzymes lignolytiques3. Voies de valorisation de la lignine
Comme l’ont montré les paragraphes précédents, la lignine est un biopolymère aux caractéristiques singulières. Sa structure aromatique, ses propriétés physico-chimiques et sa relative abondance attirent l’attention des milieux scientifiques et industriels de façon croissante. La complexité et l’hétérogénéité des lignines font de leur valorisation un véritable défi.
Aujourd’hui la lignine est principalement utilisée comme source d’énergie dans l’industrie papetière. D’autres applications commerciales sont en place depuis plusieurs années exploitant les propriétés tensioactives de la lignine dans les bétons notamment. Ces voies de valorisation utilisent la lignine en tant que polymère de faible valeur ajoutée. D’autres stratégies à plus fort potentiel font l’objet de nombreuses études. Elles exploitent le potentiel de la lignine comme source de molécules plateforme pour l’industrie chimique [CHV 4 022]. Ces molécules de faibles masses molaires représenteraient une alternative d’origine naturelle aux molécules issues de la pétrochimie, et pourraient être un des éléments-clés des futures bioraffineries .
Les paragraphes suivants décrivent les principales voies de valorisation des lignines.
3.1 La lignine en tant que polymère
Dans un grand nombre d’applications, la lignine est utilisée en tant que polymère avec très peu de modifications, voire aucune. Bien que la plupart de ces applications soient commerciales, elles sont généralement de faible valeur ajoutée et sont situées sur des marchés où la croissance est relativement faible.
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Voies de valorisation de la lignine
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CANDOLLE (A.-P.) - Exposition des principes de la classification naturelle et de l’art de décrire et d’étudier les végétaux. - Paris : Deterville (1819).
-
(2) - SJÖSTRÖM (E.) - Wood chemistry – Fundamentals and applications, - 2nd ed. Academic Press, Inc. (1993).
-
(3) - PANSHIN (A.J.), de ZEEUW (C.) - Textbook of wood technology, - 2nd éd. McGraw-Hillbook Company (1964).
-
(4) - ADLER (E.) - Lignin chemistry – past, present and future, - Wood Sci. Technol., vol. 11, no. 3, pp. 169-218 (1977).
-
(5) - VANHOLME (R.), DEMEDTS (B.), MORREEL (K.), RALPH (J.), BOERJAN (W.) - Lignin Biosynthesis and Structure, - PLANT Physiol., vol. 153, no. 3, pp. 895-905, Jul. 2010.
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(6) - HOLLADAY...
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