Contexte
Bioraffineries lignocellulosiques : extraction et valorisation des hémicelluloses

L’industrie papetière produit des fibres de cellulose depuis plus de cent ans en utilisant un procédé que l’on peut qualifier de bioraffinerie. En effet ils utilisent une matière première renouvelable (le bois), souvent issue de forêts gérées durablement et leur logistique d’approvisionnement est en place depuis longtemps. Ils produisent un matériau (pâte à papier ou cellulose), des produits chimiques (provenant des extractibles du bois) et de l’énergie.

Cette bioraffinerie pourrait être améliorée en valorisant encore davantage les différents constituants du bois. C’est ce qui est fait dans les usines qui utilisent le procédé au bisulphite acide, l’usine qui est allée le plus loin dans le concept de bioraffinerie étant l’usine de Borregaard à Sarpsborg en Norvège : cette usine produit, entre autres, de la cellulose de haute pureté pour des applications dans le domaine des éthers et esters de cellulose, des lignosulfonates, de l’éthanol de -deuxième génération obtenu par fermentation de la liqueur noire, et de la vanilline fabriquée à partir des lignosulfonates.

Dans le cas du procédé kraft, qui représente environ 97 % de la production de cellulose à partir de bois, une stratégie intéressante serait d’extraire au moins une partie des hémicelluloses, qui représentent entre 20 et 30 % du bois, avant de réaliser l’extraction des fibres de cellulose. En effet la plupart des usines modernes utilisant le procédé kraft sont excédentaires en énergie, et les hémicelluloses ont une capacité calorifique bien inférieure à celle de la lignine. On peut donc envisager de valoriser une partie des hémicelluloses autrement qu’en les brûlant.

Les hémicelluloses du bois sont des petits polymères constitués des cinq sucres principaux suivants : le glucose, le mannose, le galactose, le xylose, l’arabinose. Ces polymères comportent des groupements acétyles, et les xylanes comportent en outre des groupements acides 4-O-méthylglucuronique. Les hémicelluloses majoritaires dans les bois feuillus sont les xylanes, alors que les bois résineux contiennent surtout des galactoglucomannanes.

La valorisation de ces sucres s’ajoutant à la commercialisation de la cellulose améliorerait la rentabilité des usines de cellulose de taille moyenne, qui ne sont pas de taille à lutter contre des usines produisant plus de 1 million de tonnes de fibres de cellulose chaque année. Les usines qui possèdent les capacités...