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RÉSUMÉ
L’extraction des hémicelluloses du bois en amont du procédé de production de fibres de cellulose est un moyen de mieux valoriser l’ensemble de la biomasse végétale entrant dans une usine. Cet article aborde l’intérêt de la valorisation des hémicelluloses en comparant l’extraction des hémicelluloses issues de deux espèces de bois (bois résineux mélangés et eucalyptus globulus). Cette extraction est obtenue par une autohydrolyse et une préhydrolyse, en présence d’acide sulfurique. Plusieurs voies de valorisation sont possibles : fermentation des sucres en alcool, production de tensioactifs non ioniques de type polyglucosides d’alkyles, ou production de prébiotiques à partir des oligosaccharides.
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Christine CHIRAT : Professeur - Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, LGP2, Grenoble, France
INTRODUCTION
Les activités papetières représentent aujourd’hui les plus importantes transformations chimiques du bois. À l’échelle mondiale l’industrie papetière génère annuellement près de 135 millions de tonnes de fibres de cellulose de pureté comprise entre 80 % et 97 % à partir de procédés dits chimiques. Ces pâtes sont principalement produites à partir de bois. Les fibres de cellulose sont obtenues majoritairement par le procédé kraft qui est un traitement alcalin réalisé à haute température (160 °C en moyenne) sur des copeaux de bois. La quantité de cellulose dans le bois n’étant que de l’ordre de 40 %, des quantités encore plus importantes de sous-produits sont obtenues. Ces sous-produits sont aujourd’hui concentrés et brûlés, ce qui permet aux usines d’être autonomes, voire excédentaires en énergie.
Les hémicelluloses étant dégradées pendant le procédé kraft, un moyen de les valoriser serait de les extraire en amont du procédé kraft, par un procédé d’autohydrolyse ou d’hydrolyse acide. Les sucres obtenus peuvent permettre de produire une multitude de produits et de matériaux, comme des alcools par fermentation, des tensioactifs verts (pour la production de savons, shampoings, détergents, cosmétiques), des bioplastiques.
Les objectifs de cet article sont de comparer l’extraction des hémicelluloses de bois feuillus et résineux par autohydrolyse, d’étudier l’effet des paramètres du procédé d’autohydrolyse sur les quantités de sucres extraites, et de donner deux exemples de valorisation des hémicelluloses ainsi extraites : l’un pour la production d’alcool et le second pour la production de tensioactifs. La caractérisation et la valorisation des oligosaccharides extraits sont discutés dans une dernière section.
Domaine : Bioraffineries intégrées à la production de cellulose
Degré de diffusion de la technologie : Émergence
Technologies impliquées : Hydrolyse et solubilisation des hémicelluloses ; dépolymérisation des hémicelluloses
Domaines d’application : Utilisation de sucres issus de ressources non alimentaires
Principaux acteurs français :
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Pôles de compétitivité : Axelera, IAR, Xylofutur
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Centres de compétence : laboratoires de recherche dans le domaine de la chimie du bois, de la bioraffinerie, des glycosciences
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Industriels : industriels papetiers, industriels de la chimie
Autres acteurs dans le monde : même types que décrits plus haut
Contact : [email protected]
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Conclusion
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4. Valorisation des hémicelluloses extraites par autohydrolyse
4.1 Fermentation des sucres en C6 en éthanol
Dans le cas des bois résineux, la majeure partie des hémicelluloses est composée de sucres en C6, provenant des galactoglucomannanes. Une possibilité de valorisation de ces sucres est la fermentation en alcool . Nous avons étudié le cas de la fermentation en éthanol par la levure classiquement utilisée pour ce faire, Saccharomyces cerevisiae. L’autohydrolysat de bois de résineux contient majoritairement des sucres en C6 sous forme d’oligomères qu’il faut hydrolyser dans un second temps pour l’obtention de monomères. En effet, la fermentation par la levure citée ci-dessus ne peut se faire qu’à partir de sucres en C6 monomères. C’est ainsi que, une fois séparé des copeaux, l’autohydrolysat a été traité par une hydrolyse secondaire avant la fermentation, dans des conditions qui ont été optimisées dans le cadre de travaux de thèse de J. Boucher et indiquées dans le tableau 2. Dans une seconde expérience, et ce afin...
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Valorisation des hémicelluloses extraites par autohydrolyse
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MÄKI-ARVELA (P.), SALMI (T.), HOLMBOM (B.), WILLFÖR (S.), MURZIN (D.Y.) - Synthesis of sugars by hydrolysis of hemicelluloses – a review. - Chemical Reviews, 111(9):5638–5666 (2011).
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(2) - RICHTER (G.A.) - Some aspects of prehydrolysis pulping. - Tappi, 39(4):193–210 (1956).
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(3) - SIXTA (H.) - Part 4 Chemical pulping processes – Multistage Kraft pulping, in Handbook of Pulp, - 1er ed., vol. 1, Herbert Sixta, p. 325-346 (2006).
-
(4) - SONG (T.), PRANOVICH (A.), SUMERSKIY (I.), HOLMBOM (B.) - Extraction of galactoglucomannan from spruce wood with pressurised hot water, - Holzforschung, vol. 62, n° 6, p. 659-666 (2008).
-
(5) - GÍRIO (F.M.), FONSECA (C.), CARVALHEIRO (F.), DUARTE (L.C.), MARQUES (S.), BOGEL-LUKASIK (R.) - Hemicelluloses for fuel ethanol : A review, - Bioresour. Technol., vol. 101, n° 13, p. 4775–4800 (2010).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
EWLP : European Workshop on Lignocellulosics and Pulp : congrès international ayant lieu tous les deux ans en Europe
ISWFPC : International ymposium on Wood, Fiber and Pulp Chemistry : congrès international ayant lieu tous les deux ans, en alternance avec EWLP, en Europe, Asie ou Amérique.
NWBC : Nordic Wood Biorefinery Conference : congrès ayant lieu tous les 18 mois en alternance entre la Finlande et la Suède
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