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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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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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6. Glossaire
Bioraffinerie ; biorefinery
Installations industrielles qui transforment les productions agricoles végétales et la biomasse en biocarburant, agrocarburant destinés à produire de la chaleur, des produits chimiques à valeur ajoutée, des biomatériaux.
Lignine kraft ; kraft lignin
Lignine obtenue par le procédé kraft qui consiste à réaliser la cuisson du bois en milieu basique et en présence de sulfure de sodium, pour l’obtention de fibres cellulosiques
Lignosulfonates ; lignosulfonates
Lignine obtenue par le procédé au bisulfite qui consiste à réaliser la cuisson du bois en milieu acide, pour l’obtention de cellulose.
Liqueurs ; liqueur
Solution qui contient les réactifs chimiques permettant de réaliser la délignification du bois.
On trouve la liqueur blanche qui contient uniquement les réactifs et la liqueur noire qui est obtenue en fin de cuisson et contient la lignine fragmentée par la procédé
RMN
Technique qui exploite les propriétés magnétiques de certains atomes (1H, 13C, 31P…) lorsqu’ils sont soumis à un champ magnétique. Elle est basée sur un phénomène de résonance suite à une irradiation de ces atomes par une radiofréquence adaptée.
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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).
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(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).
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(4) - ADLER (E.) - Lignin chemistry – past, present and future, - Wood Sci. Technol., vol. 11, no. 3, pp. 169-218 (1977).
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(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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