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RÉSUMÉ
La chimie des procédés de fabrication des pâtes lignocellulosiques écrues par cuisson chimique conventionnelle (procédés soude, kraft et bisulfite) ou par cuisson organosolve (solvolyse) est revue dans cet article. Sont décrites les principales réactions conduisant à la dégradation et à la solubilisation de la lignine et les réactions d'hydrolyse des polysaccharides. La nature chimique du substrat principal, le bois, ainsi que celle de ses trois constituants polymériques majoritaires (cellulose, hémicelluloses et lignine), est détaillée. La connaissance de ces mécanismes s'inscrit dans le contexte du développement renforcé des bioraffineries lignocellulosiques, usines produisant des fibres, de l'énergie et des biomatériaux issus de ressources végétales non alimentaires.
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Gérard MORTHA : Professeur des Universités - Laboratoire de Génie des Procédés Papetiers (LGP2 – UMR CNRS 5518), École Internationale du Papier, de la Communication Imprimée et des Biomatériaux, Institut Polytechnique de Grenoble, Université Grenoble-Alpes, Saint Martin d’Hères, France
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Anne-Laurence DUPONT : Docteur ès Sciences, HDR, chercheur au CNRS - Centre de recherche sur la conservation des collections (CRC, USR 3224), Sorbonne Universités, Muséum national d’Histoire naturelle, Ministère de la Culture et de la Communication, CNRS, Paris, France
INTRODUCTION
La chimie des procédés de fabrication des pâtes lignocellulosiques écrues par cuisson chimique conventionnelle (procédés soude, kraft et bisulfite) ou par cuisson organosolve (solvolyse) est revue dans cet article. Sont décrites les principales réactions conduisant à la dégradation et à la solubilisation de la lignine et les réactions d’hydrolyse des polysaccharides. La nature chimique du substrat principal, le bois, ainsi que celle de ses trois constituants polymériques majoritaires (cellulose, hémicelluloses et lignine), est détaillée. La connaissance de ces mécanismes s’inscrit dans le contexte du développement renforcé des bioraffineries lignocellulosiques, usines produisant des fibres, de l’énergie et des biomatériaux issus de ressources végétales non alimentaires.
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MOTS-CLÉS
Mécanismes réactionnels pâtes lignocellulosiques bioraffineries délignification bisulfite et organosolve
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4. Conclusion
Cet article présente en les résumant les principaux phénomènes et mécanismes ayant lieu lors de la cuisson chimique du bois. Celle-ci a pour objet d’extraire les fibres cellulosiques du bois pour en faire du papier ou des produits dérivés des fibres et de la cellulose. La cuisson kraft est très largement dominante pour la pâte à papier (plus de 90 % des usines). La cuisson au bisulfite produit des pâtes spéciales et des lignosulfonates. La cuisson soude est réservée aux petites unités utilisant des plantes annuelles.
La lignine, dont la production annuelle atteint aujourd’hui 70 millions de tonnes, a été jusqu’à présent considérée comme un déchet à brûler, fournissant aux usines l’énergie dont elles ont besoin tout en recyclant les réactifs minéraux pour la cuisson. Seuls les lignosulfonates produits par les usines de pâte au bisulfite sont valorisés.
Aujourd’hui, les usines de pâtes se transforment en bioraffinerie : concept émergent depuis dix ans qui peut se définir comme étant celui « d’une usine globale visant à convertir la biomasse végétale en divers produits biosourcés pour des applications dans des domaines multiples et variés tels que l’alimentation humaine ou la nutrition animale, la chimie (produits chimiques et matériaux de toute gamme), et l’énergie (biocarburants et « bio-électricité »). Il s’agit de séparer la biomasse lignocellulosique en ses différents constituants : cellulose, hémicelluloses, lignine, oligomères et sucres élémentaires destinés à alimenter en matières premières l’industrie chimique, avec en toile de fond le remplacement au moins partiel du pétrole. La bioraffinerie est partie intégrante du concept de chimie verte et les usines de pâtes à papier transformées dans un futur proche en bioraffineries y joueront un rôle important.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - VALLETTE (P.), de CHOUDENS (C.) - Le bois, la Pâte, le Papier. - Éditions du Centre Technique du Papier (3e éd.), Grenoble, 1989.
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(2) - FENGEL (D.), WEGENER (G.) - Wood : chemistry, ultrastructure, reactions. - Editions Walter de Gruyter, Berlin, 1983.
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(3) - KLEMM (D.), PHILIP (B.), HEINZE (T.), HEINZE (U.), WAGENKNECHT (W.) - Comprehensive Cellulose Chemistry. Volume I. General Principles and Analytical Methods. - Editions Wiley, 1998.
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(4) - KONDO (T.), TOGAWA (E.), and (R.M.), BROWN (Jr.) - “Nematic Ordered Cellulose” : A concept of glucan chain association. - Biomacromolecules, 2, 2001, pp.1324-1330.
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(5) - SIXTA (H.), POTTHAST (A.), KROTSCHEK (A.W.) - in Handbook of Pulp, Sixta H. ed., Wiley-VCH Verlag GmbH &&&& Co. - KGaA, 2006, volume 1.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Portails de la TAPPI http://www.tappi.org/ et de la PAPTAC http://www.paptac.ca/fr, les grandes associations techniques industrielles nord-américaines dans le domaine des pâtes, papiers et cartons – sites majeurs d’information et de documentation industrielle et scientifique : revues spécialisées, e-learning, bookstore et documentation, fiches techniques, séminaires web, ateliers, forum et listes de discussion, actualité industrielle et scientifique.
Portails de l’ATIP, l’Association Technique de l’Industrie Papetière française http://www.atip.asso.fr/, et de la COPACEL, l’Union Française des Industries des Papiers, Cartons et Cellulose http://www.copacel.fr/fr. Une revue spécialisée (revue ATIP), séminaires, web, ateliers, formation, actualité et information technico-scientifique et industrielle.
Portails du CTP, Centre Technique du Papier http://www.webctp.com/, et du FCBA, Centre technique Forêt, Bois, Construction et Ameublement http://www.fcba.fr/. Documentation et laboratoires spécialisés, essais pilotes, analyses, formation professionnelle.
Portail de PAGORA http://pagora.grenoble-inp.fr/, école Internationale du Papier, de la Communication Imprimée et des Biomatériaux – école d’ingénieurs du groupe Institut Polytechnique de Grenoble, membre de l’Université Grenoble-Alpes. Pagora est la seule école française dispensant les enseignements spécialisés de la filière...
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