Academic literature on the topic 'Biomasse – Détérioration'

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont eu pour objectif de i) concevoir et surproduire chez les champignons filamenteux de nouveaux outils enzymatiques performants pour la dégradation de la biomasse végétale et ii) d'étudier les relations synergiques existant au sein de ces enzymes hybrides bi- ou multi-modulaires. Dans une première partie, des enzymes libres impliquées dans la dégradation des hémicelluloses ont été surproduites chez Aspergillus niger (la féruloyl estérase B, FAEB et la xylanase B, XYNB). Les niveaux de production en fioles ont atteint respectivement, 100 mg. L-1 et 900 mg. L-1 pour la FAEB et XYNB. Ces protéines recombinantes ont été purifiées puis caractérisées. La seconde partie de l’étude a porté sur la conception et la production d’enzymes chimères dans lesquelles des modules d’intérêt ont été rapprochés physiquement en utilisant des fusions traductionnelles. Dans cette étude, la production d’une protéine chimère basée sur le modèle des enzymes cellulosomales bactériennes a été réalisée chez A. Niger. Ces travaux ont permis de produire la première enzyme fongique, FAEA, fusionnée à un module bactérien dockérine fonctionnel. Le travail sur les protéines chimères a été élargi en fusionnant deux enzymes complémentaires, la FAEA et XYNB afin d’améliorer l’efficacité enzymatique globale en favorisant l’action synergique entre les partenaires fusionnés. De plus, dans une seconde construction, un module de fixation à la cellulose (CBM) a été additionné à cette protéine bifonctionnelle pour étudier l’effet du ciblage vers le substrat. Ces enzymes bifonctionnelles ont été surproduites (~1,5 g. L-1), caractérisées et testées dans le cadre du relargage d’un composé à haute valeur ajoutée, l’acide férulique à partir de sous-produits agricoles et se sont montrées plus efficaces que les enzymes libres correspondantes. Par conséquent, le rapprochement physique entre une enzyme principale (XYNB) et une enzyme secondaire (FAEA) ainsi que le ciblage apporté par le module non-catalytique (CBM) a permis de favoriser la synergie enzymatique et représente une stratégie intéressante pour l’amélioration enzymatique. Une dernière étude basée sur une nouvelle enzyme hybride a été également réalisée, chez un nouvel hôte, dans le cadre de cette thèse. La construction de ces protéines chimères performantes présente de grands intérêts dans de nombreuses applications du domaine de la chimie verte, notamment pour la production de biocarburants à partir de la biomasse végétale
The objectives of this thesis were i) to design and overproduce new and efficient enzymatic tools in filamentous fungi involved in the plant-cell-wall degradation and ii) to study the synergistic relationships of the corresponding bi- or multi-modular hybrid enzymes. Firstly, free hemicellulolytic enzymes were overproduced in Aspergillus niger (feruloyl esterase B, FAEB and xylanase B, XYNB). Production yields reached 100 mg. L-1 et 900 mg. L-1 for FAEB and XYNB, respectively. Recombinant proteins were purified and fully characterized. Secondly, this study concerned the design and production of chimeric enzymes, in which modules of interest were fused together to enable physical proximity between them. In this study, a chimeric enzyme, based on the model of bacterial cellulosome, was produced in A. Niger. The first fungal enzyme, FAEA, fused to a functional bacterial dockerin module, was successfully produced. Our work was extended to others hybrid proteins by fusing two complementary enzymes, FAEA and XYNB in order to improve the enzymatic efficiency, by increasing synergistic effect of the fused enzymes. Moreover, in a second construction, a Carbohydrate-Binding Module (CBM) was added to the bifunctional enzyme to study the effect of the substrate targeting. These bifunctional enzymes were overproduced (~1,5 g. L-1), characterized, and tested for the ferulic-acid release from agricultural by-products and their action was improved as compared to that of the corresponding free enzymes. Therefore, physical proximity between these primary (XYNB) and secondary (FAEA) enzymes and the substrate targeting by the CBM promote the enzymatic synergy. Finally, a new hybrid enzyme was designed in a new host in this work. The design of these improved chimeric enzymes is of great interest for future applications in industrial sectors, such as the biofuel production from vegetal biomass

Valoriser des coproduits industriels en matériaux dits alternatifs en technique routière selon le guide méthodologique du SETRA est à l'heure actuelle un défi scientifique majeur pour l'environnement et l'économie circulaire. Les Cendres Volantes Papetières (CVP) sont des résidus de l'industrie papetière. Des études antérieures ont démontré qu'elles possèdent des propriétés hydrauliques et/ou pouzzolaniques. Ces coproduits disponibles en grande quantité à des prix attractifs constituent un atout pour une valorisation matière. L'incitation à utiliser des matériaux alternatifs est en parfaite adéquation avec la volonté de valoriser des CVP en technique routière. Utilisées comme liants, ces dernières présentent un impact faible au niveau de l'empreinte carbone par rapport aux liants hydrauliques usuels. Ce travail de recherche a été initié pour valoriser en tant qu'éco-matériaux des volumes conséquents de CVP. Deux voies de valorisation ont été retenues. Elles consernet la mise en oeuvre d'un matériau routier innovant pour les techniques routières, l'aménagement du territoire et la conception d'agromatériaux pour la construction. Ce travail propose une double approche expérimentale : (i) l'optimisation d'une matrice à base de CVP et d'additifs minéraux, puis (ii) l'ajout de granulats végétaux pour élaborer des agromatériaux. Les granulats végétaux sélectionnés sont des coproduits de l'agriculture. Ils sont issus de ressources renouvelables locales, employant une main d'oeuvre en mobilisant des savoir-faire locaux, pour rester dans le cadre d'une valorisation matière en circuit court. L'étude comporte quatre volets : (1) formulations et mise en oeuvre des éco-matériaux à base de CVP, (2) analyse de leur comportement mécanique, de leur durabilité et du comportement à long terme, (3) comportement environnemental et (4) analyse microstructurale des éco-matériaux élaborés. Le traitement des CVP à l'eau avec des additifs minéraux diminue considérablement leur impact environnemental. L'analyse des paramètres comportementaux a permis d'obtenir un éco-matériau (A) et un éco-agromatériau (AG) potentiellement valorisables en ingénierie routière. La mise en pratique avec prise en compte du changement d'échelle , i. E. Passage du laboratoire à l'échelle d'un pilote, a été étudiée. Une plate-forme routière et deux chemins piétonniers, constituant la planche expérimentale avec essais de validation, ont d'une part été réalisés. Plusieurs séries de matériaux de construction comprenant des pavés, des briques, des boisseaux et des parpaings ont d'autre part été mises en oeuvre à l'unité. Il a été possible de conclure qu'une combinaison entre 95% CVP + 5% ciment ou 95% CVP + 5% ciment + 2% de chènevotte constitue les mélanges les plus prometteurs pour les deux applications
Valorizing the industrial by-products int alternative materials for road engineering according to SETRA recommendations is a major scientific challenge for the environment and the circular economy. The Wastepaper Sludge Ash (WSA) is a waste material that comes from the recycled paper industry. Previous studies showed that they have hydraulic and/or pouzzolanic properties. These by-products being available in large quantities at attractive cost are an asset for material valorization. To use alternative materials is in perfect adequacy with the fact of valorizing WSA in road engineering. As binders, WSA having a low impact in terms of carbon print compared to usual hydraulic binders. This research work was undertaken to valorize as eco-materials, important volumes of WSA. Two application fields were selected. They consern the implementation of an innovative road material for road engineering and territorial management, and the eco-design of agromaterials for construction. This work proposes two experimental approaches : (1) on optimization of the matrix based on WSA and mineral additives and (ii) addition of natural aggregates for making eco-agromaterials. The natural aggregates are renewabke resources obtained from agriculture. These chosen aggregates are local resources, using local handcraft, and mobilizing the local expertise for short circuit of material valorization. The study contains four parts : (1) formulations and implementation of eco-materials, (2) analysis of their mechanical behavior, their durability and long-term behavior, (3) a study of environmental behavior and (4) a microstructural analysis of eco-materials. The WSA treatment with water and mineral additives decreases considerably their environmental impact. The correlation between these parameters allowed obtaining an eco-material (A) and eco-agromaterial (AG) potentially recoverable in road engineering. The practice takes into account the change of scale i. E. Transition from the laboratory scale to the pilot scale, this aspect was studied. On one hand a reduced road platform and two pedestrian pathways constituting the test on site for validation have been performed. On the other hand, series of materials, i. E. Pavements, bricks and concrete blocks were made. It was possible to conclude that a mixture composed with 95% WSA + 5% cement or 95 % WSA + 5% cement + 2% hemp shives gives the best promising mixes for these two applications

Le développement des voies de valorisation de la biomasse par gazéification, très prometteuses pour la production de biocarburants, est ralenti à cause de la concentration trop élevée de goudrons dans le gaz produit par ce procédé. Des travaux récents ont montré que les métaux, lorsqu’ils sont imprégnés dans la biomasse, limitent la génération des goudrons primaires, produits lors de l’étape de pyrolyse qui précède les réactions d’oxydation. L’objectif principal de ce travail est d’étudier l’influence des métaux imprégnés sur les mécanismes de pyrolyse et sur les rendements en goudrons de cette étape. La réactivité du char formé, qui est dopé en métal, par rapport aux réactions d’oxydation a également été évaluée. L’étude de l’influence du fer et du nickel sur la pyrolyse des principaux polymères qui constituent la biomasse (cellulose, xylane, lignine) et d’échantillons de biomasses a permis de mettre en évidence que les métaux favorisent principalement les mécanismes de formation du char, ce qui inhibe les réactions de dépolymérisation et de fragmentation, responsables de la production des goudrons. Imprégné dans les phases amorphes des polysaccharides, le nickel catalyse aussi des réactions de dépolymérisation. Ce résultat explique que la réduction des rendements en goudrons soit plus forte avec le fer qu’avec le nickel. Par contre, le nickel est plus efficace pour limiter la production des molécules contenant un noyau benzénique et pour catalyser des réactions secondaires des matières volatiles, comme le reformage à la vapeur. Lors des expériences de gazéification de char dopé en fer, des problèmes de désactivation du catalyseur métallique, qui conduisent à un ralentissement de la cinétique de la réaction d’oxydation, sont observés. Au contraire, l’activité catalytique du nickel est stable et rend possible les réactions d’oxydation du char au CO2 à 600 °C et à la vapeur d’eau à 500 °C. Ces résultats indiquent que l’approche, qui consiste à imprégner des métaux dans la biomasse, permet d’envisager la mise en oeuvre de procédés de gazéification à basse température ; ce qui limiterait le problème des goudrons et permettrait d’améliorer l’efficacité énergétique des procédés
The very promising development of the use of biomass for biofuel production by gasification is slowed down owing to too high tar concentration in the gas produced by this process. Recent works showed that, when impregnated in biomass, metals display catalytic activity that results in a significant decrease in the production of the primary tars, during the pyrolysis step, which precedes the oxidation reactions. The main aim of this work was to assess the effect of impregnated metals on pyrolysis mechanisms and on the tar yield of this step. The reactivity of the metal-doped char produced, during the oxidation reactions, was also evaluated. The study of the influence of iron and nickel on the pyrolysis conversion of the main polymers that form biomass (i. E. Cellulose, xylan and lignin) and of biomass samples showed that impregnated metals mainly catalyzed the mechanisms of char formation. This phenomenon inhibited the depolymerization and fragmentation reactions, which are responsible for most tar formation. When impregnated in the amorphous phase of the polysaccharides, nickel also promoted some depolymerization reactions. This result explains the bigger decrease in tar production obtained with iron than with nickel. However, nickel was more efficient in limiting the production of molecules containing a benzene ring and to catalyze the secondary reactions of volatile compounds. During gasification tests, the conversion of the iron-doped char revealed problems of deactivation of the metal catalyst, which led to a decrease in the reaction rate of the oxidation reaction. On the contrary, the catalytic activity of nickel was stable and made possible the oxidation reactions of char at 600 °C with CO2 and at 500 °C with steam. These findings show that the approach which consists in impregnating biomass with metals, allows considering the implementation of gasification processes at low temperature, which could limit the tar problem and could improve the energy conversion efficiency of these processes

L’objectif de cette thèse était la mise au point de nouvelles méthodes de synthèse innovantes permettant le recyclage de déchets carbonés ou l’utilisation de matières premières renouvelables, ceci afin d’améliorer la durabilité du secteur de la chimie industrielle et de réduire sa dépendance aux ressources fossiles. Dans cette optique, le travail a été réalisé en suivant trois axes de recherche principaux visant la mise au point de nouveaux procédés catalytiques pour la valorisation de l’acide oxalique, un dérivé du CO2, de déchets de matériaux polymères ainsi que de la biomasse. Afin d’atteindre les objectifs fixés, une stratégie basée sur le clivage réducteur des liaisons C–O et utilisant la réaction d’hydrosilylation catalysées par B(C6F5)3 a été adoptée. Cette stratégie a permis en premier lieu d’obtenir, à partir de l’acide oxalique, une large gamme de produits ayant différents degrés d’oxydation allant de l’acide glyoxylique trisilylé jusqu’à l’éthane. Il a été montré ensuite que le système B(C6F5)3-hydrosilane permet la dépolymérisation sélective de déchets plastiques (tels que PLA, PET et PC-BPA) ainsi que de polyesters bio-sourcés tels que l’acide tannique et la subérine, en une variété de molécules comprenant des alcools, des phénols et des alcanes. Enfin, l’efficacité de B(C6F5)3 comme catalyseur d’hydrosilylation sélectif a été démontrée pour le clivage réducteur des modèles de motifs α-O-4 et β-O-4, principales liaisons dans la lignine. Cette réaction a pu être extrapolée à la lignine issue du bois et une nouvelle démarche permettant l’obtention de produits aromatiques purs à partir de la lignine a été développée
The objective of this thesis was the development of new innovative synthetic methods for recycling waste carbon compounds or renewable raw materials to improve the sustainability of the industrial chemical sector and reduce its dependence on fossil resources. In this context, the work has been performed following three main areas of research intended for the development of new catalytic processes for the valorization of oxalic acid, derived from CO2, waste polymer materials and biomass. To achieve these objectives, a strategy based on the reductive cleavage of C–O bonds using the hydrosilylation reactions catalyzed by B(C6F5)3 was selected. First, this strategy resulted in the generation of a wide range of products with different degrees of oxidation, from oxalic acid, ranging from trisilylated glyoxylic acid to ethane. Afterwards, the system B(C6F5)3-hydrosilane allowed the selective depolymerization of waste plastics (such as PLA, PET, PC-BPA) as well as bio-based polyesters such as tannic acid and suberin, to a variety of molecules including alcohols, phenols and alkanes. Finally, it has been shown that B(C6F5)3 is an efficient and selective hydrosilylation catalyst for the reductive cleavage of α-O-4 and β-O-4 models, the main linkages in lignin. This reaction was successfully transposed to lignin derived from wood and a new process for obtaining pure aromatic products from lignin has been developed

L’utilisation de la biomasse végétale, que ce soit à des fins énergétiques, papetières ou valorisation dans le domaine des biomatériaux via des filières de biorafineries, nécessite la séparation des différents copolymères qui la composent par des méthodes physique et/ou chimique. Par exemple, les méthodes classiques utilisées pour extraire la cellulose mettent en jeu des réactions acido-basiques et provoquent des modifications de la structure des lignines à cause des réactions de recondensation, de déalkylation et de déshydratation. L’exploitation des lignines dans le domaine des matériaux est limitée par plusieurs facteurs notamment leur faible solubilité dans les solvants usuels, leur poids moléculaire élevé et leur faible nombre de phénols libres à l’origine de leur réactivité chimique. Ce projet s’inscrit dans un contexte de valorisation des lignines industrielles en tenant compte la structure chimique spécifique de chaque type de lignine Son objectif consiste à développer de nouvelles stratégies permettant la rupture des liaisons les plus labiles sur la chaine propyle des sous unités phénylpropanoïdes puis leur fonctionnalisation en optimisant la formation d’éthers d’énols ou en permettant leur rupture directe en évitant au maximum les réactions de recondensation en utilisant les liquides ioniques comme milieu réactionnel. Un focus particulier sera fait sur la fonctionnalisation possible des éthers d’énols conduisant à une dépolymérisation sélective des lignines papetières qui en contiennent un taux non négligeable. Selon les lignines industrielles, ces méthodes devraient permettre d’obtenir des oligomères de plus faible masse, d’augmenter également la fraction phénolique et d’améliorer la solubilité des lignines transformées ainsi que leurs propriétés antioxydantes
The ability to use plant biomass in energy, paper industry or valorization in the field of biomaterials via biorefineries, requires the separation of the various copolymers by physical or chemical methods. For exemple, the classic methods used to extract the cellulose involve acido-basic reactions and cause modifications of the structure of lignins because of recondensation, dealkylation and dehydration reactions. The exploitation of lignins in the field of materials is limited by several factors as their low solubility in usual solvents, their high molecular weight and low number of free phenol fonctions. This project joins in a context of valuation of the industrial lignins by taking into account the specific chemical structure of every type of lignin. Its obvective consists in developing new strategies to cleave weak bonds on the propyl chain of phenylpropan units, then their fonctionnalization by optimizing the formation of enol ethers or their direct cleavage by avoiding the reactions of recondensation by using ionic liquids as reaction medium. A particular focus will be made on the possible fonctionnalization of enol ethers for a selective depolymerization of industrial lignins who contain a not insignificant rate. According to the structur of lignins, these methods should allow to obtain oligomers with low molecular weight, to increase also the phenolic fraction and improve the solubility of the transformed lignins as well as their antioxidant properties

Pour répondre aux enjeux énergétiques et écologiques actuels, les pouvoirs publics prévoient une forte augmentation des prélèvements de bois à l'horizon 2020. Cependant, très peu d'études en milieu tempéré établissent clairement un lien entre les changements sylvicoles associés et la préservation de la biodiversité. L'enjeu de cette thèse est d'améliorer les connaissances sur lesquelles fonder des outils de conservation pertinents et favorables à la biodiversité, en adoptant les coléoptères saproxyliques comme modèle biologique. Le volume de bois mort a souvent été retenu comme un indicateur de gestion durable des forêts. Au travers d'une méta-analyse, nous avons cherché à appréhender son importance et ses limites en tant qu'indicateur de biodiversité. Nous montrons que toute augmentation du volume de bois mort est favorable à la biodiversité. Nous avons ensuite testé l'effet de la qualité de différents types de rémanents (essence, diamètre et stade de décomposition) sur la biodiversité afin d'identifier les principaux facteurs déterminant la composition des assemblages. Nos résultats montrent que les variables à l'échelle de la pièce de bois mort jouent un rôle important pour la biodiversité. Enfin, nous avons étudié la valeur écologique de zones abandonnées par la sylviculture(taillis-sous-futaie abandonnés depuis plus de 60 ans), et l'impact du raccourcissement ou de l'allongement de la durée de rotation en futaie régulière de chêne. Nous avons ainsi montré que les zones vieillies hébergent une plus grande biodiversité et que la diminution des rotations sylvicoles pourrait avoir un impact négatif. Par conséquent, la préservation des zones vieillissantes permettrait de favoriser la conservation de la biodiversité saproxylique.Cette étude est la première du genre en milieu tempéré. Malgré les résultats obtenus, de multiples questions se posent encore et de nombreux facteurs sont encore à étudier.