Academic literature on the topic 'Lignocellulosiques'

Dans le monde, le pétrole assure 96 % des besoins des transports, lesquels mobilisent 65 % du pétrole consommé et participent à hauteur de 20 % aux émissions de CO2. Afin de réduire la consommation de ressources fossiles, une des alternatives est notamment l’utilisation de « biocarburants ». Ces biocarburants sont classés en trois générations successives. Les biocarburants de première génération sont issus des parties alimentaires de plantes de grande culture : le bioéthanol et le biodiesel. Les biocarburants dits « avancés » de seconde génération sont issus de ressources lignocellulosiques (bois, résidus agricoles...) valorisées soit en bioéthanol soit en hydrocarbures de synthèse. Une troisième génération repose sur la culture de micro-algues productrices d’acides gras transformés en biodiesel. Les biodiesels de première génération, tout comme ceux de deuxième et troisième générations, sont sujets à certaines critiques notamment le CAS (changement d’affectation des sols) et la compétition alimentaire/énergétique. L’objectif de ce travail est d’examiner l’intérêt de deux filières prometteuses. Les biodiesels basés sur des cultures dédiées conduisent à des impacts environnementaux plus réduits mais jouent un rôle dans la problématique des CAS. Alors que celles basées sur les résidus n’y entrent pas et montrent des niveaux de réduction des émissions de gaz à effet de serre entre 83 et 90 % contre 60 à 80 % pour un biodiesel classique par rapport à un carburant diesel fossile. Les esters butyliques d’huiles alimentaires usagées et de graisses animales s’affichent comme des biodiesels « plus verts » et représentent une opportunité pour les biocarburants de deuxième génération et pour une oléochimie « plus verte ».

Au sein de la biomasse végétale, les composés à teneur élevée en parois constituent une source d’aliments que seuls les herbivores peuvent utiliser. Parmi les herbivores, le Ruminant a été de loin le plus étudié. Les processus de dégradation anaérobie des composés lignocellulosiques dans le rumen mettent en jeu le rôle spécifique des micro-organismes (bactéries, protozoaires, champignons). Les produits du métabolisme microbien sont directement utilisés par l’animal hôte comme source d’énergie (acides gras volatils) ou comme principal fournisseur d’acides aminés (protéines microbiennes synthétisées dans le rumen) ou de vitamines (vitamines B). La teneur en lignine élevée de certains fourrages est cause d’une médiocre dégradation par les micro-organismes du tube digestif. Il est possible d’améliorer leur utilisation par trois moyens. Les traitements technologiques sont très nombreux mais seuls ceux aux alcalis, surtout à l’ammoniac, et, dans certains cas le broyage et les traitements hydrothermiques sont économiquement rentables et se développent dans la pratique. Les procédés aux moisissures blanches doivent encore être développés. Les autres traitements chimiques (oxydants, SO2), physiques (irradiation) et biologiques (enzymes, bactéries apportant des nutriments), ne sont pas suffisamment rentables. Les améliorations apportées par les meilleurs traitements ne permettent pas cependant de dépasser une digestibilité de 0,5 - 0,6 pour les résidus très lignifiés. Les recherches futures doivent développer d’autres voies tout en perfectionnant (efficacité, économie) les procédés actuels. L’optimisation de l’activité microbienne dans le rumen peut être atteinte en fournissant aux microbes les nutriments dont ils ont besoin. En outre, l’emploi du génie génétique ouvre des perspectives dans l’amélioration de la production d’enzymes microbiennes particulièrement efficaces à l’égard des parois ou en permettant le développement de certaines activités microbiennes dans des conditions de milieu peu favorables (cellulolyse en milieu de pH faible). L’optimisation des fermentations peut être atteinte en choisissant le type d’herbivore dont les caractéristiques morphologiques et physiologiques des réservoirs de fermentation sont optimisées, en premier lieu par leur position (rumen ou gros intestin) puis en sélectionnant divers critères (capacité, temps de séjour des aliments, répartition des phases liquides et solides, ...). Cette approche est d’un intérêt considérable pour les pays qui s’orientent vers un système d’utilisation des résidus très lignifiés de l’agriculture.

Le travail porte sur la valorisation de dechets lignocellulosiques, a travers l'obtention de materiaux thermodurcissables. Apres avoir rappele la nature des principaux constituants et les caracteristiques de la matiere vegetale, une etude bibliographique sur les principales voies de valorisation de dechets lignocellulosiques est proposee dans la premiere partie. La deuxieme partie est consacree a la fonctionnalisation de sciures de bois (pin, chene). Nous avons mis en evidence l'amelioration qu'apporte un pretraitement du bois a l'ozone sur sa reactivite. En effet, lors des reactions d'esterification et d'etherification, on constate de meilleurs resultats (gain de poids, taux d'esters, d'epoxydes) si le bois a ete au prealable ozone. Dans le cas de l'esterification, l'ozonation a permis egalement de minimiser la quantite d'agent d'esterification. Dans la troisieme partie sont presentees les conditions d'obtention ainsi que les caracteristiques des materiaux composites: bois fonctionnalise-resine epoxyde d'une part et bois fonctionnalise-resine polyester insature d'autre part. Certaines de ces proprietes (contrainte a la rupture en flexion, durete de rockwell) sont ameliorees lorsque le bois a ete ozone au prealable. L'etude de l'influence d'un additif a ete abordee dans le cas des composites bois-resine polyester insature. Enfin, une generalisation de cette technique a d'autres dechets lignocellulosiques (paille de ble, moelle de sorgho, tiges de kenaf, noyaux d'olives) est proposee

La contamination des surfaces par des bactéries et l’émergence de souches résistantes aux antimicrobiens sont des problèmes très préoccupants dans différents domaines tel que les domaines hospitalier et alimentaire. Cette contamination commence par l’adhésion de bactéries pathogènes sur une surface jusqu’à la formation de biofilms. Ces derniers contribuent à l’émergence de résistances de certaines souches bactériennes aux traitements conventionnels. Pour répondre à ces problèmes de contamination des surfaces, ces travaux de thèse portent sur le développement de nouveaux matériaux antibactériens à base de fibres de pâte à papier. Nous nous sommes intéressés, dans une première partie, à l’élaboration d’un papier antibactérien par le greffage, via un lien triazine, de deux composés d’huiles essentielles, le thymol et le carvacrol, connus pour leurs activités antibactériennes. L’évaluation microbiologique des matériaux élaborés, sur les deux souches bactériennes testées, E.coli et S.aureus, a montré un effet bactériostatique. Ces matériaux bloquent donc la croissance bactérienne empêchant ainsi la formation des biofilms. Une synergie entre le thymol et le carvacrol lorsqu’ils sont greffés sur les fibres de pâte à papier a également été montré. Dans une deuxième partie, notre étude s’est focalisée sur l’élaboration d’un papier antibactérien qui n’acquière son activité qu’après greffage et formation du motif actif « aryl-1,2,3-triazole ». Le greffage est réalisé par une réaction de « Click Chemistry », la cycloaddition de Huisguen catalysée par le cuivre I. Les tests antibactériens révèlent l’importance du substituant de l’aryle, l’influence du temps de contact et la pertinence d’utiliser des mélanges de matériaux. L’activité antibactérienne observée sur les fibres de la pâte thermomécanique est meilleure dans les deux parties. Les différents résultats obtenus sont décrits dans ce manuscrit
The contamination of surfaces by bacteria and the emergence of antimicrobial resistant strains are very worrying problems in different areas such as hospital and food. This contamination begins with the adhesion of pathogenic bacteria on a surface until the formation of biofilms. These biofilms contribute to the emergence of resistances of certain bacterial strains to conventional treatments. To answer these problems of surface contamination, this thesis work focuses on the development of new antibacterial materials based on pulp fibers. In the first part, we focused on the development of an antibacterial paper by grafting, via triazine link, two essential oil compounds, thymol and carvacrol, known for their antibacterial activities. The microbiological evaluation of the developed materials against the two bacterial strains tested, E. coli and S. aureus, showed a bacteriostatic effect. These materials block the bacterial growth thus preventing the biofilms formation. Synergy between thymol and carvacrol grafted onto paper has also been shown. In a second part, our study focused on the development of an antibacterial paper that acquires its activity only after the grafting and formation of "aryl-1,2,3-triazole", the active motif. The grafting is carried out by a reaction of "Click Chemistry", the copper (I)-catalyzed Azide Alkyne Cycloaddition. The antibacterial tests reveal the importance of the aryl substituent, the influence of the contact time and the relevance of using mixtures of materials. The antibacterial activity observed on the thermomechanical pulp fibers is better in both parts. The different results obtained are described in this manuscript

Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à la modification chimique des fibres de pâte à papier, essentiellement constituées de cellulose, dans le but de développer de nouvelles voies de valorisation. Dans une première partie, nous avons travaillé à la mise au point de la réticulation des fibres papetières en utilisant la réaction de cycloaddition 1-3 dipolaire de Huisgen afin de former un cycle triazole reliant deux chaînes de cellulose sans possibilité de réaction intramoléculaire. Durant ces travaux, nous avons mis au point, pour la première fois, les réactions de propargylation et de tosylation de fibres cellulosiques, en milieu aqueux. Les fibres modifiées ont été analysées par XPS, DRX, MEB et elles ont subi une série de tests visant à évaluer leurs propriétés physiques et l’effet des modifications. Ces tests ont permis d’une part de confirmer la réticulation des fibres et d’autre part de mettre en avant des résultats intéressants obtenus dans le cas des feuilles contenant des fibres propargylées. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l’élaboration de papiers aux propriétés photobactéricides en greffant des porphyrines sur des fibres lignocellulosiques par cycloaddition 1-3 dipolaire de Huisgen. Nous avons tout d’abord procédé à la préparation du photosensibilisateur avant de réaliser le couplage avec les fibres cellulosiques. Les fibres fonctionnalisées par les porphyrines ont ensuite été intégrées à des feuilles de papier pour une étude ultérieure de leur effet bactéricide et photobactéricide
In this work, we are interested in the chemical modification of pulp fibres, mainly composed of cellulose, in order to develop new ways of valorisation. In a first part, we worked on the development of the cross-linking of the papermaking fibres using the 1-3 dipolar cycloaddition reaction of Huisgen to form a triazole ring between two cellulose chains without any intramolecular reaction. For this work, we have developed, for the first time, the reactions of propargylation and tosylation of cellulose fibres in aqueous medium. The modified fibres were analysed by XPS, XRD and SEM, and underwent a series of tests to assess their physical properties and the effect of changes. These tests confirm on the one hand the crosslinking of the fibres on the other hand highlight some interesting results obtained in the case of the sheets containing propargylated fibres. The second part of this work is devoted to the development of paper with photobactericidal properties by grafting porphyrins onto lignocellulosic fibres using the 1-3 dipolar cycloaddition reaction of Huisgen. We first carried out the preparation of the photosensitizer before performing the coupling with the cellulose fibres. Porphyrins functionalized fibres were then embedded in sheets of paper for further study of their bactericidal and photobactericidal effects

Le développement industriel et économique de ces dernières décennies a entraîné une forte production de déchets de l'agriculture. Une des valorisations possibles de ces co-produits est leur conversion en matériaux thermoplastiques par la modification chimique des fonctions hydroxyles de la matière lignocellulosique. Une méthode d’estérification du bois par des chlorures d’acides gras en l’absence de solvant organique est proposée. Un courant d’azote a permis d’entraîner le chlorure d’hydrogène formé au cours de la synthèse et de déplacer l’équilibre de la réaction. L’optimisation des conditions expérimentales (débit d’azote, température et durée de la réaction, quantité de chlorure d’acide) a permis d’obtenir avec le chlorure d’octanoyle un gain de poids expérimental de l’échantillon estérifié de 87% et un taux d’ester de 60%. Une fraction de bois estérifié (52%) s’est solubilisée dans le milieu réactionnel lors de l’estérification. Deux pré traitements de la matière lignocellulosique ont été testés : l’ozonisation et l’hydrolyse acide douce. Ce dernier est le plus intéressant car il conduit à un gain de poids expérimental plus élevé (102%). La généralisation de la réaction d’estérification du bois à d’autres chlorures d’acides gras (décanoïque à octadécanoïque) et à d’autres déchets lignocellulosiques (bagasse d'agave, jacinthe d’eau, paille de blé, moelle de sorgho) a mis en évidence une différence de réactivité liée à la composition chimique du substrat et à la longueur de la chaîne carbonée du réactif. L’estérification du bois par les chlorures d’acides gras lui a conféré de nouvelles propriétés telles que la thermoplasticité due à la diminution de la cristallinité de la cellulose du bois durant la modification chimique, l’hydrophobicité et une meilleure stabilité thermique.

Les contaminations des surfaces constituent un problème majeur de santé public rencontré dans plusieurs secteurs tels que les milieux hospitaliers et l’industrie alimentaire. Cette contamination consiste en l’adhésion de bactéries pathogènes ou opportunistes qui peuvent former des biofilms. Ces biofilms sont potentiellement des sources de développement et de prolifération des bactéries. Une voie efficace de lutte contre la contamination microbienne est l’élaboration de surfaces bactéricides visant à empêcher ou diminuer l’adhésion bactérienne. Basé sur le savoir-faire du laboratoire de Chimie des Substances Naturelles dans le domaine des polysaccharides, nous avons entrepris d’élaborer des supports antibactériens en fixant de manière covalente des molécules aux propriétés antibactériennes sur des fibres lignocellulosiques de pâte à papier (la pâte Kraft). Le lien triazole formé est stable vis-à-vis de l’hydrolyse acide ou basique, et subsiste dans des conditions oxydantes et réductrices. Nous avons choisi de nous intéresser dans un premier temps à la fixation de manière covalente d’un antibactérien commercial connu, le triclosan, sur des fibres lignocellulosiques de la pâte à papier ; puis dans une deuxième approche nous nous sommes orientés vers la fixation de porphyrines sur ces supports. Enfin dans une troisième approche, nous avons fixés des molécules aromatiques qui n’acquièrent leur potentiel antimicrobien qu’après greffage sur le support via le lien triazole. L’étude de l’effet antimicrobien des différents matériaux a montré pour une activité bactéricide du matériau Pâte Kraft-triclosan vis-à-vis notamment de trois souches fréquemment trouvées en milieu hospitalier: Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus et Escherichia coli ; Dans le cas du greffage de photosensibilisateurs, seul le matériau pâte Kraft-Porphyrine neutre a permis une photoinactivation des souches après irradiation
Surface contamination by pathogens constitutes a major public health problem encountered in many areas such as hospitals, environment and food industry. This contamination consists in the adhesion of pathogenic or opportunistic bacteria that can attach to a biotic or abiotic surface and lead to the formation of biofilm. An effective way to fight against microbial contamination is the development of antibacterial surfaces, in order to prevent or reduce bacterial adhesion. Based on the expertise of the Laboratoire de Chimie des Substances Naturelles in the field of polysaccharides, we have undertaken the development of antibacterial materials by grafting through covalent bonds molecules presenting antibacterial properties onto lignocellulosic fibers (in this case Kraft pulp fibers). Triazoles are resistant to acid and basic hydrolysis, reductive and oxidative conditions. This moiety is also relatively resistant to metabolic degradation and is not posing particular toxicity problems. The study of the antibacterial effect has shown a bactericidal activity of the triclosan-Kraft pulp sheet against three strains frequently found in hospitals: Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus and Escherichia coli. In the case of grafting photosensitizers, only the neutral porphyrin-Kraft pulp sheet material displayed a strong photobactericidal activity after irradiation

L’hydrolyse enzymatique de la biomasse lignocellulosique est une voie prometteuse pour la bioconversion des matières végétales en sucres fermentescibles en vue de la production du bioéthanol de seconde génération. En général, des cocktails enzymatiques contenant différentes familles d’activités, caractérisées par des modes d’action différents, sont utilisés comme biocatalyseurs. L’essentiel des travaux de modélisation de ce procédé abordent la question via des approches cinétiques où les aspects particulaires et dynamique d’évolution des propriétés du substrat/biocatalyseur/système ne sont pas pris en compte. De plus, ce type de modèles, visant à reproduire les cinétiques de production des sucres simples, traite uniquement le cas de la mise en contact simultanée des enzymes et de la matière à hydrolyser (substrat). Dès lors, les questions relatives au design/optimisation du procédé telles que le mode d’alimentation (batch/continu) ou l’ajout séquencé des enzymes et/ou du substrat ne peuvent pas être abordées avec ces modèles. Dans ce travail, une approche de modélisation par le formalisme du bilan de population est proposée. Le modèle est basé sur une hétérogénéité structurale du substrat à savoir la distribution de taille des chaines/particules. Comme première approche numérique, la méthode des classes est utilisée dans le cas de l’hydrolyse de chaines polymères subissant des attaques endoglucanases (rupture aléatoire) et exoglucanases (coupure d’un dimère en bout de chaine). En deuxième lieu, la méthode des moments a été adoptée pour traiter du cas d’un substrat particulaire. Ici la rupture s’opère sous l’effet des contraintes hydrodynamiques tandis que l’hydrolyse enzymatique modifie la cohésion des particules. Par ailleurs, la nécessité de confronter les résultats numériques issus de la méthode des moments avec les distributions expérimentales a motivé un travail sur les méthodes de reconstruction des distributions à partir de leurs moments. Parallèlement à ce travail de modélisation, plusieurs métrologies nécessaires à la caractérisation de ces systèmes ont été mises en oeuvre. Trois techniques granulométriques (Morpho-granulométrie, Focused Beam Reflectance Measurement Technique (FBRM) et Granulométrie laser) ont été utilisées pour accéder à l’évolution de la distribution de taille des particules au cours de l’hydrolyse d’une cellulose microcristalline (Avicel). De plus, les concentrations en sucres réducteurs et en sucres simples (glucose et cellobiose) ont été mesurées. Les modélisations proposées combinent ainsi les aspects de cinétique homogène et de catalyse hétérogène. Intégrées dans une approche de type bilan de population multivariable, elles permettent d’accéder à l’évolution de la distribution de taille des chaines/particules du substrat ainsi qu’aux cinétiques de conversion en sucres simples
The enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass is a promising approach for the bioconversion of organic matter into fermentable sugars aiming ultimately to produce second generation biofuel. Globally, enzymatic cocktails, containing different activities which are characterized by their specific mechanisms, are used as biocatalysts. Most of the studies devoted to the modelling of this process address the problem via kinetic approaches in which the particulate aspects and the dynamic evolution of the properties of the substrate/biocatalyst/system are not taken into account. Moreover, such models aim to reproduce the kinetics of release of simple sugars and treat only the case where the enzymes and the substrate are simultaneously mixed at the beginning of the hydrolysis reaction. Therefore, issues related to the design/optimization of the process such as the supplying mode (batch/continuous) and the sequential adding of the enzymes/substrate cannot be addressed with these models. In this work, a population balance formalism is proposed as modelling approach. The model is based on a structural heterogeneity of the substrate namely the chain/particle size distribution. As a first numerical approach, the method of classes is used in the case of polymer chains undergoing endoglucanase (random breakage) and exoglucanase (chain-end scission) attacks. Secondly, the method of moments is adopted to solve the same problem and then adapted to the case of a particulate substrate by introducing the particle cohesion effect which depends on the enzymatic attacks as well as on the hydrodynamic shear stress. Finally, the confrontation of the numerical results from the method of moments to the experimental distributions motivated the development of reconstruction methods in order to restore distributions from a finite sequence of their moments. Alongside this modelling work, the suitable metrology has been developed for the characterization of these systems. Three different granulometric techniques (Morphogranulometry, Focused Beam Reflectance Measurement (FBRM) technique and Laser Diffraction Particle Size Analysis) are used to reach the time-evolution of the particle size distribution of microcrystalline cellulose (Avicel). In this context, numerical tools used for the analysis and the comparison of the different experimental distributions are proposed. In addition, the concentrations of reducing and simple sugars (glucose and cellobiose) are measured all along the hydrolysis reactions. The modeling of enzymatic hydrolysis developed here combines the concepts of homogeneous and heterogeneous catalysis. Integrated into the framework of multivariable population balance model, these allow the chain/particle size distribution evolution during the reaction and the kinetics of simple sugars release to be predicted