Activation de biopolymères par plasma atmosphérique non thermique

Biopolymers activation by non-thermal atmospheric plasma

• Auteur / Autrice : Joakim Delaux
• Direction : François Jérôme, Abdellatif Barakat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie appliquée
• Date : Soutenance le 08/12/2016
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'environnement Gay Lussac (La Rochelle ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers ; 1984-....)
• Jury : Président / Présidente : Henri Cramail
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdellatif Barakat, Henri Cramail, Jean-Michel Tatibouët
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Da Costa, Bernard Cathala

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymérisation sous plasma

Oligosaccharides

Plasmas froids

Dextranes

Cellulose

Mots clés libres

Cellulose

Glucanes

Plasmas froids

Oligosaccharides

Polymérisation sous plasma

Cellulose

Glucans

Cold plasma

Oligosaccharides

Polymerisazion with plasma

Résumé

L'équipe de François Jérôme (IC2MP, UMR7285) a développé des procédés innovants et originaux dans les prétraitements de la biomasse lignocellulosique. Ces travaux fondamentaux sont basés sur l'utilisation de plasma atmosphérique non-thermique afin de dépolymériser des biopolymères (cellulose, amidon, inuline) de manière sélective. L'avantage de ce prétraitement physique est son absence de solvant et de catalyseur permettant ainsi de pallier les problèmes de purification ou de dilution habituellement rencontrés. On peut également citer la faible consommation énergétique. Ce prétraitement plasma permet d'accroitre l'accessibilité des biopolymères aux espèces réactives (lors d'une hydrolyse par exemple) et d'obtenir des rendements supérieurs aux procédés chimiques ou enzymatiques classiques.L'objectif de cette thèse est de comprendre quelles sont les bonnes conditions pour obtenir une cellulose moins réfractaire aux traitements chimiques et quel mécanisme est mis en jeu lors du traitement par plasma. Quels impacts ont les espèces qui interagissent avec la surface du biopolymère, comment elles diffusent au cœur des matrices polymériques ou encore quel est l'impact de la nature chimique du/des biopolymère(s) (cristallinité, type de liaisons, nature des saccharides…). Par la suite, une étude sur la réactivité de la cellulose traitée par plasma a été réalisée en se concentrant plus particulièrement sur les rendements en glucose suite à une hydrolyse acide en milieu dilué. Cela nous a permis d'évaluer l'impact des traitements physiques (plasma, broyage ou les deux) sur la réactivité de la cellulose. De plus, un panel d'analyses a été réalisé et nous a permis d'en déduire un mécanisme réactionnel possible pour le traitement de la cellulose par plasma.

François Jerome's team developed new processes for the pretreatment of lignocellulosic biomass. This fundamental work is based on the use of non-thermal atmospheric plasma for the deplolymerization of biopolymers (cellulose, inuline) selectively. The advantage of this physical pretreatment is the non-using of catalysis or solvent and so it's resolve the dilution problem or the purifying problem usually met. A low consummation of energy can be cited too. This pretreatment could be increase the reactivity of biopolymers (hydrolysis for example) and get a better yield than the chemical or enzymes processes.The goal of the thesis is to understand what are the good conditions to obtain a cellulose more reactive for the chemical reactions and what the mechanism for the plasma treatment are. What kind of species react with the surface of the polymers and how they enter in the bulk ? What is the role of the nature and constitution (crystallinity, different polymer, kind of link…) ? Then, a study on the reactivity of the plasma cellulose was performed and the focus was put on the yield of glucose after acid hydrolysis. Like this, we can see the influence of the physical pretreatment (plasma, milling or both) on the cellulose. At the end, a mechanism is proposed by using all the information recovered in particularly with the structural analysis.