Extraction de dérivés de la biomasse lignocellulosique pour la synthèse de tensioactifs bio-sourcés

Recovery of lignocellulosic biomass derivatives for the synthesis of bio-based surfactants

• Auteur / Autrice : Pauline Vincent
• Direction : Henri Cramail, Stéphane Grelier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Polymères
• Date : Soutenance le 28/09/2020
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : François Jérôme
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Henri Cramail, Stéphane Grelier, François Jérôme, Vincent Chaleix, Pierre-Yves Pontalier, Sergio Mastroianni, Christelle Michaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Chaleix, Pierre-Yves Pontalier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acides carboxyliques

Hydroxyacides

Hémicellulose

Mots clés libres

Liqueur alcaline

Hémicelluloses

Acides sacchariniques

Fractionnement

Tensioactifs non-Ioniques

Hydroxyacides

Alkaline liquor

Hemicelluloses

Hydroxyacids

Fractionation

Non-Ionic surfactants

Saccharinic acids

Résumé

Ce travail de thèse traite de l’extraction d’acides carboxyliques hydroxylés issus de la biomasse lignocellulosique pour élaborer des tensioactifs bio-sourcés. Ces acides, dérivés de la cuisson en milieu basique du bois et de la purification en milieu basique des pâtes cellulosiques, sont obtenus sous la forme d’un mélange dans des liqueurs industrielles. Dans ce mélange, cinq acides hydroxylés majoritaires ont été identifiés et quantifiés, dont trois monohydroxyacides et deux polyhydroxyacides, ou acides sacchariniques. Une étude sur l’extraction et le fractionnement du mélange d’acides hydroxylés d’un filtrat alcalin a préalablement été réalisée. Après une première étape d’élimination de la lignine du filtrat alcalin par acidification, deux voies ont été étudiées pour extraire le mélange d’acides hydroxylés : une méthode basée sur l’estérification et une autre sur l’extraction réactive. Ces deux stratégies ont permis le fractionnement des hydroxyacides et des acides sacchariniques. En parallèle, la formation de ces acides hydroxylés a été étudiée par dépolymérisation des hémicelluloses isolées d’une pâte cellulosique. Un procédé en trois étapes a permis d’extraire et d’identifier deux types d’hémicelluloses. La dégradation de ces hémicelluloses en milieu basique a ensuite permis de comprendre la formation de ces acides hydroxylés en mélange. Dans une dernière partie, la synthèse de tensioactifs non-ioniques monocaténaires et bolaformes à partir des acides carboxyliques hydroxylés a été réalisée et leurs propriétés physico-chimiques étudiées.

The aim of this study was the recovery of hydroxy carboxylic acids, derived from lignocellulosic biomass, for the synthesis of bio-based surfactants. These acids are formed during the chemical pulping of wood in alkaline conditions and are present in the so-called industrial liquor. Five mains hydroxy carboxylic acids have been identified and quantified, as three monohydroxyacids and two polyhydroxyacids, also called saccharinic acids. On the one hand, a study of the extraction and fractionation of the mix of acids from the alkaline liquor has been carried out. After a preliminary step of lignin removal by acidification of the liquor, two methods have been developed to extract these acids: a first one based on esterification reaction and a second on reactive extraction. The fractionation of hydroxyacids and saccharinic acids has been achieved by these two strategies. Meanwhile, the acids formation has been investigated by hemicelluloses depolymerisation. A three-step procedure has been developed to extract two types of hemicelluloses from a cellulosic pulp. The alkaline degradation of the hemicelluloses isolated has been studied to better understand the mechanism of the acids formation in mix. On the other hand, the synthesis of monomeric non-ionic surfactants and bolaamphiphiles from hydroxy carboxylic acids has been performed and their physico-chemical properties studied.