Intensification du procédé d’extraction en phase aqueuse (sans solvant) de la résine de guayule

Intensification of the aqueous phase extraction process (without solvent) of guayule resin

• Auteur / Autrice : Amandine Rousset
• Direction : Farid Chemat, Sandrine Perino
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosciences et sciences
• Date : Soutenance le 19/10/2022
• Etablissement(s) : Avignon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 536 « Sciences et agrosciences » (Avignon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sécurité et Qualité des Produits d'Origine Végétale (Avignon ; 1967-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : GuaTecs
• Jury : Président / Présidente : Gérald Culioli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Dupuy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Grégory Chatel, Nicolas Papaiconomou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ultrasons

Chromatographie

Gommes et résines

Latex

Extraction (chimie)

Chimie verte

Astéracées

Mots clés libres

Guayule

Éco-extraction

Latex

Résine

Méthodes chromatographiques

Ultrasons

Guayule

Eco-extraction

Latex

Resin

Chromatographic methods

Ultrasounds

Résumé

L'un des défis du XXIe siècle est l'accès limité aux ressources, notamment aux matériaux, utilisés dans tous les domaines de la vie quotidienne. En 2020, le caoutchouc naturel (matériau obtenu par la transformation du latex) est intégré à la liste des matières premières critiques de l’Union Européenne. En effet, il provient jusqu’alors d’une unique source, l’Hévéa, arbre principalement cultivé en Asie, et ne pouvant être cultivé en Europe. C’est pourquoi l’entreprise GuaTecs a décidé de miser sur une autre plante productrice de latex, le Guayule, un arbuste d’origine mexicaine qui s’adapte parfaitement au climat méditerranéen. Pour réaliser les premiers essais de production de latex à l’échelle semi-industrielle, GuaTecs a développé une installation pilote, dont le procédé est basé sur un broyage des branches de Guayule en milieu aqueux. Cependant, lors de ce broyage, la résine présente dans la plante est également extraite et se mélange au latex, dégradant ainsi sa qualité et ses propriétés. Cette problématique doit donc être solutionnée, pour extraire au préalable la résine, non hydrosoluble en milieu aqueux, avant d’extraire le latex. Afin de caractériser les différents constituants de la résine, une étude sur la composition chimique de cette dernière est réalisée. Des outils de chromatographies liquides et gazeuses sont utilisés afin de lister précisément les molécules qu’elle contient. Ensuite, le développement de méthodes d’analyses plus globales (par familles de molécules) est réalisé afin de pouvoir comparer plus rapidement les performances des différentes méthodes d’extraction. Les propriétés physico-chimiques de certaines molécules de la résine conduisent à les considérer comme de potentiels émulsifiants. De ce fait, la technologie des ultrasons est choisie afin d’extraire le maximum de résine, dans une première étape, en milieu aqueux. Plusieurs paramètres opératoires ont été étudiés afin de trouver les conditions optimales d’extraction. Il a fallu considérer à la fois la quantité de résine extraite dans une première étape mais également la quantité et la qualité du polyisoprène récupérable sous la forme de latex dans une seconde étape.Ces travaux de thèse établissent une base solide pour le développement de la filière européenne du latex et de la résine de Guayule. Cependant, des investigations complémentaires restent nécessaires d’un point de vue analytique mais aussi sur la partie extraction afin de pouvoir valider un procédé durable et économiquement viable.

One of the challenges of the 21st century is the limited access to resources, including materials, which are omnipresent in our daily lives. In 2020, natural rubber (a material obtained by processing latex) is included in the European Union's list of critical raw materials. Until now, it has only been obtained from one source, the Hevea tree, which is mainly grown in Asia and cannot be cultivated in Europe. This is why GuaTecs decided to focus on another latex-producing plant, the Guayule, a Mexican shrub that adapts perfectly to the Mediterranean climate. To carry out the first semi-industrial-scale latex production tests, GuaTecs developed a pilot plant, the process of which is based on grinding Guayule branches in an aqueous medium. However, during this grinding, the resin present in the plant is also extracted and mixed with the latex, thus degrading its quality and properties. This problem must therefore be solved by first extracting the resin, which is not water-soluble, in an aqueous medium, before extracting the latex. In order to characterize the different constituents of the resin, a study of the chemical composition of the latter was carried out. Liquid and gas chromatography tools are used to precisely list the molecules composing the resin. Then, the development of more global analysis methods (by families of molecules) is carried out in order to be able to compare the performances of the various extraction methods more quickly.The physico-chemical properties of certain molecules in the resin lead us to consider them as potential emulsifiers. For this reason, ultrasound technology was chosen in order to extract as much resin as possible, in a first step, in an aqueous medium. Several operating parameters were studied in order to find the optimum extraction conditions. The quantity of resin extracted in the first stage and the quantity and quality of the polyisoprene recoverable in the form of latex in the second stage were considered. This thesis work establishes a solid basis for the development of the European Guayule latex and resin industry. However, further investigations are still needed from an analytical point of view but also on the extraction part in order to validate a sustainable and economically viable process.