Procédé vert pour la valorisation de plastiques bio-sourcés : réaction de transestérification de poly-(acide lactique) par voie enzymatique.

Green process for the recovery of bio-sourced plastics: enzymatic transesterification reaction of poly lactic acid

• Auteur / Autrice : Alaric Catard
• Direction : Sandrine Hoppe, Isabelle Chevalot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés, des Produits et des Molécules
• Date : Inscription en doctorat le 13/10/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LRGP - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe 5 - GENIE DES PRODUITS

Mots clés

Mots clés libres

Extrusion réactive

Acide polylactiques

Transestérification

Biopolymères

Biocatalyse

Biocatalysis

Reactive extrusion

Transesterification

Bio-based plastics

Polylactic acid

Résumé

L'objectif de la thèse est d'aboutir à la mise au point et l'optimisation d'un procédé vert pour la valorisation de plastiques bio-sourcés. Ce procédé repose sur une réaction de transestérification de polyacide lactique par voie enzymatique mise en œuvre dans une extrudeuse couplée éventuellement à des bioréacteurs de pré-ou post-traitement. La thèse se déroulera en cinq grandes étapes centrées respectivement sur : - Une étude bibliographique approfondie qui fera le point sur les connaissances concernant les réactions catalysées par les enzymes en vue de la synthèse ou de la modification des plastiques bio-sourcés en général et des polyesters bio-sourcés en particulier. - Une étude ayant pour but de sélectionner les enzymes qui seront utilisées dans le procédé. Cette étape comportera des expériences à petite échelle destinées à quantifier l'efficacité et la sélectivité des enzymes. - Des études préliminaires destinées à quantifier la cinétique de transestérification des polyesters bio-sourcés en présence de(s) enzyme(s) préalablement sélectionnée(s) et déterminer les conditions opératoires dans l'extrudeuse et les réacteurs de pré et ou post(traitement). - Une étude du procédé d'extrusion complet (avec couplage ou non de réacteurs de pré ou post-traitements) à l'échelle pilote qui aboutira à la mise au point des conditions opératoires du procédé et à l'analyse des caractéristiques des produits obtenus en vue de leurs applications potentielles sur les marchés de l'emballage ou du médical. - La modélisation et l'optimisation du procédé en fonction de critères liés à la qualité des produits obtenus et de critères liés à l'impact environnemental du procédé.

The objective of the thesis is to develop and optimise a green process for the valorisation of bio-sourced plastics. This process is based on an enzymatic transesterification reaction of poly lactic acid implemented in an extruder, possibly coupled with pre- or post-treatment bioreactors. The thesis will be carried out in five main stages centred respectively on - An in-depth bibliographical study which will review the knowledge concerning the reactions catalysed by enzymes for the synthesis or modification of bio-based plastics in general and bio-based polyesters in particular. - A study to select the enzymes to be used in the process. This stage will include small-scale experiments to quantify the efficiency and selectivity of the enzymes. - Preliminary studies to quantify the transesterification kinetics of the bio-based polyesters in the presence of the selected enzyme(s) and to determine the operating conditions in the extruder and the pre- and/or post-treatment reactors. - A study of the complete extrusion process (with or without coupling of pre- or post-treatment reactors) on a pilot scale, which will lead to the development of the operating conditions of the process and the analysis of the characteristics of the products obtained with a view to their potential applications in the packaging or medical markets - Modelling and optimisation of the process according to criteria related to the quality of the products obtained and criteria related to the environmental impact of the process.