Valorisation des déchets de l'industrie du bois : Extraction de Lignine par voie verte

Abstract

L’extraction de lignine à partir de sous-produits de l’industrie forestière wallonne en exploitant des procédés qualifiés de « verts » (c’est à dire répondant aux normes de la chimie verte) est envisagée dans le cadre de ce rapport en vue de la création d’une nouvelle filière économique. La voie basique (NaOH 2% (w/w)) et l’explosion à la vapeur avec imprégnation basique (NaOH 2% w/w) de la matière durant 24h ont été développées séparément et ensuite comparées sur base des rendements d’extraction en lignine. Les sous-produits de la filière du bois étudiés dans le cadre de ce travail sont des sous-produits industriels du groupe François et sont constitués de sciures de hêtre, d’épicéa et de peuplier. La caractérisation chimique de ces matières végétales a révélé une teneur en lignine comprise entre 21 et 28%. Nos analyses effectuées sur différents lots de l’entreprise et stockés dans des conditions différentes ont également mis en évidence que la composition des sciures ne varie pas dans le temps pour les principaux biopolymères structuraux (à savoir la cellulose, les hémicelluloses et la lignine). Les écorces d’épicéa comprennent par contre des quantités d’impuretés (protéines et minéraux) importantes et variables affectant les performances du procédé d’extraction développé. Les traitements d’extraction ont été optimisés selon différents paramètres opératoires tels que la pression dans le cadre des essais sous explosion vapeur et la concentration en base de Brönsted (NaOH et Ca(OH)2) dans le cadre de l’imprégnation basique. Nos résultats ont mis en évidence que les meilleurs rendements d’extraction de la lignine de ces coproduits forestiers étaient obtenus sous des pressions de 18 bars en condition d’explosion vapeur et en employant une solution de NaOH à 2% (w/w). Par ailleurs, nous avons mis en évidence que l’explosion à la vapeur avec imprégnation basique s’avère être plus efficace en termes de rendements en lignine que la voie basique à faible température, ainsi que la voie basique (mêmes conditions) post-explosion à la vapeur (dans les mêmes conditions de pression). Le plus haut rendement est obtenu pour le peuplier de faible granulométrie (avec un rendement d’extraction en lignine assez important de 26%). La meilleure pureté est cependant observée pour la lignine d’épicéa par la voie basique (87%). Réduire la granulométrie augmente les rendements d’extraction. III La caractérisation des lignines par infrarouge, chromatographie d’exclusion stérique à haute performance par ultraviolet et la résonance magnétique nucléaire a montré des différences (pureté et structures) entre les lignines issues des deux traitements (voie basique et explosion à la vapeur) et des trois essences de bois (hêtre, peuplier et épicéa) utilisées. Une des propriétés électriques de la lignine, à savoir la conductivité en solution, a enfin été étudiée. La lignine de peuplier tamisé extraite par un traitement combiné « explosion à la vapeur avec imprégnation basique », a la plus grande conductivité (68 μS/cm). Nos résultats démontrent une relation entre la structure moléculaire de la lignine et les propriétés électriques. En effet, la conductivité est proportionnelle à la teneur totale en hydroxyles des lignines. Cette conductivité est cent fois inférieure en solution à celle de sels inorganiques conventionnels (tels que le KCl) aux mêmes concentrations.