Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

1 Procédés de fractionnement de la matière végétale Application à la production

1 Procédés de fractionnement de la matière végétale Application à la production des polysaccharides du son et de la paille de blé Mercredi 9 Mars 2011 Laboratoire de Chimie Agro-industrielle UMR 1010 INRA / INP-ENSIACET Rawan ZEITOUN 4 5 Remerciements Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire ont été réalisés au sein du Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (UMR 1010 INRA / INP-ENSIACET). Je tiens donc, tout d’abord à remercier l’ancienne directrice du laboratoire Madame le Professeur Marie-Elisabeth BORREDON, ainsi que le directeur actuel Monsieur le Professeur Carlos VACA-GARCIA de m’avoir accueillie au sein de leur laboratoire. Je remercie ensuite, Monsieur Pierre-Yves PONTALIER, Maître de Conférences, qui a dirigé ce travail de thèse. Nos continuelles oppositions, contradictions et confrontations ont sûrement été la clé de notre travail commun. Je tiens également à remercier Monsieur Luc RIGAL, Ingénieur de recherche, qui a codirigé ces études. Au travers de nos discussions, il m’a apporté une compréhension plus approfondie des divers aspects du sujet. Je suis très reconnaissante à Monsieur Maxime PONTIE, Professeur au GEPEA UMR- CNRS 6144, Université d’Angers, et à Monsieur Mohamed GHOUL, Professeur au LBB- ENSAIA-INPL, Nancy, de m’avoir fait l’honneur d’être les rapporteurs de cette thèse. Les commentaires et les questions de ces personnalités scientifiques, tant sur la forme du mémoire que sur son fond, ont contribué à améliorer de manière significative le document. Grandement merci à Monsieur Jean-Hugues RENAULT, Professeur à l’ICMR UMR-CNRS 6229, Université de Reims, Champagne-Ardenne, pour l’intérêt qu’il porte à mon parcours professionnel ainsi que pour avoir accepté d’être membre du jury. Ses précieux conseils m’ont été de grande utilité. Merci à Monsieur Michael O’DONOHUE, Directeur de recherche au LISBP-INSA de Toulouse, qui m’a fait l’honneur de présider le jury de thèse. Ses remarques et commentaires m’ont permis de clarifier certains points de ce manuscrit. Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à tout le personnel du laboratoire de Chimie Agro-industrielle, plus particulièrement à toutes les personnes qui ont eu un rôle tout au long de ma thèse et qui m’ont aidé d’une manière ou d’une autre. Ces personnes se reconnaîtront, ils m’ont aidé à répondre à un certain nombre de questions pratiques, techniques ou scientifiques, que je me suis posée. 6 Mes remerciements sont également adressés à tous mes collègues doctorants et à ceux qui ont été tour à tour mes collègues de bureau, tout d’abord pour leur accueil, mais surtout pour les nombreuses discussions que nous avons eu. Je n’oublie pas non plus tous mes amis qui m’ont soutenue et qui ont fait preuve d’une grande compréhension. Ils n’ont pas manqué de s’intéresser à l’évolution de mon travail en demandant souvent des nouvelles. Je les remercie beaucoup. Cela va de soi, je remercie évidemment ma mère et mon frère pour leur irremplaçable et inconditionnel soutien. Ils ont été présents pour écarter les doutes, soigner les blessures et partager les joies. Cette thèse est un peu la leur, aussi. Je clos enfin ces remerciements en dédiant cette thèse de doctorat à la mémoire de mon père. 7 Quiconque prétend s’ériger en juge de la vérité et du savoir s’expose à périr sous les éclats de rire des Dieux puisque nous ignorons comment sont réellement les choses et que nous n’en connaissons que la représentation que nous en faisons. Albert Einstein 8 9 Introduction générale Les plantes sont les réservoirs d’une vaste quantité de molécules aux propriétés et activités variées (molécules de structures, de réserve ou possédant une activité biologique). Longtemps utilisée dans son intégralité ou après des transformations élémentaires sous forme de produits alimentaires, de textile, de papier, de bois de construction ou de chauffage, cette matière première est entrée depuis le début des années 1980 dans une nouvelle ère : l’agro-raffinerie ou raffinerie du végétal. L’agro-raffinage est un concept global, qui en s’appuyant sur les progrès récents de la technologie, permet au moyen de procédés spécifiques la conversion de la biomasse en de nombreux produits de haute valeur ajoutée. Il repose sur le modèle de la raffinerie pétrolière qui utilise du pétrole brut, pour produire des carburants et des produits dérivés variés. De la même façon, les composantes végétales peuvent être extraites puis purifiées et transformées afin d’obtenir des produits aux usages divers dans les domaines énergétique (biocarburants), chimique et parachimique (polymères, tensioactifs, solvants, agromatériaux,…) et agroalimentaires. Selon le type de la plante utilisée, différentes raffineries du végétal existent: agro-raffinerie de la biomasse ligno-cellulosique (bois, paille de céréales, …), agro-raffinerie des plantes vertes (trèfle, luzerne, graminées,…), et agro-raffinerie des huiles végétales (colza, tournesol,…). Cependant, face aux nouvelles préoccupations environnementales et aux évolutions du prix des énergies fossiles, les axes qui ont été les plus développés sont liés à la production de biocarburants, bioéthanol ou biodiesel. Dans le cas du bioéthanol, les travaux se sont principalement focalisés sur la purification de la fraction cellulosique et hémicellulosique afin de produire des monomères fermentescibles. Le laboratoire de Chimie Agro-industrielle travaille depuis près de 20 ans sur le concept de l’agro-raffinerie de la biomasse ligno-cellulosique, mais dans une vision qu’est la valorisation non énergétique des co-produits végétaux afin de produire un nombre maximum de fractions moléculaires. Ainsi, les fractions ligneuse, cellulosique, hémicellulosique, protéique et même la fraction amylacée sont considérées pour leurs propriétés fonctionnelles (épaississantes, collantes,…) ou leurs propriétés à développer des matériaux (films, résines, panneaux,…). Dans ce sens, de nombreux travaux y ont été réalisés sur le son et la paille de blé, en particulier des fractionnements en extrudeur bi-vis. En effet, le blé est l’une des productions agricoles les plus importantes à l’échelle mondiale. Sa culture est présente dans toutes les régions de la planète, et actuellement, plus de 600 millions de tonnes de blé sont produites chaque année dans le monde. Cette grande production induit la génération d’une énorme quantité de ses co-produits qui restent à mieux valoriser. Les intitulés de ces travaux sont les suivants : Introduction générale 10 - Valorisation des pailles de blé par fractionnement thermo-mécano-chimique dans un réacteur bi-vis : (C. Magro, 1995), - Procédé de fractionnement des sons de blé – Extraction et étude des propriétés fonctionnelles des arabinoxylanes : (R. Raynal, 1996), - Analyse des principaux facteurs impliqués dans le fractionnement combiné de pailles et de sons de blé en extrudeur bi-vis – Obtention d’agro-matériaux : (P. Maréchal, 2001. Ces études ont permis de montrer la faisabilité de l’extraction des protéines, de la lignine et des hémicelluloses (arabinoxylanes) de la matrice ligno-cellulosique dans des conditions chimiques relativement douces, et permettant de préserver leurs structures moléculaires. Ainsi, un procédé de production des hémicelluloses a été développé, il consiste en une extraction alcaline des hémicelluloses et une précipitation éthanolique des hémicelluloses extraites pour aboutir à une poudre hémicellulosique finale. Mais, si la partie « extraction » a été optimisée et les conditions d’extrusion bi-vis définies, la purification de l’extrait alcalin hémicellulosique reste partielle. En effet, cet extrait contient des molécules co-extraites et des structures issues de la dégradation de certaines molécules qui ne sont séparées des chaînes hémicellulosiques que par l’étape de précipitation alcoolique. La pureté et la qualité de la poudre d’hémicelluloses finale reste donc faible. Nos travaux, basés sur les résultats obtenus dans ces études antérieures, ont comme objectif principal, d’améliorer le procédé de production des hémicelluloses du son et de la paille de blé, en intégrant de nouvelles méthodes de concentration et de purification, telles que l’ultrafiltration et la chromatographie sur résine échangeuse d’anions. L’extrait hémicellulosique obtenu devra être adapté à un procédé de séchage par lyophilisation ou atomisation. La sélection des techniques et des technologies associées va nous permettre par la suite de définir un procédé continu et permettant de produire des poudres hémicellulosiques purifiées afin de leur trouver de nouvelles voies d’applications. Les études présentées dans ce manuscrit porteront sur l’organisation de l’enchaînement des séquences d’opération de fractionnement et de purification, mais également sur la compréhension des mécanismes de transfert et de rétention dans les membranes d’ultrafiltration. La production des hémicelluloses a été étudiée à deux échelles principales : - Une échelle laboratoire où l’extraction alcaline en réacteur agité est menée sur le son, la paille et le mélange paille/son, - Et une échelle pilote où le fractionnement combiné paille/son est effectué en extrudeur bi-vis. Introduction générale 11 La présentation de ce travail est structurée en cinq chapitres suivis d’une conclusion générale et des perspectives qui en découlent. Le premier chapitre constitue, tout d’abord, une synthèse bibliographique globale répartie sur deux parties essentielles : une première partie présentant le blé et ses co-produits de la récolte, le son et la paille, ainsi que les constituants pariétaux de ces co-produits ; et une deuxième partie traitant des opérations de fractionnement décrites dans la littérature, et permettant d’extraire et d’isoler les structures hémicellulosiques. Le deuxième chapitre décrit ensuite, les protocoles de mise en œuvre du procédé de production des hémicelluloses à partir du son et de la paille de blé, la conduite des essais et les analyses réalisées. Le troisième chapitre et le quatrième chapitre sont consacrés aux résultats obtenus lors de la mise en œuvre du uploads/Science et Technologie/ zeitoun.pdf