Valorisation de la lignine de Sorgho commun muté ou non par sorption de métaux lourds

Abstract

L’accès aux ressources fossiles se limite d’années en années et la « pollution » entraînée par leur exploitation (notamment l’émission de gaz à effet de serre) est d’ores et déjà problématique. Les « carburants verts » (communément appelés « biocarburants »), comme notamment le bioéthanol de deuxième génération, pourraient augmenter l’offre globale en carburants et réduire l’émission de gaz à effet de serre. Cependant, les procédés de production de bioéthanol de seconde génération doivent encore être optimisés (prétraitement de la matière de départ, choix des enzymes et des paramètres opératoires, etc). Néanmoins, indépendamment de ces nécessités d’optimisation de procédés, la production de bioéthanol de seconde génération va offrir sur le marché de grandes quantités de lignine dont il va falloir dégager des pistes de valorisation. Valoriser la lignine par sorption de métaux lourds est une possibilité de valorisation pertinente. Ce travail s’est donc penché sur le sorgho muté ou non, possible matière première de production de bioéthanol de deuxième génération en étude approfondie aux Etats-Unis, sur la caractérisation de sa lignine ainsi que sur sa valorisation.

Deux types de prétraitement de la matière première, à savoir l’explosion à la vapeur d’eau et un traitement par liquide ionique, ont été testés afin d’en évaluer leur potentiel en vue de séparer efficacement les fractions saccharidiques (destinées à la production de biotéhanol) de la lignine. Il en ressort un avantage concret de l’utilisation d’un traitement par « liquide ionique » qui élimine complètement les hémicelluloses, concentre les glucanes et permet une meilleure extraction de la lignine valorisable.

Les mutations opérées sur le sorgho permettent de diminuer le taux de lignine ainsi que d’améliorer les taux d’hydrolyse de la matière non prétraitée et de la matière prétraitée par le procédé d’explosion à la vapeur d’eau. Ces mutations génétiques, destinées à réduire les impacts énergétiques des procédés de production de bioéthanol, modifient également la structure moléculaire des lignines.

Pour caractériser chimiquement la lignine, différentes analyses ont été réalisées : distribution des poids moléculaires, analyse infrarouge et analyse de la résonance magnétique nucléaire au phosphore 31. Il en ressort plusieurs points. Les deux prétraitements ont modifié la distribution des poids moléculaires des lignines. L’analyse infrarouge prouve une dépolymérisation des lignines issues des matières prétraitées. L’analyse de la résonance magnétique nucléaire au phosphore 31 confirme l’analyse infrarouge et a permis de doser les groupements hydroxyles et carboxyles. Une diminution des unités G, H et S au sein de la variété mutée bmr6-12 du sorgho a prouvé une nouvelle fois l’action des mutations sur la dépolymérisation de la lignine.

Enfin, l’innovation dans l’utilisation d’alginate de sodium afin d’immobiliser la lignine a été un succès et a permis une meilleure sorption de trois différents métaux lourds dissous dans l’eau, menaçant l’environnement et dangereux pour la santé (Cd, Pb, Fe).