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Les lignocelluloses : une source de molécules fonctionnelles et synthons pour la chimie verte

Objectifs

Les lignocelluloses constituent une matière première non alimentaire, abondante et renouvelable. L’utilisation de cette biomasse en substitution partielle du pétrole pour la production d’énergie, de carburants, de matériaux et de molécules d’intérêt pourrait permettre à l’avenir de faire face à la raréfaction du pétrole tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre et l’impact sur la santé de certains produits d’usage courant. L’équipe Biopolymères lignocellulosiques : des assemblages pariétaux aux synthons pour la chimie verte (UMR Institut Jean-Pierre Bourgin) s’attache de façon croissante à exploiter sa connaissance biochimique de la matière première et son expertise de chimie organique pour concevoir de nouvelles voies de valorisation des lignocelluloses. L’objectif principal est de tirer profit des constituants phénoliques de la paroi végétale, les lignines et les acides phénoliques associés, pour obtenir des molécules biosourcées pouvant être utilisées soit directement comme constituants de matériaux soit comme molécules de base (synthons) pour la synthèse de nouvelles matières plastiques.

Méthodologie

L’approche mise en place au sein de l’équipe repose sur trois stratégies complémentaires : (i) l’étude de co-produits industriels issus des bioraffineries actuellement fondées sur la conversion de résidus agricoles (paille de blé, tiges de maïs), (ii) la compréhension de la réactivité des molécules phénoliques à l’aide de composés modèles synthétisés à façon au laboratoire, (iii) l’exploitation de la variabilité naturelle des plantes pour identifier de potentielles structures d’intérêt. L’ensemble de ces stratégies s’appuie sur les méthodes d’analyse structurale développées au sein de l’UMR avec l’aide de la plate-forme de chimie analytique Observatoire du végétal. De façon à ancrer les questions de recherche dans le contexte socio-économique, un réseau de collaborations a été mis en place avec les acteurs industriels de l’ensemble de la chaîne de valeur, depuis les industries de première transformation de la biomasse jusqu’aux industries de la chimie et des matériaux.

Résultats

Considérées pendant longtemps comme déchet de l’industrie papetière, avec pour principal usage la combustion directe, les lignines apparaissent aujourd’hui comme des molécules fonctionnelles sources de valeur ajoutée. Ainsi, en collaboration avec l’UMR Génial, l’équipe a montré que des lignines de paille de blé, incorporées dans une matrice biodégradable d’acide polylactique, conféraient une activité de piégeage des radicaux libres au matériau final. Ce résultat permet d’envisager une utilisation des lignines comme antioxydant dans le domaine des emballages actifs. Outre leur capacité à piéger les radicaux, les lignines s’avèrent être de bons agents d’hydrophobation, permettant notamment de conférer à des films hydrophiles d’amidon des propriétés de surface proches de celles du Teflon, par simple traitement physique. La bioconversion des lignines permet de récupérer par dépolymérisation ménagée de petites molécules phénoliques, telles que l’acide férulique. Déjà utilisée dans le domaine de la santé et des cosmétiques pour son activité biologique, cette molécule a permis de synthétiser à façon toute une famille de macromonomères pour l’obtention de polymères antioxydants, biodégradables et présentant une résistance thermique ajustable. Ce résultat a donné lieu à un dépôt de brevet et les travaux se poursuivent aujourd’hui au sein de la chaire Agrobiotechnologies industrielles.

Article de référence
Pion F., Ducrot P.H., Allais F., 2014. Renewable Alternating Aliphatic–Aromatic Copolyesters Derived from Biobased Ferulic Acid, Diols, and Diacids : Sustainable Polymers with Tunable Thermal Properties. Macromol Chem Phys, 215, 431-439.

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