Valorisation chimique des lignines : application en chimie fine et polymères techniques – CHEMLIVAL

L'objectif du projet est de développer de nouvelles voies de production de molécules aromatiques par catalyse hétérogène sélective à partir de lignines avec comme applications à long terme la synthèse de molécules bioactives et de polymères aromatiques techniques.
Dans le cadre de nos activités visant au développement de procédures respectueuses de l'environnement pour la synthèse de molécules organiques élaborées ou la valorisation de la biomasse (ici le bois), nous proposons de développer des méthodologies alternatives aux synthèses actuelles qui mettent en œuvre des composés issus de la pétrochimie et dont les ressources sont en diminution. Cette approche permet aussi de répondre aux préoccupations de l'industrie chimique liées à REACH par l'emploi de technologies catalytiques innovantes et propres destinées à réduire la consommation d'énergie et la quantité de déchets produits au cours de la synthèse de molécules à haute valeur ajoutée à partir d'une bio-ressource non-alimentaire. Nous avons l'intention d'éviter les fonctionnalisations intermédiaires des composés aromatiques issus de la lignine, limitant ainsi la production de déchets et le risque chimique pour l'homme et l' environnement.
Dans ce projet, grâce aux différents partenariats industriels, nous envisageons la transformation de la lignine provenant des industries du papier et des filières "bioéthanol" donnant ainsi une seconde vie à des ressources issues du bois, en complément de leur valorisation énergétique.
Le projet est divisé en deux domaines principaux: 1/ la dépolymérisation sélective de la lignine pour accéder à une plate forme moléculaire aromatique incluant les problèmes de sélectivité et de purification; 2/ la transformation des molécules aromatiques ainsi obtenues vers des synthons pour la chimie fine ou les polymères techniques. Pour atteindre ces objectifs de nouveaux matériaux catalytiques seront élaborés, évalués et continuellement améliorés afin d'obtenir la plus haute sélectivité possible sans laquelle un nouveau procédé de synthèse ne pourrait pas être viable.
Si ces deux domaines ont été, et sont, le centre d'intérêt de chercheurs universitaires, principalement en France et en Europe, à notre connaissance aucun n'a étudié la problématique dans sa globalité et qui consiste à produire des composés aromatiques depuis la lignine suivie de leur mise en œuvre dans la synthèse de molécules et matériaux. Tel est l'objectif de ce projet ambitieux.
Pour illustrer ces propos, si la valorisation de la lignine a été décrite par différents groupes de recherche en Europe (par exemple en France, Allemagne, Italie, Norvège, Suède et Suisse), au Canada et aux Etats-Unis, à ce jour aucun procédé d'accès à un "pool" aromatique tel que proposé ici n'existe en dehors de la production de la vanilline (i.e. Borregaard AG). De même, si plusieurs groupes de recherche à travers le monde développent ce qu'il est convenu d'appeler des méthodes novatrices de couplages croisés pour la chimie fine, aucun n'a décrit ces méthodologies avec des phénols ou des acides carboxyliques rendues disponibles par la dépolymérisation de la lignine. Ce même constat peut être formulé pour les polymères techniques aromatiques (vernis, peintures…) qui sont toujours issus de la pétrochimie. Ce sont ces domaines d'application que l'équipe propose de développer.
Pour ce faire, le consortium, que l'on considère les bio-polymères -en particulier la lignine-, les réactions catalytiques -qu'il s'agisse de la dégradation de la lignine ou de l'obtention de molécules d'intérêt en chimie fine-, ou les catalyseurs multifonctionnels, possède toutes les expertises nécessaires en rassemblant des chercheurs et techniciens de formations très différentes (chimie organique et organométallique, biopolymères, matériaux, catalyse).
Enfin, on signalera que ce projet avait été soumis lors de l'appel 2010 du programme CD2I, et a été modifié en tenant compte de l’ensemble des recommandations proposées par l'ANR.