MESR : Vers une valorisation écoresponsable de la biomasse : procédés supercritiques et solvants biosourcés // Toward Eco-Responsible Valorization of Biomass: Supercritical Processes and Bio-Based Solvents

Dans un contexte de transition vers une économie biosourcée et durable, la valorisation de la biomasse lignocellulosique constitue un enjeu majeur pour la production de molécules à haute valeur ajoutée. Parmi celles-ci, les composés phénoliques issus notamment de la lignine présentent un intérêt croissant pour des applications dans les domaines des matériaux, de la chimie fine, de la cosmétique et de la pharmacie.

L'objectif de cette thèse est de développer un procédé d'extraction écoresponsable reposant sur une approche originale combinant l'utilisation de fluides supercritiques et de solvants eutectiques profonds (Deep Eutectic Solvents, DES). Cette stratégie vise à améliorer la sélectivité, l'efficacité et la durabilité des procédés d'extraction tout en limitant l'utilisation de solvants conventionnels.

Le travail de recherche s'articulera autour de deux étapes principales :

Phase 1 : Prétraitement de la biomasse par CO₂ supercritique
Cette première étape aura pour objectif de modifier la structure de la biomasse et d'éliminer certaines fractions extractibles afin de faciliter l'étape ultérieure d'extraction. L'influence des paramètres opératoires (pression, température, durée du traitement) sur la structure de la matrice lignocellulosique et sur l'accessibilité de la lignine sera étudiée.

Phase 2 : Extraction sélective de la lignine et des composés phénoliques par solvants eutectiques profonds (DES)
La seconde étape consistera à développer et optimiser un procédé d'extraction utilisant des DES adaptés à la solubilisation de la lignine et de ses dérivés phénoliques. Une étude systématique des paramètres opératoires sera réalisée, incluant notamment :

le rapport solvant/biomasse, la température d'extraction, la granulométrie de la biomasse, la cinétique du procédé et l'influence de la teneur en eau.

En amont des expérimentations, une approche de modélisation prédictive basée sur le modèle COSMO-RS sera mise en œuvre afin de sélectionner un nombre restreint de solvants eutectiques profonds prometteurs, permettant ainsi d'orienter efficacement les essais expérimentaux.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

In the context of the transition toward a sustainable bio-based economy, the valorization of lignocellulosic biomass represents a major challenge for the production of high value-added molecules. Among these, phenolic compounds—particularly those derived from lignin—are attracting increasing interest for applications in materials science, fine chemicals, cosmetics, and pharmaceuticals.

The objective of this PhD project is to develop an eco-responsible extraction process based on an original approach combining supercritical fluids and Deep Eutectic Solvents (DES). This strategy aims to improve the selectivity, efficiency, and sustainability of extraction processes while reducing the use of conventional organic solvents.

The research work will be structured around two main stages:

Phase 1: Biomass Pretreatment Using Supercritical CO₂
This first step aims to modify the structure of the biomass and remove certain extractable fractions in order to facilitate the subsequent extraction step. The influence of operating parameters (pressure, temperature, and treatment time) on the lignocellulosic matrix structure and on lignin accessibility will be investigated.

Phase 2: Selective Extraction of Lignin and Phenolic Compounds Using Deep Eutectic Solvents (DES)
The second stage will focus on developing and optimizing an extraction process using DES suitable for the solubilization of lignin and its phenolic derivatives. A systematic study of the operating parameters will be conducted, including:

solvent-to-biomass ratio, extraction temperature, biomass particle size, extraction kinetics and the influence of water content.

Prior to the experimental work, a predictive modeling approach based on the COSMO-RS model will be implemented to select a limited number of promising deep eutectic solvents, thereby guiding and streamlining the experimental investigations.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/11/2026

Financement d'un établissement public Français

Université de Lorraine

608 SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE

Etudiant titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou M2 en génie des procédés ou chimie-physique Appétence tant pour la simulation que l'expérimentation
Candidate with an engineering degree or a Master's degree (MSc) in Chemical Engineering or Physical Chemistry. Interest in both modeling/simulation and experimental research.