Extraction réactive de la lignine pour la production de nanoparticules

La lignine a été reconnue, notamment par l’Union Européenne, comme un élément essentiel de la bioraffinerie puisqu’elle représente l’une des sources naturelles les plus abondantes de composés aromatiques pouvant permettre le développement de biomolécules et de biomatériaux alternatifs aux actuels dérivés pétrochimiques. Utilisée sous forme de polymère, de nanoparticules de lignine (LNPs) ou après dépolymérisation, elle offre une multitude de voies de valorisation dans différents secteurs (matériaux, cosmétique, agronomie, environnement, etc.) [1].

Ce sujet de thèse vise à extraire de biomasses résiduaires locales une lignine réactive, de la transformer en LNPs et de développer de nouvelles voies de valorisation.

Pour l’extraction de la lignine, récemment, les prétraitements de la biomasse lignocellulosique avec des solvants eutectiques profonds (DES) ont reçu une attention croissante [2]. Ceux-ci sont faciles de préparation, biodégradables, respectueux de l'environnement, non-inflammables, bons marchés et non-toxiques. Il apparaît surtout que les DES non seulement solubilisent la lignine de la biomasse lignocellulosique mais permettent également la modulation de la structure et propriétés de la lignine extraite, favorisant sa valorisation (réactivité, pouvoir antioxydant, taille moléculaire, etc.) [3]. Malheureusement, les études effectuées sur le sujet utilisent souvent des biomasses, DES et conditions d’extraction différentes, ce qui limite la compréhension de l’impact de ces paramètres sur la structure chimique et la morphologie des LNPs produites et leur influence sur les performances de l’application visée. 

Pour ce travail, différentes biomasses seront sélectionnées. Un procédé sera développé pour simultanément extraire et fonctionnaliser la lignine via différents DES. La lignine sera analysée notamment par FTIR et RMN 2D HSQC et ³¹P.

Le travail s’articulera autour des axes suivants :

• Développement de différents types de DES et optimisation pour l'extraction et la fonctionnalisation de la lignine des biomasses résiduaires sélectionnées ;
• Caractérisation structurale des lignines extraites ;
• Fabrication de nanoparticules de lignine et caractérisation ;
• Développement de voies de valorisation des nanoparticules.

Références :

[1] W. Schneider, A Dillon, M. Camasolla, Lignin nanoparticles enter the scene: A promising versatile green tool for multiple applications, Biotechnology Advances. 47 (2021) 107685. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2020.107685

[2] V. Provost, S. Dumarcay, I. Ziegler-Devin, M. Boltoeva, D. Trébouet, M. Villain-Gambier, Deep eutectic solvent pretreatment of biomass: Influence of hydrogen bond donor and temperature on lignin extraction with high β-O-4 content, Bioresource Technology. 349 (2022) 126837. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.126837.

[3] X. Li, S. Huang, X. Wu, J. Deng, H. Lian, H. Liimataien, Reactive amino acid-derived deep eutectic solvents for tailored lignin modification, International Journal of Biological Macromolecules. 307 (2025), 142003.

L’IPHC, unité mixte de recherche sous cotutelle du CNRS et de l’Université de Strasbourg (UMR7178), est un exemple de réussite de la pluridisciplinarité où des équipes de recherche de cultures scientifiques différentes (écologie, physiologie et éthologie, chimie et physique subatomique) développent des programmes pluridisciplinaires de très haut niveau avec pour socle l’instrumentation scientifique. 

Ce sujet pluridisciplinaire à l’interface fondamental/appliqué. Il s'adresse à des candidat(e)s ayant de solides connaissances et compétences en chimie verte et/ou procédés d’extraction de la cellulose ou lignine avec une maitrise des techniques d’analyse spectroscopiques (UV-Vis, RMN) et chromatographiques.

Il/elle devra faire preuvre d'initiative et d'autonomie.

La langue anglaise devra être maîtrisée pour la lecture de publications scientifiques, la rédaction d'articles et la participation à des congrès internationaux.