Offre de thèse
LUE - Valorisation de la lignine dans des biomatériaux
Date limite de candidature
26-05-2025
Date de début de contrat
01-10-2025
Directeur de thèse
ZIEGLER-DEVIN Isabelle
Encadrement
Directrice de thèse : Isabelle Ziegler-Devin - LERMAB - Maitresse de Conférences HDR Université de Lorraine - isabelle.ziegler@univ-lorraine.fr Co-directeur de thèse : Nicolas Brosse - LERMAB - Professeur Université de Lorraine - nicolas.brosse@univ-lorraine.fr Réunion hebdomadaire, CSI, Mise en place d'un Gantt
Type de contrat
école doctorale
équipe
Procédés de Valorisation du Bois et des Déchetscontexte
Les résidus de biomasse lignocellulosique sont estimés à plus de 2.1011 t.an-1 dans le monde et offrent ainsi une vaste source de lignine. La majeure partie de la lignine est actuellement utilisée comme source d'énergie. En terme de bioraffinerie, seuls 40% environ de la lignine produite sont nécessaires pour sa production interne d'énergie ; 60 % de la lignine produite reste donc disponible et pourrait être valorisée autrement que par voie thermique1. La production de lignine à l'échelle nanométrique semble être l'une des voies très prometteuse pour maximiser la valorisation de la biomasse dans un concept de bioraffinerie. La lignine est un des trois biopolymères constitutifs de la biomasse et issue de la polymérisation de trois monolignols : l'alcool p-coumarylique, coniférylique et sinapylique. Les trois monomères diffèrent uniquement par leur degré de méthoxylation. Les motifs de base des polymères de lignine provenant de la polymérisation des trois monolignols sont respectivement les unités p-Hydroxyphényl (notée H), Guaïacyl (notée G) et Siryngyl (notée S). La nature des lignines peut être influencée et distinguée de par leur espèce végétale d'origine et de par leur méthode d'extraction. Les nanolignines peuvent être obtenues par plusieurs procédés : l'extraction liquide-liquide ; par variation de pH ; par polymérisation et réticulation ; précipitation antisolvant ; par effet mécanique (homogénéisation à haut cisaillement, soit homogénéisation ultrasonique). L'utilisation des lignines sous forme micro ou nanométrique offre un meilleur rapport surface sur volume qui peut conduire à une réactivité plus efficace de ce polymère et permettre de développer de nouvelles applications. Les nanolignines commencent ainsi à susciter un intérêt croissant dans des domaines variés : matériaux, et notamment le matériau bois (protection aux UV, ignifugation), pharmaceutique, nutraceutique mais également la cosmétique car elles pourraient venir en substitution d'autres nanomatériaux non renouvelables comme le TiO2 (dioxyde de titane).spécialité
Génie des Procédés, des Produits et des Moléculeslaboratoire
LERMAB - Laboratoire d'Études et de Recherche sur le Matériau Bois
Mots clés
Lignine, Prétraitement, Biomasse, Nanomatériaux
Détail de l'offre
Contexte de la thèse :
Les résidus de biomasse lignocellulosique sont estimés à plus de 2.1011 t.an-1 dans le monde et offrent ainsi une vaste source de lignine. La majeure partie de la lignine est actuellement utilisée comme source d'énergie. En terme de bioraffinerie, seuls 40% environ de la lignine produite sont nécessaires pour sa production interne d'énergie ; 60 % de la lignine produite reste donc disponible et pourrait être valorisée autrement que par voie thermique1. La production de lignine à l'échelle nanométrique semble être l'une des voies très prometteuse pour maximiser la valorisation de la biomasse dans un concept de bioraffinerie.
La lignine est un des trois biopolymères constitutifs de la biomasse et issue de la polymérisation de trois monolignols : l'alcool p-coumarylique, coniférylique et sinapylique. Les trois monomères diffèrent uniquement par leur degré de méthoxylation. Les motifs de base des polymères de lignine provenant de la polymérisation des trois monolignols sont respectivement les unités p-Hydroxyphényl (notée H), Guaïacyl (notée G) et Siryngyl (notée S). La nature des lignines peut être influencée et distinguée de par leur espèce végétale d'origine et de par leur méthode d'extraction.
Les nanolignines peuvent être obtenues par plusieurs procédés : l'extraction liquide-liquide ; par variation de pH ; par polymérisation et réticulation ; précipitation antisolvant ; par effet mécanique (homogénéisation à haut cisaillement, soit homogénéisation ultrasonique). L'utilisation des lignines sous forme micro ou nanométrique offre un meilleur rapport surface sur volume qui peut conduire à une réactivité plus efficace de ce polymère et permettre de développer de nouvelles applications.
Les nanolignines commencent ainsi à susciter un intérêt croissant dans des domaines variés : matériaux, et notamment le matériau bois (protection aux UV, ignifugation), pharmaceutique, nutraceutique mais également la cosmétique car elles pourraient venir en substitution d'autres nanomatériaux non renouvelables comme le TiO2 (dioxyde de titane).
Objectifs de la thèse
La lignine étant une ressource naturelle abondante, peu onéreuse, biodégradable et très mal valorisée, il semble très pertinent de s'y intéresser pour produire des nano-biopolymères à haute valeur ajoutée, de surcroît utilisables dans des secteurs dynamiques en plein essor comme la production de matériaux biosourcés ou partiellement biosourcés.
L'objectif de ce travail sera d'extraire des micro et nanolignines à partir de différentes biomasses (résineux, feuillus, herbacées) par prétraitement organosolv qui présente d'une part l'avantage d'être un procédé respectueux de l'environnement (dits « eco-friendly ») et qui peut parfaitement s'intégrer dans un concept de bioraffinerie.
Les valorisations envisagées se focaliseront sur sur l'amélioration des propriétés de matériaux bio composites (eco-packaging), la stabilisation d'émulsions de Pickering et l'encapsulation de principes actifs.
La thèse se déroulera au Laboratoire d'Études et de Recherche sur le Matériau Bois (LERMaB) à Vandoeuvre lès Nancy. Pour toute question relative au sujet merci de nous contacter.
Keywords
Lignin, Pretreatment, Biomass, Nanomaterials
Subject details
Thesis background: Lignocellulosic biomass residues are estimated at over 2,1011 t.yr-1 worldwide, providing a vast source of lignin. Most lignin is currently used as an energy source. In terms of biorefineries, only around 40% of the lignin produced is needed for internal energy production; 60% of the lignin produced therefore remains available and could be valorized in ways other than thermal1. Nanoscale lignin production seems to be one of the most promising ways of maximizing biomass recovery in a biorefinery concept. Lignin is one of the three constituent biopolymers of biomass, derived from the polymerization of three monolignols: p-coumaryl, coniferyl and sinapyl alcohol. The three monomers differ only in their degree of methoxylation. The basic units of the lignin polymers derived from the polymerization of the three monolignols are the p-Hydroxyphenyl (denoted H), Guaiacyl (denoted G) and Siryngyl (denoted S) units respectively. The nature of lignins can be influenced and distinguished by their original plant species and extraction method. Nanolignins can be obtained by several processes: liquid-liquid extraction; pH variation; polymerization and cross-linking; antisolvent precipitation; mechanical effect (high-shear homogenization, or ultrasonic homogenization). The use of lignins in micro- or nanometric form offers a better surface-to-volume ratio, which can lead to more efficient reactivity of this polymer and enable new applications to be developed. Nanolignins are thus beginning to attract growing interest in a variety of fields: materials, notably wood (UV protection, fire retardancy), pharmaceuticals, nutraceuticals and also cosmetics, as they could replace other non-renewable nanomaterials such as TiO2 (titanium dioxide). As lignin is an abundant, inexpensive, biodegradable and poorly valorized natural resource, it seems highly relevant to focus on it to produce high-added-value nano-biopolymers, which can also be used in booming, dynamic sectors such as the production of biobased or partially biobased materials. The aim of this project will be to extract micro- and nanolignins from various biomasses (softwoods, hardwoods, grasses) using organosolv pretreatment, which has the advantage of being an eco-friendly process that can be perfectly integrated into a biorefinery concept. The applications envisaged will focus on improving the properties of bio-composite materials (eco-packaging), stabilizing Pickering emulsions and encapsulating active ingredients. The thesis will be carried out at the Laboratoire d'Études et de Recherche sur le Matériau Bois (LERMaB) in Vandoeuvre lès Nancy. If you have any questions on this subject, please contact us.
Profil du candidat
Connaissance de la biomasse
Connaissance des prétraitements (organosolv, soda, steam explosion)
Connaissances en techniques de caractérisation et chimie analytique (HPLC, IRTF, RMN...)
Pour toute thèse proposée au sein de l'Ecole Doctorale, le futur doctorant devra bien être titulaire d'un master (diplôme de master/d'ingénieur français ou étranger, …) justifiant d'un parcours remarquable.
Dans tous les cas (diplôme de master ou d'ingénieur français ou étranger, …) le dossier doit comporter :
• le CV du candidat et lettre de motivation
• les notes obtenues au diplôme conférant le grade de master, mention 'Assez Bien' requise au minimum et copie du diplôme s'il est disponible
• 2 lettres de recommandations émanant du Responsable de la filière de formation et du tuteur de stage de fin d'études
• des éléments tangibles sur l'initiation à la recherche (mémoire de recherche, publication, ...).
Le dossier complet de candidature doit être envoyé à la direction de thèse par l'adresse messagerie de la directrice de thèse :
Directrice de thèse Isabelle Ziegler-Devin : isabelle.ziegler@univ-lorraine.fr
Candidate profile
Knowledge of biomass
Knowledge of pretreatments (organosolv, soda, steam explosion)
Knowledge of characterization techniques and analytical chemistry (HPLC, FTIR, NMR, etc.)
All applicants to the Doctoral School SIMPPÉ must have successfully completed a Master degree or its equivalent with a grade comparable to or better than the French grade AB (corresponding roughly to the upper half of a graduating class). In all cases (French or foreign Master degree, engineering degree, etc.) the counsel of the doctoral school will examine the candidate's dossier, which must include:
• CV and letter of motivation
• the grades obtained for the Master (or equivalent) degree and a copy of the diploma if it is available
• 2 letters of recommendation, preferably from the director of the Master program and the supervisor of the candidate's research project
• written material (publications, Master thesis or report, etc.) related to the candidate's research project.
The complete application file must be sent to the thesis supervisor by email :
Supervisor Isabelle Ziegler-Devin : isabelle.ziegler@univ-lorraine.fr
Référence biblio
DOI10.1021/acssuschemeng.4c00711
DOI10.3390/nano14221786