La présente étude a eu pour objectif principalde mettre en place un procédé de prétraitement de la fibre naturelle de lin, de fabrication de nanofibres lignocellulosiques et leur modification de surface subséquente, environnementalement irréprochable sur toute la ligne. Afin de répondre à cet objectif principal, les nanofibres lignocellulosiques de lin ont été préparées en utilisant un procédé respectueux de l'environnement, soit une combinaison de prétraitement au dioxyde de carbone (CO2) dans les conditions supercritiqueset d'hydrolyse enzymatique. Le prétraitement au CO2 supercritique visait à surmonter la récalcitrance de la biomasse lignocellulosique et à donner accès aux enzymes hydrolytiques. Il a été démontré que le prétraitement au CO2 supercritique des fibres de lin a aidé à déstructurer la biomasse tout en évitant son fractionnement et à faciliter l’hydrolyse enzymatique subséquente du substrat. Un cocktail d’enzymes hydrolytiques comprenant la cellulase, la xylanase, la pectinase et la viscozyme a été utilisé et a permis d’extraire des fibres lignocellulosiques ayant des dimensions nanométriques.Ces nanofibres lignocellulosiques extraites ainsi que les résidus solides de l’hydrolyse sont de nature hydrophile en raison de l'attraction / interaction entre les groupes hydroxyles des composants fibreux et des molécules d'eau. La nature hydrophile de ces nanofibres lignocellulosiques aboutit souvent à une mauvaise compatibilité avec des matrices polymères hydrophobes. Une modification de surface s’impose donc afin de les rendre plus hydrophobes et donc compatibles avec les matrices hydrophobes. La laccase, une enzyme spécifique a été utilisée pour catalyser le greffage de composés phénoliques naturels, le gaïacol et le syringaldéhyde, rendant ainsi les nanofibres lignocellulosiques et les résidus solides de l’hydrolyse plus hydrophobes et compatibles avec lesmatrices hydrophobes. Aucun changement significatif dans la composition chimique des fibres de lin n’a été observé après le prétraitement tel que suggéré par les analyses par spectroscopie infrarouge. Ces dernières ont démontré par ailleurs le greffage de surface induit par la laccase, du guaïacol et du syringaldéhyde sur les nanofibres extraites et sur les résidus de l’hydrolyse. La technique de diffraction des rayons X a révélé que la cristallinité augmentait suite au prétraitement de la fibre avec le CO2 supercritique ainsi que suite à l’extraction des nanofibres. La microscopie électronique à balayage a révélé les dommages physiques causés à la surface des fibres suite au prétraitement alors que la microscopie électronique à transmission démontrait que les nanofibres lignocellulosiques extraites étaient en forme des filaments, avec un diamètre de 5 –10 nm et plusieurs micromètres de longueur. Enfin les fibres fonctionnalisées ont montré une meilleure stabilité thermique et un caractère hydrophobe comparativementaux fibres brutes non traitées. / The main goal of this research was to set up an environmentally friendly process for the pretreatment of natural flax fibres in view to produce lignocellulosic nanofibers and modify their surface for their use as compatible fillers in polymer composites. To achieve this main objective, lignocellulosic nanosized flax fibres were prepared using an environmentally friendly process based on a combination of supercritical carbon dioxide pretreatment and enzymatic hydrolysis conditions. Supercritical CO2 pretreatment aimed to overcome the recalcitrance of lignocellulosic biomass and to provide access to hydrolytic enzymes. It was shown that the supercritical CO2 pretreatment of raw flax fibers helped to deconstruct biomass, avoiding its fractionation and increased access to hydrolytic enzymes such as cellulase, xylanase, pectinase and viscozyme leading to extraction of lignocellulosic fibres having nanometric dimensions. These extracted lignocellulosic nanofibres as well as the solid residues of the hydrolysis are hydrophilic in nature because of the attraction / interaction between the hydroxyl groups of the fibrous components and water molecules. The hydrophilic nature of these lignocellulosic nanofibers often results in poor compatibility with hydrophobic polymeric matrices. Surface modification is therefore necessary to make them more hydrophobic and compatible with the hydrophobic matrices. Laccase mediated grafting of natural phenolic compounds, i.e. guaiacol and syringaldehyde, onto lignocellulosic fiber was achieved, thus making lignocellulosic nanofibers and hydrolysis solids residues more hydrophobic and compatible with hydrophobic matrices. No significant changes in the chemical composition of flax fibres were observed after pretreatment. This was confirmedby FTIR analysis, which also demonstrated laccase-induced grafting of guaiacol and syringaldehyde onto lignocellulosic nanofibers and solid residues hydrolysis surfaces. Moreover, X-ray diffraction revealed that crystallinity increased for supercritical CO2 pretreated fibres as well asenzymatically produced lignocellulosic nanofibers. Scanning electron microscopy revealed the physical damages in the form of holes, cracks and erosions onto the surface of supercritical CO2 pretreated flax fibres, while transmission electron microscopy evidencedthe production of filament-shaped nanosized fibrils with a diameter of 5-10 nm and several micrometers length. Finally, bio-grafted fibers showed better thermal stability and hydrophobicity if compared to untreated raw analogues.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/35283 |
| Date | 25 June 2019 |
| Creators | Nlandu, Hervé Mayamba |
| Contributors | Belkacemi, Khaled, Hamoudi, Safia, Elkoun, S. |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xx, 167 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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