Ce travail présente l’étude d’un procédé de production de 5-hydroxymethylfurfural (HMF), une molécule plateforme prometteuse pour la production de carburants et de polymères biosourcés. La première partie de ce travail a consisté à développer la synthèse du HMF à partir d’hexoses lignocellulosiques dérivés de la biomasse, plus particulièrement du fructose, en milieu diphasique CO2-H2O haute pression, une technologie efficace et respectueuse de l’environnement pour le traitement de la biomasse. À partir d'expériences cinétiques et de leur modélisation, l'effet du CO2 comme catalyseur acide réversible a été évalué. Par ailleurs, le rendement en HMF s'est avéré limité en raison de réactions de dégradation. Un moyen pertinent d’augmenter le rendement en HMF en empêchant sa dégradation a consisté à coupler sa synthèse avec son extraction simultanée par le CO2 supercritique, ce qui a conduit à un procédé de réaction extractive. Dans ce contexte, des coefficients de partage de HMF entre le CO2 supercritique et l’eau ont été évalués expérimentalement, en supposant que l'équilibre soit atteint à tout moment dans le dispositif d'extraction. Les données expérimentales ont permis l’application de modèles thermodynamiques pour décrire le système ternaire CO2-HMF-H2O afin de trouver des conditions de fonctionnement favorables au procédé. Le couplage de la modélisation cinétique et du procédé d'extraction par le CO2, basé sur l'équilibre thermodynamique du mélange, a rendu possible la prédiction des meilleures conditions de fonctionnement du procédé de réaction extractive du HMF à partir de sucres issus de biomasse lignocellulosique. Ce mode de fonctionnement a permis d'exploiter tous les avantages de l'utilisation du CO2 pour les réactions de conversion de la biomasse : catalyseur acide réversible et solvant d'extraction / This work aims at developing a new production process for 5-hydroxymethylfurfural (HMF), a promising bio-based platform chemical for the production of fuels and renewably sourced polymers. In the first part of this work, synthesis of HMF from lignocellulosic biomass-derived hexoses, and more particularly fructose, was carried out in a two-phase high-pressure CO2-H2O system, regarded as an efficient and eco-friendly technology in biomass processing. From kinetic experiments and their modeling, the effect of CO2 as a potential reversible acid catalyst was assessed. Also, HMF yield was shown to be limited due to sequential degradation reactions. Arelevant way to increase HMF yield by preventing its degradation has consisted in coupling its synthesis with simultaneous extraction by supercritical CO2, leading to a one-pot extractive reaction process. In that context, partition coefficients of HMF between supercritical CO2 and water have been experimentally evaluated, assuming that equilibrium is achieved at any time in the extraction device. Experimental data has enabled the application of thermodynamic models to describe the ternary CO2-HMF-H2O system in order to find favourable operating conditions for the process. Coupling the kinetic modelling with the CO2 extracting process modelling, based on the thermodynamic equilibrium of the mixture, has provided the theoretical tool allowing prediction of the best operating conditions for the one pot extractive process of HMF production from sugars issued from lignocellulosic biomass. This operating mode allowed exploiting all advantages of the use of CO2 for such reactions of biomass conversion: reversible acid catalyst and extracting solvent.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2019INPT0042 |
| Date | 13 May 2019 |
| Creators | Labauze, Hélène |
| Contributors | Toulouse, INPT, Condoret, Jean-Stéphane, Benjelloun-Mlayah, Bouchra |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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