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Réseau stratégique du CRSNG sur les biomatériaux et les produits chimiques (2010 - 2015)

Défi

L'industrie forestière, l'un des secteurs industriels les plus importants au Canada, fait face à des défis sans précédent en raison de la concurrence de sources de bois moins coûteuses et de la diminution de la demande. En fait, elle se trouve à la croisée des chemins et doit changer. Sa pérennité passe par de nouveaux produits de haute valeur pour compléter ses produits peu transformés traditionnels.

La lignine est l'un des principaux constituants du bois, seule la cellulose étant plus abondante. Quand le bois est transformé en pâte pour obtenir des fibres de cellulose, la lignine – qui peut représenter jusqu'à 25 p. 100 de la masse du bois – est dissoute et devient une « liqueur noire ». Celle ci est actuellement brûlée pour récupérer certains produits chimiques et alimenter l'usine en énergie. Toutefois, la lignine pourrait aussi être une matière première chimique entrant dans divers produits. Au delà des applications existantes dans des adhésifs, des dispersants et des surfactants, des travaux de recherche récents laissent entrevoir de formidables possibilités : des matériaux composites à fibres de carbone dérivés de la lignine pour la fabrication de pièces d'automobile légères et résistantes; des aérogels de carbone pour le stockage de l'hydrogène; de nouveaux biopolymères. Le but de ce réseau est de mettre au point des plateformes technologiques pour livrer la prochaine génération de biomatériaux et de produits chimiques à base de lignine d'origine forestière.

Structure du réseau

Le Réseau stratégique du CRSNG sur les biomatériaux et les produits chimiques est l'un de quatre réseaux créés en 2010 dans le cade de l'Initiative du CRSNG en R et D dans le secteur forestier. Son directeur scientifique est Cedric Briens, professeur titulaire au département de génies chimique et biochimique de la Western University, l'université d'accueil.

Les 15 projets de recherche réalisés dans le cadre du réseau contribuent tous à l'avancement de l'une des deux plateformes technologiques :

  1. les matériaux à base de lignine à valeur ajoutée;
  2. les monomères et les oligomères aromatiques fonctionnalisés.

Les projets sont aussi regroupés selon trois thèmes axés sur des disciplines, dirigés chacun par un scientifique réputé dans le domaine. Ces thèmes et leurs directeurs respectifs sont :

  • les produits polymériques, thème dirigé par Frank Ko, département de génie des matériaux, The University of British Columbia;
  • le traitement thermochimique de la lignine, thème dirigé par Cedric Briens, Western Fluidization Group, Western University;
  • le traitement catalytique de la lignine, thème dirigé par R. Tom Baker, Centre de recherche et d'innovation en catalyse, Université d'Ottawa.

Le réseau compte 15 chercheurs principaux de neuf universités. Cinq d'entre eux sont titulaires d'une chaire de recherche du Canada, un est titulaire d'une chaire de recherche du premier ministre de l'Ontario, un est boursier William Dawson, et un est membre de la Société royale du Canada. Un effort délibéré a été fait pour trouver de nouveaux chercheurs dans le domaine de la foresterie afin d'apporter une perspective nouvelle et un vent de fraîcheur dans le domaine. Les partenaires industriels du réseau sont FPInnovations, Alberta-Pacific Forest Industries Inc., Lignol Energy et Weyerhaeuser.

Objectifs de la recherche

Le thème des produits polymériques donnera lieu à la production de divers matériaux à partir de la lignine et des monomères et des oligomères formés par le traitement thermochimique et catalytique. Des produits d'intérêt sont les fibres de carbone mésophases tirées de la lignine, les nanofibres électrofilées de lignine et les aérogels de carbone à base de lignine. Ces matériaux fibreux nanostructurés seront combinés à divers polymères thermoplastiques dans des biocomposites renforcés. Les monomères provenant du traitement thermochimique ou catalytique de la lignine seront utilisés pour fabriquer de nouveaux polymères peptidiques ou conducteurs. Enfin, la lignine, dans sa forme isolée, sera incorporée à des mélanges lignine-polymères plastifiés.

Le thème du traitement thermochimique permettra de mettre au point des technologies de pyrolyse pour réduire la lignine en plus petits fragments. La biohuile initiale produite dans la pyrolyse est un mélange complexe de composés organiques fortement oxygénés. Outre l'optimisation des paramètres d'opération de la pyrolyse, ce thème inclut des projets visant à désoxygéner, à extraire et à purifier la biohuile afin d'en faire une matière première convenable pour les raffineries chimiques existantes.

Le thème du traitement catalytique portera sur l'application de toute la gamme des approches catalytiques : les catalyseurs des métaux de base et de transition, les systèmes homogènes et hétérogènes, la transformation bactérienne et les réactions dans les liquides ioniques. La catalyse servira non seulement à réduire la lignine en fragments plus petits, mais également à fonctionnaliser ces fragments pour qu'ils puissent encore être transformés en produits chimiques et en matériaux précieux. L'interaction sera grande entre les thèmes du traitement thermochimique et du traitement catalytique.

Résultats

Le Réseau stratégique du CRSNG sur les biomatériaux et les produits chimiques fournira un ensemble de technologies pour créer des produits à valeur ajoutée à partir de la lignine forestière. L'industrie de la pâte traditionnelle en tirera parti en diversifiant la gamme de produits qu'elle peut offrir, de même que le secteur émergent des biocombustibles, qui aura des produits à valeur ajoutée pour compléter la production de combustibles, où les volumes sont grands, mais les marges, faibles.

Les technologies mises au point par le réseau rapporteront également à l'industrie chimique et à celle de l'automobile, dont la structure fondamentale est en train de changer radicalement. L'industrie chimique recherche vigoureusement des matières premières issues de la biomasse, matières que la lignine pourrait offrir en quantité. Les matériaux à base de lignine créés au sein du réseau répondront également aux besoins de l'industrie automobile qui est en quête de matériaux composites alliant résistance et légèreté pour produire les véhicules à haut rendement énergétique de demain.

Personnes-ressources

Cedric Briens (directeur scientifique)
Tél. : 519-661-2111, poste 88865
Courriel : cbriens@uwo.ca

Chantal Gloor (gestionnaire du réseau)
Tél: 519-661-2111, poste 88336
Courriel : cmgloor@uwo.ca

John Schmidt (agent de liaison)
Président et chef de l'exploitation
Tél. : 514-630-4101, poste 2370
Courriel : John.schmidt@fpinnovations.ca


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