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Mieux comprendre la transformation chimique de la biomasse grâce à la RMN

by Frédéric Magné - published on , updated on

La transformation de la biomasse (forêts, bois, déchets agricoles, etc.) en « biochar » (biocharbon) présente un grand intérêt potentiel pour séquestrer le CO2. Des chercheurs ont mis en œuvre avec succès une méthode avancée d’analyse par Résonance magnétique nucléaire (RMN) du solide haute résolution à 2 dimensions (carbone et proton) qui a permis d’étudier les mécanismes en jeu au cours de la conversion thermochimique de la biomasse en biochar, avec une finesse jamais encore atteinte. Ces résultats, publiés dans Analytical Chemistry, sont riches d’enseignements pour les biologistes et les chercheurs des domaines de l’environnement et de l’énergie.
 

La biomasse, qui pompe le dioxyde de carbone de l’atmosphère durant sa croissance, représente un stock et des flux de carbone très importants. Elle peut être convertie par voie thermochimique en carburants liquides, en gaz (CH4 ou H2) ou en biochar, ce dernier constituant une voie intéressante de stockage du carbone. En effet, lors de sa décomposition naturelle, la biomasse relargue dans l’atmosphère tout le CO2 capturé au cours de sa croissance tandis que le biochar est stable durant des centaines, voire des milliers d’années ; il peut par exemple être étendu sur les sols et favoriser leur fertilité.

Pour optimiser le processus de transformation de la biomasse il est primordial de connaître précisément sa composition chimique : elle est en effet très hétérogène et fonction du type de biomasse, des conditions de croissance, etc. Il est également important d’analyser la composition du biochar formé en fonction des conditions de traitement de la biomasse.

Dans le cadre d’une collaboration interdisciplinaire entre le Laboratoire réactions et génie des procédés (LRGP, CNRS/Université de Lorraine), l’Institut des sciences des matériaux de Mulhouse (IS2M, CNRS/Université de Haute Alsace), l’Institut de chimie de Strasbourg (CNRS/Université de Strasbourg) et le Laboratoire d’étude et de recherche sur le matériau bois (LERMAB, Université de Lorraine), des chercheurs ont mis en œuvre une méthode avancée d’analyse de la biomasse et du biochar par RMN du solide haute résolution à 2 dimensions (carbone et proton). Cette méthode présente plusieurs avantages. Tout d’abord, contrairement à d’autres méthodes qui impliquent une analyse en phase liquide pouvant détériorer sa composition, aucun prétraitement de la biomasse n’est ici nécessaire : les analyses sont directement réalisées en phase solide, sur de la biomasse ou du biochar non prétraités. De plus, cette méthode permet de décrire les fonctions chimiques présentes dans les solides (biomasse et biochar) avec une très grande finesse.

Les chercheurs ont ainsi obtenu une analyse détaillée de la composition chimique de la biomasse et du biochar qui a permis notamment de préciser les mécanismes d’aromatisation. Ces résultats intéressent une large communauté de biologistes, spécialistes de l’environnement et de l’énergie qui travaillent sur la valorisation de cette matière. Cette méthodologie est actuellement précisée avec de la biomasse marquée au 13C en collaboration avec l’INRA. Elle est utilisée pour décrire l’effet des conditions des procédés sur la composition du biochar et sa stabilité sur le long terme.

Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du projet ANR PYRAIM et du projet FORêVER (FORêts, Biomasses et leurs filières durables de Valorisation énERgétique), du défi Transition Energétique de la Mission pour l’interdisciplinarité du CNRS.

 

L’analyse par RMN permet de mieux comprendre et d’optimiser
la conversion de la biomasse en biochar.© CNRS-LRGP

 

 Référence

"High resolution Solid State 2D NMR Analysis of Biomass and Biochar", Yann Le Brech, Luc Delmotte, Jesus Raya, Nicolas Brosse, Roger Gadiou, and Anthony Dufour, Analytical Chemistry,  janvier 2015

 

Contact chercheur

Anthony Dufour
Laboratoire réactions et génie des procédés (LRGP)
Tél. : 03 83 17 50 78
Mél. : anthony.dufour@univ-lorraine.fr
 

Contact communication INSIS

Muriel Ilous
Mél. : muriel.ilous@cnrs-dir.fr