Caractéristiques des effluents papetiers

On remarque une accumulation, de plus en plus importante, des plastiques dans l’environnement ce qui cause de l’ encombrement des dépotoirs et la pollution des sols et des milieux maritimes. Des chercheurs ont évalué la durée de vie d’un sac de plastique à environ 200 ans (1). Sa dégradation produit du C02, ce qui contribue à l’ augmentation de l’ effet de serre .

Aux États-Unis, en 2010, les plastiques représentaient 31 millions de tonnes de tous les déchets municipaux totaux générés (EPA Environnemental Protection Agency, 2011). La majeure partie de ces déchets, 13,7 millions de tonnes, provenaient des emballages. Pour cette même année, au Québec, 32,6 % des matières plastiques avaient été récupérées par les ménages québécois via la collecte sélective municipale (2). Le potentiel de valorisation des matières plastiques éliminées dans les lieux d’ enfouissement technique (LET) est toujours très élevé.

Une solution serait de remplacer la production de matière plastique conventionnelle (non dégradable) par des substituts biodégradables. Le développement des plastiques biodégradables a soulevé l’ intérêt durant les dernières décennies. Plus particulièrement, le polyhydroxyalcanoate (PHA) a été identifié comme un biopolymère par Ojumu et al, en 2004 [1), Il est produit par une grande variété d’êtres vivants dont des végétaux, des animaux et des microorganismes (bactéries, champignons, algues). Il est doté de nombreuses propriétés thermoplastiques et biodégradables. Les bactéries emmagasinent le PHA sous forme de réserve énergétique intracellulaire.

Plus de 120 PHAs ont été caractérisés [2]. Parmi eux, le polyhydroxybutyrate (PHB) qui est produit par un grand nombre de bactéries. Généralement, il est produit dans des conditions de limitation des éléments nutritifs et en présence d’ excès de source de carbone.

Selon leurs propriétés, les PHAs peuvent être utilisés dans des applications très variées notamment dans les secteurs de l’ emballage, de la pharmacie, l’ agriculture, l’électronique, la médecine, du textile, de l’ automobile.

Les bioplastiques 

Entre 1990 et 2005, le terme bioplastique a été utilisé pour définir les plastiques ayant la capacité de se biodégrader. On nomme un polymère biodégradable celui que les microorganismes (bactéries, champignons ou microalgues) seront capables de dégrader entièrement. Lors d’une activité biologique, les enzymes sécrétées par les microorganismes décomposent le matériel.

Structure et biodégradabilité 

La biodégradabilité des plastiques est définie selon la norme ASTM D6400. Un plastique biodégradable « Se dit d’ un plastique dégradable dont la dégradation résulte de l’ action des microorganismes naturellement présents dans le milieu tels que les bactéries, les mycètes ou les algues » [Q]. En présence d’oxygène, les résidus de la biodégradation sont du gaz carbonique, de l’eau, des composés inorganiques et de la biomasse [1], Le PHA est produit par plus de 200 bactéries, qui l’ utilisent comme source de carbone et d’énergie. Le polyhydroxybutyrate (PHB) est un polymère cristallin (80 %), possédant une température de fusion (173-180 °C) ce qui lui donne un avantage par rapport aux autres polyesters biodégradables.

Effluents papetiers

Aujourd’ hui, l’utilisation des PHAs reste limitée par les coûts de production élevés de ces bioplastiques malgré leurs avantages par rapport aux matières plastiques conventionnelles. Pour ce faire, et pour réduire les coûts de production, une nouvelle approche est apparue, impliquant l’ emploi de boues activées comme sources de microorganismes et/ou les déchets industriels comme les effluents papetiers comme substrats pour la production du PHA. D’un point de vue économique, le coût du substrat et surtout la source du carbone contribueront à diminuer le prix d’obtention du PHA qui atteint 40% du total des coûts de production.

Caractéristiques des effluents papetiers 

On peut trouver dans les effluents papetiers les matières suivantes (B.A.C.E, 2005):
• Matières en suspension, telles que des fibres, des copeaux de bois, des écorces, des cendres et d’additifs (argile, carbonate de calcium, etc.) ;
• Matières organiques, provenant du bois et des additifs, généralement dissoutes;
• Composés inorganiques tel que les métaux et les sels, qui proviennent du bois ou des additifs;
• Hydrocarbures, qui proviennent surtout des pertes de lubrifiants ;
• Composés phénoliques provenant de la lignine du bois ;
• Acides gras et résiniques provenant du bois;
• Composés organochlorés, tels que les dioxines et les furanes chlorés, qui proviennent des produits chlorés utilisés pour le blanchiment des pâtes;
• Composés organiques volatiles ou semi-volatiles, telles que le fonnaldéhyde et l’acétaldéhyde ;
• Hydrocarbures aromatiques polycycliques.

Le prétraitement 

Cette étape a pour but d’éliminer les éléments susceptibles de gêner dans les autres étapes du traitement. Il comprend :
•le dégrillage : pour prélever les déchets volumineux;
•le dessablage : pour prévenir le dépôt des déchets de haute densité dans les canalisations.
•le dégraissage-déshuilage : pour éviter l’encrassement des bassins par des corps gras.

Le traitement secondaire 

Le traitement secondaire a pour rôle d’éliminer les composés solubles d’origine organique. Le principe de ce traitement est d’introduire une population bactérienne dans les eaux usées. Pour leur propre développement, les bactéries assimilent la matière organique dans les eaux.

Plusieurs techniques de traitement peuvent être utilisées :
• le lagunage : L’ activité des bactéries se fait naturellement à des concentrations faibles en organismes épurateurs, d’ une dimension d’ un étang, utilisé lorsque de grands espaces sont disponibles.
• Les boues activées : les bactéries dans des bassins sont sélectionnées selon ce que l’on souhaite éliminer: carbone, azote, phosphore. Les boues issues de ce traitement sont appelées boues secondaires et peuvent être utilisées pour la fertilisation des sols par la suite comme plan de valorisation. Une partie de ces boues retourne dans les bassins pour éviter une trop grande perte en bactéries

Table des matières

Chapitre 1 – Introduction
Chapitre 2 – Revue de littérature
2.1 Les bioplastiques
2.1.1 Structure et biodégradabilité
2.1.2 Intérêts industriels
2.1.3 Coût de production des bioplastiques
2.2 Effluents papetiers
2.2.1 Caractéristiques des effluents papetiers
2.2.2 Le traitement des effluents
2.2.2.1Le traitement primaire
2.2.2.2Le prétraitement
2.2.2.3Le traitement secondaire
2.2.2.4Le traitement des boues
2.2.3 Caractéristiques physico-chimiques des boues papetières
2.2.4 Valorisation des boues papetières
2.2.4.1 Enfouissement
2.2.4.2 Valorisation énergétique
2.2.4.3 Valorisation agricole
2.2.4.4 Autres voies de valorisation
2.3 Bactéries productrices de PHA
2.4 Critères généraux
2.4.1 Conditions de fermentation
2.4.1.1 Contrôle du carbone et de l’azote
2.4.1.2 Contrôle de pH et agitation
2.5 Liquide ionique
2.5.1 Généralités et Structures
2.5.2 Propriétés physico-chimiques
2.5.2.1 Point de fusion
2.5.2.2 Stabilité thermique
2.5.2.3 Conductivité
2.5.2.4 Densité et viscosité
2.5.3 Solubilité dans les solvants
2.5.3.1 Solubilité dans les solvants organiques et l’ eau
2.5.4 Toxicité
2.5.5 Application des liquides ioniques dans les procédés de séparation
2.5.6 Extraction liquide-liquide
Chapitre 3 – Hypothèses et objectifs 
3.1 Hypothèses
3.2 But
3.3 Objectifs spécifiques
Chapitre 4 – Matériels et méthodes
4.1 Méthodes de production et récupération du PHA
4.1.1 Microorganismes producteurs de PHA
4.1.2 Paramètres de fermentation en erlenrneyers
4.1.3 Méthodes d’identification des souches bactérienne accumulant le PHA
4.1.3.1 Coloration avec le bleu de Nil
4.2 Méthode de récupération et traitement des boues secondaire papetière
4.2.1 Préparation des échantillons de boues papetières
4.2.2 Méthodes d’extraction et de purification du PHA
4.2.2.1 Extraction et purification par solvant
4.3 Synthèse du liquide ionique
4.4 Extraction par un liquide ionique
4.5 Méthodes d’analyses du PHA
4.5.1 Analyses du PHA par FTIR
4.5.2 Analyses du PHA par RMNIH
4.5.3 Analyses du PHA par ATG
4.5.4 Analyses du PHA par GPC
Chapitre 5 – Résultats et discussions 
5.1 Culture de Cupriavidus necator et identification du bioplastique produit
5.1.1 Croissance de Cuprividus necator
5.1.2 Résultats de production des PHAs
5.2 Solubilisation et extraction dans les liquides ioniques
5.2.1 Analyse RMN et FTIR
5.2.2 Analyse thermogravimétrique
5.2.3 Analyse par CPG
5.2.4 Extraction dans des mélanges eau-LI
Conclusion

Télécharger le rapport complet