La délignification est l’élimination de la lignine polymère structurelle du tissu végétal, afin qu’elle puisse être utilisée pour des applications telles que la fabrication de papier. Le processus fait principalement référence au processus chimique pour l’élimination de la pâte à papier du bois. Il peut également être fait mécaniquement.
La lignine est un mélange de composés phénoliques qui s’entremêlent dans les parois secondaires des plantes, réticulant les glucides de la cellulose qui peuvent être utilisés pour former les fibres de papier. Ce complexe forme une matrice hydrophobe, ce qui signifie qu’il repousse l’eau, permettant à la plante de transporter l’eau à travers son système. La lignine ajoute beaucoup de résistance mécanique aux parois cellulaires et réduit leur digestibilité, à la fois par les animaux et par le processus chimique de délignification. Ce polymère réduit également la sensibilité des plantes aux attaques d’insectes et de phytopathogènes. C’est l’un des derniers composés qui subsistent lors de la décomposition des plantes et qui s’accumule dans le sol sous forme d’humus.
L’élimination de la lignine du bois a traditionnellement eu lieu par une méthode appelée procédé Kraft. Ce nom est dérivé du mot allemand pour fort. La masse de fibres restant après l’élimination de la lignine est appelée pulpe. Le procédé Kraft produit une pâte plus résistante que les méthodes utilisées auparavant et élimine 95 % de la lignine du bois.
Ce processus implique généralement la digestion de copeaux de bois à haute température et pression, et dans une solution d’hydroxyde de sodium et de sulfure de sodium dans l’eau, qui est une combinaison connue sous le nom de liqueur blanche. Il dissout chimiquement les liaisons qui relient les fibres de cellulose. La délignification du bois a lieu dans un récipient appelé digesteur, qui peut résister à une pression élevée. Il existe deux types de digesteurs – batch et continu – les plus récents étant continus.
A ce stade, la pulpe solide est brune et est appelée pâte brune. Les liquides combinés sont connus sous le nom de liqueur noire et contiennent des fragments de lignine ainsi que des produits chimiques et des sous-produits. La pulpe est séparée des liqueurs de cuisson usagées par une série de lavages. Les fragments sont collectés et brûlés pour aider à alimenter l’usine. Le reste du processus est conçu pour recycler la chaleur et les produits chimiques de cuisson.
Certains sous-produits du procédé Kraft sont la térébenthine et le tallöl, qui est une résine ayant diverses utilisations industrielles. Les usines Kraft actuelles sont autonomes et récupèrent la plupart de leurs produits chimiques, produisant très peu de pollution de l’eau. Ils peuvent cependant produire de la pollution de l’air.
La pâte brune produite par le procédé Kraft contient environ 5 % de lignine résiduelle et est ensuite délignifiée par une série d’étapes de blanchiment. Le blanchiment élimine la lignine supplémentaire, rendant le papier plus brillant. Parfois, les besoins de blanchiment sont minimes. Par exemple, si le papier est destiné à être un sac en papier brun, il n’a pas besoin d’être d’un blanc éclatant. Il existe une incitation à éviter le blanchiment, car il diminue la masse de pâte produite, augmente le coût et diminue la résistance des fibres.
La délignification à l’oxygène est un processus plus récent qui élimine plus de lignine et utilise moins de produits chimiques. Il s’agit de traiter la pâte à l’oxygène dans un récipient pressurisé à haute température en solution alcaline. Ce processus est suivi d’une étape de lavage. La quantité de lignine résiduelle peut être réduite à environ 1.5% avec cette méthode, limitant le degré de blanchiment nécessaire pour fabriquer du papier à partir de la pâte.
Alors que ce type d’ingénierie s’est traditionnellement concentré sur la pâte de bois pour le papier et les panneaux de fibres, des efforts plus récents ont porté sur l’utilisation de la biomasse, de grandes quantités de matières végétales, comme source d’éthanol et comme alternative aux combustibles fossiles. Ce matériel végétal doit subir une délignification avant de pouvoir être utilisé à cette fin. Des systèmes microbiens sont en cours d’ingénierie qui combinent l’élimination de la lignine avec la conversion de la cellulose en éthanol. La recherche sur la production de biocarburants est un domaine très actif.
De nombreuses recherches biotechnologiques sont menées tant sur la synthèse de la lignine dans les plantes que sur sa dégradation par les micro-organismes. Les scientifiques tentent de modifier la structure et le contenu de la lignine dans l’espoir d’améliorer sa digestibilité pour les animaux et d’accroître l’utilité des parois cellulaires pour la production de papier et de biocarburant.
Il existe également un grand intérêt pour le développement d’applications industrielles des enzymes de micro-organismes pour dégrader la lignine. Certains champignons sont tout à fait aptes à vivre sur le bois, car ils produisent des enzymes – telles que les peroxydases – qui catalysent la dégradation de la lignine en présence d’oxygène. D’autres enzymes microbiennes à l’étude pour la production de biocarburants agissent en l’absence d’oxygène. Des expériences de génie génétique sont en cours pour améliorer les propriétés de ces enzymes pour l’utilisation industrielle de la dégradation de la lignine.