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Bioraffineries : tout est bon dans le végétal

Philippe Passebon
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Bioraffineries : tout est bon dans le végétal

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Doubler le nombre de produits biosourcés d'ici 2020, c'est l'objectif que s'est fixé l'Union des industries chimiques (UIC). Pour y parvenir, les bioraffineries de deuxième génération vont piocher dans la biomasse lignocellulosique. D'abord destinées à produire des biocarburants, elles pourront aussi fournir des molécules d'intérêt pour la chimie, pour peu qu'on adapte les procédés.

Le premier plastique biosourcé (une boule de billard, en 1870), l'était déjà à partir de cellulose ! Un composant végétal qui reste pourtant sous-utilisé, comme une très large partie des ressources végétales terrestres. Issue du bois, de la bagasse, de la paille ou du miscanthus et constituant presque 70 % de la biomasse disponible sur Terre, cette matière première à base de lignocellulose peut être valorisée en énergie, en combustibles, ou en produits chimiques. Cette biomasse dite de deuxième génération (2G) pourrait se substituer à la biomasse alimentaire (de première génération ou 1G).

Dès le début des années 2000, Américains comme Européens s'intéressent à la lignocellulose pour remplacer la biomasse alimentaire en vue de produire de l'éthanol utilisé comme biocarburant. Mais ce n'est que dix ans plus tard que ces premières bioraffineries de deuxième génération à échelle industrielle - plus de 300 000 tonnes produites par an - démarrent enfin leur production aux États-Unis et au Brésil. Fortement soutenus aux États-Unis à travers une politique volontariste qui prévoit que soient construites près de 400 unités d'ici 2020, les projets de bioraffineries sont pénalisés en Europe par une législation instable. Une situation qu'illustre parfaitement le choix de la start-up française Biométhodes d'installer son unité-pilote en Virginie (États-Unis), alors que son siège et une partie de son département R&D sont restés à Évry, en région parisienne.

Tout comme une raffinerie conventionnelle sépare les molécules du pétrole, c'est à la bioraffinerie que revient de séparer les constituants du végétal puis de les traiter adéquatement selon l'usage auquel elle est destinée. Les bioraffineries 2G s'appuient principalement sur l'exploitation de la cellulose et de l'hémicellulose, des chaînes de sucres qui sont découpées en sucres élémentaires de type C6 et C5, soit par catalyse enzymatique en faisant intervenir des enzymes produits par des micro-organismes, soit par catalyse thermochimique. Suite à cette étape d'hydrolyse, les sucres sont fermentés par des micro-organismes qui les transforment en éthanol.

Obtenir de l'hémicellulose et de la cellulose de bonne qualité

Mais contrairement à la biomasse alimentaire, directement disponible pour le procédé d'hydrolyse, la lignocellulose souffre d'un défaut de taille : sa structure elle-même, qu'il faut casser pour la fragmenter dans ses trois constituants (la cellulose, l'hémicellulose et la lignine), une étape dite de « prétraitement » coûteuse et dont la qualité est essentielle pour la suite de la production.

Le procédé kraft, utilisé par la majorité des papetiers, ne date pourtant pas d'hier. Il libère les fibres cellulosiques du bois dans une opération de cuisson par dissolution de la lignine et d'une partie des hémicelluloses dans la solution chimique. « Seule la cellulose est alors récupérée pour faire de la pâte à papier, explique Nina Quélénis, responsable intelligence économique à l'IAR (pôle de compétitivité Industries et agro-ressources), tandis que la « liqueur noire » constituée des résidus dissous de lignine et d'hémicellulose est utilisée pour produire de la chaleur. Mais à partir du début des années 2000, les papetiers vont chercher à exploiter les autres composants comme co-produits. »

Reste que les applications pour les carburants ou pour la chimie exigent des celluloses et hémicelluloses de très bonne qualité. Celles-ci pourront alors être repolymérisées après avoir été réduites en sucres élémentaires, ou même être travaillées telles quelles par des procédés chimiques classiques, pour profiter au[…]

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