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Des produits chimiques issus de la biomasse

La rédaction
Dans un contexte de raréfaction des ressources fossiles, et d'attention accrue à l'empreinte environnementale des activités industrielles et à la toxicité de certains produits, la fabrication de molécules variées à partir de matière première végétale semble une voie prometteuse. La filière est de fait en plein essor, et profite d'une réglementation avantageuse.

La chimie du végétal vise à obtenir des produits chimiques en partant de la biomasse végétale plutôt que du pétrole. Prometteuse dans la double optique d'une économie des ressources fossiles et de la réduction des émissions de gaz à effet de serre, elle est déjà très utilisée dans la détergence, la cosmétique ou encore la peinture. On estime que 8 % des matières premières de l'industrie chimique française sont d'origine renouvelable.

Trois approches complémentaires sont possibles en chimie du végétal. Les produits biosourcés peuvent reproduire à l'identique des molécules d'origine pétrochimique. Ils peuvent être originaux, mais présenter des fonctionnalités ou des usages similaires à ces dernières. Il s'agit alors d'une innovation de substitution. Enfin, il est possible d'élaborer des molécules dotées de nouvelles fonctionnalités permettant de valoriser les caractéristiques propres des matières premières végétales. L'innovation est alors dite « de rupture ».

Pour autant, la chimie du végétal ne remplacera jamais toute la chimie du pétrole, plus compétitive. Cependant, elle peut constituer une alternative intéressante pour des marchés de niche dans lesquels les propriétés des molécules biosourcées et leur moindre toxicité constituent des atouts. Les investissements en recherche et développement dans le domaine de la chimie du végétal se sont accélérés depuis ces dix dernières années. Ils devraient encore s'accroître avec le soutien de grands programmes européens tels que BIC JU Biobased Industrie Consortium Joint Undertaking, qui consacre à l'horizon 2020 près d'un milliard d'euros au développement de la recherche et de l'innovation, et surtout à la montée en puissance des procédés jusqu'à la première usine commerciale. Peu à peu, une filière chimie du végétal se structure, accélérée par les évolutions des cadres réglementaires, la mise en place d'une fiscalité plus avantageuse (bonus vert), ou encore l'accès privilégié aux marchés publics pour les produits biosourcés.

1. TRAITEMENTS. À chaque végétal, son procédé

Les ressources qui peuvent trouver des débouchés au sein de la filière chimie du végétal sont de natures très hétérogènes : ressources agricoles, ressources forestières, déchets, coproduits industriels, ressources aquatiques... Parmi les ressources agricoles, on peut citer les plantes amidonnières, (blé, maïs, pommes de terre) et sucrières (betteraves) pour la chimie des sucres basée sur le glucose, les plantes oléagineuses comme le colza, pour l'oléo-chimie, et les plantes protéagineuses comme le pois, pour les peptides actifs et acides aminés. Quelle que soit son origine, cette biomasse offre une large gamme de structures moléculaires. Il s'agit d'en valoriser la complexité et les propriétés intrinsèques afin de répondre aux attentes de chacun des marchés spécifiques et de substituer des produits pétrochimiques très techniques qui ont fait la démonstration de leur performance depuis des années.

La transformation de la biomasse fait appel à différentes technologies de prétraitement et de transformation dans lesquels les procédés physicochimiques et thermiques classiques (voie catalytique) se distinguent des procédés de biotechnologies industrielles (voie enzymatique). La catalyse et les procédés de purification doivent être adaptés à la spécificité des matières premières végétales (Fig. 1). Celles-ci se distinguent par la variabilité de la composition, la présence d'inhibiteurs potentiels et d'impuretés et par leurs nombreux atomes d'oxygène, contrairement aux hydrocarbures fossiles utilisés habituellement. Autant de facteurs qui peuvent limiter l'efficacité des catalyseurs chimiques et des fermentations. Une voie de recherche majeure est le développement de procédés hybrides couplant les procédés chimiques et biotechnologiques. Pour les applications matériaux, une autre approche innovante consiste à concevoir des procédés permettant de valoriser directement les associations complexes de molécules dans le végétal, plutôt que de séparer ses molécules pour ensuite les recombiner. Le végétal est en effet déjà un matériel « composite » en soit. L'intégration des procédés au sein des bioraffineries est un enjeu fort. La montée en puissance des procédés, le passage du laboratoire au stade industriel via des étapes de démonstrateur et de pilotes industriels sont nécessaires pour valider les paramètres de viabilité économiques et techniques des procédés. Cette mise en situation quasi réelle permet de tester les marchés et de préparer l'intégration dans des bioraffineries.

Quelle que soit son origine, la biomasse est composée de grandes familles de molécules : les glucides ou carbohydrates, les lipides, les protéines, la lignine, les hémicelluloses et autres dérivés métabolites secondaires, comme les terpénoïdes, phénols, tanins... La composition de la biomasse lignocellulosique varie beaucoup selon son origine et son humidité. On pourra cependant retenir des valeurs voisines de 75 % de carbohydrates Cn(H2O)m divisés en cellulose (C6H10O5) et en hemicellulose (sucres en C6)[…]

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