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La chimie sort de terre

THOMAS BLOSSEVILLE tblosseville@industrie-technologies.com

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La chimie sort de terre

Laurent Gilbert

© D.R.

Le tout pétrole ? Terminé. Blé, paille, colza... Avec le végétal, l'industrie chimique veut reproduire ce qu'elle a réussi avec les hydrocarbures : fabriquer une multitude de molécules. Pour y parvenir, elle devra surmonter des défis technologiques, industriels et écologiques. À la clé, des ressources renouvelables offrant des propriétés équivalentes, voire inédites. Plongée dans la chimie végétale pour en évaluer le potentiel de développement.

Une soif insatiable. Pour abreuver l'industrie en molécules en tout genre, la chimie mondiale ingurgite chaque année 400 millions de tonnes de matières premières carbonées. Dont plus de 90 % sont issues du pétrole. Et si, un jour, les hydrocarbures venaient à manquer ? En quête d'une alternative renouvelable, les chimistes arpentent aujourd'hui les champs. Mais pour produire quoi ?

Plantons le décor. Les hydrocarbures et le végétal forment la famille carbonée (ou organique). Soit 65 % des produits chimiques dans le monde, l'autre partie étant la chimie minérale. Dans la famille carbonée, les experts évaluent entre 20 et 30 % la part qui, à terme, pourrait être issue du végétal. Contre 5 à 7 % actuellement.

Il s'agira soit de composés fonctionnels (tensioactifs, émulsifiants, solvants...). Soit d'intermédiaires de synthèse, qui n'auront pas d'usage en tant que tels, mais seront transformés en polymères (polyamide, polyester...).

Le végétal s'imposera là où il offre une valeur ajoutée

En théorie, une même molécule - carbonée - peut être issue du végétal ou du pétrole. Dans la pratique, à moins de nouvelles réglementations, la différenciation se fera d'abord sur le coût. La pétrochimie bénéficie de la maturité et de l'optimisation de ses procédés. « Mais certaines voies sont déjà favorables au végétal. Comme la production d'éthanol à partir de canne à sucre, plutôt que d'éthylène », rappelle Paul-Joël Derian, vice-président R&D du chimiste Rhodia.

L'essor du végétal commencera certainement par des marchés de niche. « Des volumes mondiaux de 50 à 100 000 tonnes, à comparer au million de tonnes de la filière pétrochimique », évalue Yvon Le Hénaff, directeur général du centre de recherche ARD (Agro-industrie recherches et développements). Le végétal s'imposera d'abord là où il offre une valeur ajoutée, par son caractère renouvelable ou en apportant de nouvelles propriétés comme des applications textiles spécifiques, plus souples ou plus résistantes à la chaleur.

Son envol passera par trois étapes. À court terme, les ressources compétitives seront des coproduits de procédés existants. Les biocarburants pourraient ainsi s'avérer de précieux alliés. Ils structureront des filières d'approvisionnement sur lesquelles la chimie pourra se brancher. C'est le cas du glycérol, un coproduit de la fabrication du biodiésel. Le chimiste Solvay l'utilise en substitution du propylène (voir notre infographie page 28).

Mais demain, le végétal devra « croiser chimie et sciences du vivant », prévoit Daniel Marini, directeur des affaires économiques et internationales de l'Union des industries chimiques (UIC). Notamment pour développer la voie lignocellulosique (bois, paille...). « Il faudra modifier le coeur des procédés. La compétitivité n'est pas systématique, mais des pistes apparaissent », estime François Monnet, vice-président chargé des technologies émergentes chez Solvay. À condition de lever plusieurs verrous technologiques dans la création des bactéries et levures, dans la mise en oeuvre de fermenteurs à l'échelle industrielle...

Quantifier son intérêt écologique reste complexe

À terme, le succès proviendra de ressources naturelles apportant des fonctionnalités que la voie pétrochimique n'offre pas à coût viable. « Les huiles de tournesol et de colza permettent d'obtenir de longues chaînes carbonées. Comme les dix-huit atomes de l'acide oléique. On peut en tirer des propriétés de mise en forme ou de résistance aux solvants », soutient Jean-François Rous, directeur innovation de Sofiprotéol, spécialiste français des huiles et protéines végétales.

Chimiquement, biomasse et pétrole diffèrent surtout par la présence d'oxygène dans les molécules végétales. « Alors que les hydrocarbures sont seulement formés de carbone et d'hydrogène. Jusqu'à présent, la chimie a surtout appris à ajouter, si nécessaire, des atomes d'oxygène », note Jean-François Rous. Avec le végétal, il faudra apprendre à les enlever... ou à exploiter leur présence. « Les tensioactifs apprécient particulièrement les propriétés de l'oxygène, notamment pour son affinité avec l'eau », évoque ainsi Alain Milius, directeur des affaires scientifiques et réglementaires de Seppic, une filiale d'Air Liquide.

Reste à amorcer la pousse du végétal. La réglementation Reach sur les substances chimiques offrira une aide toute relative. D'origine végétale ou pétrochimique, les molécules restent, pour l'instant, souvent les mêmes. Labels et normes pourraient favoriser le développement de nouvelles filières. La profession évoque, par exemple, un « taux de carbone renouvelable » à afficher sur les produits finis.

Il ne suffira pas. Quantifier l'intérêt écologique du végétal reste complexe. « Il n'existe aucun inventaire adapté des ressources agricoles », confirme Hilaire Bewa, expert bioproduits et biomatériaux à l'Ademe, qui projette la création d'une base de données avec l'Afnor. La contrainte : gérer l'hétérogénéité des données d'un champ à l'autre.

Nul doute que les industriels devront s'impliquer. « Nous avons réalisé plus de mille audits en deux ans chez nos fournisseurs, parfois jusqu'au champ », témoigne Francis Quinn, directeur développement durable de L'Oréal. C'est à ce prix que le végétal fleurira.

LA CHIMIE VÉGÉTALE, C'EST QUOI ?

Quelles ressources ? Deux filières matures sont déjà exploitées : les huiles (colza, tournesol, soja, palme) et les sucres (canne à sucre, pomme de terre, betterave, maïs, blé). La voie lignocellulosique (bois, paille) et les micro-algues sont explorées. Pour produire quoi ? Les molécules issues de la chimie du végétale, comme ici l'acide succinique, servent à produire vernis, colle, détergents, solvants, lubrifiants, épaississants... On en retrouve aussi dans les produits cosmétiques, lessives, matières plastiques... À qu'elle échéance ? Le Grenelle de l'environnement prévoit qu'en 2017, 15 % des ressources carbonées de la chimie française seront végétales (contre 5 à 7 % aujourd'hui). Selon les experts, ce taux atteindra entre 20 et 30 % en 2030.

Laurent Gilbert Directeur de recherche avancée en sciences de la matière chez L'OréalS'inspirer de la nature pour innover

I. T. : Qu'attendez-vous de la chimie de demain ? Laurent Gilbert : La chimie doit être responsable, selon trois principes. D'abord utiliser des matières premières renouvelables. Le végétal, mais pourquoi pas aussi la fermentation. Ensuite, mettre en oeuvre des procédés dont l'impact environnemental est réduit. Nous avons des indicateurs : pourcentage d'atomes renouvelables, volume de déchets par unité produite, consommation énergétique... Enfin, fabriquer des produits respectueux de l'environnement et du consommateur. Selon trois critères : écotoxicité, biodégradabilité et bioaccumulation, la capacité de la substance à s'accumuler dans la matière vivante dans toute la chaîne alimentaire. I. T. : Pourquoi s'intéresser au végétal ? L. G. : L'idée est de s'inspirer de la nature pour innover. Par exemple, le Pro-Xylane. Cet actif anti-âge a été conçu en comparant la structure de la peau à celle de sucres - de l'hémicellulose - issus de bois de hêtre. Valoriser une ressource renouvelable permet d'innover en développant des molécules que l'on n'aurait pas obtenues à partir du pétrole. I. T. : À quoi ressemble la ressource idéale ? L. G. : Avant tout, elle doit être la plus renouvelable possible. Si on prélève un sucre dans la nature, il faut s'assurer qu'il n'est pas utilisé dans l'alimentation humaine. C'est pourquoi nous nous dirigeons vers l'utilisation de la cellulose ou de l'hémicellulose, largement sous-utilisées. La ressource doit aussi être transformable pour acquérir une fonction. C'est en général le cas des éléments naturels.

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