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Une filière à cultiver

ANNE-KATELL MOUSSET akmousset@industrie-technologies.com

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Encore balbutiante, la chimie du végétal est appelée à prendre de l'essor dans les prochaines années. Alors à quoi va ressembler cette toute nouvelle chimie associant agriculture, biotechnologies et chimie ? Qu'est-ce qui va changer pour les planteurs, les chimistes et les utilisateurs de ces molécules biosourcées ? Tour d'horizon de l'amont à l'aval d'une filière émergente promise à un bel avenir.

Zéro déchet ! Tel est le cri de guerre de la chimie végétale de demain. Et pour y arriver, un seul mot d'ordre : diversifier. L'avenir de la filière passe par la polyvalence des unités de production. Finies les usines capables de ne traiter qu'un végétal et de ne fabriquer qu'un seul produit. « Il faudra diversifier les sources de biomasses et multiplier les procédés, de l'enzymatique au thermique, afin de pouvoir fabriquer plusieurs composés », explique Franck Dumeignil, coordinateur d'Eurobioref, un projet européen de recherche visant à créer la bioraffinerie intégrée de demain.

Le champ : Diversifier les végétaux

Là où vous voyez un champ de blé, Léon Mentink, responsable produit de la société Roquette voit « un champ de polymères ! » Car en chimie du végétal, la plante est surtout une source de molécules, comme le pétrole l'est dans la chimie « classique ». Alors c'est là que le choix commence et ce, en fonction des applications. Toutes sortes de possibilités sont à l'étude, même faire pousser en Europe des plantes de Madagascar, par exemple. « Le Centre de recherche grec (CRES) travaille de son côté - au sein du programme Eurobioref - à l'établissement d'une carte des terres exploitables en Europe. Il faut en effet savoir quelle plante est adaptée à quelle région pour pourvoir la valoriser au maximum », détaille le coordinateur du projet.

Et dans le choix des plantes, d'autres critères rentrent en ligne de compte pour l'avenir de la filière. « On cherche à éviter au maximum la concurrence avec l'alimentaire et les OGM », poursuit Franck Dumeignil. « Dans l'optique d'une démarche durable, on peut en revanche utiliser des prairies en jachère pour faire pousser des végétaux exploitables en bioraffineries ». Étudiées activement dans cette optique par les chercheurs : la luzerne, le pissenlit ou le miscanthus.

Mais c'est l'application qui détermine le choix de la plante : céréales, oléagineux, betteraves, bois... Les scientifiques cherchent à diversifier les biomasses d'entrée pour s'adapter à chaque région et étendre la gamme de produits fabriqués. En clair, exploiter les oléagineux dans les pays chauds et faire pousser des betteraves au Nord. Mais plus que cultiver des plantes pour récolter des produits chimiques, les scientifiques étudient également l'utilisation des déchets végétaux : tourteaux, copeaux de bois... « Tout est exploitable, il suffit en fait de trouver les techniques de séparations adaptées et c'est ce sur quoi le programme se penche, précise Franck Dumeignil, avec toujours comme objectif de valoriser toute la biomasse et de ne produire aucun déchet ».

La raffinerie : Optimiser les procédés

La bioraffinerie reste l'élément central de la filière. « L'unité classique à l'heure actuelle reçoit de la canne à sucre, en fait du sucre qu'elle distille en éthanol », note Franck Dumeignil.

La bioraffinerie du futur se veut mutivégétal, multiprocédé, multiproduit et évolutive. C'est une toute nouvelle chimie qui naît sous nos yeux et de nouveaux métiers qui se créent. La chimie du végétal se trouve en effet au croisement de plusieurs secteurs : l'agroalimentaire, la biologie moléculaire, « et bien sûr la chimie, essentielle pour progresser sur le côté du génie des procédés », explique Olivier Nore, responsable industriel de la société Metabolic Explorer.

Les chercheurs veulent aller plus loin. Au menu, une armada de techniques pour récupérer les molécules des végétaux. Tout d'abord pour améliorer les prétraitements de séparation des différents composés des végétaux. D'un côté les huiles, de l'autre les sucres (cellulose, hémicellulose) et de l'autre les résidus solides (lignine) encore difficilement exploités aujourd'hui. « Si en plus, on va vers l'utilisation de nouveaux végétaux, il faut mettre au point de nouveaux procédés d'extraction », explique le chercheur. Par exemple, dans le projet Eurobioref, la société norvégienne Borregaard travaille sur de nouvelles techniques de prétraitement du bois. Objectif : utiliser 80 % de cette ressource pour produire le moins de déchets possible. Une fois les composés séparés, il faut les traiter pour produire « des molécules plates-formes, c'est-à-dire des bases utilisables par les industriels », note Franck Dumeignil.

Pour y arriver, trois voies sont explorées. La biotechnologie tout d'abord. Grâce à leurs enzymes, les micro-organismes sont capables de synthétiser à peu près n'importe quel composé. Ainsi, pour valoriser la biomasse, on étudie et on sélectionne, voire transforme, toutes sortes de micro-organismes. Exemple avec la société Deinove qui se spécialise dans l'utilisation de bactéries jusqu'ici fort peu étudiées : les Deinocoques. « Il s'agit de micro-organismes très anciens qui ont développé des mécanismes de résistance importants. Elles sont donc très robustes, naturellement, ce qui en fait un des outils idéaux pour la fermentation industrielle », explique Jacques Biton, directeur général de la société. Insensibles à des milieux très basiques et capables de vivre en présence de solvants, ces « super-bactéries » développées par Deinove fabriquent aujourd'hui, en une seule étape et directement à partir de la biomasse broyée, de l'acide succinique, lactique, fumarique ou butyrique. Autres produits, autres micro-organismes : Metabolic Explorer développe actuellement des procédés de production de butanol, monopropylène et 1,3-propène-diol, notamment utilisé pour la fabrication de fibres textiles. « Nous avons ainsi développé une bactérie Clostridium capable, à partir d'hémicellulose provenant du jus de première presse de la betterave, de produire du butanol », explique Olivier Nore, directeur industriel de Metabolic Explorer.

Pour atteindre le zéro déchet, la voie biologique ne suffit pas. « D'autres techniques sont utiles comme la catalyse. On va faire passer la biomasse sur des éléments actifs comme des métaux dispersés, des oxydes ou des sulfures », explique Christophe Dumeignil. Et en ultime étape : « La gazéification de la biomasse restante. Grâce à des procédés thermochimiques, elle est réduite à l'état de gaz pour reformer ensuite les molécules souhaitées », poursuit le chercheur.

Et où seront situées ces bioraffineries ? Idéalement près des ressources végétales. Les compétences en biotechnologies développées par Deinove ou Metabolic Explorer sont en fait exportables : « Nous développons les bactéries, nous évaluons leurs potentiels en laboratoire, puis en pilote industriel et enfin nous fabriquons un « process book » qui permettra à nos clients ou associés de produire - clés en main - le produit désiré », explique Olivier Nore. « Nos principaux partenaires sont les fabricants de matières premières capables de s'intégrer dans l'aval, comme Roquette avec qui nous travaillons, ou les gros utilisateurs finaux qui vont fabriquer eux-mêmes les molécules dont ils ont besoin. »

Le plasturgiste : Valoriser toutes les molécules

Une fois les molécules biosourcées produites, comment sont-elles acceptées par les utilisateurs ? « C'est tout simple. Si le prix de revient est intéressant, elles seront bien accueillies par les clients ! », s'exclame Olivier Nore. D'où l'importance de valoriser au maximum les produits et sous-produits de la chimie du végétal : « c'est la clé pour rendre cette filière rentable », explique Christophe Dumeignil.

Quant aux molécules produites grâce aux végétaux, si elles sont les mêmes que celles issues de la chimie classique, rien n'est modifié. Pour Sphère, fabricant d'emballages, par exemple, qui se lance dans la fabrication de plastiques biosourcés, « rien n'a changé dans notre process, vu que nous utilisons toujours la même molécule, seule son origine change ! », note John Persenda, président du groupe. « Et ce pour un prix à peine supérieur, largement compensé par la stabilité des prix du biosourcé par rapport au pétrochimique. »

Les raffineries du végétal cherchent en premier lieu à recréer les molécules obtenues par la chimie du pétrole. « Mais de nouvelles molécules se produisent aussi lors du process, explique Franck Dumeignil. Au sein du projet Eurobioref, c'est donc un véritable remue-méninges qui est en cours. « Actuellement 140 projets de thèses cherchent à trouver de nouvelles applications, même de niches, à ces produits découverts grâce à la chimie végétale », s'enthousiasme le chercheur.

«SI LEUR PRIX EST INTÉRESSANT, LES MOLÉCULES BIOSOURCÉES SERONT BIEN ACCUEILLIES PAR LES CLIENTS ! »

R&D

L'Europe a investi 23 millions d'euros dans le programme Eurobioref de raffinerie du futur.

Les algues pleines de ressources

Les végétaux poussent aussi dans la mer, en quantité ! Alors les algues sont-elles de bonnes candidates à la chimie du végétal ? En tout cas, au niveau de la ressource pas de problème. Abondante à l'état naturel, leur culture est de toute façon tout à fait possible. « Elles sont plus productives que n'importe quel blé OGM ! », explique Yannick Lerat, directeur du Centre d'étude et de valorisation des algues (Ceva), évoquant des « rendements pouvant atteindre 100 tonnes de matière sèche par hectare et par an ».Autre argument en leur faveur : « Elles n'ont pas besoin pour pousser d'irrigation en eau douce et elles n'entrent pas en compétition avec les végétaux d'intérêts alimentaires ». Quant à leur composition, elle intéresse de près les chimistes. Riches en polysaccharides pour les macroscopiques ou en lipides pour les algues microscopiques, elles sont dans tous les cas valorisables de façon industrielle : « soit on transforme la matière algale en matière fermentescible comme n'importe quel végétal, ou alors en utilisant des bactéries marines capables de valoriser les algues », note Yannick Lerat.

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