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Produits biosourcés - Des défis à relever
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Filières industrielles stratégiques de l’économie verte, la chimie et les matériaux biosourcés ont leur rôle à jouer dans la transition énergétique.L’ADEME accompagne ces filièresdepuis 20 ans, en mettant à leurdisposition un ensemble d’outilscomplémentaires, allant de la rechercheappliquée à la démonstrationpréindustrielle : thèses, appels à projets de recherche et Programme des Investissement d’Avenir (PIA). Les recherches soutenues visent à lever les verrous qui limitent lesperformances techniques, économiqueset environnementales des produitsbiosourcés. L’ADEME a ainsi attribuéenviron 90M€ d’aide au cofinancementde projets collaboratifs dans ce domainedepuis 1994, grâce aux appels à projets de recherche AGRICE(28M€), Bioressources Industries etPerformances (7,5M€) et au PIA (28M€).Le contexte actuel est favorable auxproduits biosourcés et l’action del’ADEME s’inscrit en complémentaritéde celles mises en œuvre par les autresparties prenantes pour accélérer le développement de cette filière,notamment les ministères, l’associationChimie du Végétal et les pôles decompétitivité (IAR, Xylofutur…).
ÉDITO /DAMIEN SIESSDirecteur adjoint, direction Productionet Énergies durables
RechercheN°09 – Décembre 2014
Améliorer l’impactenvironnementaldes produits
es produits biosourcés pour la chimie et les matériaux sont des produits industrielsnon alimentaires et non énergétiques, obtenus à partir de matières premières
renouvelables issues de la biomasse (végétaux majoritairement). Si la recherche sur
les produits biosourcés a d’abord été initiée pour trouver un débouché aux
productions agricoles excédentaires, elle s’est désormais déplacée vers la diversification des
matières premières, afin de limiter les concurrences entre usages, et vers le renforcement des
attentes environnementales pour les produits biosourcés.
BIP, RELAIS DU PROGRAMME AGRICE Le programme Bioressources, Industries et Performance (BIP), lancé en 2008, prend le relais
du programme AGRICE, qui a contribué à faire émerger une filière scientifique et technique sur
le sujet. De 1994 à 2013, environ 220 projets collaboratifs ont été soutenus sur les
thématiques chimie et matériaux biosourcés. Le caractère industriel marqué est une spécificité
de ces appels à projets de recherche.
Dans le programme de recherche BIP, une orientation forte est donnée au développement de
produits utilisant les ressources dites de deuxième génération : les ressources ligno -
cellulosiques, comme les coproduits de l’agriculture, les ressources forestières, les cultures
dédiées (lin, chanvre…) ou encore les taillis à courte rotation, mais aussi les coproduits et
certains déchets de l’industrie (agroalimentaire, chimique, etc.).
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Chimie et matériaux biosourcés
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p. 01 CHIMIE ET MATÉRIAUX BIOSOURCÉSAméliorer l’impact environnemental des produits
PRODUITS BIOSOURCÉSDes défis à relever
RENCONTRE AVEC…Michel Maugenet, président de l’entreprise Innobat, etAlba Departe, ingénieur au serviceBioressources de l’ADEME
p. 02
p. 04
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Les filières chimie et matériaux biosourcés peuventcontribuer à réduire la dépendance au pétrole de la chimie traditionnelle et à améliorer son bilanenvironnemental. Le programme de recherche BIPsoutient des projets visant à accélérer cette mutation.
Plus récemment encore, des travaux de recherche soutenus s’appuient sur une
troisième génération de ressources : les cultures de micro-organismes et d’algues. Ainsi, si les
cultures oléagineuses et céréalières ont représenté les deux tiers des projets lors d’AGRICE II,
elles ne constituent dorénavant pas plus de 10% des projets accompagnés par l’ADEME.
LES CRITÈRES DE SOUTIEN DES PROJETS L’un des objectifs fondamentaux du programme BIP est d’accélérer la mutation des technologies
traditionnelles de l’industrie chimique vers des procédés visant à incorporer une part de
plus en plus importante de matières premières végétales à la place des ressources fossiles
traditionnelles, dans l’objectif de réduire notre dépendance au pétrole et nos émissions de gaz
à effet de serre.
Au-delà de cette première exigence, les projets de recherche sur les produits biosourcés doivent
combiner trois dimensions : la performance technique – au moins équivalente aux produits
substitués –, un moindre impact environnemental et la compétitivité économique à terme. Si
l’énonciation de ces critères est simple, leur appréciation et leur combinaison exigent encore
de nombreux travaux de recherche. Pour le critère environnemental, par exemple, l’utilisation
de matière renouvelable est a priori favorable ; pour autant les conditions de production des
biomasses et de mise en œuvre des procédés doivent être évaluées : niveau de consommation
d’énergie, quantité de gaz à effet de serre émise, risque d’eutrophisation, d’acidification…
La réalisation d’Analyse de Cycle de Vie* (ACV) est d’ailleurs dorénavant obligatoire pour les projets
déposés dans le cadre du programme BIP, afin de faire la preuve de l’intérêt environnemental.
Et cette exigence peut révéler aux entreprises des voies d’amélioration de leurs procédés.
Les projets de développement soutenus portent sur la mise en œuvre, la validation et l’optimisation
de procédés innovants de conversion de la biomasse en produits pour la chimie et en matériaux,
ces procédés devant présenter des bilans matière, énergétique et environnemental optimisés.
UN SECTEUR EN PLEIN DÉVELOPPEMENTBien qu’encore jeunes, les filières chimie et matériaux biosourcés offrent des opportunités de
création de valeur et d’emplois (lire l’encadré). Afin de donner un coup d’accélérateur à ces filières,
plusieurs initiatives structurantes ont été mises en place. Dans le cadre des Investissements
d’Avenir, deux instituts pour la transition énergétique (ITE) ont été retenus : PIVERT (Picardie
Innovations Végétales, Enseignements et Recherches Technologiques) et IFMAS (Institut Français
des Matériaux Agro-Sourcés). L’un des 34 plans industriels lancés en septembre 2013 par l’État
est consacré à la « chimie verte et aux biocarburants ». Il accompagne l’investissement industriel
et l’évolution du cadre réglementaire. Enfin, la Commission européenne a lancé simultanément
un partenariat public privé (Biobased Industries Consortium), destiné à soutenir la recherche
jusqu’à la mise en œuvre de premières unités industrielles. /
*L’ACV mesure des impacts potentiels et non réels, mais c’est la méthode la mieux reconnue pour quantifier des impacts environnementaux sur l’ensemble du cycle de vie.
02> Résultats significatifsActualité de la recherche
Introduire davantage de biomasse dan biosourcés est un défi, pour des raison Les produits substitués doivent être p
Produits biosourcés
Des défis à r
erdir la chimie suppose de résoudreplusieurs difficultés. Les produits issus
de la biomasse doivent subir des procédés
de première transformation pour obtenir
des intermédiaires homogènes (voir la partie gauche
du schéma) et il faut garantir les performances
techniques des produits finis. En outre, ces produits
doivent être compétitifs par rapport à leur alternative.
L’ADEME accompagne les recherches sur l’ensemble
de la chaîne de transformation, pour permettre le
développement de molécules destinées à la formu-
lation de produits chimiques (tensioactifs, solvants,
lubrifiants, etc.) et de matériaux biosourcés. Voici
quelques résultats pour ces deux grands enjeux.
SUBSTITUER LES MOLÉCULES CHIMIQUESINTERMÉDIAIRES*Produire des molécules intermédiaires à partir de
biomasse suppose soit d’adapter les procédés
classiques de l’industrie chimique, comme la catalyse,
soit d’en développer de nouveaux : chimiques,
biotechnologiques, etc. Ces procédés originaux et
adaptés permettent de valoriser les particularités de
ces matières premières plus riches en oxygène que
les hydrocarbures fossiles habituellement utilisés.
Le projet NAPAPI, porté par l’entreprise Bostik,
l’ITERG et le Laboratoire de chimie des polymères
organiques (LCPO), a permis de mettre au point un
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ZOOM SUR /
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Les emplois de la filièreUne étude de l’ADEME intitulée Emplois actuels et futurs pour la filière chimie du végétal estimait en 2012 – par différents croisements de données – à environ23400 le nombre d’emplois directs des filières chimie et matériaux biosourcés, dont : • 3000 emplois pour les premières transformations agroindustrielles (hors production
de la biomasse);• 6800 emplois pour l’industrie chimique en charge de l’élaboration des premiers
produits simples comme les tensioactifs, solvants, lubrifiants, résines et composites;• 12700 emplois pour les activités de transformation et de formulation des secteurs
des cosmétiques, des peintures, encres et vernis, de la plasturgie et des détergents;• et, enfin, 900 emplois pour les acteurs transversaux comme les sociétés de
biotechnologies et les académiques.Selon un scénario optimiste (forte augmentation du prix des ressources fossiles et stabilité des prix des ressources végétales), ces emplois pourraient quasimentdoubler à l’horizon 2020.
03>
e dans les filières chimie et matériaux raisons techniques et économiques.
être performants et compétitifs.
à relever
procédé de synthèse de polyuréthanes à partir
d’huiles végétales. Les débouchés pour ces molécules
sont la fabrication d’adhésifs et de colles pour les
secteurs industriel et domestique, représentant un
marché mondial de l’ordre de 30 milliards d’euros. Les
huiles végétales utilisées proviennent principalement
de tournesol. Le projet NAPAPI a montré que les
polymères biosourcés synthétisés présentent des
propriétés techniques intéressantes et leur ACV met
en évidence une réduction de la consommation
d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre au
regard des produits fossiles substitués.
Le projet RAFFIBLE a permis de faire la preuve de
débouchés compétitifs pour des résidus agricoles
lignocellulosiques, les pailles et les sons de blé. Porté
par le centre de recherche privé ARD et l’Université de
Reims, le projet a développé à l’échelle du laboratoire
un nouveau prétraitement efficace pour la conversion
de ces ressources en tensioactifs. Le prix de revient
est compétitif et le procédé pourrait permettre de
consommer 80% d’énergie en moins par rapport
à l’existant (solution de référence commerciale
d’origine pétrochimique). L’industrie chimique utilise
de très grandes quantités de tensioactifs pour la
détergence, la cosmétique, les produits phytosanitaires,
l’agroalimentaire, etc.
BIOBUTTERFLY est un projet récemment sélectionné
dans le cadre des Investissements d’Avenir pour
Aller plus loin
LA FIN DE VIE DES MATÉRIAUX BIOSOURCÉSPour appréhender cette problématique, l’ADEME a piloté en 2014 une étude portant sur l’identification et la valorisation des gisements actuels et futurs. Deux cas principaux se présentent. Soit les structures des matériaux biosourcés sont identiques à celles desproduits pétrochimiques, et ils peuvent suivre les filières de valorisation déjà en place (PET et PE biosourcés). Soit les matériaux biosourcés possèdent une structure innovantepour laquelle il n’existe pas encore de filières de valorisation spécifiques. Certains de cesmatériaux sont compatibles jusqu’à un certain seuil avec les filières actuelles sans altérerles propriétés des matériaux recyclés. Dans le cas où ils sont incompatibles, unevalorisation énergétique pourra être envisagée, à titre temporaire, d’ici à ce que lesvolumes concernés justifient la mise en place de filières de valorisation spécifiques.
ouvrir de nouvelles voies de production de buta-
diène à partir de biomasse. Le butadiène est un
réactif nécessaire à la fabrication des caoutchoucs
synthétiques, destinés en majorité au secteur des
pneumatiques. Porté par Michelin, l’IFPEN et Axens,
le projet prévoit à terme la construction d’un
démonstrateur préindustriel pour faire la preuve de
la pertinence industrielle des choix technologiques
qui seront posés et qui devront d’abord attester de
leur performance. Pour atteindre ces objectifs, un
volet consacré à la sécurisation des approvisionne-
ments est également prévu.
DE NOUVEAUX MATÉRIAUX COMPOSITESUn matériau composite est constitué d’une ossa-
ture, le renfort, et d’un liant, la matrice, qui assure la
cohésion de la structure (dans le cas du béton armé,
le renfort est l’acier, la matrice le béton). Les princi-
pales applications de ces matériaux appartiennent
aux secteurs des transports, du bâtiment ou encore
des sports et des loisirs. Plusieurs voies d’innovation
via l’incorporation de matières biosourcées sont
possibles, notamment la substitution des renforts
par des fibres végétales et/ou la substitution de la
matrice pétrosourcée par une biosourcée.
Ainsi, plusieurs recherches expérimentent l’intérêt
des fibres végétales, comme celles du chanvre ou du
lin, pour remplacer les renforts habituellement utilisés
comme le métal, la fibre de verre, etc. Elles ont des
propriétés mécaniques intéressantes, elles sont
aussi plus légères et peuvent contribuer ainsi à
l’allègement des véhicules… Néanmoins, il est encore
nécessaire d’éprouver l’adhésion des fibres naturelles
avec la matrice ainsi que la longévité et la recyclabilité
de ces nouveaux produits (lire l’encadré).
Le projet BIOBAT a montré l’intérêt d’intégrer des
fibres végétales dans un matériau composite pour
fabriquer des profilés de menuiserie utilisés dans le
bâtiment à la place des matériaux traditionnels, PVC
ou aluminium, afin d’améliorer la performance
thermique des fenêtres. Porté par la PME Innobat, en
partenariat avec l’École des Mines d’Alès et l’ENSCM,
le projet a débouché sur la commercialisation d’un
nouveau matériau à moindre impact environnemental,
dont la technologie très innovante a donné lieu au
dépôt d’un brevet international (lire l’interview p. 4).
Dans le projet FLEXOFIB, le procédé d’extrusion
(« mise en forme » des matières plastiques) a été
testé sur des profilés de matériaux composites avec un
renfort biosourcé à base de fibres de chanvre et une
matrice pétrosourcée. Ces produits extrudés trouvent
de nombreuses applications dans les secteurs de
l’automobile et du bâtiment. Par la modification de
leur renfort devenu biosourcé, ils doivent encore
faire la preuve de leur possible industrialisation.
Trois partenaires étaient impliqués : CSF pour la
formulation et l’extrusion, AFT Plasturgie pour le
compoundage et le laboratoire LIMATB pour la
caractérisation et l’analyse de ce nouveau matériau. /
*C’est-à-dire les intermédiaires chimiques, les produitssimples tels que les solvants, les tensioactifs ou encoreles polymères… Ils sont le plus souvent à leur tourtransformés pour être fonctionnalisés avant d’êtreformulés avec d’autres ingrédients dans des produits finis.
@ [email protected]@[email protected]
Agriculteurs,coopératives
agricoles...
Agro-industries Industries chimiques Industriesprocess
Distributeurs
Prétraitements
SéparationPurificationFonctionnalisation
Fonctionnalisation
Éco-conceptionFormulationMise en formeFabricationAssemblageFinition / Décoration
SéparationPurification
Récolte et transportdes bioressources
Productionde biomasse
Plantes oléagineuses,protéagineuses,amidonnières,ressourcessylvicoles...
Biomasserésiduelle
Résidusforestiers et agricoles,coproduits desbiocarburants,boues de STEP...
Éléments issusdes premièresséparationsphysiquesou (bio)chimiques
• Grain, tige,tubercule...
• Huile, amidon, lignine, cellulose, protéine, résines...
• Sucres, acides gras, fibres...
Groupes de moléculesvalorisables
Amidon/Protéinespour fabricationde colles...
Produitsfonctionnalisés
Tensioactifs, solvants,lubrifiants, adhésifs,polymères...
Distribution /Commercialisationdu produit fini
Matériaux biosourcés(plastiques etcomposites),parfums, arômes,médicaments, lessives, peintures, vernis, encres, lubrifiants, additifs carburants...
Intermédiaireschimiques
Éthanol, acroléine, 1,3-propanediol,épichlorhydrine,acides lactique /succinique, isosorbide...
Source : ADEME, feuille de route Chimie du végétal,Connaître pour Agir, avril2011 (réf. 7302)
Rencontre avec…04> Outils
Publications
Manifestations
Transition énergétique et sciences humaines et sociales Les sciences humaines et socialescontribuent à observer et expliquer lamanière dont les sociétés s’organisentpour produire, gérer et consommerl’énergie. En 2015, deux rendez-vouspermettront de faire le point sur lesrecherches en cours dans ce domaine :
• Le colloque Sciences sociales et Transition énergétique,les 28 et 29 mai 2015, sera l’occasionpour les chercheurs de réfléchir à unagenda de recherche pour les années à venir. Un appel à communications est ouvert jusqu’au 10 décembre. transition-energetique.sciencesconf.org
• Les Deuxièmes Journées de sociologiede l’énergie, du 1er au 3 juillet 2015,auront, elles, pour objectif de susciter desrencontres entre chercheurs et acteurs,pour réfléchir ensemble aux enjeux sociauxde la transition énergétique.www.ademe.fr/manifestations
Avant toute chose, comment peut-on définir un matériau biosourcé?Alba Departe: Il s’agit d’un matériau innovant issu de la biomasse, végétale ou animale. Le concept exclut les
utilisations traditionnelles du bois d’œuvre. Actuellement, les principaux secteurs applicatifs sont le bâtiment,
les transports et l’emballage. Dans le domaine spécifique de la construction, on trouve par exemple des
isolants, des bétons, des profilés de menuiserie, des produits de revêtement, etc. Ces produits sont
aujourd’hui majoritairement obtenus à partir de fibres de bois, de lin et de chanvre et de leurs sous-produits.
Pourquoi l’ADEME appuie-t-elle leur développement? A.D. : Si on retrace l’historique concernant le soutien de l’ADEME aux matériaux biosourcés, une priorité
forte a été donnée entre 1994 et 2007 aux projets portant sur le développement des plastiques
biosourcés et biodégradables, l’enjeu majeur à l’époque étant d’apporter des solutions à la problématique
de fin de vie des emballages. Les travaux du Grenelle de l’Environnement en 2007-2008 ont fait émerger
de nouvelles priorités, et notamment celle de la construction durable. En effet, les matériaux
biosourcés peuvent contribuer à la réduction de l’impact environnemental des bâtiments : non seulement
ils sont issus d’une ressource renouvelable, mais ils permettent également de stocker le carbone pendant
la durée de vie de la construction tout en présentant de bonnes performances d’isolation thermique. Ils
peuvent aussi apporter des performances techniques améliorées par rapport aux produits existants :
allègement des produits permettant de faciliter leur manipulation, bonne isolation phonique, etc. Enfin,
ils présentent un intérêt socio-économique fort : les ressources végétales utilisées par cette filière sont
produites sur le territoire national. Leur exploitation nécessite cependant une structuration forte des
filières, qui pourraient potentiellement générer des emplois.
BP 90406 – 49004 Angers Cedex 01 – www.ademe.fr Directrice de la publication : Anne VaretRédactrice en chef : Stéphanie GuignardConception-réalisation : – www.specifique.comISSN 1961-9405 Abonnement : www.ademe.fr/ademe-et-vous-abonnement
Recherche
Respectueux de l’environnement, performants et potentiellementgénérateurs d’emploi, les matériaux biosourcés innovants ont décidément bien des atouts. Gros plan sur une solution tout juste émergente.
Michel Maugenet / président de l’entreprise Innobat
Alba Departe / ingénieur au service Bioressources de l’ADEME
«Une jeune filière prometteuse »
Matériaux biosourcés
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BONUS /Cliquez ici pour lire l’intégralité de l’interview.
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www.innobat.frwww.ademe-et-vous.ademe.fr+
Valorisation chimique du CO2, état deslieuxL’ADEME vient de publier une étude sur lavalorisation chimique du CO2, son potentielde développement à l’horizon 2030 et les actions à mettre en œuvre.
Téléchargeable gratuitementwww.ademe.fr/mediatheque
Étude portant sur l’hydrogène et laméthanation comme procédé devalorisation de l’électricité excédentaireLa transformation de l’électricité en gaz,injecté dans les réseaux, permettrait devaloriser des excédents de production. À partir de leurs scénarios de prospectiveénergétique, l’ADEME, GrDF et GRTgaz ontréalisé un état des lieux des avancées et perspectives du « Power to Gas ».
Téléchargeable gratuitementwww.ademe.fr/mediatheque
Programme Thèses
Édition 2014Dans le cadre de son programme Thèsespour 2014, 49 projets seront financés par l’ADEME, en collaboration avec desentreprises, des collectivités territoriales et des organismes de recherche. Ces travauxs’inscrivent dans cinq thématiques: Villes et territoires durables, Production durable et énergies renouvelables, Agriculture,forêt, sols et biomasse, Impacts de la qualitéde l’air sur la santé et l’environnement et Énergie, environnement et société.
