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Dans la chimie : des plantes pour supplanter le pétrole

Confrontée à des matières premières fossiles dont les prix et les conditions d’approvisionnement sont volatils, ainsi qu’à la nécessité de réduire ses émissions de CO2 et de s’adapter aux nouvelles attentes des consommateurs, la chimie se tourne vers la biomasse. Focus sur l’état des recherches et les perspectives.

Dans la chimie : des plantes pour supplanter le pétrole

Destinée à réduire l’empreinte "carbone" de l’industrie chimique tout en réduisant sa dépendance aux matières premières fossiles, la chimie biosourcée consiste à remplacer la chimie fondée sur les énergies fossiles (pétrole, gaz naturel et charbon) par une autre fondée sur les molécules constitutives des plantes, du bois, ou toutes autres matières végétales. Une chimie encore au stade de la R&D avec de multiples verrous à lever sur le plan technologique comme sur le plan économique. IFPEN y travaille.

De la chimie noire à la chimie verte

Du pétrole aux caoutchoucs, peintures, solvants et autres produits finis, il y a deux pas. Celui de la pétrochimie qui transforme ces ressources fossiles en grands intermédiaires pétrochimiques. Et celui de la chimie qui transforme ces bases en produits finis. La pétrochimie utilise principalement deux ressources :

  • l’éthane (issu du gaz naturel) pour produire des oléfines : éthylène, propylène, butènes et butadiène ;
  • et le naphta (issu du pétrole) pour produire des oléfines et des aromatiques : benzène, toluène et xylènes.

La chimie transforme ensuite ces molécules en de multiples produits finis utilisables par les industriels, comme les plastiques et des fibres textiles : polyéthylène, polypropylène, PVC, polyesters, polystyrène, polyuréthane, caoutchouc synthétique, polybutadiène, etc.

La chimie issue de la biomasse, dite "biosourcée", peut théoriquement produire la plupart des intermédiaires (oléfines ou aromatiques) issus aujourd’hui de la pétrochimie. Ces bioproduits, chimiquement identiques, viennent ainsi se substituer aux molécules issues de ressources fossiles, dans les schémas de production actuels.

De nouvelles molécules intermédiaires, combinées ou non aux intermédiaires existants, permettent aussi de développer de nouveaux produits finis. Autant de technologies encore souvent au stade de la R&D.

Encore des verrous à lever

Des carbohydrates à la place des hydrocarbures ? Si le principe de la chimie verte paraît simple, la réalité ne se résume pas, hélas, à une simple inversion de syllabes. De nombreux verrous d’ordres scientifique, technologique et économique subsistent encore pour faire de cette chimie biosourcée une industrie à grande échelle.

  • À commencer par la disponibilité de la ressource végétale, en quantité pérenne et sous une forme exploitable. Sans parler de la concurrence possible avec d’autres usages de cette biomasse qui, sans être un verrou, peut représenter un frein.
  • L’outil industriel existant, développé et optimisé pour traiter des composés d’origine fossile constitue un deuxième verrou. Car il n’est pas toujours adapté à une mutation parfois profonde des procédés, des filières (recyclage) et des produits (maintien de la qualité des performances).
  • Viennent ensuite les rendements de certains procédés de chimie verte. Encore souvent au stade de la recherche, ils restent insuffisants.
  • Dernier verrou et non des moindres : le prix de revient. Ils peuvent être jusqu’à plusieurs fois supérieurs à ceux des voies pétrochimiques classiques. Le marché n’est pas prêt à l’accepter.

Autant de verrous qui expliquent en grande partie pourquoi il y a encore si peu de produits biosourcés. 0,5 % seulement des matières plastiques sont biosourcées et on n’en attend pas plus de 2 % en 2020, malgré une croissance record de 20 % prévue sur cette période.

Seule la volonté politique, par une fiscalité plus incitative et l’adoption de labels, ainsi que la pression du marché permettront le développement de la chimie biosourcée. L’Europe, par sa réglementation REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and restriction of CHemicals), enregistre, évalue, autorise et restreint les substances chimiques en vue de protéger la santé humaine et l’environnement mais n’incite pas à opter pour les produits biosourcés en particulier. Reste la pression du marché et le nombre croissant d’entreprises qui, pour cultiver leur image éco-responsable, et pour profiter de nouvelles opportunités de croissance, développent des produits biosourcés. L’industrie française s’est ainsi engagée à porter à 15 % le niveau de ses approvisionnements en matières premières renouvelables.

IFPEN acteur de la chimie biosourcée

Autant de verrous qu’IFPEN s’attache à lever depuis cinq ans. Et ce en travaillant sur deux axes, avec pour objectifs de réduire la consommation d’énergie et diminuer le coût de ces filières :

  1. Un axe de substitution pour produire, à partir de biomasse, des intermédiaires déjà proposés par la pétrochimie comme par exemple l’éthylène employé dans la fabrication des plastiques.
  2. Un axe « nouveaux produits » pour convertir la cellulose en intermédiaires chimiques, par exemple en acide lactique, à partir desquels seront fabriqués des produits entièrement nouveaux ou aux propriétés nouvelles, tels que des plastiques biodégradables.

Les différentes voies chimiques, catalytique et biologique sont envisagées.
Outre trois gros projets avec Anellotech (développement d’une technologie de production d’intermédiaires chimiques entrant dans la fabrication de nombreux biens de consommation tels que les plastiques ou les vêtements, à partir de biomasse non alimentaire), Michelin et Total, IFPEN s’est associé aux travaux menés sur le sujet par les alliances AllEnvi et Ancre, les pôles de compétitivité Axelera (Chimie Environnement Lyon et Rhône-Alpes) et IAR (Industries & Agro-Ressources en Champagne-Ardennes), ainsi que l’Institut des énergies décarbonées et éco-technologies de Lyon (Ideel).

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On y travaille

Plastiques bio : une nouvelle technologie sur le marché

C’est avec un grand nom de l’industrie française, TOTAL, qu’IFPEN et sa filiale Axens se sont associés pour développer une nouvelle filière de chimie biosourcée : la production de bioéthylène par déshydratation de l'éthanol. Le procédé Atol™ mis au point est d'ores et déjà commercialisé.

À la clé, une multitude de produits biosourcés d'usage courant, tels que les plastiques polyéthylènes (bouteilles, CD, vêtements, films, emballages, etc.), mais aussi d'autres molécules dérivées de cet éthylène biosourcé.

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Focus science

Les étapes de la chimie traditionnelle

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Focus science

La chimie biosourcée

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On y croit

Des pneumatiques biosourcés : un trio prometteur

Des caoutchoucs fabriqués à partir de biomasse ? C'est la piste qu'explorent actuellement Michelin avec IFPEN et Axens, au sein du projet BioButterfly.

Les pneus sont fabriqués à partir d'un mélange de caoutchouc naturel issu de l'hévéa et de caoutchouc synthétique. Le principal composant du caoutchouc synthétique, le butadiène, est un dérivé du pétrole. Pour pallier une possible pénurie, les 3 partenaires ont lancé des recherches pour développer un procédé de production du butadiène à partir de végétaux.

Des études en laboratoire à l’usine pilote, le projet lancé en 2013 est programmé sur une durée de 8 ans et bénéficie d’un budget de 52,1 millions d’euros, dont 14,7 millions financés par les pouvoirs publics. Le biobutadiène commercialisé devra être compétitif et les caoutchoucs synthétiques à base de ce composé devront avoir des performances égales à leur version fossile.

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On en parle

Coup d’accélérateur aux filières industrielles biosourcées

Pour créer une nouvelle dynamique industrielle en France, les pouvoirs publics soutiennent 9 solutions porteuses d’avenir.

Objectif : mettre autour de la table industriels, Etat et acteurs de la formation pour accélérer le mise en place de nouvelles industries. Parmi ces solutions industrielles, la solution « Nouvelles Ressources » est co-pilotée par Pascal Barthélemy, directeur adjoint d’IFPEN et Antoine Frérot, PDG de Veolia. L’enjeu est de doubler d’ici 2020 le volume de matières premières d’origine végétale dans l’industrie chimique française. Mais aussi de développer l’économie circulaire et la valorisation des déchets.

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