Auteur moral

Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (France)

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Résumé

Entre 2008 et 2015, les molécules et matériaux biosourcés représentent respectivement entre 27 et 24 projets sur les prÚs de cent projets R&D, répondant aux appels à projets les plus sollicités tels que Bioressources, industries et performance (BIP) et COnnaissances, Réduction à la source et Traitement des Emissions dans l'Air (CORTEA).<br />L'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie encourage ainsi financiÚrement "des produits et/ou procédés développés dans le domaine de la valorisation des bioressources" dont l'objectif est de réduire les conséquences sur l'environnement.

Editeur

Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie

Descripteur Urbamet

biomasse ;chauffage ;BIOCARBURANT

Descripteur écoplanete

retour d'expérience ;valorisation des déchets

ThÚme

Ressources - Nuisances

Texte intégral

RECU E L D EI P O R JE BIOMASSE ÉNERGIE ET PRODUITS BIOSOURCÉS TS DE R &D Ce document est édité par l'ADEME ADEME 20, avenue du Grésillé BP 90406 | 49004 Angers Cedex 01 Coordination technique : Service Forêt, Alimentation et Bioéconomie (SFAB) : Virginie Le Ravalec Service communication et formation des professionnels : Sylvie Cogneau Rédacteur : Olivier Barrelier Crédits photo : droits réservés Création graphique : opixido Impression : Goubault imprimeur ­ certification PEFC, Iso 14001, Imprim'vert, FSC Brochure réf. 8744 ISBN : 979-10-297-0338-6 ­ Mars 2017 ­ 300 exemplaires DépÃŽt légal : ©ADEME Éditions, mars 2017 Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite selon le Code de la propriété intellectuelle (Art L 122-4) et constitue une contrefaçon réprimée par le Code pénal. Seules sont autorisées (Art L 122-5) les copies ou reproductions strictement réservées à l'usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifiées par le caractÚre critique, pédagogique ou d'information de l'oeuvre à laquelle elles sont incorporées, sous réserve, toutefois, du respect des dispositions des articles L 122-10 à L 122-12 du même Code, relatives à la reproduction par reprographie. BIOMASSE ÉNERGIE ET PRODUITS BIOSOURCÉS RECUEIL DE PROJETS DE R&D SOUTENUS PAR L'ADEME ENTRE 2008 ET 2015 SOMMAIRE CHIFFRES CLÉS 6 APPELS À PROJETS 8 BIOMASSE ÉNERGIE 10 CHAUFFAGE COLLECTIF ET INDUSTRIEL 12 TURMIQUE 13 SIMBIOSE 14 ORENOX 15 CBTHP2E 16 CERACENDRES 17 SERECO 18 GABOREC 19 OPTI SCREEN 20 POLYBIOM 21 VALOCENDRES 22 WACER 23 GAZEOTHERM 24 EMIPAR 25 AFFAM 26 F3 27 BIOHEALTH 28 QUALICOMB 38 CAB-QAI 39 PREPABOIS 40 QAI ARVE 41 EN-PME-TEST 42 PEREN2BOIS 43 BIORAFFINERIE/ BIOCARBURANTS 44 MIDIPER 47 PREPILPAT 48 ACTRAFERM 49 CARBIOVAL 50 SOLALE 51 ALGOSTEP 52 VASCO2 53 CIMENTALGUE 54 CESBIC 55 CELLULECT 56 FIBERFUEL 57 BIOTFUEL 58 GAYA 59 CHAUFFAGE DOMESTIQUE 30 WOODUCT 31 BIOFLUX 32 TACFEP 33 CHAMPROBOIS 34 ESPACE BOIS 35 AFAC 36 IDENTECH 37 PRODUITS BIOSOURCÉS 60 MOLÉCULES BIOSOURCÉES 62 NAPAPI 63 GLYVALACR 64 RAFFIBLE 65 BIOBUTYRIQUE 66 DAPUBS 67 SURFACT'ALG 68 PROLUB 69 ALGORAFF 70 BIOPAINT 71 REVA COPPA 72 FURACHEM 73 ECO-C-REAL 74 BIOCOAT 75 APG 2G 76 BIOVANILLIN 77 SOLVCOV 78 BIOPROCHEMBB 79 EPOS 80 BIOSURF 81 LIGBIO 82 BIOCOPOL 83 HEMICELL 84 BIOBUTTERFLY 85 BIOMA + 86 DEINOCHEM 87 BLUECOPHA 103 CAPONE 104 BIP COLZA 105 BOPA 106 ELASTOIL 107 RIGHTLAB 108 IBIS 109 ENAFILIA 110 VALORISATION EN FIN DE VIE 112 BIOPLASTOX 113 ENOLIBIO 114 RECYTAL 115 MATÉRIAUX BIOSOURCÉS 88 NOTILIB 89 ECOMEMBRANE 90 ISOLVEGE 3D 91 RICHARB 92 BIOBAT 93 BIOCER 94 CREABIOM 95 FILTEXCOL 96 FLEXOFIB 97 VEGECOMP 98 POLYPLAST 99 AUTOFLAX 100 PANOVEGE 101 ECOMATFIB 102 PROJETS PAR ORDRE ALPHABÉTIQUE 116 ÉN &D BIO T SR ET CÉS E QUE OJ I PR OUR MAT E E D BIOS THÉ R BR S OM DUIT 15 PA N O 0 PR 8 - 2 0 20 E IE RG S 27 Molécules biosourcés Matériaux biosourcés 23 3 Biora inerie / biocarburants 13 Chau age collectif et industriel 18 Valorisation fin de vie matériaux biosourcés 14 Chau age domestique PAGE 6 CHIFFRES CLÉS G ER ÉN &D BIO JETS R TS ÉS ET PRO JE RO URC LS À P DE IOSO PPE E BR ITS B AR A M P NO ODU 015 PR 8 - 2 0 20 IES 12 CORTEA 66 BIP 11 ERAnets 5 2 Fonds démonstrateur 2 Performances Biomasse Énergie Investissement d'Avenir R U PA ATIQ D R& HÉM TS JE ET T O PR JETS ) (M PRO 18 E AID PEL À 16 AP 14 12 10 Chau age domestique Chau age collectif et industriel Valorisation en fin de vie des matériaux biosourcés Matériaux biosourcés Molécules biosourcés Biora ineries et biocarburants ES 50 45 40 35 30 25 8 6 4 2 0 20 15 10 5 Performances Biomasse Énergie CORTEA ERAnets BIP 0 Investissement Fonds d'Avenir démonstrateur PAGE 7 APPELS À PROJETS Concernés par le présent recueil de projets R&D aidés entre 2008 et 2015 PROGRAMME INVESTISSEMENTS D'AVENIR ­ PIA Chimie du végétal et matériaux biosourcés Inscrit dans l'action « Démonstrateurs de la transition écologique et énergétique » du PIA, il a pour objectif de promouvoir des filiÚres industrielles performantes (d'un point de vue technique et environnemental) et compétitives, en finançant des projets de recherche et/ou développement, d'innovation et d'industrialisation : démonstrateurs et briques technologiques dans le domaine de la chimie du végétal et des matériaux biosourcés, couvrant plusieurs étapes de la chaîne de valeur, de la production de la ressource à la formulation et/ou la mise en oeuvre des produits finis, et s'inscrivant dans une logique environnementale (réalisation d'ACVs ou éco-conception) et territoriale : l'approvisionnement en biomasse, logistique de transport réduite, synergies entre acteurs du territoire (compétences, utilités...)... 3 projets : BIOBUTTERFLY, DEINOCHEM, BIOMA+ PROGRAMME FONDS DÉMONSTRATEUR DE RECHERCHE - FDR Biocarburants 2G Le programme Fonds démonstrateur couvrant plusieurs thématiques (véhicules décarbonés, biocarburants de 2e génération, captage et stockage du CO 2,...) visait à lever les verrous technologiques ou scientifiques empêchant ou limitant l'industrialisation de solutions techniques performantes en favorisant les ruptures technologiques nécessaires à l'atteinte des objectifs nationaux et européens en matiÚre de climat et d'énergie Concernant les biocarburants de deuxiÚme génération, il s'agissait de préparer les procédés et conditions de production de biocarburants à moyen et long terme en France en optimisant et validant les procédés de conversion sur des installations de démonstration préalablement au lancement industriel Cet appel unique, lancé en 2008, visait à traiter prioritairement des projets portant sur les voies thermochimiques de production de biocarburants à partir de biomasses lignocellulosiques 2 projets : Gaya, BioTfuel Vers des bâtiments responsables à l'horizon 2020 L'Appel à Projets de Recherche vise à apporter une contribution significative au programme « Villes et territoires durables » de la stratégie recherche développement innovation 2014-2020 de l'ADEME Il concerne tous types de bâtiments résidentiels et tertiaires, qu'ils soient pris isolément ou sous la forme d'îlots et se focalise prioritairement sur les actions relatives à la rénovation en site urbain et les bâtiments neufs précurseurs, mettant en oeuvre des recherches à caractÚre technologique, sociologique et/ou organisationnel : briques technologique (structure, enveloppe...), équipements énergétiques, bâtiment intelligent (big data, IoT...), économie circulaire, éco-conception, outils socio-économiques favorisant le passage à l'acte 1 projet : IBIS ERA-NETS (EUROPEAN RESEARCH AREA NETWORK) ERA IB : Industrial Biotechnology Cet appel à projets européen a pour objectif le financement de projets industriels collaboratifs (17 partenaires académiques et entreprises) dans le domaine des biotechnologies blanches Il concerne notamment les biotechnologies industrielles utilisant des systÚmes biologiques pour la fabrication, la transformation ou la dégradation de molécules issues de matiÚres premiÚres renouvelables grâce à des procédés biocatalytiques (via des enzymes) ou fermentaires (via des micro-organismes) dans un but opérationnel Elles sont utilisées comme alternatives ou en complément des procédés classiques, et permettent notamment de limiter la consommation des réactifs et la production de sous-produits grâce à des réactions plus sélectives 7 projets : BIOPROCHEMBB, EPOS, BIOSURF, CESBIC, CELLUCLECT, FIBERFUEL, LIGBIO Véhicule routier et mobilité du futur Cet appel à projet vise à financer des projets de recherche et développement dans le domaine du transport routier, contribuant à accélérer le développement et le déploiement de technologies et d'usages de mobilité terrestre innovants moins consommateurs en énergies fossiles, débouchant sur des réalisations industrialisables, soutenues par un plan de commercialisation cohérent et un plan d'affaires étayé Il concerne l'amélioration des performances des véhicules, les véhicules connectés et/ou autonomes, et les services à la mobilité (mutualisation, optimisation...) 1 projet : ENAFILIA PAGE 8 ERA B : Bioenergy Ce programme de recherche européen concerne l'énergie tirée de ressources naturelles organiques et renouvelables ­ résidus agricoles et forestiers, cultures spécifiques, déchets verts et organiques... ­ via la production de biogaz (chaleur, électricité, transport) ou par combustion directe (chaleur, électricité) Les projets se répartissent sur toute la chaine de valeur : production des combustibles, étude de la combustion, traitement des fumées et résidus, valorisation, conséquences environnementale, sociale et sanitaire, etc 2 projets : BIOHEALTH, EN PME TEST PERFORMANCES BIOMASSE ÉNERGIE L'année 2008 est marquée par une évolution des orientations de la recherche pour le chauffage domestique, avec une nouvelle impulsion destinée à réduire significativement les émissions polluantes au niveau de l'appareil, mais également par l'action du conduit de fumées (traitement, filtration, épuration), en vue d'améliorer la durabilité et la performance du couple appareil/conduit (corrosion, encrassement, point de rosée, etc) L'approche globale de l'appel à projets de l'ADEME « Performances biomasse énergie ­ Le chauffage domestique » est de mettre en oeuvre toutes les compétences nécessaires pour surmonter le verrou de la réduction significative des émissions atmosphériques de poussiÚres fines et de composés organiques (CO, COV, HAP, etc) des appareils français et proposer des solutions à trÚs faible impact environnemental 2 projets : PEREN2BOIS, REDUPOBOIS WoodWisdom-Net Également lancé en 2004, ce programme vise le développement et l'optimisation du secteur agroforestier en tant que producteur de ressources énergétiques renouvelables et de matiÚre ligno-cellulosique Les projets concernent ainsi le management des ressources, l'efficience des processus industriels, l'ajout de valeur aux produits (composites, adjuvants chimiques, nouvelle fonctionnalités), l'évolution des marchés, ou encore les attentes et perception des partie prenantes 2 projets : BIOCOPOL, HEMICELL BIORESSOURCES, INDUSTRIES ET PERFORMANCE (BIP) L'objectif de l'appel à projets BIP était de soutenir des projets de recherche et développement permettant d'améliorer l'efficience de procédés industriels existants de valorisation de la biomasse (énergétique ou matiÚre) ou d'en développer de nouveaux afin d'élargir la gamme de produits biosourcés mis sur le marché, associés à une réduction de leurs impacts environnementaux par rapport à leurs concurrents (notamment GES), et le panel de biomasses mobilisées Deux grandes thématiques sont ciblées par cet appel : la bioraffinerie (transformation durable de la biomasse en un spectre de produits commercialisables allant des usages alimentaires et chimiques aux biocarburants) et la production d'énergie renouvelable et propre à partir de biomasse 66 projets CONNAISSANCES, RÉDUCTION À LA SOURCE ET TRAITEMENT DES ÉMISSIONS DANS L'AIR (CORTEA) Inscrit dans les objectifs du programme principal « Qualité de l'air, impacts sur la santé et l'environnement » de la Stratégie Recherche 2014-2020 de l'ADEME, il a pour objectif de faire émerger des projets de Recherche & Développement orientés vers l'amélioration de la qualité de l'air intérieur et de l'air extérieur, en cohérence avec les actions de l'ADEME dans les secteurs de l'agriculture, du bâtiment, de l' industrie, énergie et des transports CORTEA apporte un soutien aux projets qui permettent de développer des solutions de réduction des émissions et d'améliorer les connaissances sur les émissions de polluants ayant des impacts visés concernent aussi bien la santé et l'environnement que sur d'autres problématiques comme l'acidification ou l'eutrophisation des milieux 12 projets PAGE 9 projets 32 BIOMASSE ÉNERGIE 1 PAGE 10 Biomasse énergie BIOMASSE ÉNERGIE Qu'il s'agisse de chauffage individuel, collectif, ou industriel ­ avec ou sans cogénération d'électricité ­ l'amélioration des performances énergétiques et environnementales des équipements est un enjeu majeur pour l'ADEME. Depuis 2009, le développement des installations biomasse dans le secteur collectif et industriel s'est fortement accéléré (notamment grâce à la mise en oeuvre du Fonds Chaleur géré par l'ADEME) Si sur ce marché en plein essor, les technologies de combustion sont performantes et éprouvées, de nombreuses pistes d'amélioration restent à explorer : récupération d'énergie, modélisation des émissions de polluants, contrÃŽle qualité des combustibles... Pour le chauffage domestique au bois, le Grenelle de l'Environnement (2007) a fixé des objectifs de développement ambitieux, tant en usage qu'en performances : de 5,7 millions de foyers équipés d'appareil au bois en 2006 à 9 millions d'utilisateurs en 2020, mais à consommation de bois constante Or pour stabiliser les volumes de bois consommés, il faut viser non seulement de hautes performances énergétiques des équipements, mais aussi une meilleure isolation de l'habitat Les appels à projets BIP et CORTEA ont notamment permis d'aider des projets de R&D visant à travailler sur ces pistes d'amélioration, que ce soit dans le secteur collectif et industriel ou du chauffage domestique 6,8 M d'aide 19,1 M de coût total La biomasse énergie en chiffres : La majorité des chaufferies biomasse (700 au total) ont été soutenues par le Fonds Chaleur dans les secteurs collectif et industriel, pour une production totale, à partir de biomasse, de 1,2 million de tep/an correspondant à une consommation de 5,5 millions de tonnes de biomasse Au total, ce sont plus de 880 opérations d'investissement dans la biomasse qui ont été soutenues (y compris des installations d'approvisionnement biomasse, notamment dans le cadre des AMI Dynamic Bois) Dans le secteur résidentiel, prÚs d'un tiers de la population française utilise du bois pour se chauffer 50 % de ce parc est constitué de foyers ouverts et d'appareils de plus de 10 ans qui sont trÚs polluants (80 % des particules fines sont issues du chauffage au bois individuel) Biomasses énergie PAGE 11 projets 18 CHAUFFAGE COLLECTIF ET INDUSTRIEL 4,6 M d'aide de coût total Les travaux de recherche dans ce secteur ont permis de continuer à traiter les points suivants : optimisation de l'efficacité énergétique des procédés de combustion (rendement, récupération d'énergie par condensation, fonctionnement à charge variable,) L'intégration de condenseurs sur les chaufferies biomasse (inexistant avant 2010 en France) se développe notamment sur plusieurs sites (réseaux de chaleur de Soissons, Beauvais et Angers, Papeteries des Vosges à Laval sur Vologne) depuis quelques années avec une récupération d'énergie de 10 à 15 % ; réduction des niveaux d'émissions de particules et de dioxydes d'azote pour anticiper les évolutions réglementaires Plusieurs programmes soutenus par l'ADEME ont permis une meilleure connaissance sur la formation des polluants et l'adaptation des technologies existantes ; amélioration de la qualité des combustibles (traçabilité, tri, préparation,) : par exemple en optimisant l'échantillonnage des livraisons de combustibles bois élargissement des combustibles utilisables (déchets bois...) et des modes de production (gazéification) ; recherche de nouvelles voies de valorisation pour les cendres : valorisation des cendres issues de la combustion du bois dans différentes masses minérales de l'industrie céramique du carrelage 4,6 M ont été consacrés à l'aide de 18 projets de R&D sur le chauffage collectif et industriels entre 2008 et 2015, au travers des appels à projet BIP (3,77 M), CORTEA (0,63 M) et ERAnet Bioenergy (0,22 M) 13,2 M PAGE 12 Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel TURMIQUE Optimisation de la production d'électricité à partir de biomasse par un cycle externe utilisant un échangeur de chaleur et une turbine à gaz en céramique 1 CONTEXTE ET ENJEUX Les moteurs à cycles externes, dont le concept date du xixe siÚcle, permettent de transformer une source de chaleur en mouvement Leur utilisation pour la production simultanée d'électricité et de chaleur a fait l'objet de recherches en 2006-2007, se limitant essentiellement à des études « papier » (modélisation) Peu d'expériences pratiques ont été réalisées et les développements des cycles externes appliqués à la biomasse débutaient à peine en 2010 puissance étudiée était de l'ordre de 100 à 2 000 kWel (petite à moyenne puissance), en phase avec la gamme de puissance du partenaire industriel Compte R (de quelques centaines de kWth à 8 MWth) L'utilisation d'un cycle externe à trÚs hautes températures présente en effet le double avantage d'atteindre des rendements énergétiques de l'ordre de 30-35 % électrique, tout en conservant des rendements thermiques élevés, variant entre 40 et 50 % (soit un rendement global pouvant atteindre 85 %) Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : EIFER (76) [GE] COMPTE.R. (63) [PME] Université de Lorraine ­ LERMAB (88) [laboratoire public] Université de Haute Alsace ­ LGRE (68) [laboratoire public] ATANOR (69) [PME] Coût total : 680 k Aide ADEME : 344 k OBJECTIFS Le concept innovant de ce projet consistait principalement à utiliser des matériaux céramiques supportant de trÚs hautes températures (de l'ordre de 1 100 / 1 300°C) pour la conception et réalisation d'un échangeur de chaleur destiné à la cogénération à haut rendement, à partir de biomasse solide, renouvelable et nécessitant un prétraitement limité Pour réduire l'impact de la mobilisation de la ressource sur l'environnement local, la gamme de 6 2 compressor exhaust gas heat exchanger 3 5 burner fuel turbine 1 air 4 generator G Principe de fonctionnement des cycles externes avec turbine à gaz Kautz (2007) RÉSULTATS ET VALORISATIONS Les études théoriques menées au cours de ce projet, tant la revue bibliographique que les simulations thermodynamiques et l'évaluation économique ont confirmé l'intérêt que présentent les cycles externes à turbine à gaz fonctionnant à haute température L'échangeur compact en céramique, réalisé spécifiquement, a pu être intégré dans une chaudiÚre à granulés du commerce En modifiant cette chaudiÚre afin de la faire fonctionner dans les conditions nécessaires au cycle externe (ie avec une température de combustion de l'ordre de 1 250 °C), il a été démontré d'une part qu'il était possible d'obtenir de telles valeurs de température à partir de la combustion de biomasse, et d'autre part que les valeurs d'émissions de polluants ne se trouvaient dégradées ni par les conditions de température, ni par la présence de l'échangeur Ces résultats sont encourageants En particulier, trois axes de recherche pourraient être définis : le composant échangeur, dont la réalisation reste délicate (fuites internes), et qui bénéficierait de modifications (formulation et granulométrie de la poudre céramique ; conception, notamment concernant les épaisseurs de paroi ; fabrication monobloc plus simple et plus rapide) ; l'encrassement de l'échangeur à l'entrée des canaux de fumées ; la réalisation d'un pilote complet, intégrant la chaudiÚre, l'échangeur et la turbomachine associée à un générateur de courant électrique, afin de démontrer la faisabilité des cycles externes à turbine à gaz alimentés par de la biomasse À la suite, un projet ANR (Agence Nationale de Recherche) a été réalisé : il s'agit du projet AGATCO (2012-2016) Dans le cadre de ce projet, les différents éléments (chaudiÚre, échangeur, turbine) ont été fabriqués et validés démontrant la faisabilité globale du procédé Aujourd'hui une suite est proposée pour optimiser l'ensemble et produire un prototype pré-commercial Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel PAGE 13 2 SIMBIOSE Réalisation d'une unité pilote de production de biométhane agricole valorisé par injection dans le réseau de gaz naturel Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : Air Liquide (38) [GE] Bioénergie de la Brie (77) [PME] Solagro (31) [PME] CRIGEN ­ GDF SUEZ (93) [GE] Chambre d'Agriculture de la Seine et Marne (77) Coût total : 1,6 M Aide ADEME : 585 k © Grégory Brandel / Air Liquide / Bioénergie de la Brie CONTEXTE ET ENJEUX Le développement du biométhane constitue l'un des axes de la Programmation Pluriannuelle de l'Énergie définie par l'État en 2016 sur la valorisation du biogaz de méthanisation Le développement de cette nouvelle filiÚre de valorisation participe en effet à la maîtrise des émissions de gaz à effet de serre, à la réduction de la dépendance du pays aux produits fossiles, et à l'augmentation de la production d'EnR, tout en traitant les déchets organiques des activités industrielles et agricoles La possibilité d'injecter directement du biogaz dans le réseau de gaz naturel est ainsi une piste à explorer. OBJECTIFS SIMBIOSE proposait la réalisation d'une unité pilote de valorisation de la biomasse agricole par méthanisation, assortie d'une solution innovante de valorisation du biogaz produit, par injection directe dans le réseau de gaz naturel Les objectifs étaient de prouver l'efficacité et la viabilité de la séparation membranaire des gaz pour une unité agricole (dimensionnement, coût, robustesse, maintenance, pilotage) Plus précisément, il s'agissait : d'épurer le biogaz produit par digestion anaérobie de matiÚre organique agricole ; lui appliquer un traitement poussé par séparation membranaire pour obtenir un gaz de qualité équivalente à celle du gaz naturel ; et l'injecter dans le réseau de distribution de gaz naturel, en répondant aux critÚres de qualité et de débit de ce dernier ; le tout avec une efficacité énergétique visée supérieure à 80 % RÉSULTATS AprÚs sa mise en service, entre septembre 2013 et mars 2014, l'unité de production de biométhane du projet SIMBIOSE a permis d'injecter plus de 6 500 MWh PCS (605 000 Nm3) de biométhane dans le réseau de gaz naturel de GRDF L'objectif annuel de production a quasiment été atteint en 9 mois d'exploitation seulement Le gaz injecté répond aux exigences de l'opérateur de réseau à la fois durant la période hivernale et la période estivale, où le débit est soumis à saisonnalité (baisse notable du débit nominal d'injection) L'exploitant a adapté la production de biogaz et de biométhane aux variations de la consommation en aval de son point d'injection Du point de vue économique, les coûts fixes de ce projet restent encore élevés Augmenter le débit d'injection (par ex débit injection > 200 Nm3/h) permettrait de diminuer significativement le coût de production du biométhane PAGE 14 Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel ORENOX Développement et validation de solutions « bas-NOx » et « Ultra bas-NOx » pour des chaudiÚres à biomasses d'une puissance comprise entre 0,3 et 8 MWth 3 CONTEXTE ET ENJEUX L'utilisation de biomasse pour la production d'énergie possÚde un bilan trÚs favorable en matiÚre de gaz à effet de serre, mais comme toute combustion, elle émet certains polluants dans l'air, dont des NOx (oxydes d'azote) Or les valeurs réglementaires limites d'émissions de NOx devraient baisser drastiquement dans les années à venir Il faut donc trouver de nouvelles maniÚres d'améliorer les performances environnementales des chaudiÚres biomasse, afin qu'elles produisent une chaleur propre OBJECTIFS Le projet ORENOX visait à concevoir, développer et valider des solutions pour l'abattement simultané des NOx, des imbrûlés gazeux et des poussiÚres ; ces solutions étant à implanter sur les chaudiÚres brûlant des biomasses, d'une puissance comprise entre 0,3 et 8 MWth Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : COMPTE R (63) [PME] LERMAB (88) [laboratoire public] PPRIME (86) [laboratoire public] PELLENC ST (84) [GE] Autre participant au projet en sous-traitance : ATANOR, prestataire de R&D spécialisé en combustion Coût total : 748 k Aide ADEME : 307 k Chaufferie Dijon ORENOX RÉSULTATS Deux solutions de chaudiÚres biomasses ont ainsi été développées dans le projet : des chaudiÚres « bas NOx » émettant moins de 225 mg de NOx/m 3 de fumées (à 6 % d'O 2) ; soit des chaudiÚres « Ultra bas-NOx » émettant moins de 120 mg de NOx/m 3 de fumées (à 6 % d'O 2) Les niveaux d'émissions atteints sont bien en deçà des valeurs réglementaires comprises entre 400 et 525 mg/Nm3 à 6 % d'O 2 en fonction de la puissance de l'installation Des baisses de 50 % des émissions d'imbrûlés (CO, COV...) et de 50 % des émissions de poussiÚres grâce à une réduction des imbrulés solides ont également été obtenues Cependant, il n'est pas possible de transformer une chaudiÚre existante en modÚle bas-NOx car les modifications à réaliser sont trop importantes et coûteuses Il est plus économique d'appliquer des mesures primaires sur des chaudiÚres neuves pour atteindre des émissions de NOx inférieures à 225 mg/m3 à 6 % d'O2 que de réaliser des mesures secondaires de traitement des NOx Pour atteindre des émissions de NOx inférieures à 120 mg/m3 (à 11 % d'O 2), la solution la plus économique est de combiner mesures primaire et secondaire (chaudiÚre bas-NOx avec un traitement des fumées type SNCR) Ces améliorations ont permis dans le même temps d'obtenir un gain de 2 à 3 points sur le rendement de combustion des installations (conséquence de la diminution de l'excÚs d'air et de la qualité de la combustion) VALORISATION Le partenaire COMPTE-R a intégré les nouvelles rÚgles de dimensionnement dans ses projets FRANCONVILLE (10 MW) et DIJON (2 x 10 MW) Les chaudiÚres « Ultra bas NOx » ainsi que les chaudiÚres bas-NOx sont commercialisées depuis la fin du projet, avec une perspective de 1 à 2 unités/an dans les 5 prochaines années Un document public intitulé « Bonnes pratiques bas-NOx pour les chaudiÚres à biomasse » a été rédigé grâce aux résultats du projet Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel PAGE 15 4 CBTHP2E ChaudiÚres Biomasse à TrÚs Hautes Performances Énergétiques et Environnementales Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : WEISS France SAS (73) [PME] LERMAB (88) [laboratoire public] CEDEN (76) [cabinet d'étude] Coût total : 346 k Aide ADEME : 173 k CONTEXTE ET ENJEUX Le prix de l'énergie ne cessant d'augmenter, tous les gains de rendement des équipements de chauffage sont bienvenus C'est également le cas pour les chaudiÚres biomasse, avec une forte contrainte supplémentaire : contenir, voire diminuer, les rejets atmosphériques Or de nombreux verrous technologiques restent à ouvrir Les industriels comme la société WEISS France, ont donc un intérêt stratégique à s'associer avec des laboratoires pour étudier les technologies qui leur offriraient un leadership sur le marché européen DÉROULEMENT Deux voies complémentaires ont été étudiées : la réduction des émissions de polluants atmosphériques (essentiellement CO et NOx) par l'optimisation de la combustion (excÚs d'air le plus faible possible, diminution des imbrûlés gazeux, taux de charge le plus bas possible), tout en prenant en compte les variations des principales caractéristiques du combustible (humidité, masse volumique, granulométrie) ; la condensation : quelle technologie pour répondre aux attentes technico-économique du marché français ? Pour cela une premiÚre mission a identifié les rÚgles clés de la réussite d'un projet de condensation Puis une seconde mission a conçu la meilleure technologie de condensation en adéquation avec les attentes technico-économiques du marché français (investissement et exploitation) Des essais de combustion ont été réalisés pour identifier de façon certaine les bonnes pratiques à mettre en oeuvre, d'abord en laboratoire, puis avec une installation pilote en conditions réelles d'exploitation OBJECTIFS Ce programme avait pour but la conception d'une chaudiÚre haute performance à la fois sur le plan énergétique (rendement optimisé) qu'environnemental (rejets atmosphériques) La piste étudiée reposait sur l'optimisation de la combustion d'une part et la condensation, qui nécessite l'utilisation de réseaux basses températures (le fluide caloporteur devant revenir à une température suffisamment basse pour condenser les fumées) RÉSULTATS Depuis février 2014, une gamme de chaudiÚre, a été développée et 21 chaudiÚres installées, représentant 80 MW thermique Trois publications sur la condensation ont été réalisées, un nouvel article sur la combustion est en cours d'écriture ainsi qu'un brevet en cours d'étude et de rédaction au sein de la société WEISS France © WEISS France Représentation de la chambre de combustion. PAGE 16 Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel CERACENDRES Valorisation céramique des cendres de bois 5 CONTEXTE ET ENJEUX Le développement de la filiÚre bois-énergie a conduit à une croissance importante du nombre de chaufferies utilisant ce combustible (10 fois plus nombreuses qu'en 1994) Toutefois, l'exploitation de ces installations entraîne la production de volumes importants de cendres encore difficilement valorisables La Société Française de Céramique a ainsi initié ce programme afin de vérifier la pertinence d'utiliser ces cendres en tant que ressource, leur composition chimique étant riche en éléments alcalins, et assez proche de certains éléments minéraux utilisés dans la fabrication des matériaux céramiques OBJECTIFS Ce projet avait pour but d'étudier les conditions de valorisation des cendres issues de la combustion du bois dans l'industrie céramique Elles peuvent théoriquement être utilisées comme fondants auxiliaires (produit permettant d'abaisser la température de fusion) ou comme composés colorants Il s'agissait donc d'une part d'élaborer un procédé de traitement optimal et industriellement applicable des cendres de bois pour en faire une réelle matiÚre premiÚre (épuration magnétique, criblage des imbrûlés) et d'autre part d'étudier son comportement dans une masse céramique tout au long du procédé de fabrication des céramiques Appel à projets : BIP 2011 Partenaires : Société Française de Céramique (75) [PME] Coût total : 291 k Aide ADEME : 145 k RÉSULTATS ET VALORISATION Ce projet a montré des résultats concluants en confirmant le potentiel des cendres de bois pour une utilisation en secteur céramique En effet, leurs natures physico-chimiques permettent d'augmenter la résistance mécanique des céramiques et favorisent leur densification tout en diminuant les températures de cuisson, impactant fortement la consommation énergétique Une transposition à l'échelle industrielle a été mise en place fin 2014 Ces résultats encourageants sont néanmoins grevés par des perturbations d'ordre rhéologique qui limitent encore l'utilisation des cendres aux secteurs céramiques utilisant un procédé de fabrication par voie sÚche (représentant 25 % environ de l'industrie céramique). Aussi, pour élargir l'utilisation aux 75 % restant, la SFC a engagé une suite du programme CERACENDRES en réponse à l'AAP BIP 2014 de l'ADEME : le projet WACER, en collaboration avec des partenaires industriels spécialisés, gestionnaires de chaufferies : IDEX et COFELY. Enfin, plusieurs publications scientifiques ont été réalisées (Journées annuelles du GFC, Revue ICV Lettre de la Recherche ADEME...) Sites industriels terre cuite articles de table carreaux produits sanitaires 20 000 t/an 10 000 t/an 6 000 t/an Cartographie sites céramiques et gisements de cendres par région en 2013 ChaudiÚre 10 MW Ceracendres Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel PAGE 17 6 SERECO Solution novatrice et ECOnomique pour chauffer durablement les SERres maraîchÚres avec des combustibles élaborés à partir de matiÚre végétale diverse Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : ZETA pellet (06) [PME] Communauté de communes de Grand Lieu (44) [collectivité] Serre Les 3 Moulins (44) [PME] Les Producteurs de Légumes de France (75) [fédérations professionnelles] RAGT ENERGIE (12) [PME] Coût total : 813 k Aide ADEME : 247 k CONTEXTE ET ENJEUX Les résidus végétaux des collectivités représentent un gisement de biomasse important et diversement valorisé Chaque année en France, 3,5 millions de tonnes de déchets organiques (élagages, espaces verts, tontes, etc) sont compostés Le traitement de ces déchets, notamment la partie ligneuse, représente un coût important pour les collectivités Or ils peuvent être utilisés pour produire un combustible écologique destiné au chauffage des serres Pour la filiÚre de production de cultures sous serres, l'énergie est un enjeu majeur puisqu'elle représente 20 à 35 % de cout de production des légumes La maitrise des approvisionnements en énergie et la réduction de leurs couts contribuent ainsi fortement à la compétitivité d'une exploitation maraichÚre Cependant, pour être utilisée par les serristes, une partie de ces déchets verts (partie ligneuse) doit être transformée en granulés (ou pellets) Le procédé de granulation permet en effet d'obtenir un combustible constant (taux d'humidité, taille...) aux propriétés proche de celle d'un fluide, ce qui facilite la combustion dans une chaudiÚre biomasse La granulation apporte ainsi le confort et l'automatisme des chaudiÚres à fioul ou à gaz, avec en plus la garantie de performances de combustion réguliÚres et élevées (rendement de 10 à 15 points supérieur à la combustion des mêmes biomasses non granulées) Jusqu'à présent, la mise en place d'unités de granulation n'était réalisable qu'à grande échelle Un procédé inédit, permettant l'installation de petites unités de granulation, mieux adaptées aux besoins des serristes, a été identifié Il s'agit d'une presse mise au point par la société « Zeta pellet » (porteur du projet) aprÚs 3 années de recherche, utilisant la propriété thermique du frottement mécanique pour granuler et sécher le végétal en une seule phase OBJECTIFS Le projet SERECO a suivi les axes suivants : une phase de recherche sur la composition du gisement des déchets verts de la Communauté de Communes de Grand Lieu (44) et leur intégration au processus de granulation ; la conception du combustible (forme et composition) ; la valorisation de la chaleur produite par la presse afin de réduire en amont l'humidité de la matiÚre verte entrante ; un bilan environnemental et économique comparatif avec les énergies fossiles et les énergies biomasse classiques comme les plaquettes ou les granulés de bois Enfin, une derniÚre étape visait à mesurer les émissions de gaz et particules dans l'air issues de la combustion, afin d'améliorer les performances environnementales et d'adapter la composition des pellets selon les propriétés des matiÚres entrantes RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet SERECO a permis l'émergence de techniques et idées innovantes dont certaines pourront faire l'objet d'un dépÃŽt de brevet De nombreux contacts commerciaux de ZETA Pellet ont entendu parler du projet SERECO et manifestent une forte attente de la diffusion de la synthÚse du projet Ces acteurs s'intéressent à la valorisation énergétique des déchets verts sous forme de granulés et de leur utilisation comme combustible renouvelable et économique pour le chauffage de serres maraichÚres, de bâtiments publics, de piscines, d'immeubles... Granulés PAGE 18 Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel GABOREC Gazéification des bois de recyclage 7 CONTEXTE ET ENJEUX Les déchets de bois issus des filiÚres de recyclage (poteaux électriques et téléphoniques, traverses de chemins de fer, bois de déconstruction, déchets de meubles, etc) sont la plupart du temps traités avec des agents chimiques dangereux (créosote, sels de chrome cuivre arsenic ­ CCA ­, etc) La gestion de leur fin de vie (élimination, valorisation, mise en décharge) est problématique compte tenu de leur rÃŽle dans la pollution de l'air, de l'eau et des sols Ces bois de recyclage devraient pourtant pouvoir être exploités à des fins énergétiques sans nuire à l'environnement, et avec un procédé économiquement rentable. misant les émissions de CO, NOx, COV, dioxines, furanes et particules A priori, les conditions opératoires de la gazéification devraient permettre de concentrer les métaux lourds dans les cendres, donc d'en réduire trÚs significativement les émissions à l'atmosphÚre Les tests de gazéification seront réalisés à l'aide d'un équipement représentatif de la technologie de gazéification utilisée à l'échelle industrielle : un gazéifieur à lit fixe co-courant développé et breveté par COGEBIO Les objectifs du projet sont ainsi de : sélectionner les ressources (broyat de meubles, bois de déconstruction, traverses de chemin de fer, poteaux électriques et téléphoniques...) ; les caractériser ; réaliser des tests de gazéification et caractériser le syngaz et les rejets (cendres et fumées de combustion) Les résultats permettront de déterminer précisément si des traitements de fumées sont nécessaires et de dimensionner les équipements correspondant afin de réaliser une évaluation économique de la filiÚre de valorisation énergétique Appel à projets : BIP 2011 Partenaires : COGEBIO (69) [PME] INSA Lyon ­ DEEP/ PROVADEMSE (69) [laboratoire public] Lignatech ­ Suez (69) [GE] Coût total : 336 k Aide ADEME : 203 k OBJECTIFS Le projet vise à valider techniquement et économiquement la gazéification des bois de recyclage en tant qu'étape de prétraitement avant une combustion complÚte du gaz de synthÚse produit En effet, un combustible gazeux de qualité permettrait une combustion dans des conditions optimales, mini- Provademse Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel PAGE 19 8 OPTI SCREEN Optimisation de l'échantillonnage des livraisons de combustible en chaufferie ­ vers des protocoles plus opérationnels et pour des analyses de meilleure qualité Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : Dalkia France (92) [GE] Cylergie (69) [centre de recherche] Institut technologique FCBA (87) [centre technique] Coût total : 263 k Aide ADEME : 103 k CONTEXTE ET ENJEUX La maîtrise de la qualité du combustible entrant dans les chaudiÚres biomasse garantit une meilleure combustion, qui permet le respect des valeurs limites d'émissions ainsi que la production de rejets cendreux maîtrisés Les biomasses livrées en chaufferie sont trÚs diverses et leur qualité connait une trÚs forte hétérogénéité qu'il est primordiale de pouvoir appréhender Il est donc nécessaire pour les industriels de vérifier la qualité des combustibles qui leur sont livrés. Les principaux critÚres de qualité suivis sont : l'humidité, la taille des particules de biomasse (granulométrie) et parfois le taux de cendres Cependant, pour que ces mesures soient satisfaisantes, il convient de les réaliser sur des échantillons représentatifs des livraisons OBJECTIFS Ce projet avait pour finalité l'amélioration de la connaissance sur la représentativité de l'échantillonnage des livraisons de biomasse en chaufferie Une nouvelle stratégie d'échantillonnage des livraisons de biomasse devaient découler de ce travail afin de permettre une meilleure maîtrise de cette étape et par conséquent, une diminution des impacts environnementaux pour une même quantité d'énergie produite Cet échantillonnage devait être compatible avec toutes les chaufferies industrielles RÉSULTATS Ce projet, mené en commun par trois acteurs majeurs du bois-énergie, sur une période de deux ans, a abouti à la rédac tion de fiches opérationnelles Il s'agit d'outils d'aide à la décision et de préconisations pour le responsable de site et pour l'opérateur L'évaluation du protocole a eu lieu dans 4 chaufferies Comme les objectifs du projet le prévoyaient, il est facile d'utilisation, efficace, et relativement bien accepté par les opérateurs Une présentation rapide du protocole reste nécessaire pour faciliter sa mise en oeuvre Les résultats du projet ont été présentés en 2016 lors du salon Biomasse Energie de NANCY et d'une journée BIP ADEME Deux articles ont également été rédigés1 dans des revues techniques Échantillonnage de déchargement 1 Composition camion Cahier du bois-énergie n° 72 « Chaufferies collectives et industrielles au bois : bonnes pratiques pour optimiser l'approvisionnement en combustible », août 2016 20 pp ISSN : 1760-4672 1 PAGE 20 Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel POLYBIOM Étude et développement d'une nouvelle génération de chaudiÚres de 1 à 10 MW, à haute performance environnementale, capable de brûler une gamme étendue de biomasses 9 CONTEXTE ET ENJEUX En France et en Europe, l'usage du bois dans les chaufferies industrielles et collectives s'est sensiblement accru depuis le début des années 2000 Les deux principales technologies de foyer à biomasse de taille industrielle sont les foyers à grilles, et les foyers « à lit fluidisé » Les avantages associés à l'utilisation des foyers à grilles (relative simplicité de fonctionnement, exigences assez limitées sur la préparation des combustibles et frais de fonctionnement et d'investissement assez modérés) en font la technologie de référence dans la gamme des petites (< 1 MW) à moyennes puissances (1 à 20 MW) Pour les puissances plus élevées, de l'ordre de quelques dizaines à plusieurs centaines de MW, les foyers à lit fluidisé, plus compacts, leur sont en général préférés car il présentent en outre plusieurs avantages : de meilleures performances environnementales, un caractÚre polycombustible plus marqué , une plus grande flexibilité... Par ailleurs, le développement de la filiÚre biomasse énergie s'est principalement fait sur l'utilisation de plaquettes forestiÚres ou produits bois en fin de vie non adju vantés De nombreux gisements complémentaires de biomasse adjuvantée ainsi que certaines ressources agricoles pourraient être valorisés à travers des technologies adaptées pour une gamme de puissances moyennes (1 à 10 MW) L'étude ADEME-FCBA 2015 a d'ailleurs montré un gisement valorisable de 1,2 million de tonnes de déchets traités issus principalement des filiÚres du bâtiment, de l'ameublement et de l'emballage OBJECTIFS Ce projet vise à développer une nouvelle génération de chaudiÚres à biomasses de moyennes puissances (1 à 10 MW), équipées d'un foyer conçu sur le principe du lit fluidisé circulant, capables d'être alimentées par une gamme étendue de biomasses, notamment des gisements peu ou pas exploités, comme les bois trÚs humides (H > 50 %) ou trÚs secs, les bois adjuvantés, les déchets de bois du bâtiment, les déchets de l'agriculture et des IAA, etc, et à terme les Combustibles Solides de Récupération (CSR), quand leur statut réglementaire aura été clarifié Il poursuit une étude préliminaire (CRITT M2T et ATANOR) et a pour objectif de réaliser l'ensemble des études nécessaires pour aboutir au dossier technique requis pour la réalisation d'un démonstrateur chez un utilisateur final permettant de valider la gamme de puissance envisagée Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : WEISS France (73) [PME] ATANOR (69) [PME] Critt Métall 2t (54) [centre technique] LERMAB (88) [laboratoire public] Coût total : 724 k Aide ADEME : 363 k DÉROULEMENT La démarche appliquée est la suivante : établissement du cahier des charges technique de la nouvelle chaudiÚre ; étude des différentes solutions techniques (matériaux, technologie lit fluidisé, procédés de fabrication) ; modélisation et dimensionnement ; études fonctionnelles, bilan et perspectives 2 à 3 m/s Air secondaire Fumées recyclées 5 à 6 m/s Air primaire Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel PAGE 21 10 VALOCENDRES Valorisation des cendres volantes papetiÚres dans le béton aprÚs différents prétraitements Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Norske Skog Golbey (88) [GE] Heinrich et Bock (67) [PME] centre technique du Papier (38) [PME] Centre d'Études et de Recherches de l'Industrie du Béton (28) [PME] Imerys Refractory Minerals Clérac (17) [GE] Coût total : 327 k Aide ADEME : 163 k CONTEXTE ET ENJEUX Le développement de la filiÚre bois-énergie a conduit à une croissance importante du nombre de chaufferies utilisant ce combustible (nombre multiplié par 10 depuis 1994) Toutefois, l'exploitation de ces installations entraîne la production de volumes importants de cendres encore difficilement valorisables De nombreux sites papetiers utilisent des chaudiÚres bois et sont également générateurs de sous-produits de biomasse valorisables en énergie En phase d'exploitation, l'ensemble de ces sites génÚreront de l'ordre de 300 000 tonnes de cendres à valoriser Certaines filiÚres existent, comme l'épandage agricole, mais une valorisation matiÚre à plus forte valeur ajoutée permettrait de diversifier les modes de valorisation et de réduire les coûts supportés par les industriels papetiers et améliorer leur compétitivité Les difficultés associées à la valorisation de ces cendres sont de plusieurs natures : nature financiÚre : les coûts associés à ces valorisations, y compris les frais de transport, sont trÚs lourds pour la papeterie dans une conjoncture déjà extrêmement tendue ; nature technique : la production de cendres étant continue, et leurs applications souvent saisonniÚres... un stockage temporaire s'impose Du cÃŽté utilisateur, les ACV (Analyse du Cycle de Vie) des produits en béton montrent que la majeure partie de leur impact environnemental est due à ses matériaux constitutifs et principalement le liant, souvent à base de ciment Portland En effet, la production du ciment est trÚs consommatrice d'énergie et émettrice de gaz à effet de serre En parallÚle, l'intérêt de la filiÚre béton pour les additions minérales (type cendres volantes issues de centrales thermiques) est croissant ces derniÚres années Cependant, la pérennité de la filiÚre peut être compromise par la forte demande de l'industrie cimentiÚre Par leurs propriétés physico-chimiques similaires, les cendres de papeterie peuvent être susceptibles de présenter un intérêt technique et économique pour l'industrie du béton (en les incorporant dans le liant ou en tant que filler) et ainsi contribuer à la réduction des impacts environnementaux OBJECTIFS Ce projet de valorisation matiÚre s'inscrit dans le cadre d'une économie circulaire entre le domaine papetier producteur de cendres volantes de biomasse et le domaine du béton, grand consommateur de matériaux fins comme le ciment Des freins liés aux caractéristiques physico-chimiques de ces cendres ont été identifiés dans une précédente étude, engendrant la nécessité d'un prétraitement de ces derniÚres Le projet a donc pour but de définir les conditions de prétraitement des cendres volantes de biomasse adaptées à une substitution de matiÚres premiÚres (additions minérales, ciment, filler) au sein du matériau béton Les travaux se dérouleront en plusieurs phases : détermination de l'effet des prétraitements sur les propriétés physico-chimiques des cendres ; tests d'incorporation dans le béton des cendres prétraitées à l'échelle du laboratoire ; essais en usine réalisés par le pilote industriel ; analyse technico économique, sociale et environnementale PREMIERS RÉSULTATS Lors de la premiÚre année d'études, plusieurs lot de cendres papetiÚres ont été caractérisés Des tests laboratoire ont permis de définir le taux de substitution ainsi que le rapport E/L optimum afin de ne pas dégrader la résistance mécanique ou la stabilité dimensionnelle des mortiers Dans le but d'augmenter ce taux de substitution, différents prétraitements des cendres papetiÚres ont également été testés en laboratoire Ces prétraitements doivent encore être affinés et optimisés Les plus prometteurs seront testés en usine PAGE 22 Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel WACER Valorisation des cendres de bois dans les céramiques élaborées par voie liquide 11 CONTEXTE ET ENJEUX Le développement de la filiÚre bois-énergie, du fait de l'intérêt indéniable du bois en tant que combustible pour la lutte contre le changement climatique, a conduit à une croissance importante du nombre de chaufferies utilisant du bois comme combustible (nombre multiplié par 10 depuis 1994) Toutefois, ces chaufferies qui permettent la production d'énergie propre, conduisent à la production de cendres encore difficilement valorisables. La Société Française de Céramique a ainsi initié dÚs 2012 une pré-étude avec le soutien de l'ADEME afin de vérifier la pertinence de l'utilisation de cette ressource en tant que matiÚre premiÚre pour l'industrie céramique Ces travaux ont permis de montrer un réel potentiel dans l'utilisation des cendres de bois sous foyer qui, par leurs natures physico-chimiques, permettent d'augmenter la résistance mécanique des encours de productions et de favoriser la densification des céramiques durant le frittage, permettant ainsi d'abaisser les températures de cuisson Mais certaines problématiques techniques ont émergé lors de cette étude OBJECTIFS Le projet consiste à étudier la substitution de matiÚres premiÚres conventionnelles, entrant dans la composition des céramiques, par les résidus de combustion de chaufferies bois à foyers à grilles mobiles (cendres sous foyer et cendres volantes) Plus précisément, il s'agira: 1. de résoudre la problématique de mise en oeuvre des cendres en voie liquide en réalisant des traitements préalables ; 2. de mettre en évidence le comportement d'ajouts croissants de cendres de différentes essences et origines au sein de compositions céramiques différentes obtenues par voie liquide, avec pour objectif d'optimiser les formulations ; 3. réaliser des formulations d'émaux originales à base de cendres. Déjà utilisée à l'échelle artisanale, l'insertion de cendres dans des compositions industrielles d'émail vise à optimiser les cuissons sans détériorer les caractéristiques du produit fini (accroche entre émail et tesson, présence de bulles, couleurs) ; 4. réduction des consommations énergétiques (procédés) et diminution des impacts économiques et environnementaux (liés aux matiÚres premiÚres substituées) au travers de la valorisation des cendres Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Société Française de Céramique (91) [PME] Cylergie ­ Cofely (69) [GE] Idex Services (92) [GE] Coût total : 453 k Aide ADEME : 215 k Cendres brutes tamisées PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS Le projet WACER a été présenté en mars 2016 lors d'une Journée technique complÚte à Mines Paris Tech, sur la valorisation des déchets minéraux dans l'industrie des céramiques et des liants hydrauliques Fin 2016, la phase 1 est presque achevée, avec le traitement des résultats issus des analyses des différentes cendres approvisionnées par les partenaires Les premiers résultats montrent que les cendres volantes possÚdent des compositions chimiques beaucoup plus stables que celles des cendres sous-foyers, mais présentent des constituants qui peuvent être source de problÚmes pour l'introduction dans des systÚmes céramiques D'autre part, les cendres sous-foyers souffrent d'une variation de composition chimique plus importante, néanmoins compensées par la présence de constituants et de phases minéralogiques intéressantes pour la suite de l'étude En prenant en compte chaque site indépendamment, il apparaît une meilleure stabilité temporelle des gisements de cendres La solution proposée de mélanger de maniÚre pondérée les cendres suivant la puissance des sites semble permettre de lisser les variations intersites observées Cette premiÚre phase permet de disposer d'un maximum d'informations qui seront utiles pour la prochaine étape afin de proposer des procédés permettant de rendre inerte les cendres et de les introduire avec succÚs dans les suspensions céramiques Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel PAGE 23 12 GAZEOTHERM Valorisation énergétique d'un large spectre de biomasses par pyrogazéification et combustion intégrée Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : Mini Green Power (83) [PME] Cirad-UR BioWooEB (34) [laboratoire public] Coût total : 1 136 k Aide ADEME : 421 k CONTEXTE ET ENJEUX La société Mini Green Power est née d'une simple intuition : la génération d'énergie demain se fera de plus en plus à l'échelle locale, avec un recours important aux énergies renouvelables Considérant les immenses ressources de biomasse peu ou non valorisées aujourd'hui en France et dans le monde, la société a conçu une petite centrale hybride à taille humaine (facilement transportable et installable) qui permet de valoriser les résidus végétaux en énergie sous forme de chaleur et/ou d'électricité au niveau local Cette petite centrale (550 kWth) est conçue de maniÚre modulaire avec : un module de réception et pré-séchage de la biomasse ; un module de gazéification et production d'eau chaude ou surchauffée ; un module de valorisation de cette eau chaude pour le chauffage, la cogénération d'électricité et chaleur, le séchage ou encore la production de combustibles solides (pellets, buchettes) OBJECTIFS Le projet vise globalement à accompagner la jeune entreprise pour la construction et la mise au point d'un démonstrateur industriel Plus précisément, il s'agit de : valider et caractériser les performances du procédé de gazéification breveté par Mini Green Power, pour un large spectre de biomasses ; vérifier un taux faible d'émissions atmosphériques, en deçà des normes en vigueur ; industrialiser le procédé, particuliÚrement vis-à-vis du développement d'une installation presqu'entiÚrement automatisée : · développement d'un systÚme de décendrage automatique ; · contrÃŽle commande élaboré permettant un fonctionnement automatisé, le suivi technique à distance et la valorisation des données Ce projet constitue une étape importante du développement technique des petites centrales vertes En utilisant les ressources locales de biomasse et en produisant de l'énergie valorisée localement, il participe pleinement à la transition énergétique et s'inscrit dans la logique des circuits courts (économie circulaire) et de l'intégration dans les territoires LA MINI CENTRALE VERTE PROJET GAZÉOTHERM Des ressources Énergie propre locales Carbone Zéro R.O.I 3 ans 3 brevets internationaux Compacte 10 m x 15 m EntiÚrement automatisée Clients : Industriels et collectivités SÉCHEUR MICROTURBINE ORC ÉLECTRICITÉ 50 kW élec. net Electricité réseau Electricité site isolé RÉSIDUS VÉGÉTAUX 2 000 t/an 1 m /h Séchage Chau age CHALEUR 550 kW Froid Pellets PYROGAZEIFIEUR PAGE 24 Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel EMIPAR Particules fines PM2.5 et nanoparticules à l'émission des chaudiÚres collectives et industrielles 13 CONTEXTE ET ENJEUX Bien qu'elles réduisent fortement les émissions de gaz à effet de serre, les chaudiÚres biomasse peuvent émettre d'autres polluants atmosphériques : particules fines et ultrafines, composés organiques volatils, hydrocarbures aromatiques polycycliques... La réglementation actuelle impose des limites d'émission de poussiÚres pour ces installations en fonction de leur puissance et du nombre d'habitants des agglomérations où elles sont implantées Il a été observé que les installations de combustion de biomasse de puissance inférieure à 20 MWth sont moins fréquemment mesurées que les installations supérieures à 20 MWth La connaissance précise des émissions des petites chaudiÚres constitue donc un enjeu majeur pour la réduction globale des émissions de poussiÚres, d'autant plus qu'elles représentent la majorité du parc français. OBJECTIFS Ce projet avait pour objectif le développement de connaissances sur la formation des particules dans les foyers industriels de combustion de biomasse de puissance thermique inférieure à 20 MWth, afin de réduire à la source les émissions de particules fines et ultrafines La production de particules a donc été observée à la source avec pour but de trouver un moyen d'en diminuer la quantité À terme, il s'agissait : d'accroître les connaissances scientifiques sur la nature des particules fines et ultrafines produites dans les foyers biomasse industriels de puissance inférieure à 20 MWth ; de proposer des bonnes pratiques, à la fois pour la mesure à haute température des particules fines et ultrafines, et pour la conduite des installations existantes (humidité du combustible, paramÚtres opératoires de combustion) ; de suggérer des pistes d'innovation technique pour de futures installations de combustion, plus robustes et à basse émission en particules (choix des matériaux de construction, géométrie et conception du foyer) en vue d'études avancées ultérieures Appel à projets : CORTEA 2011 Partenaires : Leroux & Lotz Technologies (38/44) [GE] ARMINES (59) [laboratoire public] Veolia Environnement Recherche et Innovation (92) [GE] Universite de Haute Alsace LGRE (68) [laboratoire public] Coût total : 478 k Aide ADEME : 158 k Cristaux de bois humides RÉSULTATS ET VALORISATION En conjuguant des études et des expérimentations à l'échelle laboratoire, sur installation pilote et sur sites industriels, le projet EMIPAR a permis de suivre l'évolution des particules émises par les chaudiÚres biomasse de petites puissances entre la zone de combustion (où elles sont produites) et la sortie de l'installation, cela en faisant varier plusieurs paramÚtres clés à savoir la qualité du combustible, la puissance de l'installation et la technologie de combustion Le combustible utilisé était un bois de classe A (propre, sans peinture ni vernis) D'aprÚs ces mesures, la formation des particules est surtout influencée par l'humidité du combustible et le niveau d'oxygÚne dans les fumées De plus, il s'avÚre que les particules fines et ultra-fines produites sont essentiellement composées ­ pour environ 80 % ­ d'ions hydrosolubles, sous forme de sels particulaires Ainsi, il apparaît : que l'optimisation de la régulation de la combustion permettrait de limiter la production de particules à la source ; que le lavage humide des fumées pourrait être une solution à étudier pour abattre un nombre important des particules Par ailleurs, un protocole de prélÚvement des particules à haute température dans le foyer de combustion (600 à 800°C) a été développé Il est d'ores et déjà décliné, dans le cadre d'un autre projet financé par l'ADEME (MAPEC : Mesure automatisée des PM et émissions canalisées) Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel PAGE 25 14 AFFAM Réduction des émissions de particules par filtre à manches sur petites chaudiÚres via l'élargissement et l'optimisation de leur plage de fonctionnement Appel à projets : CORTEA 2012 Partenaires : ENGIE LAB Cylergie ­ Centre de Recherche d'ENGIE COFELY (69) [GE] LERMAB ­ Université de Lorraine (54) [laboratoire public] TECFIDIS (01) [PME] Coût total : 261 k Aide ADEME : 128 k CONTEXTE ET ENJEUX Les installations individuelles et collectives de la filiÚre bois-énergie devraient représenter 7,5 Mtep (millions de tonnes équivalent pétrole) en 2020 Ces chaudiÚres produisent néanmoins des particules, nocives pour l'environnement. Tandis que les installations de forte puissance (supérieure à 2 MWth) disposent de procédés de filtration efficaces, les plus petites chaudiÚres en sont généralement dénuées, notamment car la pose d'un filtre à manches (FAM) peut représenter jusqu'à 60 % du prix de l'installation En outre, alors que la capacité d'abattement des FAM est considérée comme trÚs bonne, ces filtres à particules ne peuvent être utilisés qu'avec des fumées dont la température est comprise entre 90°C et 150°C Or les petites chaudiÚres présentent des allures de fonctionnement trÚs fluctuantes OBJECTIFS Le projet visait à analyser plus précisément le fonctionnement des filtres à manche afin de savoir à quel point cette technique pourrait être plus utilisée sur de petites installations dont l'allure fluctuante génÚre des températures de fumées trÚs variables DÉROULEMENT Deux campagnes d'essais ont été menées sur une chaudiÚre de faible puissance (200 kW) : la premiÚre pour déterminer les conditions de fonctionnement les plus critiques des filtres en fonction de l'utilisation de la chaudiÚre ; la seconde pour étudier plus en détail ces périodes critiques et caractériser les particules émises RÉSULTATS ET VALORISATION Des températures de fumées trop basses peuvent inquiéter utilisateurs et constructeurs car elles génÚrent de la condensation qui colmate le filtre, dégrade sa structure et les organes en aval Les tests effectués, démontrent qu'un filtre peut sans difficulté supporter des fumées d'une température inférieure de 10 à 15°C aux températures habituellement recommandées, sans qu'aucune condensation ne soit observée À haute température (plus de 150°C), la plage de fonctionnement des filtres peut également être élargie grâce à l'utilisation de manches adaptées (jusqu'à 200°C) Le projet a également confirmé le fort pouvoir de captation du FAM, y compris sur les particules trÚs fines (< 0,1 micromÚtre) : 95 à 99 % de l'ensemble des particules, quelle que soit leur taille, sont captées par un filtre à manches en fonctionnement Cependant, les chercheurs ont constaté dans les émissions la présence de particules qui, de par leur taille, devraient être arrêtées par le FAM D'aprÚs leurs hypothÚses, des phénomÚnes de recondensation de molécules organiques et plus marginalement d'abrasion des matériaux métalliques du FAM seraient à l'origine de ce phénomÚne Techniquement, la plage de fonctionnement des FAM pourrait pourraient donc être élargie. D'aprÚs les simulations effectuées, les flux de particules totales en suspension vers la cheminée pourraient alors être réduits de 15 à 50 % Cette piste doit encore être confirmée par des essais industriels car les essais expérimentaux sont assez éloignées de l'usage quotidien d'une chaudiÚre biomasse industrielle Filtre à manches pilote PAGE 26 Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel F3 Fonctionnalisation de Filtres Frittés 15 CONTEXTE ET ENJEUX La plupart des installations de combustion au sens large (moteur, incinérateur, chaudiÚre, etc) génÚrent des émissions polluantes dans l'eau, le sol et l'air, considérées comme l'un des principaux sujets de préoccupation pour l'environnement Ces émissions sont principalement constituées de particules solides, de SOx (oxydes de soufre), de NOx (oxydes d'azote), ainsi que des composés organiques volatiles (COV) et d'es imbrûlés (CO) Face à l'augmentation des contraintes réglementaires à l'échelle européenne et aux préoccupations environnementales, il est nécessaire de développer des procédés permettant de diminuer les émissions de polluants aussi bien sur les installations neuves que sur les installations de combustion existantes (notamment les chaudiÚres gaz naturel, fioul et biomasse) Ces procédés peuvent concerner la nature du combustible, la combustion en elle-même, ou encore le traitement des émissions en aval (épuration des gaz) OBJECTIFS L'objectif de ce projet est de développer expérimentalement des filtres frittés métalliques catalytiques fonctionnant à température élevée (100-400° C) afin d'éliminer simultanément les particules (PM10 et PM2,51) et les NOx contenus dans les fumées issues de procédés de combustion notamment de biomasse (de petites puissances) Un tel procédé de filtration permettrait d'améliorer le rapport efficacité/coût des équipements d'épuration des gaz en réduisant l'énergie nécessaire au refroidissement mais également à l'épuration des fumées De plus en réduisant ainsi le nombre d'étages de la filiÚre de traitement des gaz (on traite ici les particules fines et les NOx simultanément), ce dispositif plus compact pourrait s'intégrer à moindre coût dans des installations de combustion déjà existantes ou de petites dimensions Les tests expérimentaux seront réalisés autour de procédés de combustion de biomasse L'épuration des fumées étant réalisée à températures élevées, il sera possible, si cela est pertinent, d'en valoriser la chaleur latente Appel à projets : CORTEA 2014 Partenaires : SINTERTECH (38) [PME] PRODEC MÉTAL (groupe STI) (33) [PME] École des Mines de Nantes, GEPEA (44) [laboratoire public] Coût total : 426 k Aide ADEME : 325 k Pilote Support catalyseur 1 1 PM10 : particules (Particulate Matter) en suspension dans l'air, d'un diamÚtre aérodynamique (ou diamÚtre aéraulique) inférieur à 10 micromÚtres PM2,5 : diamÚtre inférieur à 2,5 micromÚtres, appelées « particules fines » Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel PAGE 27 16 BIOHEALTH Effets sur la sante des particules émises par les petites installations de combustion de la biomasse Appel à projets : ERANET Bioenergy 2009 Partenaires : UEF (Finlande) VTT (Finlande) THL (Finlande) BE2020 (Autriche) Technical University of Graz (Autriche) Lund University (SuÚde) Umea University (SuÚde) INERIS (60) [EPIC] Coût total : 2,6 M Coût total partenaire français : 220 k Aide ADEME : 220 k CONTEXTE ET ENJEUX On estime que dans l'Union Européenne, environ un tiers des habitants des villes sont exposés à des niveaux excessifs de particules en suspension, avec des impacts sur la santé comme une croissance pulmonaire réduite chez les enfants, l'aggravation de l'asthme, des maladies cardio-vasculaires, ou encore la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) Or, la combustion domestique de la biomasse contribue de maniÚre substantielle aux émissions totales de particules fines dans la plupart des pays européens (en France, un tiers des émissions de PM2,5 provient de la combustion du bois) La cause principale en est l'utilisation d'appareils anciens fonctionnant dans des conditions de combustion non optimisées La combustion domestique de la biomasse (en forte augmentation) comprend un large éventail de technologies, de pratiques d'utilisation et de combustible... Cette complexité s'accompagne d'une faible quantité de données scientifiques disponibles OBJECTIFS Les principaux objectifs de ce projet étaient ainsi de : produire de nouvelles données scientifiques pour l'évaluation des risques potentiels pour la santé propres à différentes technologies de combustion ainsi que de combustibles ; accompagner la recherche et le développement de systÚmes de combustion à petite échelle ; guider les autorités dans la mise au point de nouveaux outils législatifs et/ou de mesures d'accompagnement RÉSULTATS ET VALORISATION L'étude a démontré que, parmi les polluants étudiés, les composants des particules générant la réponse toxicologique la plus intense sont les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), la suie et l'oxyde de zinc (ZnO) Seuls les sels de potassium purs émis sont non-toxiques Les HAP et la suie résultent de conditions de combustion inefficace ; les métaux, tels que ZnO et le potassium, étant produits quelles que soient les conditions de combustion (y compris efficientes) Les propriétés chimiques de ces particules fines peuvent varier considérablement, mais le projet a pu établir que les émissions de HAP sont le meilleur marqueur de la relation entre efficacité de la combustion et toxicité des émissions De plus, la suie émise dans des conditions de combustion inefficace est un forceur climatique majeur1 1 L'utilisation d'appareils de chauffage domestique de technologie moderne et l'application de bonnes pratiques d'exploitation devraient permettre de réduire significativement les émissions totales et les effets toxicologiques des particules fines tout en contribuant à la lutte contre le réchauffement climatique. De nombreuses publications ont été réalisées (Journal of Geophysical Research, Energy & Fuels, Aerosol Science & Technology, Atmospheric Environment, Science of the Total Environment, Chemical Research in Toxicology) ainsi que des participations à des conferences et colloques (European Aerosol Conference, TSI Labtronic particle seminar, TSI FMPS workshop, NGS-NANO Meeting, ERANET Bioenergy CBC Workshop) 1 Bond TC et all, 2013, Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment, Journal of Geophysical research : Atmospheres PAGE 28 Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel Biomasse énergie ­ Chauffage collectif et industriel PAGE 29 projets 14 CHAUFFAGE DOMESTIQUE 2,23 M d'aide de coût total Les études précédentes (années 2000) se sont notamment intéressées aux mesures in situ de l'impact des appareils domestiques au bois sur la qualité de l'air (intérieur et extérieur) Dans la continuité, les projets suivants se sont concentrés sur le développement d'équipements à hauts rendements et faibles émissions, adaptés à des logements par ailleurs de plus en plus performants (étanchéité à l'air, isolation), par exemple un nouveau conduit de fumées, ou un systÚme « 2 en 1 » combinant un poêle à bois avec une ventilation double flux... Plus récemment, le périmÚtre a été élargi pour inclure les étapes allant de la préparation du combustible jusqu'à la gestion des résidus de combustion 14 projets de R&D sur le chauffage domestique ont été aidés entre 2008 et 2015 par l'ADEME, pour un montant de 2,23 M répartis entre 4 appels à projets CORTEA (1,05 M), Performances Biomasse Énergie (0,53 M), BIP (0,44 M) et ERAnet Bioenergy (0,20 M) 5,93 M PAGE 30 Biomasse énergie ­ Chauffage domestique WOODUCT Création d'un conduit étanche pour poêles et foyers fermés à bois 17 CONTEXTE ET ENJEUX L'étanchéité et l'efficacité énergétique de l'habitation sont des objectifs prioritaires des nouvelles réglementations thermiques Or l'utilisation d'un poêle à bois nécessite une arrivée d'air, généralement amené via une grille en façade de l'habitation ou provenant du sol Afin d'utiliser des appareils à bois « étanches », c'est-à-dire avec une amenée d'air depuis l'extérieur en évitant la grille d'amenée d'air (y compris pour des bâtiments anciens) le groupe Poujoulat a souhaité développer un conduit triple parois OBJECTIFS L'objectif de ce projet était de développer un nouveau systÚme de conduit, triple parois, assurant ainsi l'amenée d'air comburant et l'évacuation de fumée dans un même conduit tout en permettant d'éviter la grille d'amenée d'air en façade et d'améliorer l'étanchéité du bâti Les gains visés étaient de trois ordres : meilleur confort, économies d'énergie (meilleure étanchéité du bâti), amélioration sensible du rendement de l'appareil grâce au préchauffage de l'air comburant Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : Laboratoire CERIC Groupe POUJOULAT (79) [laboratoire privé] TechNova (86) [PME] Coût total : 126 k Aide ADEME : 63 k © Poujoulat Conduit Efficience Conduit de cheminée triple paroi Efficience RÉSULTATS ET VALORISATION Grâce à des outils numériques (TRANSYS) et des logiciels de dimensionnement (KESA ALADIN), une étude de dimensionnement trÚs détaillée a pu être menée et aboutir à la définition de plusieurs prototypes expérimentaux qui ont fait l'objet d'essais au laboratoire CERIC et de Fields Tests Ces tests ont confirmé le gain de performance attendu : diminution du taux de CO et des poussiÚres en masse (principaux imbrûlés) ; augmentation notable du rendement : de l'ordre de 20 points En outre, une attention particuliÚre a été portée sur le fonctionnement du foyer, que ce soit lors des essais en laboratoire ou des Field Tests : aucune difficulté d'allumage n'est apparue ; aucun dégagement de fumées ou noircissement de la vitre n'ont été observés ; des essais d'ouverture de porte à différents stades de la combustion et dans les deux allures de fonctionnement différentes, n'ont révélé aucun refoulement des fumées en dehors de l'appareil ; les occupants des logements des deux Field Tests se sont déclarés trÚs satisfaits du fonctionnement de leur appareil La solution développée a fait l'objet d'un dépÃŽt de plusieurs brevets et d'un avis technique DTA 14/12-1818 délivré par le CSTB Le conduit, baptisé « Efficience », est commercialisé depuis octobre 2013 avec succÚs DÚs son lancement, l'innovation a séduit clients finaux et professionnels avec 300 installations raccordées dÚs la premiÚre année, pour atteindre plus de 4 000 installations début 2016 © Poujoulat Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PAGE 31 18 BIOFLUX Association d'un appareil biomasse et d'une ventilation double flux CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : Aldes [GE] (69) Supra sa [PME] (67) Coût total : 378 k Aide ADEME : 173 k La combustion du bois dans un poêle provoque un dégagement de fumée qui s'évacue généralement par un conduit adapté, directement raccordé au poêle La température de ces fumées étant trÚs élevée, une grande quantité d'énergie est perdue D'autre part, les logements BBC sont trÚs souvent équipés d'une ventilation double flux performante, capable de véhiculer sur l'air la puissance nécessaire pour chauffer une maison Il devient dÚs lors intéressant de trouver un moyen d'associer un appareil biomasse et une ventilation double flux pour récupérer une partie de l'énergie des fumées et la redistribuer dans le bâtiment OBJECTIFS Ce projet visait à développer un nouveau dispositif permettant d'associer un systÚme de chauffage à bois (type poêle) et un systÚme de ventilation double flux, assurant à la fois l'apport d'air neuf et la répartition de l'air chaud récupéré autour du poêle vers les piÚces les plus froides En complément, une phase du projet avait pour objectif de mesurer la qualité de l'air intérieur (QAI) et d'observer l'impact des solutions de distribution d'air chaud sur la production et la dissémination des polluants de l'air intérieur clapet anti retour SystÚme double flux ventilateur de recyclage grille de plafond Caisson de répartition Mesure de température : - si T grille > 25°C => mise en route du ventilateur de recyclage - si T grille < 22°C => arrêt du ventilateur de recyclage RÉSULTATS ET VALORISATION Différents collecteurs ont été imaginés, simulés et prototypés, puis installés sur un chantier expérimental pour en valider l'efficacité estimée en simulation numérique Les pics de températures provoqués par les cycles de combustion de l'appareil à bûches ont pu être évités grâce à la maîtrise de la température de l'air collecté en amont du caisson VMC double flux Concernant la distribution de l'énergie dans les piÚces principales, un caisson de distribution breveté a été développé Sa particularité est de combiner deux zones distinctes : air chaud et air neuf Les voies en demande d'air chaud sont sélectionnées à l'aide de thermostats radio, tandis que la zone air neuf distribue quant à elle toutes les piÚces D'un point de vue qualité de l'air intérieur, sur l'ensemble des polluants prélevés sur le chantier expérimental, à savoir dérivés carbonylés, BTEX, COV, HAP, paramÚtres de confort et particules fines, les concentrations obtenues se sont avérées trÚs faibles, et ne présentant pas de différence significative avec le prélÚvement de référence Le caisson de distribution d'air chaud a été breveté À la vue des performances obtenues, un concept similaire au projet « poêle à bois / ventilation double flux », sera commercialisé prochainement, grâce à la complémentarité du savoir-faire d'Aldes et de Supra PAGE 32 Biomasse énergie ­ Chauffage domestique TACFEP Technologie pour Appareil de Chauffage à Faibles Emissions de Particules 19 CONTEXTE ET ENJEUX Le marché des appareils domestiques au bois bûche représente aujourd'hui en France plus de 250 000 ventes par an Environ 70 % de ces appareils sont produits sur le territoire national Selon les professionnels de ce secteur, le marché des poêles à bois, au cours de la derniÚre décennie, a évolué : les appareils plus compacts (bûches de 30 cm), présentant de trÚs bons rendements et une bonne qualité de combustion, sont désormais privilégiés par les consommateurs Ces derniers se dirigent en effet vers des appareils performants munis de systÚmes de double combustion, présentant des rendements élevés tout en limitant les émissions polluantes Le marché du chauffage au bois étant par ailleurs soutenu par les pouvoirs publics, on constate une véritable aspiration du marché vers les solutions les plus vertueuses pour la santé publique La maitrise d'une technologie permettant la réduction significative des particules fines constituerait dans l'immédiat un élément de « dé-fragilisation » fort du secteur « chauffage domestique au bois » vis à vis des contraintes réglementaires imposées par le plan européen de qualité de l'air : Plan Clean Air For Europe (CAFE) De plus cela permettrait de proposer une solution « chauffage aux bûches » réduisant les contraintes d'entretien du conduit, tout en garantissant l'absence de nuisance dans le voisinage (pollution locale : particules, odeurs) OBJECTIFS Les objectifs du projet sont ainsi : la rétention des particules fines générées par un poêle à bois ; la persistance de bonnes performances sur les émissions globales en usage réel, non optimisé : c'est sous cet angle de l'efficacité terrain, avec une faible dépendance au « mode opératoire » que la solution étudiée doit apporter l'essentiel de son efficacité en réduisant des facteurs d'émissions L'aboutissement de la démarche pourrait permettre à D2i /INVICTA de pérenniser son activité de fabricant (120 000 appareils de chauffage au bois annuels), voire de l'accroitre si cet avantage s'avÚre, au moins pour un temps, déterminant par rapport aux offres concurrentes Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : D2i-INVICTA (08) [GE] CTI (30) [PME] UHA (68) [laboratoire public] Coût total : 612 k Aide ADEME : 214 k Filtre 10 PPI Filtre 10 PPI Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PAGE 33 20 CHAMPROBOIS Transformation physico-chimique d'un aérosol de combustion de bois en champ proche de la source Appel à projets : CORTEA 2012 Partenaires : INERIS (60) [EPIC] Université de Savoie ­ LCME (73) [laboratoire public] Université de Versailles ­ LSCE (91) [laboratoire public] Coût total : 288 k Aide ADEME : 170 k CONTEXTE ET ENJEUX D'aprÚs l'inventaire du Centre interprofessionnel technique d'études de la pollution (CITEPA) de 2013, le secteur le plus contributeur aux émissions primaires de PM 2,5 (« Particulate Matter » ou particules en suspension de taille inférieur à 2,5 micromÚtres) en France est le chauffage domestique, en particulier les foyers à bois individuels (à hauteur de 42 %), dont 92 % des particules émises sont fines (PM2,5) Alors que les polluants issus de la combustion du bois ont fait l'objet d'études à l'émission, les évolutions des aérosols en champ proche restent à ce jour mal connues La nature semi-volatile de ces émissions comme la rapidité de leurs transformations physicochimiques lorsqu'elles entrent dans l'atmosphÚre rendent en effet leur caractérisation trÚs délicate OBJECTIFS Le projet visait à étudier les évolutions des aérosols à proximité de la source et en champ proche en temps réel, afin de prévoir les effets de la pollution des foyers domestiques à bois sur l'air ambiant Le devenir des aérosols entre le point d'émission du foyer et le champ proche a été étudié sur deux appareils de chauffage au bois de caractéristiques et d'années de commercialisation différentes (1998 et 2012), fonctionnant en allure nominale et réduite La galerie incendie de l'INERIS dans laquelle les foyers ont été placés a favorisé les prélÚvements, dans une atmosphÚre trÚs rapidement diluée, des polluants gazeux émis à 50 centimÚtres (soit à une température entre 30 et 50°C) puis à 15 mÚtres de la source (soit à une température d'environ 15°) RÉSULTATS ET VALORISATION Globalement, le projet a permis de caractériser : le passage des espÚces semi-volatiles de la phase gazeuse à l'émission, à la phase particulaire en champ proche, l'oxydation trÚs rapide malgré l'absence de lumiÚre, en 10 à 15 secondes seulement, de l'effluent issu de la combustion du bois entre l'émission et le champ proche (à 15 mÚtres de la source) Pour la premiÚre fois, les chercheurs ont mis en évidence la formation rapide de dérivés nitrés et oxygénés des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) entre ces deux points En recourant à des dispositifs de mesure des particules en temps réel, le projet a donné des résultats permettant de mieux cerner la dynamique de la combustion, notamment : l'importance de la premiÚre partie de la combustion pour les émissions de particules fines, de matiÚre organique, et de Black Carbon [BC] ; la dépendance des facteurs d'émission de polluants aux allures du foyer et à la qualité de la combustion ; la nette prédominance de la matiÚre carbonée au sein des émissions des appareils de chauffage individuel au bois ; l'influence importante de certaines phases d'utilisation (allumage, pré-charge) et de conditions d'utilisation du foyer (charge de bois, allure réduite) dans l'augmentation des émissions Les données recueillies pourraient à terme être intégrée dans des modÚles de prévision de la qualité de l'air. Dans cette optique, l'étude du mûrissement des aérosols dans l'atmosphÚre qui met en jeu des processus de photo-oxydation serait une suite logique au projet CHAMPROBOIS Par ailleurs, les résultats obtenus au cours du projet ont fait l'objet d'une publication en 2016 (Atmospheric Environment 143 (2016) 15 - 26) PAGE 34 Biomasse énergie ­ Chauffage domestique ESPACE BOIS Étude de la sensibilité des paramÚtres de fonctionnement des appareils de chauffage domestique au bois sur la composition et l'émission des particules fines 21 CONTEXTE ET ENJEUX Faible source de gaz à effet de serre, le chauffage au bois domestique figure parmi les priorités du plan particules français Si les performances des appareils se sont nettement améliorées depuis les années 2000, et limitent mieux les émissions de monoxyde de carbone (CO) et de particules totales en suspension (TSP pour Total Suspended Particulates) dans l'air, leur production de particules fines reste moins connue Or sur l'ensemble des émissions françaises, les appareils domestiques de chauffage à bois émettent 27 % des PM10 (« Particulate Matter » ou particules en suspension de taille inférieur à 10 micromÚtres), 42 % des PM 2,5, et 67 % des HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques, fortement toxiques) Un précÚdent projet mené avec l'ADEME (ReduPoBois) avait démontré que l'amélioration de la combustion faisait sensiblement baisser la production de CO et de TSP tandis que la quantité de particules PM2,5 semblaient peu ou prou incompressible OBJECTIFS Le projet se proposait d'étudier la concentration en nombre, la nature et les facteurs des émissions de particules PM 2,5 Par ailleurs, alors que les études en la matiÚre déployaient jusqu'ici des protocoles normatifs, le projet Espace Bois a analysé l'utilisation de deux appareils de chauffage au bois en conditions réelles Les deux appareils étudiés étaient labellisés Flamme verte 5* au moment du projet, avec des niveaux de performance correspondant à la classe 7* de l'échelle de 5 à 7* apparue en 2015 (le niveau minimal du Label étant de 5* depuis le 1er janvier 2015) Appel à projets : CORTEA 2012 Partenaires : LORFLAM (56) [PME] TEN (44) [PME] D2I-INVICTA (08) [ETI] Université de Haute Alsace ­ LGRE (68) [laboratoire public] CSTB (44) [centre technique] Coût total : 244 k Aide ADEME : 116 k Coupe XP RÉSULTATS ET VALORISATION L'étude a confirmé qu'un plus haut niveau de température des fumées assure une meilleure combustion et une moindre émission de polluants, la combustion optimale étant atteinte pour des fumées dépassant 300° C Ainsi, lorsque la puissance de l'appareil de chauffage à bois est diminuée de moitié par rapport au régime nominal, l'émission de particules et de CO est augmentée de façon variable d'un facteur 2 à 5 L'action de l'opérateur a donc un impact fort sur les émissions produites par le foyer. Au-delà du respect des préconisations d'utilisation (importance des notices d'utilisation), chercheurs et industriels invitent à étudier d'autres facteurs tels que le type de combustibles utilisés et la quantité de bois chargée dans le foyer Par ailleurs, le projet a démontré que les objectifs de rendement, portés par les autorités et les labels du type Flamme Verte, doivent rester mesurés afin de ne pas inciter les industriels à rechercher une réduction excessive des pertes dans les fumées Celle-ci se ferait en effet au détriment de l'objectif de réduction des émissions polluantes et au risque de conduire à des défauts de fonctionnement d'installations fonctionnant en tirage naturel, donc par principe sensibles à la température des produits de combustion évacués dans le conduit de fumées Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PAGE 35 22 AFAC Actualisation des facteurs d'émission des polluants des foyers domestiques alimentés au bois ­ Mise à jour de l'inventaire national d'émission Appel à projets : CORTEA 2013 Partenaires : INERIS (60) [EPIC] CITEPA (75) [association] Coût total : 202 k Aide ADEME : 144 k CONTEXTE ET ENJEUX Les inventaires nationaux réalisés par le CITEPA montrent que la part de la combustion du bois en foyer domestique dans les émissions polluantes françaises est importante Cependant, ces inventaires étant basés sur des estimations de facteurs d'émission, sont entachées d'une incertitude élevée En effet ces facteurs d'émissions s'appuient sur des données relativement mal connues : la consommation et qualité du bois utilisé, mode d'utilisation des appareils, les facteurs d'émission de polluants associés Ces derniers sont tirés d'études scientifiques qu'il n'est pas toujours aisé d'exploiter, les conditions d'essais étant différentes ou méconnues, les appareils testés n'étant pas représentatifs du parc français, les données étant anciennes, etc mieux caractériser les performances environnementales des meilleurs appareils mis sur le marché dans différentes conditions de fonctionnement ; étudier l'influence des paramÚtres testés sur les émissions, dans les conditions réelles de fonctionnement des appareils ; comparer les résultats à ceux obtenus lors de l'étude menée en 2001/2002 où divers paramÚtres avaient déjà été testés (catégorie d'appareil, allure, essence et humidité du bois, alimentation en bois) La réalisation de ces objectifs permettra également : de travailler sur des facteurs d'émissions des appareils les plus récents pour une utilisation dans le cadre de l'inventaire national d'émission ; et, par comparaison aux résultats de l'étude précédente, de mieux quantifier les progrÚs accomplis par les appareils en matiÚre d'émission de polluants OBJECTIFS Le principal objectif de cette étude est d'établir de nouveaux facteurs d'émission de polluants dans des conditions les plus proches possibles des conditions réelles de fonctionnement des appareils Cette étude vise également à : mieux prendre en compte la fraction condensable des particules dans les facteurs d'émission ; DÉROULEMENT Un plan d'expérience comprenant 24 essais a été mené sur 4 appareils représentatifs du parc performant (2 labellisés Flamme verte 4* et 2 labellisés FV5*) en faisant varier plusieurs paramÚtres liés à l'usage de ces appareils par les particuliers et pouvant influer sur les émissions : allure de fonctionnement, essence de bois, nombre de bûches présentes dans le foyer, et mode d'allumage 2,0 1,8 RÉSULTATS Les facteurs d'émission moyens en monoxyde de carbone (CO), composés organiques volatiles totaux (COVT), et poussiÚres totales déterminés s'élÚvent respectivement à 66,5 g/kg, 14,3 g équivalent C/kg et 7,7 g/kg de bois sec brûlé : des valeurs trÚs inférieures à celles obtenues dans le cadre de l'étude de 2001 puisque la réduction de ces émissions atteint respectivement 44 %, 47 % et 33 % Il a été démontré que, parmi les paramÚtres testés, l'allure et l'essence de bois jouent un rÃŽle statistiquement significatif sur les émissions de polluants Il apparaît notamment que le chêne brûlé dans des appareils étanches est particuliÚrement émissif du fait d'un manque probable d'air primaire lors de sa combustion Facteur d'émission en g/kg 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 hêtre hêtre chêne chêne pin pin nominale réduite nominale réduite nominale réduite Facteurs d'émission en lévoglucosan en fonction de l'essence de bois brûlée et de l'allure de fonctionnement de l'appareil PAGE 36 Biomasse énergie ­ Chauffage domestique IDENTECH Identification des technologies existantes permettant de réduire les émissions polluantes des foyers domestiques avec prise en compte de différentes allures de fonctionnement Application de ces technologies sur deux appareils 23 CONTEXTE ET ENJEUX En Amérique du Nord, les constructeurs de foyers domestiques au bois (poêles, inserts, foyers fermés) ont développés des technologies leur permettant de parvenir à de faibles émissions de particules, et respecter ainsi les valeurs limites fixées par les pouvoirs publics pour obtenir la certification de leurs appareils Ces valeurs limites d'émissions sont difficiles à comparer à celles en vigueur en Europe car les protocoles de tests des appareils diffÚrent d'un continent à l'autre, en particulier sur l'attention portée à l'impact de l'allure de fonctionnement de l'appareil sur la production d'émissions polluantes OBJECTIFS Les objectifs de l'étude seront de caractériser les technologies employées par deux appareils nord-américains, choisis parmi les plus performants Il s'agit notamment de mesurer l'impact de ces choix technologiques sur les émissions de polluants en comparant leurs performances environnementales et énergétiques à celles de deux appareils français de derniÚre génération, à différentes allures de fonctionnement Ces caractérisations porteront non seulement sur les polluants émis (particules, COVt, noir de carbone notamment), mais aussi sur des paramÚtres de combustion jusqu'ici peu étudiés (élévation de la température de l'air d'entrée liée au préchauffage, temps de séjour et température des gaz, débits d'air entrants, etc) afin de mieux analyser les performances des appareils testés Dans un second temps, les technologies étudiées seront appliquées sur deux appareils du marché pour en améliorer les performances énergétiques et environnementales Appel à projets : CORTEA 2013 Partenaires : INERIS (60) [EPIC] Cheminées de Chazelles (16) [PME] Supra sa (67) [PME] Université de Lorraine ­ LERMAB (54) [laboratoire public] Coût total : 299 k Aide ADEME : 155 k Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PAGE 37 24 QUALICOMB Réduction à la source des émissions issues du chauffage domestique au bois par usage de combustibles de qualité Appel à projets : CORTEA 2013 Partenaires : Laboratoire CERIC ­ Groupe POUJOULAT (79) [GE ­ laboratoire privé] Université de Lorraine ­ LERMAB (54) [laboratoire public] Seguin Duteriez (63) [PME] D2i-INVICTA (08) [PME] Coût total : 309 k Aide ADEME : 176 k CONTEXTE ET ENJEUX Parmi les énergies renouvelables, la biomasse occupe une large part, essentiellement due au chauffage domestique Cependant, même si ces combustibles présentent un bon bilan carbone, ils peuvent rejeter d'autres composés polluants lors de leur combustion (particules fines, hydrocarbures aromatiques polycycliques, composés organiques volatils...) et ainsi présenter des dangers pour l'environnement et la santé Une des voies de réduction à la source des émissions du chauffage domestique au bois consiste à optimiser la conception, le dimensionnement, et les technologies de répartition de l'air des appareils indépendants De nombreux fabricants de foyers, inserts ou poêles à bois, sont ainsi signataires du label « Flamme verte » Cependant, les performances ne sont garanties qu'avec un combustible normalisé, sans lequel le rendement des appareils de chauffage peut chuter (de l'ordre de 10points) et les émissions néfastes dans l'air augmenter Il semblait donc important de caractériser les facteurs d'émissions des différents combustibles normalisés qui apparaissent sur le marché OBJECTIFS L'objectif du projet consistait à comparer l'utilisation de combustibles bois de qualité avec (entre autres) des combustibles normalisés (selon NF EN 13240 et 13229) en conditions réelles de combustion dans des appareils indépendants en allure nominale Les émissions (PM10, PM2,5, HAP, COV, CO, carbone suie et carbone organique) et les performances du foyer (rendement, puissance) ont été particuliÚrement observées On cherchait ainsi à identifier les paramÚtres de la caractérisation des combustibles ayant une influence sur la qualité d'une combustion bois domestique, c'est à dire à la fois respectueuse de l'environnement et énergétiquement performante Type d'appareil Récent/Ancien Humidité du combustible <20%/<30% Essence Feuillus/Résineux Utilisation Bonne/Définition Qualité de combustion Calibre du combustible 2 unités/1 Unité Allumage/Tirage Chaud + régulé/ Froid + Naturel Présence d'écorce Non/Oui RÉSULTATS ET VALORISATION Il a été observé que certains paramÚtres liés au combustible ont tout autant d'impact sur les émissions de poussiÚres que le type d'appareil de chauffage au bois utilisé Quel que soit le type d'appareil utilisé, les paramÚtres impactant la qualité de combustion sont dans l'ordre d'importance : impact fort : le couple allumage/tirage et l'humidité du combustible ; impact moyen : le calibre et la présence d'écorce ; impact faible : Le facteur utilisation et l'essence de bois En conclusion, il apparaît donc qu'une attention particuliÚre devrait être portée sur la qualité du bois bûches utilisé dans les appareils de chauffage au bois de maniÚre à accompagner les améliorations apportées par les évolutions technologiques de ces derniers Cette qualité de combustible est également bénéfique aux appareils anciens PAGE 38 Biomasse énergie ­ Chauffage domestique CAB-QAI Étude de l'impact de l'usage d'appareils de Chauffage Au Bois sur la Qualité de l'Air Intérieur 25 CONTEXTE ET ENJEUX Malgré l'avantage de l'usage d'une ressource renouvelable, le développement des appareils de chauffage résidentiel par combustion de biomasse reste conditionné par leur capacité à répondre aux forts enjeux environnementaux en termes de limitation des émissions de polluants gazeux et particulaires Or, si l'analyse des performances des appareils vis-àvis de la pollution atmosphérique est désormais prise en compte, les émissions générées à l'intérieur du logement ne sont que peu considérées Il est pourtant largement reconnu que la qualité de l'air intérieur impacte le confort et la santé des occupants Plus spécifiquement, ce projet vise à : caractériser l'impact de l'usage du chauffage au bois sur les concentrations intérieures en CO (monoxyde de carbone), CO 2 (dioxyde de carbone), OGC (composés organiques gazeux), NOx (oxydes d'azote), aldéhydes, COV (Composés Organiques Volatils), HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) et particules en suspension en masse et en nombre (y compris particules fines, avec répartition granulométrique en nombre) ; évaluer l'influence de la perméabilité du bâtiment et des conditions de ventilation sur les concentrations relevées ; évaluer les périodes critiques en termes d'exposition des occupants, sur la base des données moyennes et instantanées, ainsi que l'impact sanitaire de cette exposition et envisager des solutions de remédiation adaptée au niveau d'exposition ; étudier l'influence de certaines actions spécifiques, comme le rechargement et le décendrage de l'appareil, sur les concentrations relevées ; évaluer l'impact des récents développements menés sur les appareils de chauffage au bois (étanchéité, post-combustion, etc) sur la qualité de l'air intérieur Appel à projets : CORTEA 2014 Partenaires : CSTB (44) [centre technique] CSTB (38) [centre technique] Coût total : 189 k Aide ADEME : 133 k OBJECTIFS L'objectif de ce projet est de caractériser les polluants gazeux et particulaires émis en air intérieur respectivement par un poêle à bois récent en raccordement étanche et un poêle à bois ancien en raccordement classique, en prenant en compte différentes phases d'utilisation de ces appareils et pour différents scénarios de perméabilité et ventilation du logement, et ce, dans un environnement contrÃŽlé : au sein de la maison expérimentale MARIA du CSTB Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PAGE 39 26 PREPABOIS Étude de l'impact de la préparation du combustible et de ses caractéristiques physico-chimiques sur les émissions polluantes gazeuses et particulaires du bois-énergie Appel à projets : CORTEA 2015 Partenaires : Université de Haute Alsace ­ LGRE (68) [laboratoire public] LORFLAM (56) [PME] INOVALP (38) [PME] SUNDGAU COMPOST ­ AGRIVALOR (68) [PME] CSTB (44) [centre technique] ULCO ­ CCM (59) [PME]) [laboratoire public] Coût total : 356 k Aide ADEME : 108 k CONTEXTE ET ENJEUX Afin de respecter les futures réglementations européennes envisagées pour 2022 (Ecodesign), les fabricants d'appareil de chauffage domestique au bois ont fortement optimisé les conditions de combustion, via le développement de nouvelles technologies L'étude de l'influence de la nature du combustible et de sa mise en oeuvre sur les émissions polluantes n'a quant à elle reçu que peu d'attention. Une synthÚse bibliographique des études menées sur la caractérisation des émissions polluantes générées par la combustion du bois (bûches, granulés) au sein d'appareils de chauffage domestique permet d'affirmer que prÚs d'une centaine de composés chimiques sont émis lors de la combustion (CO, CO 2, COV, HAP, particules, etc) De plus, il ressort de ces travaux que les facteurs d'émission de chacun de ces composés dépendent fortement du type d'appareil utilisé, de son mode de fonctionnement ainsi que de la nature et de la composition du combustible La réduction des émissions de polluants, et particuliÚrement de particules fines, générées par les appareils de chauffage au bois domestique, passe non seulement par l'optimisation de la combustion au sein des appareils, mais également par une amélioration de la qualité du combustible, impliquant une meilleure compréhension du rÃŽle joué par sa nature, sa préparation et sa mise en oeuvre, plus particuliÚrement pour des appareils de nouvelle génération OBJECTIFS Le projet vise à étudier les paramÚtres influençant la formation et la nature des particules fines en condition réelles de fonctionnement (tirage naturel) sur l'ensemble du cycle de combustion (allumage, mise en régime, régime stabilisé, et extinction) Il s'agira notamment de : mettre en évidence l'impact de la nature physico-chimique du combustible (deux essences de bois feuillus seront utilisées, le hêtre et le charme) L'impact environnemental de leur combustion sera comparé à celui d'un bois d'opportunité ou de réemploi (typiquement un résineux comme le sapin) qui constituent la majorité des bois de palettes non réutilisables ; mettre en évidence l'impact des paramÚtres de préparation et/ou de mise en forme du combustible. Différentes techniques de lessivage (eau déminéralisée, eau de pluie, temps de contact, volume) et de séchage du bois seront ainsi étudiées L'impact de la taille des bûches par rapport à celle du foyer sera également étudié, ainsi que la présence (ou non) d'écorce PAGE 40 Biomasse énergie ­ Chauffage domestique QAI ARVE Impact sur la qualité de l'air intérieur des foyers domestiques de la vallée de l'Arve alimentés au bois par un appareil récent performant 27 CONTEXTE ET ENJEUX L'air intérieur constitue un axe fort de progrÚs en santé environnement La multiplicité des sources d'émission potentielles ainsi que le temps passé dans les espaces clos (en moyenne 70 à 90 %, dont 16 heures par jour dans son logement) en font une préoccupation légitime de santé publique Si les matériaux de construction, le mobilier, les produits de consommation, certaines activités de la vie courante sont des sources d'émission de polluants en air intérieur, le chauffage au bois l'est également Plusieurs études ont déjà montré un impact du chauffage au bois sur les concentrations de polluants en air intérieur, notamment en comparant les concentrations mesurées dans des logements avec et sans fonctionnement du systÚme de chauffage au bois Par ailleurs, le parc d'appareils individuels de chauffage au bois se caractérise par des équipements anciens ­ 15 ans d'âge moyen ­ trÚs polluants en termes d'émissions dans l'air ambiant Cependant, depuis quelques années, il existe sur le marché des appareils nettement moins émetteurs (appareils labellisés Flamme verte 5 à 7 étoiles ou de performance équivalente) Le gain de ces appareils en termes d'émissions dans l'air intérieur est peu documenté. OBJECTIFS Ce projet cherche à étudier l'impact sur la qualité de l'air intérieur (QAI) du remplacement d'un appareil ancien de chauffage au bois par un appareil récent performant Il s'intÚgre à l'opération de modernisation du parc (chauffage individuel) de la Vallée de l'Arve, en comparant les résultats de mesures de la qualité de l'air intérieur « avant/aprÚs » changement d'appareil dans une même habitation À notre connaissance, cette étude est la premiÚre du genre en France, en tout cas en conditions de fonctionnement in-situ Complétant le projet CARVE (même principe mais sur les émissions à l'air ambiant de particules), le projet QAI-ARVE devrait ainsi permettre de réunir suffisamment de données pour mieux cerner l'efficacité globale de l'opération pilote de modernisation du parc d'appareils de chauffage individuel fonctionnant au bois dans la Vallée de l'Arve Appel à projets : CORTEA 2015 Partenaires : INERIS (60) [EPIC] Coût total : 77 k Aide ADEME : 54 k DÉROULEMENT Dans un objectif de représentativité des situations rencontrées, les mesures sont conduites sur un panel représentatif d'habitations individuelles (30 logements) où un changement d'appareil est programmé Ces mesures sont réalisées dans deux piÚces : celle où est implanté l'appareil de chauffage au bois et l'une des chambres principales Un réseau de ramoneurs partenaires formés est en charge des mesures à l'aide d'un kit mis au point par l'INERIS Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PAGE 41 28 EN-PME-TEST Validation d'une méthode commune au niveau européen de détermination des émissions de particules des appareils de chauffage domestique à combustibles solides Appel à projets : ERA-NET Bioenergy 2009 Partenaires : INERIS (60) [EPIC] CSTB (44) [Centre technique EPIC] LERMAB (54) [laboratoire public] CTIF (92) [centre technique] CATSE (Suisse) [PME] FHNW (Suisse) [laboratoire public] BE2020 (Autriche) [laboratoire] ISSI (Italie) [laboratoire] DTI (Danemark) [centre technique] DBFZ (Allemagne) [laboratoire] et TFZ (Allemagne) [laboratoire] UEF (Finlande) [laboratoire public] Symo (Finlande) [PME] VTT (Finlande) [laboratoire] SINTEF (NorvÚge) [laboratoire] VSB (République TchÚque) [laboratoire] SP (SuÚde) [laboratoire] Coût total : 1,8 M Coût total projet français : 411 k Aide ADEME : 200 k CONTEXTE ET ENJEUX La commission européenne et les états membres visent à l'amélioration des performances des techniques de combustion domestiques de biomasse par le biais de nouvelles législations Le contrÃŽle de l'efficacité de ces dispositifs nécessite des méthodes d'essais et des pratiques homogÚnes au niveau européen, y compris s'agissant des émissions de particules. Or, les membres de l'ERA-NET Bioenergy considÚrent comme hautement prioritaire une coopération scientifique à l'échelle européenne sur le sujet des émissions atmosphériques issues de la combustion de biomasse et les impacts environnementaux et sanitaires associés OBJECTIFS Le projet EN PME TEST consistait à valider une méthode européenne commune de détermination des émissions de particules des appareils de chauffage domestique à combustibles solides Il avait pour objectif l'anticipation et l'accompagnement des discussions du CEN (Comité Européen de Normalisation) sur le sujet, en donnant la priorité à la production de données scientifiques fiables Une attention particuliÚre a été apportée à la pertinence de la méthode vis-à-vis de l'amélioration de la qualité de l'air La faisabilité de mise en oeuvre lors de tests d'évaluation de type, de développement des appareils, et de mesurage en conditions réelles a également été étudiée Les besoins des parties prenantes à la filiÚre (industriels, laboratoires, autorités) ont été pris en compte RÉSULTATS ET VALORISATION Les actions de l'étude ont abouti à la sélection d'une méthode candidate, répondant à plusieurs critÚres : pertinence des paramÚtres mesurés vis-à-vis des problématiques environnementales ; capacité de la méthode à discriminer la performance des appareils ; fiabilité des résultats obtenus ; disponibilité, coût et simplicité de mise en oeuvre de la méthode proposée Sur cette base, une méthode commune au niveau européen pour la réalisation des essais de certification par les laboratoires notifiés a été proposée : le prélÚvement sur filtre chauffé, combinée à une mesure des composés organiques volatils totaux (COVt) par analyse à ionisation de flamme (FID) Il s'agit ainsi d'un compromis entre fiabilité des résultats et simplicité d'utilisation Des essais d'intercomparaison, visant à évaluer les performances métrologiques de la méthode, ont permis de déterminer une incertitude élargie de 34 % pour la fraction solide et de 30 % pour les COVt Les tests réalisés sur sites réels ont montré qu'elle est peu impactée par les conditions réelles telles que la présence de gaz saturés en humidité ou la présence de particules chargées électriquement Sa description, ses performances et les travaux réalisés font l'objet d'un « position paper » du consortium à destination des parties prenantes D'autres méthodes étudiées, malgré leur intérêt, ne sont, à ce jour, pas suffisamment mature ou robuste pour être normalisées à court terme Sur le plan académique, de nombreuses présentations à l'international ont été effectuées (CongrÚs Français des Aérosols, ERANET Bioenergy CBC Workshop, European Aerosol Conference satellite workshop, International conference on Emissions measurements, IEA Bioenergy Task 32 Meeting, ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles...) PAGE 42 Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PEREN2BOIS Évaluation technico-économique des meilleures techniques disponibles de réduction des émissions de poussiÚres fines et de composés organiques pour les appareils de combustion domestique utilisant la biomasse 29 CONTEXTE ET ENJEUX Dans le contexte actuel de développement des énergies renouvelables, la filiÚre biomasse et plus particuliÚrement le chauffage domestique au bois apparaît comme une alternative particuliÚrement prometteuse Le développement de la filiÚre doit cependant prendre en compte la problématique environnementale qui lui est associée : l'émission atmosphérique d'un certain nombre de polluants gazeux et particulaires présentant un risque pour la santé En France, l'inventaire du CITEPA de 2007 fait état d'une contribution à hauteur de 35 % des émissions nationales des particules PM2,5 (« Particulate Matter » ou particules en suspension de taille inférieur à 2,5 micromÚtres, appelées généralement « particules fines ») OBJECTIFS Le projet PEREN2BOIS visait à identifier et caractériser les techniques et/ou les comportements permettant de réduire les émissions de polluants particulaires et gazeux générés par la combustion du bois dans le secteur domestique Appel à projets : Performances Biomasse Énergie 2008 Partenaires : INERIS (60) [EPIC] CTIF (92) [centre technique] Université de Savoie Mont Blanc ­ LCME (73) [laboratoire public] Cheminées & Foyers Axis Integral Fire (01) [PME] CITEPA (75) [association] Université de Strasbourg ­ ICPEES (67) [laboratoire public] Laboratoire CERIC Groupe POUJOULAT (79) [laboratoire privé] Cheminées de Chazelles (16) [PME] SUPRA (67) [PME] Université de Lorraine ­ LERMAB (88) [laboratoire public] EIFER (Allemagne) [laboratoire] APP AS (NorvÚge) [PME] Coût total : 760 k Aide ADEME : 385 k RÉSULTATS ET VALORISATION Une méthode de mesure des émissions particulaires a été validée et proposée à l'ADEME et au SER pour prendre en compte les poussiÚres dans le calcul de l'indice Flamme Verte L'étude des techniques primaires a permis d'établir que l'apport d'air en excÚs ou bien en trop faible quantité conduit à l'augmentation des émissions polluantes et que les foyers en acier et briques réfractaires (suivi de prÚs par ceux en fonte) sont les moins émetteurs de polluants Parmi les techniques secondaires testées, l'électrofiltre placé en sortie de cheminée présente le plus grand intérêt en raison de sa bonne efficacité d'épuration globale et de son coût Cependant, il ne permet pas de réduire les concentrations des espÚces condensables émises et implique la mise en oeuvre, difficilement envisageable chez les particuliers d'un équipement sous haute tension électrique Enfin, des interrogations demeurent quant à l'efficacité, l'utilisation et l'entretien de ces techniques sur le long terme Le rÃŽle du lévoglucosan en tant que traceur des pollutions particulaires issues de la combustion de biomasse a été confirmé et l'intérêt de mesurer ce composé en phase gazeuse également a été mis en évidence Des fiches de bonnes pratiques, permettant aux utilisateurs d'améliorer la conduite de leurs appareils en vue d'une utilisation optimisée en termes d'énergie et d'environnement ont été rédigées Des recommandations à l'attention des fabricants, visant à améliorer l'intégrabilité de ces systÚmes à leur contexte d'utilisation ont été établies Sur le plan académique, diverses publications, présentations, et posters ont été réalisées (Journées techniques ADEME, revue Pollution atmosphérique, Workshops à l'international, International Conference and Exhibition on Emissions Monitoring, World Filtration Congress...) Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PAGE 43 projets (dont 2 FDR) 13 BIORAFFINERIE / BIOCARBURANTS 2 52,5 M (dont 48,9 M pour FDR) d'aide PAGE 44 Bioraffinerie / biocarburants BIORAFFINERIE Selon l'Agence Internationale de l'Énergie, le bioraffinage est la transformation durable de biomasse en énergie et en une gamme de produits. Autrement dit, les bioraffineries ont pour but la valorisation à 100 % de leurs intrants biomasse, qu'il s'agisse de matiÚre végétale (céréales, luzerne, algues, coproduits des filiÚres vitivinicole ou papetiÚre...), animale (graisses...) ou d'effluents industriels (agro-industriels, papetiers...) À l'instar d'une raffinerie pétroliÚre, une bioraffinerie fractionne ainsi la biomasse en plusieurs composants et/ou produits finaux ( jusqu'à une dizaine) : ingrédients et complément s pour l'alimentation humaine et animale, molécules biosourcées, matériaux biosourcés, bioénergies (biocarburants, électricité, chaleur) 171,1 M (dont 159,1 M pour FDR) de coût total Nombre de projets R&D Bioraffineries/ Biocarburants 2008­2015 par appels à projets Aide (M) projets R&D Bioraffineries/ Biocarburants 2008­2015 par appels à projets 0,6 3 3 2 8 BIP FDR ERAnets BIP FDR 48,9 ERAnets Bioraffinerie / biocarburants PAGE 45 BIOCARBURANTS Les biocarburants de 1re génération couvrent déjà plus de 7 % des besoins d'énergie des transports en France, et participent à la réduction des émissions de GES. De nouvelles générations, plus performantes, sont attendues dÚs 2017 pour renforcer cette contribution. En 2020, 10 % de l'énergie consommée par les transports devra provenir de sources renouvelables et durables (Directive 2009/28/CE du 23 avril 2009) Pour atteindre cet objectif, la France a misé majoritairement sur les biocarburants avec deux filiÚres opérationnelles (biocarburants dits de premiÚre génération) : le biodiesel : issu de la conversion de colza, tournesol, soja, palmier à huile, huiles alimentaires usagées, etc et utilisé dans les moteurs diesel l'éthanol : un alcool produit par fermentation du sucre issu de plantes (biocarburants 1re génération : betteraves, cannes à sucre, amidon de blé ou maïs ; biocarburants avancés : lignocellulose issue de produits, co-produits voire déchets de la filiÚre bois, algues, etc) et utilisé (en mélange) dans les moteur à essence On trouve également un biocarburant gazeux ­ biométhane ­ issu de méthanisation d'effluents d'élevage et déchets organiques, dont l'utilisation est pour l'instant essentiellement développée en SuÚde L'ADEME, au travers des projets R&D et démonstrateurs soutenus, contribue à l'amélioration des filiÚres existantes et au développement d'une nouvelle génération de biocarburants, capable d'exploiter de nouvelles ressources biomasses : résidus agricoles et forestiers ; résidus et coproduits industriels ; microalgues Ces biocarburants dits avancés, liquides ou gazeux, présenteront des qualités techniques et environnementales améliorées et font appel à des technologies exogÚnes comme la bio-informatique et la génomique. Un essor favorisé par la réglementation puisque l'Union européenne limite à 7 % la part des carburants 1Úre génération dans l'objectif fixé pour 2020, incite à l'utilisation de nouvelles ressources et vise un minimum de 0,5 % de biocarburants avancés à cet horizon Les projets de bioraffineries (premiers traitements de la biomasse) ont été intégrés dans ce recueil avec ceux portant sur l'obtention de biocarburants, car les procédés développés et certains produits obtenus pour les biocarburants peuvent aussi être utilisés pour l'obtention de produits biosourcés (cf p ...) En effet, les mêmes procédés de premiers traitements de la biomasse sont utilisés, que ce soit la déconstruction de la lignocellulose ou l'obtention et la conversion de ressources lipidiques (huiles végétales ou algales) Les molécules constituant le biodiesel (esters méthyliques) peuvent ainsi aussi servir à l'obtention de tensio-actifs, lubrifiants, etc De plus, le co-produit de la transestérification des huiles (glycérol) trouve également des applications dans les produits biosourcés L'éthanol peut également être utilisé en tant que solvant ou être transformé par exemple en éthylÚne, pour l'obtention de PolyEthylÚne (PE) biosourcé Les co-produits du fractionnement de la biomasse lignocellulosique (lignine), dans le processus d'obtention d'éthanol de deuxiÚme génération, peuvent également être valorisés dans le secteur des produits biosourcés Les projets de R&D aidés entre 2008 et 2015 sur les bioraffineries et les biocarburants représentent 13 projets pour 52,5 M répartis entre 3 appels à projets : Le Fonds Démonstrateur (48,9 M ; 2 projets), le BIP (3,03 M ; 13 projets) et l'ERAnet IB (0,61 M) Les filiÚres du futur Résidus agricoles (pailles) et forestiers Voie thermochimique (gazéification) SynthÚse Gaz de synthÚse Hydrocarbures Mélange au gazole Cultures dédiées (taillis à croissance rapide) Voie biochimique (hydrolyse enzymatique) Sucres Fermentation Éthanol Mélange à l'essence PAGE 46 Bioraffinerie / biocarburants MIDIPER Faisabilité technico économique d'une MIniDIstillerie proche des ressources et des besoins équipée d'un systÚme de déshydratation par membranes de PERméation 1 CONTEXTE ET ENJEUX Les réserves conventionnelles en pétrole ne cessent de diminuer Depuis les premiers chocs pétroliers, on cherche ainsi à trouver des alternatives aux carburants d'origine fossile, comme le bioéthanol qui, ajouté à l'essence, permet d'en augmenter l'indice d'octane La demande de bioéthanol ne cessant d'augmenter, il devient nécessaire d'élargir les ressources de production disponibles et utilisables, mais également de baisser les coûts de revient Or ce carburant d'origine renouvelable est produit traditionnellement à partir de la fermentation du sucre ou de l'amidon des plantes, posant de fait une problématique (valable pour tous les des biocarburants de premiÚre génération) : la double vocation des cultures ­ alimentaire ou énergétique L'utilisation de ressources ligno-cellulosiques semble être une solution avantageuse vis-à-vis de la non-concurrence avec les productions alimentaires étudié, l'objectif final étant de permettre la construction et la commercialisation d'unités de production de bioéthanol standardisées, faciles à reproduire En effet, partant du principe que la biomasse pour la production du bioéthanol de seconde génération est répartie sur l'ensemble du territoire, et pour réduire l'impact environnemental du transport de cette biomasse (teneur en humidité élevée), il semble préférable d'envisager des distilleries de petite taille (300 hl AP/jour) réparties sur l'ensemble du territoire, produisant de l'éthanol déshydraté utilisable dans le dépÃŽt d'hydrocarbure le plus proche Le projet a pour but : l'utilisation de membranes de perméation (membranes SifteckTM) afin de déshydrater l'éthanol ; l'autoconsommation de l'énergie produite par les sous-produits de la distillerie (par gazéification, méthanisation, combustion...) visant ainsi une autonomie énergétique ; l'utilisation de distilleries vitivinicoles existantes, qui possÚdent à la fois les outils de récolte et le savoir-faire éthanolier Enfin, afin de comparer cette nouvelle filiÚre aux traditionnelles, une analyse des émissions de CO2 et du coût, du silo jusqu'à l'entrée dans la raffinerie, devait être réalisée Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : UNGDA (92) [PME] HONORE SAS (88) [PME] Distillerie SFD (07) [PME] UMR GMPA, INRA/ AgroParisTech (78) [laboratoire public] Coût total : 176 k Aide ADEME : 81 k OBJECTIFS Ce projet avait pour objet l'étude d'une distillerie de taille réduite (300 hl d'alcool pur/jour de bioéthanol) économe en énergie D'autre part, un procédé de déshydratation de bioéthanol par perméation de vapeur devait être RÉSULTATS ET VALORISATION Il a été montré que l'éthanol récupéré au bout de 30 minutes de traitement avec le module membranaire est conforme aux rÚglementations européennes pour ce qui est de la teneur en eau De plus, la modulation d'un des paramÚtres de fonctionnement permet la déshydratation de l'éthanol même pour des conditions où la teneur en eau est importante En revanche, il a été observé que la membrane perdait progressivement en efficacité Par ailleurs, la définition et un chiffrage précis d'une distillerie de 300 hl d'alcool pur/jour ont été réalisés, avec en conclusion un impact CO 2 divisé par 4 par rapport aux méthodes actuelles Enfin, l'étude technico-économique a confirmé que, si la distillerie fabrique également du bioéthanol, elle peut être économiquement viable et présenter un bilan environnemental proche de celui d'installations concentrées Un dépÃŽt de brevet a été réalisé par le partenaire Honoré SAS Des posters (XIIIe journées Cathala Letort de la SFGP ; congrÚs « International Congress on Membranes and Membrane Processes »), des articles (Récents ProgrÚs en Génie des Procédés) et des communications orales (congrÚs Mempro IV ; congrÚs de la Société Française de Génie des Procédés) ont été réalisés Bioraffinerie / biocarburants PAGE 47 2 PREPILPAT Étude de la faisabilité d'un pilote d'hydrolyse de pâtes à papier industrielles en sucres fermentescibles et de leur fermentation alcoolique Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : Tembec, Saint-Gaudens (31) [GE] EDF (78) [GE] INSA Toulouse/GBA (31) [laboratoire public] Université Bordeaux 1/US2B (33) [laboratoire public] Maguin (77) [GE] Coût total : 708 k Aide ADEME : 257 k CONTEXTE ET ENJEUX Dans un contexte de concurrence mondiale accrue, l'industrie papetiÚre française connait depuis plusieurs années des difficultés pour rester compétitive En conséquence, elle met en place une stratégie forte de diversification des voies de valorisation de ses pâtes à papier, afin d'assurer la pérennité future de son activité Par ailleurs, l'utilisation de ressources forestiÚres lignocellulosiques comme base d'accÚs aux sucres fermentescibles tend à s'imposer comme une solution d'avenir pour la production non seulement d'éthanol, mais également de divers produits chimiques pouvant dériver des sucres qu'elle contient OBJECTIFS L'objectif de ce projet était d'étudier la faisabilité et le dimensionnement d'un pilote pré industriel d'hydrolyse de pâtes à papier cellulosiques en sucres fermentescibles et de fermentation de ces sucres pour la production d'éthanol Sur la base de travaux réalisés précédemment par les partenaires, le projet s'est articulé autour des objectifs suivants : poursuite de l'optimisation du procédé (rendement de conversion des hexoses en éthanol, prix du bois) ; détermination du meilleur procédé (hydrolyse et fermentation séparées ou simultanées) ; modélisation des performances du procédé microbien et étude de la formation de glycérol En fin de projet, l'objectif était de construire un pilote pré-industriel afin de tester les performances du procédé en conditions pré-industrielles, puis, le cas échéant, d'intégrer le procédé dans l'usine de pâte à papier du partenaire TEMBEC RÉSULTATS Les objectifs initiaux de ce projet ont été atteints : l'établissement des bilans de consommation d'eau montre que de l'unité de production future consommerait environ 50 % moins d'eau que la papeterie actuelle ; l'intégration énergétique du procédé montre que la valorisation de l'hémicellulose de la pâte à papier augmente significativement le rendement en éthanol (+ 26 %) Cependant, bien que les performances obtenues justifient la construction du pilote pré industriel, cette perspective d'investissement a été abandonnée du fait d'une restructuration importante de la société TEMBEC, dont l'usine de Saint Gaudens a été racheté par un groupe papetier hollandais « Paper Excellence BV » Principales étapes du procédé de production d'éthanol cellulosique à partir de pâte à papier O2 BOIS Liqueur blanche Cuisson Lavage LNF Concentration LNC ChaudiÚre Concentration VC Cycle vapeur Vapeurs MP, BP Électricité Vinasses (glycérol, levures...) Purification de l'éthanol ETHANOL Trait. O2 PAP 25 % MS Hémicellulases ? Hydrolyse hemicell. ? Cellulases Hydrolyse cellulose Levures C6 Levures C5 ? Fermentation C6 (et C5 ?) CaCO3 Four Traitement à chaux à la chaux CaO Liqueur verte Unités existantes Section prod. EtOH LNF : liqueur noire faible LNC : liqueur noire concentrée PAP : pâte à papier VC : vinasses concentrées PAGE 48 Bioraffinerie / biocarburants ACTRAFERM Production d'activateurs (compléments nutritionnels et enzymes) pour les fermentations alcooliques par procédé de fermentation en milieu solide est une marque de SATT GRAND EST 3 CONTEXTE ET ENJEUX La production annuelle française d'éthanol était de 19 millions hectolitres en alcool pur en 2011, avec une tendance à la hausse Lors de la fermentation alcoolique, les besoins nutritionnels des levures sont importants, et doivent être couverts par des apports nutritionnels complémentaires La production de ces apports avec des produits biosourcés rendrait cette filiÚre plus durable. De plus, une technique encore peu utilisée, la fermentation en phase solide, permettrait l'utilisation de nouveaux organismes créateurs de compléments nutritionnels pour les levures Ces nutriments pourraient aussi être utilisés dans d'autres filiÚres agroalimentaires, par exemple pour la fermentation du vin et de la biÚre OBJECTIFS Le projet ACTRAFERM avait pour but d'utiliser des rafles de raisin (la charpente d'une grappe) et d'autres sous-produits vinicoles (pulpe de raisin...) comme substrat pour produire des activateurs, des nutriments et des complexes enzymatiques pour la fermentation alcoolique, via une fermentation en milieu solide Les rafles de raisin étaient jusqu'alors utilisées dans les composts car difficilement combustibles, non méthanisables (présence de polyphénols),et trop riches en lignine pour pouvoir être utilisés dans l'alimentation animale En exploitant les rafles comme bio-activateurs dans les procédés de production alcoolique, il était recherché : une augmentation de la production d'éthanol ; une évolution de la fermentation alcoolique pour la rendre plus rentable et meilleure pour notre environnement Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : UNGDA (92) [groupement d'industriels] Wellience (21) [PME] FERM'N ZYM (77) [PME] Université de Reims ­ Fare (51) [laboratoire public] Coût total : 660 k Aide ADEME : 317 k Intérieur d'un fermenteur en milieu solide (pilote) Photo : Wellience RÉSULTATS ET VALORISATION Les bioactivateurs testés sur fermentation alcoolique ont montré en laboratoire une amélioration du rendement de 0,1 à 0,3 % (sur substrat blé) et une amélioration de la productivité de 5 % Le projet a permis de définir les conditions opératoires d'une installation pilote pour la production d'agents bioactivateurs ou bioprotecteur Des contacts avec une distillerie utilisatrice sont en cours ainsi que pour la réalisation d'essais dans la filiÚre vin pour certaines typologies Des discussions avec une société pouvant produire ces bionutriments sont également en cours Le marché final visé est celui des fermentations de vins de raisins, avec un potentiel annuel à court terme de 600 t/an (vins biologiques), qui bénéficierait d'un gain de rendement de 1 % et d'une amélioration de la productivité de 5 % Le gain escomptable en ce qui concerne les émissions de CO2 est de 1,2 kg/hl, soit 2,2 % de réduction dans le cas de la production de bioéthanol Sur le plan académique, 7 communications lors de journées techniques (en 2014 et 2015)ont été réalisées Bioraffinerie / biocarburants PAGE 49 4 CARBIOVAL Production de biodiesel à partir d'effluents industriels pour alimenter une flotte captive Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Fertival (22) [GE] S3d (44) [PME] Coût total : 1 152 k Aide ADEME : 326 k CONTEXTE ET ENJEUX Cooperl Arc Atlantique, groupe coopératif majeur de la production porcine, développe depuis 25 ans une démarche intensive afin de réduire l'impact carbone de ses sites agricoles et industriels Son objectif : faire fonctionner ses usines agro-alimentaires avec une source d'énergie 100 % renouvelable, 100 % autonome et compétitive Dans cette optique, l'atelier de traitement de déchets graisseux de Cooperl Arc Atlantique (Fertival) transforme 125 000 tonnes/an de déchets graisseux en une source d'énergie renouvelable : la graisse Combioval® Ce produit est actuellement valorisé via un oxydeur thermique, en substitution du gaz naturel, pour le traitement thermique des airs de salle et de process Une récupération thermique est aussi installée sur cette ligne pour la production de vapeur Afin de poursuivre la démarche engagée, et face au contexte économique, Cooperl Arc Atlantique a décidé, dÚs 2011, d'étudier les perspectives d'évolution de la graisse Combioval® Une étude préliminaire a fait apparaitre une voie de valorisation pertinente: la conversion de la graisse Combioval® en carburant moteur via la synthÚse d'Ester Méthylique Une voie particuliÚrement intéressante pour un groupe trÚs dépendant du transport routier (transport d'animaux vivants, transport de sous-produits animaux, transport d'aliment en ferme...) De plus, un produit intermédiaire de cette voie de synthÚse, les Acides Gras Libres, pourront être également utilisés en substitution du fioul lourd ou du propane sur des chaudiÚres fixes existantes du groupe Cooperl Par ailleurs, les entreprises S3d (valorisation de déchets) et Fertival (engrais) ont mis au point un procédé de raffinage adapté et unique en son genre dans le but de produire un biodiesel suivant les spécifications européennes EN 14214 à partir de cette graisse Combioval® Un pilote à l'échelle du laboratoire a permis de synthétiser suffisamment de biodiesel pour le caractériser OBJECTIFS L'ambition à court terme de Fertival consiste à réaliser une installation pilote du schéma complet de raffinage pour produire environ 50 l/jour de biodiesel afin de valider l'ensemble des résultats du programme de R&D précédent, puis d'optimiser le procédé avant sa future industrialisation (dans les 2 ans) Les objectifs clés de ce pilote sont donc de valider les rendements de conversion, les consommations énergétiques, la qualité des produits finis, etc De plus, même si le biodiesel peut être mélangé avec du gasoil jusqu'à des proportions de l'ordre de 30 % (B30), la nature des matiÚres premiÚres (déchets graisseux) transformées en biodiesel impose des vérifications quant aux performances moteurs des camions, des garanties moteurs, de la tenue du biodiesel à basse température (norme EN14214 et norme EN590) et de l'agrément de conduite dans des proportions allant jusqu'à 40 % (B40) PAGE 50 Bioraffinerie / biocarburants SOLALE SOlvant Less ALgal Extraction : concept innovant de bioraffinerie adapté à la culture extensive de microalgues 5 CONTEXTE ET ENJEUX L'exploitation « bioraffinerie » des microalgues se heurte à des problématiques liées aux procédés avals (dewatering/séchage/extraction selon l'art actuel), dont le coût s'avÚre disqualifiant pour des applications comme la conversion en protéines végétales, biocarburants, commodités ou spécialités chimiques. Les sociétés PHYCOENERGY, spécialisée dans la production et valorisation de microalgues à grande échelle, et CAMILLE, experte dans l'étude et l'application de puissances électriques pulsées ont, à l'issue d'une premiÚre collaboration, identifié des voies de traitement aval s'appuyant sur un brevet déposé par la société CAMILLE et l'utilisation de supports d'extraction (en particulier le CO2 à pression atmosphérique) Ces premiers résultats obtenus ouvrent des perspectives particuliÚrement intéressantes pour la filiÚre « bioraffinerie » microalgale OBJECTIFS L'objet du programme SOLALE est de mettre au point un procédé utilisant les modes de traitement identifiés précédemment Plus précisément, il s'agit de mettre au point d'un procédé de traitement aval en production de microalgues permettant : un traitement « direct » des algues dans leur milieu de culture (soit une densité de biomasse de l'ordre de 1 kg/m3) ; l'extraction de la fraction apolaire de la biomasse et la concentration et fragilisation des cellules comme premiÚre étape de bioraffinerie et/ou alimentation animale ; le recyclage du milieu de culture ; un objectif de coût énergétique de l'ordre de 1 kWh/kg (équivalent sec) de biomasse traitée Il sera en outre recherché : une capacité de modulation de la plage de polarité des molécules extraites par modification des paramÚtres de traitement ; une amélioration de l'efficacité énergétique globale du procédé de production et récolte, via la recherche de points de cogénération/covalorisation, et en particulier la dissolution de CO2 dans le milieu de culture Les résultats devront permettre de passer en phase de réalisation de prototype, et démontrer l'efficacité technique, économique et environnementale des différentes étapes du procédé par une évaluation fine à une échelle représentative Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Phycoenergy (95) [PME] CAMILLE (95) [PME] Coût total : 325 k Aide ADEME : 195 k Biomasse n PHOTOBORÉACTEURS GRANDS VOLUMES Biomasse 2 Biomasse 1 Biomasse ~1 kg/m3 CO2 Milieu enrichi en CO2 et complémenté en nutriments de cultures Biomasse ~40 kg/m3 Anti-oxydants Gélifiants -surfactants Di-isocianates/Sython PU Ingrédients fonct. - Protéines Lipides AGPI - Biocarburants Bioraffinerie / biocarburants PAGE 51 6 ALGOSTEP Développer une nouvelle filiÚre de production de microalgues à partir d'eaux usées Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : GLS (78) [PME] Université de Nantes ­ GEPEA ­ AlgoSolis (44) [laboratoire public] Alganact (14) [PME] Coût total : 660 k Aide ADEME : 337 k CONTEXTE ET ENJEUX En France, la culture de microalgues est pour l'instant surtout réalisée à petite échelle sur des sites dédiés à cette production Les coûts de production et les consommations d'eau et de nutriments restent des verrous pour le développement de cette industrie En parallÚle, malgré les améliorations apportées aux stations d'épuration pour les rendre plus vertueuses, elles restent des charges financiÚres et polluantes et pour les collectivités et les industriels Or il est possible de développer des synergies en associant de façon positive le traitement des eaux usées, la culture de masse des microalgues, et la valorisation optimisée de la biomasse produite. Ce principe d'économie circulaire permettrait de repenser complÚtement la filiÚre de traitement des eaux usées, en produisant notamment une valeur ajoutée financiÚre et environnementale Cependant, des verrous scientifiques, technologiques et réglementaires restent à débloquer OBJECTIFS Le projet vise à développer une nouvelle filiÚre de production de microalgues à partir d'eaux usées urbaines ou industrielles, en développant une vision intégrée ayant pour objectifs la valorisation de la biomasse, l'élimination intensive de polluants aux niveaux réglementaires et l'obtention d'une rentabilité globale du systÚme DÉROULEMENT Le programme de travail s'articulera autour des tâches suivantes : mise au point d'un ou plusieurs procédés (brevetés le cas échéant) de culture de microalgues sur eau usée, associés à l'épuration de l'eau aux niveaux réglementaires : évaluation de différentes technologies de culture, optimisation des conditions de culture à l'échelle laboratoire et préindustrielle ; étude de la valorisation de la biomasse microalgale produite, par mise au point de procédés d'extraction et de bioraffinage des microalgues de maniÚre à en extraire le meilleur potentiel marché et à rendre le systÚme économiquement viable (dans le respect du cadre réglementaire) ; études d'ingénierie pour l'industrialisation (conformité normative, réponse aux exigences des maîtres d'ouvrage) ; modélisation technico-économique systématique des résultats obtenus pour envisager le déploiement de la nouvelle filiÚre développée ; analyse de cycle de vie de la nouvelle solution L'industrialisation fera l'objet d'un autre projet le cas échéant AlgoSolis PAGE 52 Bioraffinerie / biocarburants VASCO2 Valorisation biologique des fumées industrielles pour une chimie verte 7 Appel à projets : BIP 2014 CONTEXTE ET ENJEUX Le dioxyde de carbone (CO 2) produit par les activités anthropiques représente à lui seul 68 % des émissions totales de gaz à effet de serre (Maeda et al, 1995) et participe aux changements climatiques de la planÚte (Sakai et al, 1995 ; Stewart et al 2005) Les Nations Unies ont fixé en 1997 lors du protocole de Kyoto, un objectif une réduction des émissions de CO 2 de 5,2 % sur 15 ans (basé sur les émissions de 1990) Pour atteindre cet objectif, la France avait prévu de mettre en place une « Taxe carbone » en janvier 2010, à l'instar de plusieurs nations comme la Finlande, le Danemark, la NorvÚge, l'Australie ou la Suisse C'est dans ce contexte (faire payer le CO2 17 /tonne) que la premiÚre phase de VASCO fut réalisée mais la mise en oeuvre de cette « taxe carbone française » a été abandonnée au cours de l'année 2010 La réduction de son empreinte carbone d'environ 15 % entre 1990 et 2011 a principalement été acquise grâce à des améliorations de rendement des procédés de combustion L'enjeu majeur est de contribuer à la réduction des émissions de CO 2 industriel dans l'atmosphÚre, par la biofixation de ce gaz ainsi que d'autres rejets gazeux à fort impact environnemental (NOx, SOx) par une culture algale et d'évaluer la valorisation économique de la biomasse produite DÉROULEMENT AprÚs une premiÚre année de recherche sur le site de l'Ifremer à Palavas en 2015, « Vasco2 » entre dans une phase d'expérimentation préindustrielle en milieu réel, au coeur de la ZIP de Fos qui se déroulera jusqu'à fin 2018 Pour conduire ces tests, un bassin de culture de 160 m² a été installé dÚs le mois de septembre 2016 sur le site de Kem One, puis deux autres de 10 m² seront implantés sur les sites d'Arcelormittal et de Solamat-Merex au printemps 2017 Des microalgues y seront cultivées, récoltées, concentrées puis transformées en biobrut Le biobrut sera alors raffiné jusqu'à l'obtention d'un biocarburant Jusqu'à fin 2018, plusieurs paramÚtres seront étudiés : la dissolution des fumées dans l'eau des bassins, la composition de la biomasse récoltée, la transformation par liquéfaction hydrothermale des microalgues en biobrut ainsi que le raffinage qui sera comparé avec celui utilisé pour des pétroles conventionnels Une évaluation économique, sociale et environnementale de l'ensemble du programme Vasco2, ainsi que l'analyse du cycle de vie, seront également réalisées dans la perspective de la structuration d'une véritable filiÚre d'écologie industrielle À l'issue de cette phase préindustrielle, Vasco2 pourra alors envisager la mise en oeuvre d'un démonstrateur de taille industrielle, derniÚre étape avant une production à grande échelle de substituts au pétrole et de biocarburants de 3e génération dont un des bénéfices sera, au-delà de la contribution à la transition énergétique, de réduire les rejets atmosphériques de CO 2 et de NOx de la zone industrialo-portuaire de Fos Partenaires : Grand port maritime de Marseille (13) [établissement public] COLDEP (34) [PME] Helio Pur Technologies (84) [PME] Ifremer (34) [EPIC] CEA (38) [EPIC] KEM ONE (13) [PME] ArcelorMittal (13) [GE] Solamat Merex (13) [GE] TOTAL (13) [GE] LyondellBasell (LYB) (13) [GE] INOVERTIS (26) [PME] Conseil de territoire Istres Ouest Provence (13) [EPCI] Coût total : 2 M Aide ADEME : 1,1 M OBJECTIFS Le programme de recherche appliquée « Vasco2 » vise à valider des procédés de production de microalgues et de biocarburants par une valorisation des fumées industrielles L'ambition de l'ensemble des partenaires est de contribuer ainsi à la transition énergétique par l'innovation en testant une solution inédite de production de biomasse basée sur le recyclage biologique du CO2 industriel Bioraffinerie / biocarburants PAGE 53 8 CIMENTALGUE Valorisation d'effluents industriels (dont le CO2) et de chaleur fatale via la production industrielle de microalgues photosynthétiques Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Université de Nantes ­ GEPEA, AlgoSolis (44) [laboratoire public] Université de Nantes ­ GeM ­ IEG (44) [laboratoire public] AlgoSource technologies (44) [PME] Coût total : 1,6 M Aide ADEME : 449 k CONTEXTE ET ENJEUX Certaines industries manufacturiÚres, comme les cimenteries (5 % des émissions mondiales de CO 2, 700 kg de CO 2 émis par tonne de ciment), ont identifiées la valorisation biologique du CO 2 par la culture de microalgues comme l'une des pistes prometteuses pour la réduction et le recyclage des émissions de CO2 En effet, les microalgues et le plancton végétal, par leurs taux de croissance trÚs élevés et leur mode de culture transposable à des environnements trÚs différents se révÚlent être les végétaux les plus à même d'effectuer cette valorisation du CO 2 qu'ils utilisent pour se développer et ce faisant, produire de la biomasse végétale exploitable dans des secteurs variés lité technique de la culture de microalgues avec l'effluent industriel La prochaine phase qui constitue l'objet du projet CIMENTALGUE est la conception et la construction d'une unité pilote de démonstration de 500 m² sous serre, premiÚre approche d'une production industrielle de microalgues Les technologies de culture (photobioréacteurs) seront tout d'abord développées et optimisées sur la plateforme de R&D « AlgoSolis » de l'Université de Nantes et du CNRS Cela permettra de définir une unité optimisée qui sera ensuite intégrée au site industriel pour obtenir des données représentatives pour l'ensemble de la chaine de valeur depuis le captage et le traitement de l'effluent industriel jusqu'à la valorisation de la biomasse produite pour différents secteurs économiques Une analyse de cycle de vie des produits obtenus sera réalisée à partir des données recueillies sur site et permettra de comparer la production standard de microalgues à la production à partir d'effluents industriels Cette ACV sera complétée par une analyse économique afin d'établir des modÚles d'exploitation viable, en particulier, par couplage à une démarche de bioraffinage issue des réalisations industrielles actuelles et celles d'autres programmes de recherche (ex : projet BIP 2013 ALGORAFF) Cette approche originale d'écologie industrielle permettra de considérer le CO2 d'origine industrielle ainsi que la chaleur fatale récupérée sur site comme de nouvelles ressources et non plus comme des déchets jusqu'à maintenant non valorisés OBJECTIFS Le projet CIMENTALGUE a pour but de démontrer la viabilité économique, la durabilité et la robustesse, à l'échelle du pilote industriel, d'un procédé de co-valorisation biologique de CO2 issu de sources industrielles et de chaleur fatale récupérée sur le site, par la production optimisée en lumiÚre naturelle de microalgues photosynthétiques Ce projet s'appuie sur les résultats de travaux antérieurs qui ont été menés dÚs 2008 par AlgoSource Technolo© AlgoSource gies en partenariat avec un groupe cimentier (exploitation d'une petite unité située au sein de la cimenterie à Gargenville, Yvelines, et alimentée par la fumée produite Production de microalgues par l'usine) Cette étape a permis de démontrer la faisabi- RÉSULTATS ET VALORISATION La premiÚre phase du projet, démarré en février 2016, a consisté à choisir les souches, concevoir les procédés de culture de microalgues adaptés aux contraintes de l'intégration industrielle visée, puis définir les protocoles opératoires pour une production optimisée de microalgues sur CO2 d'origine industrielle Ceci a été réalisé sur la plateforme R&D « AlgoSolis » (laboratoire GEPEA, Université de Nantes/CNRS) en partenariat avec l'entreprise AlgoSource Technologies Il a été développé, en autres, un systÚme double de stockage de carbone et de régulation pH des systÚmes de culture En parallÚle, dans une démarche d'ACV, une premiÚre analyse des flux de la future unité pilote de démonstration a été réalisée par le laboratoire GeM et ce, pour chaque étape de production de la biomasse microalgale L'analyse des flux a permis ensuite de définir l'ensemble des capteurs (et leur positionnement) à installer au sein de l'unité pilote de démonstration afin de pouvoir réaliser les bilans nécessaires à l'établissement de l'ACV Un brevet est en cours de dépÃŽt sur l'optimisation de la biofixation de CO2 industriel par microalgues (Université de Nantes ­ GEPEA/ALGOSOLIS) Plusieurs communications à différents colloques et séminaires ont été réalisées (notamment : SINAL 2016, Biotech Bleues 2016, Climate Chance 2016, Algal Biomass Summit 2015, European Meeting on Chemical Industry and Environment 2015) PAGE 54 Bioraffinerie / biocarburants CESBIC Enzymes essentielles pour l'obention de biocarburants à partir de cellulose (Critical Enzymes for Sustainable Biofuels from Cellulose) 9 CONTEXTE ET ENJEUX Le bioéthanol peut impacter les biocarburants du futur en raison d'avantages connus en terme d'empreinte carbone, d'efficacité énergétique, d'utilisation de déchets peu valorisés Cependant ces avantages resteront inexploités tant qu'une solution efficace de déstructuration de la cellulose ne sera pas disponible En 2011, les travaux des partenaires ont montré que certaines enzymes fongiques jusqu'alors décrites comme étant des cellulases de la famille GH61 sont en fait des oxydases à cuivre originales, qui facilitent la fragmentation de la cellulose en ses constituants Ces enzymes focalisent l'attention des chercheurs du monde entier en raison d'une activité exceptionnelle qui pourrait permettre de rendre le bioéthanol plus compétitif économiquement d'utiliser les données du séquençage génomique moderne afin de cataloguer l'ensemble des enzymes de type GH61, dans le plus grand nombre possible de génomes de champignons afin de déterminer et comprendre les raisons de la diversité de ces enzymes ; d'entreprendre une caractérisation structurale, enzymologique et mécanistique d'un nombre important de membres représentatifs de cette diversité enzymatique ; de réaliser des essais pilotes de production de ces enzymes et d'examiner leur performance en conditions industrielles Appel à projets : ERA NET IB 2012 Partenaires : Université de York (Royaume-Uni) [laboratoire public] Université d'AixMarseille ­ CNRS (13) [laboratoire public] Université de Cambridge (Royaume-Uni) [laboratoire public] Université de Copenhague (Danemark) [laboratoire public] Novozymes (Danemark) [GE] Coût total : 2,3 M Coût total partenaire français : 365 k Aide ADEME : 227 k OBJECTIFS Le projet vise la compréhension en profondeur des oxydases à cuivre (GH61) ciblant la cellulose et produites par les champignons afin de maximaliser leur utilisation commerciale dans le domaine de la déconstruction de la biomasse lignocellulosique pour l'élaboration de bioéthanol Les objectifs sont : RÉSULTATS Les oxydases à cuivre de la famille GH61 (à présent renommée Lytic Polysaccharide MonoOxygenases [LMPOs] de la famille AA9) ont été recherchées et listées dans plus de 800 génomes fongiques Plus de 9 000 séquences de LPMOs de cette famille ont ainsi été identifiées Cette trÚs grande famille a également été subdivisée en sous-ensembles isolant des particularités de séquence (CBMs, modules auxiliaires, résidus invariants, etc) sans recourir à l'alignement global Des enzymes appartenant à ces groupes font l'objet de caractérisation fonctionnelle Des activités ont été trouvées sur des oligosaccharides de cellulose, sur le xyloglucane, sur le xylane, etc, montrant que les LPMOs de la famille AA9 ne se cantonnent pas à la cellulose Ces travaux ont récemment culminé par la résolution de la structure tridimensionnelle d'une LPMO en complexe avec un oligosaccharide, permettant de décrire pour la premiÚre fois les détails de la catalyse par ces enzymes Il a été également recherché si l'analyse de séquence permettait d'identifier d'autres LPMOs (apparentées GH61) en exploitant la présence de modules accessoires et la présence obligatoire d'une histidine en résidu N-terminal 3 familles de LPMOs putatives ont ainsi été identifiées Une de ces familles a été caractérisée et son activité sur l'amidon a été démontrée Les autres familles sont à divers stades de caractérisation L'activité expérimentalement caractérisée de 42 LPMOs est présentée sur le site CAZy Les résultats obtenus au cours du projet ont également fait l'objet de 2 publications (Nature Communications (2015), Nature Chemical Biology (2016)) Bioraffinerie / biocarburants PAGE 55 10 CELLULECT Plate-forme de biologie synthétique pour l'optimisation du traitement enzymatique de la biomasse Appel à projets : ERA-IB 2012 Partenaires : Université d'Edinburgh (Royaume-Uni) [laboratoire public] Université de Marbourg-Philipps (Allemagne) [laboratoire public] Faculté de médecine Paris Descartes [laboratoire public] Ingenza (Royaume-Uni) [PME] Coût total : 1 757 k Coût total partenaire français : 250 k Aide ADEME : 232 k CONTEXTE ET ENJEUX Le raffinage de la biomasse peut être réalisé via sa dégradation par des enzymes (par exemple pour hydrolyser les sucres qui peuvent ensuite être fermentés pour la production de biocarburants) Or, selon la nature de la biomasse, il est parfois difficile de trouver des enzymes efficaces (exemple : sur la biomasse lignocellulosique) Par ailleurs les connaissances sur le couple optimal biomasse/enzyme pour une application particuliÚre sont encore peu connues, d'autant plus que le nombre de combinaisons possibles est virtuellement infini Pour explorer ces combinaisons, une modélisation informatique de pointe associée à un assemblage génique (via des microbes génétiquement modifiés), devrait permettre d'identifier les combinaisons de gÚnes et les activités enzymatiques concertées qui donnent une dégradation optimale de biomasses diverses OBJECTIFS Ce projet se propose donc de : identifier les génomes des micro-organismes dégradant efficacement la biomasse et synthétiser ces gÚnes dans un format modulaire standardisé ; réaliser des combinaisons géniques (technologie Ingenza) à grande échelle et estimer leur potentiel de dégradation ; adapter les souches de production industrielle actuelles d'Ingenza avec l'incorporation de combinaisons sélectionnées, et d'identifier celles qui confÚrent des performances améliorées ; caractériser et vérifier en conditions industrielles les performances des enzymes dégradant la biomasse ; effectuer la modélisation quantitative des souches dans l'ensemble des performances de dégradation pour évaluer leur comportement et donner des indices pour les améliorer de maniÚre itérative Il s'agit ainsi de créer de la valeur pour de nombreux utilisateurs finaux en améliorant le rendement de conversion de la biomasse en matiÚre premiÚre utilisable, avec des applications industrielles immédiates D'autre part, l'analyse des résultats permet le développement d'heuristiques facilitant la conception plus rationnelle de systÚmes de traitement de la biomasse à l'avenir Enfin, le projet a également pour ambition de démontrer la valeur d'une approche génétique combinatoire innovante PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATION Focus sur l'assemblage combinatoire Il a été démontré que les constructions génétiques sont fonctionnelles, évolutives, indépendantes du contexte, et permettent un contrÃŽle plus précis sur une plus large plage de valeurs que par les méthodes classiques Au-delà des objectifs, un deuxiÚme systÚme de contrÃŽle de l'expression génique a été développé Les travaux restant à effectuer consistent à intégrer ces circuits génétiques avec les flux de travail des partenaires (Edinbourg) Le principal défi à relever consiste à obtenir des protocoles d'assemblage d'ADN à haut débit, afin de porter des centaines d'enzymes dans un format d'expression standard Le partenaire industriel Ingenza exploitera cette technologie de plate-forme à haut débit via la vente de cocktails enzymatiques, la vente de licences sur des souches d'ingénierie exclusives, et le développement à façon de souches optimisées et personnalisées PAGE 56 Bioraffinerie / biocarburants FIBERFUEL Cellulosomes artificiels pour améliorer la saccharification de biomasse ligno-cellulosiques à l'échelle industrielle 11 CONTEXTE ET ENJEUX La plus abondante source de carbone et la plus riche en stockage d'énergie de la biosphÚre est peu connue du grand public : les polysaccharides des parois de plantes Leur exploitation permettrait la production de molécules à valeur ajoutée pour des besoins industriels ( biocarburants, produits biosourcés) en partant de matiÚres premiÚres à faibles coûts (ie parties de plantes non alimentaires et résidus de transformations industrielles), et renouvelables Malheureusement, ces substrats cellulosiques sont extrêmement récalcitrants à la transformation enzymatique pourtant nécessaire à leur exploitation énergétique, la principale barriÚre étant leur saccharification A ce jour, toutes les stratégies envisagées n'ont eu qu'une efficacité réduite Cependant, l'évolution du domaine des micro-organismes fournit des complexes multi-enzymatiques d'une efficacité redoutable pour la dégradation des substrats cellulosiques : les cellulosomes Ces systÚmes auto-assemblés et sophistiqués sont capables de dégrader les polysaccharides des parois de plantes Mais les interactions au sein du cellulosome demeurent difficilement mesurable par des techniques conventionnelles : notre compréhension de l'efficacité d'un tel systÚme est encore trop incomplÚte pour en envisager une exploitation industrielle Résumé technique - plan de travail OBJECTIFS Ce projet a pour objectif d'améliorer la compréhension de l'efficacité et de la synergie du systÚme multi-enzymatiques complexe dans le but de produire des cellulosomes à façon (« Designer Cellulosomes » (DC), auto-assemblés et artificiels) avec une activité ajustée aux substrats industriels déjà utilisés Appel à projets : ERAnet IB 2012 Partenaires : Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) (Espagne) [institut de recherche national] Weizmann Institute of Science (Israël) [institut de recherche national] CNRS ­ Station Biologique de Roscoff (29) [institut de recherche national] Institute of Physics, Polish Academy of Sciences (Pologne) [institut de recherche national] Abengoa Bioenergía Nuevas Tecnologías (Espagne) [industriel] Designer Energy (Israël) [PME] Tyndall National Institute, University College Cork (Royaume-Uni) [institut de recherche national] Ludwig-MaximiliansUniversity (Allemagne) [institut de recherche national] Coût total : 990 k Coût total partenaire français : 250 k Aide ADEME : 151 k PREMIERS RÉSULTATS Les premiÚres analyses ont permis d'améliorer considérablement la connaissance des cellulosomes Le travail concerté des partenaires internationaux a permis la construction et l'optimisation de quelques nano-assemblages, ensuite soumis à des tests d'activités Les « designer cellulosomes » les plus efficaces sur substrat modÚle ont pu être identifiés Les premiers essais sur des substrats récalcitrants à l'échelle pré-industrielle sont actuellement en cours. Enfin, plusieurs dizaines de publications scientifiques ont été réalisées (Biotechnology for Biofuels, PLOS One, Complexes Nano Letters, The Journal of Physical Chemistry, Journal of Structural Biology...) Corn stover Lignocellulose saccharification cellulosome Biofuel Wheat straw Bioraffinerie / biocarburants PAGE 57 12 BIOTFUEL Une chaîne de production de biocarburants par voie thermochimique Appel à projets : Fonds démonstrateur de recherche Biocarburants 2G (2008) Durée : 10 ans Partenaires : Bionext (60, 69) [PME] Avril (75, 60) [GE] CEA (38) [EPIC] IFPEN (92, 69) [EPIC] TOTAL (75, 59) [GE] Axens (75) [GE] Thyssenkrupp Industrial Solutions (ex UHDE GmbH) (Allemagne) [GE] Coût total : 178,05 M Aide ADEME : 30,06 M CONTEXTE ET ENJEUX À l'horizon 2020, sur la base d'études prospectives, l'offre mondiale de pétrole brut sera structurellement limitée en capacité à environ 95 Mbbl/j, alors que la demande sera contrainte aux environs de 100 Mbbl/j Cette situation entraînera de fortes tensions sur les cours du brut L'Europe, et en particulier la France, souhaitent accroître leur indépendance énergétique tandis que leurs capacités de production de gazole présentent un déficit croissant Pour pallier ce déficit, les biocarburants constitueront une offre complémentaire nécessaire Dans ce contexte, l'Europe et la France en particulier souhaitent favoriser l'émergence des biocarburants de seconde génération en complément de l'offre de biocarburants de premiÚre génération OBJECTIFS 1. Développer puis assembler à horizon 2019 l'ensemble des maillons d'une chaîne B-XtL (conversion de biomasse et ressources fossiles en biocarburants liquides) techniquement et économiquement performante à une future échelle industrielle capable de traiter un large éventail de charges lignocellulosiques et fossiles, afin de proposer à la vente la licence de la chaîne de procédés pour la production de biogazole et biokérosÚne ; 2. établir les bilans technico-économiques de la chaîne de production industrielle et mener les études environnementales et les évaluations multicritÚres pour évaluer sa rentabilité et sa durabilité ; 3. intégrer de façon itérative et permanente les innovations apportant un gain de performance à la chaîne de procédés de référence PAGE 58 Bioraffinerie / biocarburants GAYA Industrialiser une nouvelle filiÚre de biométhane 13 CONTEXTE ET ENJEUX Avec le paquet Climat Énergie en 2008, l'Europe a affiché des objectifs européens ambitieux de développement de nouvelles énergies renouvelables et faiblement émettrices de GES pour l'horizon 2020 La directive de Promotion des énergies renouvelables a décliné ces objectifs par grands usages, notamment sur le volet transport, avec l'objectif de 10 % d'énergies renouvelables, mais également ajouté les exigences de durabilité des biocarburants Le projet Gaya s'inscrit dans la feuille de route européenne et contribuera à ces différents objectifs La filiÚre de production de biométhane par gazéification/méthanation de la biomasse repose sur le développement de technologies dont la faisabilité a été étudiée à l'échelle du laboratoire Des projets de R&D à l'échelle préindustrielle existaient en Europe sur différents maillons de la chaîne de procédés Mais faute de financement, au moment du dépÃŽt du dossier, aucun projet de démonstration intégré sur l'ensemble de la filiÚre, depuis l'approvisionnement en biomasse jusqu'à la valorisation du biométhane, n'avait encore vu le jour AVANCEMENT Le projet a démarré en juin 2010 pour un programme de R&D d'une durée de 9 neuf ans La phase de démonstration préindustrielle est prévue à partir de 2017 pour une filiÚre opérationnelle à l'horizon 2020 Les travaux réalisés à ce jour ont concerné des phases d'études préalables d'accompagnement et de soutien au futur démonstrateur, de conception et choix des procédés et technologies pour le démonstrateur et préparatoires à son exploitation Les travaux de construction de la plate-forme démonstrateur basée à St-Fons (RhÃŽne) ont débuté fin 2014 pour une mise en service complÚte programmée dans le premier trimestre 2017 La phase d'exploitation de la plateforme se déroulera ensuite jusqu'à fin 2019 en parallÚle avec la fin des études, la validation de la chaîne de procédés grâce aux données acquises sur le démonstrateur Appel à projets : Fonds démonstrateur de recherche Biocarburants 2G (2008) Durée : 9 ans Partenaires : ENGIE (93, 69) [GE] CEA (38) [EPIC] Cirad (34) [EPIC] CTP (38) [CTI) FCBA (38) [CTI) École des Mines d'Albi ­ RAPSODEE ­ CNRS (81) [laboratoire public] UCFF (75) [PME] LGC INPT-UPS-CNRS (31) [laboratoire public] UCCS EC Lille-CNRS (59) [laboratoire public] LRGP CNRS (54) [laboratoire public] Repotec (Autriche) [PME] Coût total : 66,1 M Aide ADEME : 19 M OBJECTIFS Le projet GAYA a pour objectif de démontrer à l'échelle pré-industrielle la validité technique, économique, environnementale et sociétale, d'une filiÚre de production de biométhane par voie thermochimique (gazéification suivie de méthanation) Le biométhane serait commercialisable en tant que biocarburant ou combustible gazeux et transportable via le réseau de gaz naturel Le marché du bio-GNV bénéficierait des infrastructures du GNV, dont ENGIE s'est engagé à promouvoir le développement (voir la représentation schématique de la filiÚre en annexe 1) À l'issue du projet GAYA, le consortium vise à mettre en place : un portefeuille de technologies validées et rentables, impliquant la levée de verrous technico-économiques (procédés de gazéification, méthanation, etc) ; des outils d'industrialisation : (outils de simulation, d'extrapolation, de conception d'exploitation et d'aide à l'élaboration des plans d'approvisionnement) ; une filiÚre d'approvisionnement pérenne et rentable ; une filiÚre fiable et performante d'un point de vue socio-environnemental Bioraffinerie / biocarburants PAGE 59 projets (dont 5 PIA) 53 PRODUITS BIOSOURCÉS 43,6 M (dont 31 M pour PIA) 3 123 M de coût total (dont 91 M pour PIA) PAGE 60 Produits biosourcés PRODUITS BIOSOURCÉS Les produits biosourcés pour la chimie et les matériaux sont des produits industriels non alimentaires et non énergétiques, obtenus partiellement ou totalement à partir de matiÚres premiÚres renouvelables issues de la biomasse Dans un contexte où l'économie circulaire et donc l'éco-conception deviennent incontournables, l'ADEME, à travers différents appels à projets (BIP, 2008-2015 ; CORTEA ; Investissements d'Avenirs ; ERAnet IB, 2008-2016 ; ERAnet Woodwisdom), soutient ainsi le développement de produits biosourcés : qui laissent présager un impact environnemental et sanitaire réduit par rapport à l'existant. La réduction des impacts environnementaux devra être démontrée via la réalisation d'une Analyse de Cycle de Vie (ACV) au cours du projet : de la ressource en passant par l'optimisation des procédés, jusqu'à la valorisation en fin de vie ; montrant des caractéristiques techniques potentielles au moins équivalentes à celles de leurs concurrents ; présentant une compétitivité économique potentielle à terme Afin de limiter les concurrences d'usages de la biomasse et la pression sur les ressources, la diversification des matiÚres premiÚres employées pour la production de produits biosourcés est encouragée Ainsi, les ressources visées prioritairement sont dites de 2e et 3e générations (ressources lignocellulosiques, coproduits et déchets de l'industrie [agroalimentaire, chimique, papetiÚre, etc], algues, etc) Nombre de projets R&D produits biosourcés 2008­2015 par appels à projets Aide (M) produits biosourcés 2008­2015 par appels à projets 1,1 0,1 1 5 6 BIP Investissement d'Avenir 10,5 BIP Investissement d'Avenir 41 CORTEA ERAnets 31,9 CORTEA ERAnets Produits biosourcés PAGE 61 projets (dont 3 PIA) 27 MOLÉCULES BIOSOURCÉES 31,8 M d'aide Les molécules chimiques biosourcées se retrouvent sous la forme de tensioactifs, solvants, lubrifiants, adhésifs, polymÚres, etc et principalement destinées aux secteurs de la cosmétique, de la détergence, des colles, des peintures, de la plasturgie, ou encore de la lubrification en machinerie agricole et forestiÚre Leur production repose sur des procédés thermochimiques, chimiques (dont la catalyse), ou relevant des biotechnologies industrielles (comme la production par des bactéries par exemple) Deux voies de développement cohabitent : le « drop-in », qui consiste à remplacer une molécule fossile par une molécule chimiquement identique mais d'origine renouvelable (par exemple furfural, acide acrylique, acide butyrique biosourcés...) ; la synthÚse ab initio de molécules possédant une structure innovante Les ressources en biomasse utilisées sont trÚs variables On y trouve des micro-algues, de la biomasse lignocellulosique, des coproduits bioraffinés, des ressources résiduelles (coproduits de valorisation de céréales...), des effluents de papeterie, de la biomasse oléagineuse, etc... Les molécules biosourcés sont représentées dans plus de 27 projets R&D aidés par l'ADEME entre 2008 et 2015, pour un budget de 31,8 M (soit 31 % du budget dédié aux projets de R&D sur les produits biosourcés et bioénergies entre 2008 et 2015) Différents appel à projets ont permis de financer les projets de R&D sur les molécules biosourcés entre 2008 et 2015 : Investissements d'Avenir (25,8 M ; 2 projets), BIP (4,8 M ; 17 projets), ERAnet IB et ERAnet Woodwisdom (1,1 M ; 9 projets), et CORTEA (0,14 M ; 1 projet) CÃŽté marchés, d'aprÚs une étude ADEME-ALCIMED (2015) sur l'évolution des marchés des produits biosourcés à l'horizon 2030 : les peintures et les détergents biosourcés sont des segments à trÚs fort potentiel ; les lubrifiants et les solvants biosourcés pourraient connaître une croissance trÚs forte ; la surface agricole nécessaire en 2030 pour les produits biosourcés représenterait au maximum 2,6 % de la SAU de 2012 (dont 25,8 M pour PIA) 98,8 M de coût total (dont 78,5 M pour PIA) PAGE 62 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées NAPAPI Nouveaux polymÚres biosourcés pour Adhésifs aux Propriétés Innovantes 1 CONTEXTE ET ENJEUX La production mondiale de polyuréthanes représentait environ 18 Mt, avec un prix moyen de 3 /kg, soit un marché de 53 milliards d'euros (chiffres 2011) La production européenne pesait environ 20 % de la production mondiale avec une production de l'ordre de 4 Mt en 2011 (dont 250 kt avec un marché de 326 kt pour la France) Les polyuréthanes représentaient alors 8 % de la production mondiale de polymÚres synthétiques et sont utilisés dans un trÚs grand nombre de domaines tels que le bâtiment, l'emballage, l'habillement, l'automobile, le biomédical, les cosmétiques, etc La synthÚse des adhésifs polyuréthanes a le plus souvent recours à des polyéther-polyols et/ou des polyester-polyols Or la majorité des polyols d'origine naturelle (ou NOPs pour « Natural Oil Polyols ») présentent un coût à la fonction défavorable comparativement aux polyols d'origine fossile Dans ce contexte, qui vise à trouver des alternatives renouvelables fonctionnellement avantageuses et économiquement viables, la fabrication de polyols biosourcés répondant à l'ensemble des cahiers des charges pour la fabrication d'adhésifs constituait une piste de recherche d'intérêt OBJECTIFS Ce projet visait à développer de nouveaux polyuréthanes à partir de polyols issus de la transformation chimique d'huiles végétales (principalement l'huile de tournesol qui contient une forte teneur en acide oléique et l'huile de ricin) en utilisant des procédés de fabrication ayant les plus faibles impacts environnementaux possibles Pour synthétiser ces nouveaux polyols, les objectifs étaient : 1. d'obtenir des polyols biosourcés difonctionnels aux propriétés nouvelles ou améliorées pour des applications « medium ou hautes performances » ; 2. d'obtenir des polyols renouvelables et compostables de type Estolide ; 3. de valoriser les ressources agricoles pour la synthÚse de nouveaux polymÚres entrant dans la composition d'adhésifs avec un apport significatif de carbone renouvelable ; 4. de synthétiser ces polyols biosourcés à l'aide de procédés respectueux de l'environnement ; 5. se répondre aux attentes de la réglementation REACH Des analyses de cycle de vie ont également été réalisées sur les différentes solutions et procédés étudiés (éco-conception) Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : Bostik (92) [GE] ITERG (33) [centre technique] Université de Bordeaux ­ LCPO (33) [laboratoire public] Coût total : 681 k Aide ADEME : 286 k RÉSULTATS ET VALORISATION Scientifiquement, ce projet a confirmé les études de modélisation et permis de synthétiser plusieurs polyols, issus notamment d'huile de ricin ou de tournesol à forte teneur en acide oléique, comportant de 70 à 100 % (Estolide d'acide ricinoleique et d'alcool gras dimÚre) de matiÚre premiÚres biosourcées Pour obtenir ces composés, plusieurs voies de synthÚse et systÚmes catalytiques ont été étudiés Les caractéristiques des polyols ont été contrÃŽlées en termes d'indice d'hydroxyle, de fonctionnalité et de caractéristiques physico-chimiques (compromis entre masse moléculaire et viscosité) Il a été démontré que : les polyols biosourcés ont montré qu'ils n'étaient pas toxiques vis-à-vis des daphnies et des algues et qu'ils étaient compostables Les résultats d'analyses de cycle de vie ont permis de de mettre en évidence une réduction significative des impacts sur l'air (réduction des émissions atmosphériques et du changement climatique) mais une augmentation significative des impacts sur l'eau ; les polyols développés lors de ce projet devaient pouvoir être commercialisés à moins de 4/kg pour avoir une chance d'être industrialisés S'ils restent encore significativement plus chers que les équivalents fossiles, ils devraient intéresser le marché à moyen terme (5 ou 10 ans) notamment au regard des possibles évolutions réglementaires et techniques sur les emballages souples ; une demande de brevet WO 2014/072629 dans le domaine de l'emballage souple alimentaire a été déposée Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 63 2 GLYVALACR Valorisation du Glycérol en Acroléine et Acide Acrylique et leurs dérivés Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : Arkema (92) [GE] SEPPIC (81) [GE] Coatex (69) [GE] PCAS (91) [GE] Coût total : 551 k Aide ADEME : 266 k CONTEXTE ET ENJEUX En 2007, le prix du baril de pétrole était d'environ 100$, ce qui impactait le coût de tous ses dérivés, dont le propylÚne, utilisé dans la production d'acroléine et d'acide acrylique (composants des caoutchoucs synthétiques, peintures, plastiques...) Inversement le prix du glycérol, issu de la synthÚse des biocarburants, ne cessait de diminuer Ainsi, un procédé utilisant le glycérol pour la production d'acroléine et d'acide acrylique présentait un intérêt économique tout en valorisant l'un des coproduits de la fabrication de biocarburants. la validation des qualités des produits obtenus en fonction des applications visée ; la réduction des émissions GES par rapport à la voie ex-propylÚne OBJECTIFS Ce projet visait : l'élaboration d'un nouveau procédé d'obtention d'acroléine et d'acide acrylique à partir de glycérol, coproduit de la filiÚre biodiesel ; Pilote 1m Acroléine RÉSULTATS ET VALORISATION AprÚs une étude de l'impact des options de procédé, de choix de catalyseur sur les impuretés formées, ainsi que sur leur devenir dans les applications ciblées, un procédé fonctionnel (reposant sur des réactions de déshydratation et d'oxydéshydratation) a pu être développé Arkema a pu produire des lots d'acroléine et d'acide acrylique biosourcés de différents grades afin de définir des qualités acceptables dans les applications visées afin notamment de définir la qualité requise en fonction des applications, tout en minimisant les consommations énergétiques Un procédé complet de production d'acide acrylique ex-glycérol a été simulé pour déterminer le coût de revient du produit, et calculer la diminution des rejets de gaz à effet de serre par rapport à la filiÚre fossile L'acroléine biosourcée a été testée par PCAS (dans des réactions de Diels Alder et d'acétalisation) et l'acide acrylique d'une part par Coatex pour faire des dispersants à faible masse et faible indice de polydispersité (polymérisation radicalaire contrÃŽlée), et d'autre part par Seppic pour des épaississants en cosmétique à trÚs haute masse Enfin, une étude comparative a permis de valider la qualité des produits ex-glycérol obtenus (Vs celle des produits ex propylÚne) en fonction des applications visées Plusieurs impacts environnementaux ont été réduits : diminution de la consommation de matiÚres premiÚres fossiles ; amélioration du bilan carbone du procédé par rapport à la voie ex-propylÚne ; possibilité de construire des unités d'acroléine et/ou d'acide acrylique de petites tailles (procédés développés simples), proche des sites d'utilisation, permettant ainsi de diminuer les risques et les émissions de CO 2 liés aux transports Le développement du procédé de production de l'acroléine et de l'acide acrylique biosourcés nécessitait encore à la fin du projet de nombreuses études ainsi qu'un passage au stade pilote Depuis, l'ensemble de la technologie a été finalisée (trentaine de familles de brevets par Arkema) Le marché de l'acide acrylique étant totalement saturé par la Chine, le marché le plus porteur suite au projet serait la vente de licence pour la construction de petites unités de production d'acroléine, évitant le transport et le stockage de ce produit hautement toxique et inflammable PAGE 64 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées RAFFIBLE Développement d'une raffinerie des sons et pailles de blé pour la production de tensioactifs et de complexant pour la détergence 3 CONTEXTE ET ENJEUX L'industrie chimique utilise les tensioactifs et complexants dans de nombreux domaines comme la détergence, les spécialités chimiques, les produits phytosanitaires, l'agroalimentaire, la cosmétique et la pharmaceutique En 2003, le marché était évalué à 12 millions de tonnes soit un chiffre d'affaires de 13 millions de dollars, avec une croissance moyenne de 3 % par an Il existe par ailleurs une forte demande des consommateurs pour des produits aux impacts sanitaires et environnementaux réduits, issus de ressources naturelles, notamment végétales L'objectif principal du projet était donc de produire des molécules à coûts et impacts environnementaux réduits, en vue d'améliorer leur pénétration du marché de la détergence D'autre part, le projet intégrait une démarche de bioraffinerie, permettant la valorisation non alimentaire de pailles et de sons de blé, résidus agricoles lignocellulosiques Il s'agissait donc in fine de valoriser la plus grande partie des sons et pailles pour trois applications : les tensioactifs, les marchés de l'acide formique (620 000 T/an en 2006, détartrage, industrie pharmaceutique, pesticides, pigments...), et les résines thermodurcissables Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : ARD (51) [GE ­ centre de recherche privé] Université de Reims ­ ICMR (51) [laboratoire public] Coût total : 525 k Aide ADEME : 130 k OBJECTIFS Le projet répondait à une demande des professionnels du secteur de la détergence, en recherche de substituts aux molécules d'origine pétrochimique (comme les alcools gras éthoxylés et/ou propoxylés, ou encore les acides carboxyliques) Réacteur RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet a permis le développement et l'optimisation à l'échelle du laboratoire, d'un nouveau prétraitement efficace de la biomasse lignocellulosique (sons et pailles de blé) pour la conversion directe sélective d'hémicelluloses en tensioactifs glycosidiques Les tensioactifs obtenus sans purification supplémentaire ont montré des propriétés de surface équivalentes aux références. Une étude de validation du procédé à l'échelle du pilote a été réalisée sur le pilote industriel d'ARD confirmant les trÚs bons rendements obtenus au laboratoire. L'estimation du coût de revient (hors investissements) des tensioactifs produits selon ce procédé (1,6 /kg) permet d'envisager leur commercialisation dans le secteur de la détergence où ils entreront en compétition avec les alcools gras éthoxylés dont les prix se situent aux alentours de 2 /kg Les tests de biodégradabilité et d'écotoxicité des tensioactifs produits se sont également révélés identiques aux dérivés commerciaux références. Il n'a donc pas été détecté d'effet lié à la présence d'une éventuelle impureté issue de l'utilisation directe de la matiÚre végétale L'inventaire de cycle de vie a permis d'estimer une diminution de plus de 80 % de l'énergie non renouvelable consommée, par rapport au procédé de production de la solution de référence commerciale d'origine pétrochimique En outre, le procédé génÚre un résidu lignocellulosique potentiellement riche en amidon ou cellulose selon la nature du substrat de départ Enfin, de nombreuses publications ont été réalisées (Industrial Crops and Products, Green Chemistry, Catalysis Letters) ainsi que des communications (2nd International Symposium on Green Chemistry, Renewable carbon and Eco-efficient Processes ; A Greener Chemistry for Industry ; RRB7 Conference ; Woodchem ; 8 th & 9 th International Conference on Renewable Bioresources and Biorefineries ) Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 65 4 BIOBUTYRIQUE Valorisation d'Acide Butyrique biosourcé, coproduit d'un procédé de fabrication de 1-3 Propanediol (PDO) par voie fermentaire Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : METABOLIC EXPLORER (63) [PME] PROCINTECH (69) [PME] Coût total : 786 k Aide ADEME : 393 k CONTEXTE ET ENJEUX L'acide butyrique ex-fossile est utilisé notamment dans les fragrances, la fabrication de polymÚres plastiques, ou encore pour les arÃŽmes alimentaires Son marché mondial est estimé à environ 50 000 tonnes et 75 millions de dollars par an (prix de vente moyen de 1500 $ par tonne) Le procédé d'obtention de 1,3-propanediol (PDO) biosourcé développé par METabolic Explorer (METEX) engendre également de l'acide butyrique, cette fois biosourcé et jusqu'alors non valorisé La valorisation de ce coproduit, possédant d'ores et déjà un marché bien établi, permettrait d'augmenter le gain général du procédé et de se rapprocher du concept de bioraffinerie OBJECTIFS Le projet consistait à développer un procédé industriel d'extraction et de purification de l'acide butyrique, sous-produit du procédé d'obtention de 1,3-propanediol biosourcé développé par METEX D'un point de vue technique, les objectifs étaient : de diminuer la demande chimique en oxygÚne (DCO), de réduire l'apport énergétique, d'atteindre un rendement de 954% pour la production d'acide butyrique, tout en gardant un haut grade de pureté (nécessaire pour répondre aux applications ciblées) CÃŽté industriel, l'ambition était la rédaction d'un Process Book contenant les données permettant le dimensionnement des installations et donnant les coûts opératoires du procédé, pour atteindre une production de l'ordre de 2000t/an Acide butyrique biosourcé RÉSULTATS ET VALORISATION L'étude de conception d'un procédé de purification d'acide butyrique coproduit de la production de PDO par voie fermentaire a été menée à son terme La preuve de la faisabilité industrielle est faite permettant ainsi : de renforcer l'intérêt économique du procédé PDO METEX en valorisant un de ses coproduit de minimiser son impact environnemental en diminuant la demande chimique en oxygÚne dans les rejets aqueux Le procédé développé utilise des techniques robustes permettant d'envisager la phase industrielle avec confiance Les expérimentations faites en continu sur une unité pilote ont permis d'établir les bilans matiÚre et énergie nécessaires, ainsi que de conforter les données technico-économiques et la compétitivité de l'acide butyrique biosourcé par rapport à l'acide butyrique ex-fossile Les paramÚtres de fonctionnement ont été déterminés et validés La qualité des échantillons produits est conforme aux spécifications attendues Le process book qui a été produit fournit les données d'entrée nécessaires au travail d'ingénierie qui va suivre Colonne ABH PAGE 66 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées DAPUBS Dispersion aqueuse de polyuréthanes biosourcés (NIPU) sans isocyanate 5 CONTEXTE ET ENJEUX En 2010, la consommation mondiale de polyuréthanes a été estimée à 14 millions de tonnes Les polyuréthanes possÚdent en effet de nombreuses applications : colles, mousses isolantes dans le bâtiment ou l'électroménager, étanchéité, laques, semelles de chaussures, etc Cependant la voie traditionnelle d'obtention de ces polyuréthanes résulte de la réaction catalysée entre des des polyols et isocyanates, issus de ressources fossiles Les isocyanates sont par ailleurs bien connus pour leur toxicité et leur dangerosité (cf Bhopal 1984) Le développement d'une filiÚre de substitution aux polyuréthanes via une chimie sans isocyanates représente donc aujourd'hui un enjeu majeur D'un point de vue scientifique, ces nouveaux matériaux polyuréthanes, dénommés NIPUs pour « Non Isocyanate PolyUrethane », seront préparés à partir de polycarbonates et de pluri-amines Les NIPUs sont en réalité des poly(hydroxy uréthane)s qui se différencient des PUs « classiques » par la présence de fonctions hydroxyles à chaque unité de répétition De nombreuses applications utilisent déjà des formulations aqueuses de ces matériaux, mais l'un des enjeux du projet consistera à synthétiser ces nouveaux matériaux sous la forme de particules de latex en dispersion aqueuse pour viser de nouvelles applications comme la peinture et les adhésifs Les produits de substitution seront issus de la transformation oléochimique des huiles végétales (tournesol à haute teneur en acide oléique, ricin et soja), ce qui permettra de limiter la consommation en ressources fossiles et de limiter l'utilisation de substances dangereuses visées par la réglementation REACH Les impacts de ces nouveaux produits seront par ailleurs étudiés et minimisés grâce à la réalisation d'Analyses de Cycle de Vie (ACV) Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : Avril ­ OLEON SA (60) [GE] Université Bordeaux ­ LCPO (33) [laboratoire public] ITERG (33) [centre technique] Coût total : 467 k Aide ADEME : 235 k OBJECTIFS Ce projet vise à élaborer des nouveaux matériaux polyuréthanes à partir de polycarbonates et d'amines, tous deux biosourcés, en dispersion aqueuse afin d'éviter l'utilisation des isocyanates et utiliser des ressources renouvelables pour la synthÚse de ces polymÚres Émulsification puis polymérisation en émulsion Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 67 6 SURFACT'ALG Développement éco-responsable de nouveaux tensio-actifs d'origine algale pour des applications en détergence et dans les émulsions de bitume Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : SALVECO (88) [laboratoire industriel] ENSCR (35) [laboratoire public] SOPREMA (67) [GE] INRA (34) [laboratoire public] CEVA (22) [centre technique] Coût total : 824 k Aide ADEME : 467 k CONTEXTE ET ENJEUX Par leur composition, les algues offrent un potentiel d'innovation pour des applications dans l'alimentaire, la production de carburants (dits alors de 3 e génération), ou la fabrication de molécules d'intérêt pour la chimie, la pharmaceutique, ou la cosmétique Les algues contiennent notamment des protéines, des lipides, des fibres, des vitamines, des minéraux et des pigments Elles présentent de plus certains avantages sur les autres biomasses : productivité supérieure aux plantes terrestres (notamment en raison de leur cycle reproductif plus court) ; possibilité de développer de nouveaux usages pour la biomasse sans créer de tension sur les marchés des matiÚres premiÚres alimentaires ; possibilité de cultiver les algues en mer ou sur des terres non arables sans compétition non plus avec l'alimentation pour l'usage des sols ; et enfin possibilité de rendre des services environnementaux parallÚlement à leur production comme le traitement des eaux ou la valorisation du CO 2 OBJECTIFS Le projet Surfact'alg a pour objectifs : de développer des procédés de fabrication de nouvelles compositions à base de tensioactifs 100 % biosourcés, dérivés d'algues (algues brunes et vertes) et d'huiles végétales tropicales/ métropolitaines, et les applications associées d'améliorer les bilans (matiÚre, énergétique et environnemental) ainsi que la productivité de technologies innovantes, notamment en en réduisant les coûts par une diversification des ressources (extraits raffinés, semi-raffinés) et une valorisation dans des domaines hors alimentaires à plus haute valeur ajoutée (détergence et membranes d'étanchéité) de se substituer à des tensioactifs d'origine fossile et/ou de compléter la gamme des tensioactifs via une nouvelle gamme de produits obtenue en croisant les filiÚres algale et oléagineuse © CEVA Laminaria, Chondrus PAGE 68 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PROLUB Développement d'une graisse biodégradable biosourcé et éco-acceptable pour lubrification de galets de presse à bois 7 CONTEXTE ET ENJEUX Depuis quelques années, la fabrication de granulés de bois augmente fortement en France et en Europe En 2011, la production française était de 1,2 millions de tonnes de granulés, et pourrait représenter environ 5 millions de tonnes en 2018 Une presse produit 4 tonnes de granulés par heure, ce qui consomme environ 400 g de lubrifiant (soit 0,01 % en masse) La quantité de lubrifiant nécessaire ne va donc cesser de croitre : le besoin est estimé à 1000 t en France et 10 000 t en Europe à l'horizon 2020 Actuellement, 95 % des lubrifiants fabriqués sont d'origine fossile À l'évidence, ces lubrifiants sont brûlés lors de l'utilisation des granulés, et donc rejetés dans l'environnement. OBJECTIFS L'objectif principal du projet est de trouver des lubrifiants alternatifs, issus de ressources renouvelables, qui répondront aux objectifs des directives européennes et du Grenelle de l'Environnement ConcrÚtement, il s'agit d'une part de remplacer la base pétrochimique par des produits biosourcés, et d'autre part d'améliorer les performances du lubrifiant dans les presses à granulés pour en diminuer la consommation et les éventuelles émissions associées Des recherches sur l'amélioration des performances environnementales, énergétiques et économiques seront également menées afin de proposer un lubrifiant écolabellisable Pour répondre à ces objectifs, seules des matiÚres grasses n'ayant pas de destination alimentaire seront testées telles que les huiles de friture usagées, des matiÚres grasses animales, ou des condensats de désodorisation En parallÚle des tests à l'échelle laboratoire, les analyses permettront ensuite de déterminer la meilleure formulation qui pourra ensuite être testée pour validation en usine en conditions industrielles Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : MOLYDAL SA (60) [PME] ITERG (33) [centre technique] Promill Stolz (28) [PME] Coût total : 597 k Aide ADEME : 299 k Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 69 8 ALGORAFF Développement de produits biosourcés compétitifs et durables grâce au bioraffinage de microalgues Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : AlgoSource (44) [PME] GEPEA (44) [laboratoire public] GeM (44) [laboratoire public] Institut Pascal (63) [laboratoire public] Coût total : 735 k Aide ADEME : 411 k CONTEXTE ET ENJEUX La Spiruline consommée en France sert essentiellement à la production de compléments alimentaires et est à 90 % importée du fait d'un coût de production local trop élevé, de l'ordre de 40 k/tonne en 2013 Il existe cependant de nombreuses autres applications aussi bien alimentaires que non alimentaires : colorants alimentaires (bleu), huiles servant de base en cosmétique, éliciteurs (molécules déclenchant une réaction) de croissance de plantes, protéines végétales, polysaccharides fonctionnels (additifs alimentaires par exemple), émulsifiants, mais aussi des liants hydrophobes pour le bâtiment et les bitumes (à partir des résidus d'extraction) L'utilisation de microalgues, comme la spiruline, pour la production de molécules d'intérêt présente plusieurs avantages : elle n'utilise pas de terres agricoles ; sa productivité à l'hectare est souvent supérieure aux productions agricoles classiques (colza, maïs) ; sa culture peut utiliser de l'eau de mer ou saumâtre ou encore recyclée Cependant, pour obtenir des produits à base de spiruline à des prix abordables, une valorisation totale de la biomasse algale est nécessaire, ce qui signifie que même les résidus issus de la récolte du composé principal doivent être utilisés OBJECTIFS Le projet Algoraff vise à remplacer des produits fabriqués à l'aide de matiÚres premiÚres fossiles par des produits issus de microalgues par bioraffinage Par analogie au raffinage du pétrole, le bioraffinage consiste à convertir 100 % de l'intrant (ici la spiruline) en produits d'intérêt Les marchés applicatifs visés sont la cosmétique, les intermédiaires chimiques, les engrais, l'alimentation humaine et animale, la pharmaceutique, les matériaux pour la construction et l'énergie Pourquoi la Spiruline ? Les marchés existants (ou identifiés) peuvent absorber des quantités significatives de produits issues de la spiruline, si les coûts sont adéquats Les procédés de fabrication sont maitrisés Il existe un savoir-faire embryonnaire de culture de cette microalgue en France, qui peut être développé, rationalisé, et diffusé, notamment dans le monde agricole La culture de spiruline peut encore être optimisée, avec par exemple l'utilisation d'intrants C, N, P, K et de chaleur issus d'effluents industriels ou de méthanisation Une production maitrisée et optimisée procurera ainsi à terme un avantage compétitif à la production Française sur son marché PREMIERS RÉSULTATS La mise en place de protocoles de culture originaux d'Arthrospia platensis a permis de réaliser une orientation métabolique de cette derniÚre vers la production de différentes molécules à forte valeur ajoutée Il est ainsi possible de réaliser la production d'une biomasse adaptée aux besoins du marché De nouveaux procédés ont également été mis au point afin de permettre une extraction plus sélective des composés d'intérêt et d'assurer par la suite une purification plus simple et donc moins onéreuse Ces nouveaux procédés pourront permettre, à termes, la production de nouveaux ingrédients/produits PAGE 70 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées © AlgoSource BIOPAINT Nouvelle génération de peintures biosourcées à l'eau pour applications industrielles substituant les peintures à base de solvants organiques 9 CONTEXTE ET ENJEUX Les fabricants de peintures ont basculé vers une chimie à l'eau sous la pression des nombreuses réglementations européennes visant à réduire les émanations de composés organiques volatils (COV) Cependant de nombreuses peintures industrielles contiennent encore des solvants organiques, du fait de divers verrous technologiques En France, les solvants utilisés dans les peintures représentent environ 260 kT/an, soit 5 000 à 10 000 T de COV émis chaque année Parmi les contraintes à lever, on trouve le besoin de polymÚres à haute masse moléculaire (solidité) et le séchage rapide pour l'industrie Or, les formulations aqueuses classiques limitent la possibilité de réticulation chimique (formation d'un ou de plusieurs réseaux tridimensionnels) pourtant nécessaire aux performances des peintures AprÚs 3 années de recherche, Ecoat a développé un polymÚre totalement biosourcé utilisant un nouveau mode de séchage performant, destiné aux peintures pour bâtiment OBJECTIFS L'objectif du projet consiste à déployer la technologie mise au point par Ecoat aux polymÚres destinés aux peintures industrielles, permettant ainsi de trouver une solution à l'utilisation des solvants organiques sans perdre le haut niveau de performances requis Il s'agit donc de substituer les polymÚres pétrosourcés en dilution dans des solvants organiques, par des polymÚres biosourcés en émulsion dans l'eau, se réticulant avec l'évaporation de l'eau In fine, ces émulsions de polymÚres permettraient le développement de peintures industrielles intégrant 50 % de matiÚres premiÚres renouvelables, provenant de différentes filiÚres végétales (oléagineux, colophane, amidon, dérivés cellulosiques...) Ces développements devraient permettre de réduire les émissions de polluants atmosphériques de 30 % (en supposant un taux de substitution de 30 %) Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : ECOAT (06) [PME] ITECH ENTREPRISES (69) [PME] Coût total : 806 k Aide ADEME : 311 k Performances atteintes Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 71 10 REVA COPPA REcupération et VAlorisation de COmposés Phénoliques d'effluents de PApeterie Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : Norske Skog (88) [GE] Dérivés Résiniques et Terpéniques (40) [PME] INRA Avignon (84) [laboratoire public] LERMAB (54) [laboratoire public] CNRS Strasbourg (67) [laboratoire public] Coût total : 671 k Aide ADEME : 289 k CONTEXTE ET ENJEUX Depuis quelques années, la conjoncture économique et le fort développement des médias numériques conduisent à la baisse de la consommation de papiers et de cartons Les industries papetiÚres cherchent donc à diversifier leur activité en développant de nouvelles voies de valorisation Ainsi, la récupération et la valorisation de coproduits du bois lors de la fabrication de pâte chimique est-elle devenue un schéma économique et technique classique Le procédé de fabrication de la pâte à papier thermomécanique (TMP), n'utilisant pas de produits chimiques, pourrait de surcroît offrir la possibilité de récupérer et valoriser des molécules aromatiques à haute valeur ajoutée contenues dans les effluents Actuellement ces eaux dites « résiduaires » ne sont pas valorisées alors qu'elles sont potentiellement un véritable réservoir de molécules plateformes, pouvant se substituer à leurs équivalentes issues de la filiÚre pétrochimique OBJECTIFS Le projet REVA COPPA a pour but : une démarche d'accompagnement à la mutation des industries papetiÚres pour développer de nouvelles filiÚres de valorisation ; la valorisation spécifique d'acides phénoliques identifiés dans les effluents TMP aprÚs bioconversion fongique Le projet s'articule autour des quatre axes suivants : 1. quantification et caractérisation des ressources disponibles en composés phénoliques dans les effluents TMP ; 2. optimisation d'un systÚme membranaire afin de concentrer et isoler les composés phénoliques cibles ; 3. bioconversion fongique de ces acides phénoliques ; 4. évaluation des marchés cibles potentiels (marchés des détergents et de la cosmétique) ainsi que de l'impact environnemental de la production de la molécule biosourcée Rétentat (hémicellulose,... ) Circuit TMP E luent Flottation Ultrafiltration Perméat Nanofiltration Perméat Usine Fraction lipophile Concentrat riche en composés phénoliques PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS Plusieurs communications orales et posters ont déjà été réalisés (Colloque « Procédés pour la bioraffinerie : enjeux et avancées », 10 th European Congress of Chemical Engineering, Colloque PhytoDay, 1 st International Conference on Sustainable Water Processing...) Bioconversion fongique des composés phénoliques ArÃŽmes à haute valeur ajoutée Membrane servant à la filtration des effluents TMP aprÚs flottation PAGE 72 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées FURACHEM Développement de procédés durables et compétitifs de production de furfural biosourcé 11 CONTEXTE ET ENJEUX Afin de maintenir la rentabilité des filiÚres agricoles, il apparait nécessaire de réaliser une valorisation complÚte des productions agricoles métropolitaines Le furfural peut représenter jusqu'à 10 % des coproduits agricoles lignocellulosiques (pailles, bagasse, sons, rafles de maïs, etc) Sa production mondiale se situe aux alentours de 300 000 tonnes par an Il est actuellement principalement utilisé en pétrochimie (dans certains procédés de raffinage) et pour l'obtention d'alcool furfurylique, élément de la fabrication de résines à destination des cimenteries et des fonderies Dans la plupart des procédés industriels de production du furfural, de l'acide sulfurique concentré est utilisé en tant que catalyseur. C'est un produit trÚs toxique et corrosif mais aussi difficilement recyclable De plus, malgré l'utilisation de ce catalyseur, le rendement de la production de furfural n'excÚde pas 50 % Le développement de nouveaux procédés de production éco-conçus et efficaces du furfural permettra de considérer cette molécule portail dans les bioraffineries de l'avenir et pourrait même constituer un élément clé dans leur réussite OBJECTIFS L'objectif principal de ce projet consiste à développer de nouvelles méthodes de production de furfural qui répondront aux principes de la chimie verte, tout en maintenant la rentabilité économique actuelle du produit Pour cela, des catalyseurs non toxiques et recyclables seront utilisés en milieu aqueux De plus, des recherches seront menées afin d'améliorer le rendement de production du furfural Enfin, une étude technico-économique ainsi qu'une évaluation des flux pour l'obtention d'indicateurs environnementaux sont également prévues Ce projet vise ainsi à valoriser de la biomasse non alimentaire (coproduits agricoles donc sans changement d'affectation des sols [CAS]) afin de : maintenir la rentabilité des filiÚres agricoles co n ce r n é e s ; diminuer certains impacts environnementaux liés notamment à la toxicité des procédés actuels (acide sulfurique) ; réduire à terme les consommations de matiÚres premiÚres fossiles Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : ARD (51) [GE ­ centre de recherche privé] Université de Poitiers ­ IC2MP (86) [laboratoire public] Coût total : 661 k Aide ADEME : 228 k PREMIERS RÉSULTATS La premiÚre année de travail a permis d'obtenir des résultats encourageants : compréhension de l'influence de la température, de la quantité de catalyseur, de la concentration du substrat... Des méthodes de synthÚse de furfural efficaces ont été développées sur des substrats modÚles (xylane du bouleau) La suite du projet se focalisera sur le transfert d'échelle de ce procédé, ainsi que sur l'amélioration de sa productivité Les premiers résultats laissent également présager une amélioration économique notable du procédé notamment en ce qui concerne le recyclage du catalyseur L'étude de différents substrats est actuellement en cours, en vue d'une intégration directe dans l'environnement de la Bioraffinerie d'ARD Le consortium envisage également la publication d'un brevet Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 73 12 ECO-C-REAL Étude Valorisation de sons de céréales et de solvants d'origine végétale puissants alternatifs aux solvants fossiles, pour la production d'ingrédients cosmétiques à forte valeur ajoutée Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : LIMOTECH (03) [PME] ENSCCF/ICCF (63) [laboratoire public] CFR (13) [centre de recherche] Biolandes (40) [GE] Coût total : 693 k Aide ADEME : 306 k CONTEXTE ET ENJEUX Les ventes d'ingrédients et de matiÚre premiÚres Bio sont en hausse de 8 %, reléguant loin derriÚre la croissance des autres actifs en Europe et aux États-Unis, qui plafonnent à 4,5 % (étude Kline & Company) La plus forte croissance est attendue sur le segment des produits « verts » Cela représente un marché mondial de plus de 5 Mds, dont 30 M en France avec des acteurs majeurs tels Aldivia, Gattefossé, Alban Muller ou Cognis En France, on estime le marché annuel des ingrédients cosmétiques et de nutrition issus de céréales à environ 35 M Cependant, les huiles et ces principes actifs obtenus par la méthode actuelle (extraction à l'hexane) sont incompatibles avec les labels Bio (Ecocert, Cosmebio ou AB) et les exigences grandissantes du marché cosmétique pour les ingrédients naturels La PME Limotech, a ainsi conçu (et breveté) un procédé d'extraction alternatif, utilisant les TerpÚnes d'Origine Naturelle (TON) OBJECTIFS Le projet consiste à développer et à optimiser à l'échelle pré-industrielle la méthode d'éco-extraction mise au point par Limotech, pour l'obtention de principes actifs et d'huiles de sons de céréales comme ingrédients cosmétiques En effet, les sons de céréales contiennent des composés à structure phénolique : oryzanol, alkylresorcinols, flavanols et insaponifiables, qui peuvent être extraits grâce à la méthode développée par Limotech Par ailleurs, le projet cherchera à prouver que les tourteaux résiduels sont exploitables en nutrition animale, avec une appétence accrue et une teneur protéique plus élevée pour les animaux Oranges vertes Hall d'extraction PAGE 74 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOCOAT Formulations de peinture poudre renouvelables comprenant de nouvelles résines polyester issues de la biomasse oléagineuse 13 CONTEXTE ET ENJEUX Le marché des revêtements est encore dominé par les peintures solvantées fortement émettrices de composés organiques volatils (COV) nocifs pour la santé des utilisateurs Une forte dynamique de substitution par des peintures à haut extrait sec ou en phase aqueuse a cependant été entamée ces derniÚres années par les professionnels du secteur Une technologie se démarque particuliÚrement par son absence totale de solvant : les peintures poudre. Bien qu'apparues dans les années 50-60, elles se développent rapidement avec une part de marché mondial des revêtements d'environ 6 % (soit 6,5 milliards de dollars) Certains freins viennent pourtant ternir son expansion. Tout d'abord l'absence de solvant entraîne une viscosité importante de la matiÚre à appliquer sur la surface à revêtir, à l'origine d'effets indésirables comme la « peau d'orange » du revêtement ou encore une épaisseur de film trop importante De plus, il n'existe pas à ce jour de formule de peinture poudre (possédant les caractéristiques demandées) issue de ressources renouvelables OBJECTIFS Les objectifs et finalités du projet sont multiples : remplacer la base pétrochimique des formules par des résines biosourcées ; améliorer les performances des peintures poudre ; analyser les aspects environnementaux de la production et de l'utilisation potentielle de la peinture poudre la plus prometteuse Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : LIFCO Industrie (42) [GE] Institut des Corps Gras ­ ITERG (33) [centre technique] Coût total : 600 k Aide ADEME : 300 k DÉROULEMENT Le programme de travail s'articule autour des tâches suivantes : développement de nouvelles résines biosourcées répondant au cahier des charges préétabli par LIFCO Industrie ; formulation et fabrication de lots de peintures en poudre à partir des résines biosourcées ; transfert industriel et fabrication de lots de peintures plus importants ; évaluation des impacts potentiels des produits fabriqués selon la méthode d'analyse de cycle de vie (ACV) Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 75 14 APG 2G SynthÚse de tensioactifs pour la détergence par glycosidation directe de la biomasse lignocellulosique prétraitée par broyage acide Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : ARD (51) [GE ­ centre de recherche privé] IC2MP (86) [laboratoire public] Coût total : 704 Aide ADEME : 230 CONTEXTE ET ENJEUX Les tensioactifs sont présents dans de trÚs nombreux domaines : de la détergence aux spécialités chimiques en passant par les domaines phytosanitaire, agro-alimentaire, cosmétique et pharmaceutique Peu d'applications échappent à la nécessité d'utiliser ces molécules dont les propriétés permettent des formulations de plus en plus élaborées L'industrie de la détergence cherche des produits issus de ressources renouvelables, moins polluants, présentant une toxicité faible et toujours plus biodégradables À l'heure où les aspects environnementaux sont de plus en plus pris en compte lors du choix des technologies, il est primordial d'utiliser toutes les potentialités des produits et surtout coproduits issus des matiÚres premiÚres agricoles et de leurs premiÚres transformations OBJECTIFS Ce projet consiste donc à développer une technologie de production de molécules tensioactives (de type pentosides d'alkyle) par conversion directe des sons et pailles de blé Son originalité repose notamment sur l'utilisation d'une nouvelle technologie de prétraitement de la biomasse, qui pourrait permettre à terme d'exploiter une plus grande part des coproduits agricoles (tous les polysaccharides y compris dans la fraction cellulosique) Prétraitement Glycosylation directe Voie sÚche de la biomasse AlkylPolyGlucosides PREMIERS RÉSULTATS Les essais préliminaires de prétraitement de la paille et de la cellulose ont été réalisés et ont montré qu'il était possible de broyer de la cellulose ou directement de la paille en présence d'un catalyseur acide Il a notamment été montré un effet de synergie entre le broyage et le catalyseur acide conduisant à une modification importante de la macrostructure de la cellulose, produisant une macromolécule beaucoup plus réactive que la cellulose de départ Contrairement au broyage classique qui requiert des dépenses énergétiques importantes, le broyage en présence d'acide permet de diminuer significativement les temps de traitement et d'augmenter ainsi considérablement l'efficacité énergétique du procédé Les conditions optimales de prétraitement en voie sÚche ainsi que les conditions optimales de synthÚse sont actuellement recherchés Le dépÃŽt de brevet et la commercialisation sont d'ores et déjà envisagés PAGE 76 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOVANILLIN Préparation de la molécule de vanilline et de ses deux dérivés à partir de ressources lignocellulosiques pour la fabrication de matériaux epoxy biosourcés 15 CONTEXTE ET ENJEUX Les plastiques sont parmi les matériaux les plus couramment utilisés dans les emballages alimentaires, notamment parce qu'ils peuvent être fabriqués et façonnés trÚs facilement : formes simples comme complexes, transparents ou colorés, rigides ou souples... Parmi les produits chimiques employés par l'industrie des plastiques, le bisphénol A (BPA) dépasse 4 millions de tonnes par an à l'échelle mondiale, dont 700 000 sont produits et consommés dans l'Union Européenne Il s'agit du 5e produit fabriqué au niveau mondial Le BPA sous la forme de polycarbonates (70 % du BPA produit) est utilisé pour fabriquer divers produits en plastique rigide dont 3 % ont un contact avec l'alimentaire (bombonnes d'eau, bouteilles, biberons, récipients de conservation, etc) Le BPA sous la forme de résines époxy (30 %) sert principalement de protection contre l'oxydation : environ 11 % de ces résines ont un contact avec l'alimentaire (futs, boîtes de conserve, canettes, etc) L'exposition de la population au BPA se fait majoritairement via l'alimentation dû au phénomÚne de migration de la molécule de l'emballage vers les aliments, et également par son exposition aux papiers thermiques (ticket de caisse), ou encore du fait de la contamination de l'environnement lors de la production ou de l'utilisation des produits contenant du BPA ou lors de la dégradation physique et chimique en fin de vie de ces produits Le bisphénol A est aujourd'hui reconnu comme étant cancérogÚne, mutagÚne, et reprotoxique et considéré comme perturbateur endocrinien ; de nombreux pays ont ainsi pris des mesures contre son utilisation En France, depuis le 1er janvier 2015, la présence de bisphénol A dans tous les contenants à usage alimentaire est interdite Cette suspension devrait être à l'avenir étendue à tous les dispositifs médicaux des nouveaux nés Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : CIMV (Compagnie Industrielle de la MatiÚre végétale) (31) [PME] PROTEUS (30) [PME] PCAS (91) [ETI] IAM (Ingénierie et architectures macromoléculaires) (34) [laboratoire public] SPECIFIC POLYMERS (34) [PME] Coût total : 733 k Aide ADEME : 355 k OBJECTIFS Ce projet vise ainsi la préparation d'une molécule, la vanilline, à partir de biomasse lignocellulosique et plus spécialement à partir de la lignine (BiolignineTM) issue du procédé Organosolv, développé par la société CIMV Il s'inscrit dans une recherche plus large qui cherche à utiliser de la biomasse (bois, paille, déchets verts) pour la préparation de résines époxy biosourcées sans Bisphénol A Bois Bioraffinerie CIMV Procédé unique au monde 1 BioligninTM Laboratoire IAM SynthÚse chimique Société PROTEUS SynthÚse enzymatique Vanilline SPECIFIC POLYMERS 1Úre extrapolation PCAS 2Úme extrapolation Résine époxy Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 77 16 SOLVCOV Nouveaux SOLVants de lavage biosourcés pour l'absorption des COV CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : CORTEA 2014 Partenaires : Université du Littoral CÃŽte d'Opale ­ UCEIV (59) [laboratoire public] Université d'Artois ­ UCCS (62) [laboratoire public] Coût total : 253 k Aide ADEME : 140 k La qualité de l'air constitue l'une des préoccupations majeures des citoyens, en raison d'impacts sanitaires et environnementaux avérés Les industriels cherchent donc à traiter leurs émissions de composés organiques volatils (COV) Les procédés de traitement proposés actuellement sont soit destructifs (oxydation thermique, oxydation catalytique, photocatalyse, et traitement biologique), soit récupératifs (absorption, adsorption et condensation) L'absorption, correspondant au lavage de gaz par une solution liquide, peut être une solution efficace pour la récupération des COV à partir d'effluents gazeux Mais pour être utilisé en milieu industriel, le solvant doit respecter un cahier des charges préci : notamment ne pas être toxique, inflammable, corrosif ou encore explosif... avec par ailleurs, un coût raisonnable Les recherches en cours consistent ainsi à élaborer des solvants de lavage ayant une bonne affinité pour les COV, tout en répondant à ces critÚres D'autre part, les méthodes de lavage actuelles emploient principalement l'eau ou des solutions aqueuses mettant en oeuvre des bases, des acides ou des réactifs oxydants Cette méthode restreint donc son champ d'application aux COV hydrosolubles Mais la plupart des COV étant hydrophobes (hydrocarbures aromatiques et aliphatiques, solvants chlorés), il faut recourir à des solvants de lavage alternatifs possédant de fortes capacités d'absorption mais également un faible impact environnemental OBJECTIFS Le projet vise à développer une nouvelle génération de solvants de lavage pour le traitement des composés organiques volatils (COV) dans le but de mettre à disposition des industriels un nouveau procédé leur permettant de réduire leurs émissions Capacits absorptionstatique. PREMIERS RÉSULTATS De nouveaux solvants de lavage issus de composés biodégradables ont été testés pour le piégeage de composés organiques volatils (COV) Le potentiel de piégeage des COV dans ces nouveaux solvants a été mesurée (chromatographie en phase gazeuse) par le biais d'une méthode spécialement développée et adaptée aux caractéristiques particuliÚres de ces solvants L'affinité de trois COV modÚles (toluÚne, dichlorométhane et acétaldéhyde) a été déterminée pour une série de solvants à différentes températures De même, l'influence de la présence d'eau sur la capacité d'absorption a été évaluée Les solvants testés se sont avérés être des absorbants efficaces pour les trois COV étudiés : entre 70 % et 99 % de la quantité initiale de COV ajoutée aux solvants a ainsi été absorbée Par ailleurs, les capacités d'absorption restent inchangées aprÚs 5 cycles de recyclage du solvant Une demande de brevet a été déposée PAGE 78 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOPROCHEMBB Étude des réponses au stress induites par la production d'intermédiaires chimiques à partir de matiÚres premiÚres renouvelables et construction de souches de C. glutamicum résistantes 17 CONTEXTE ET ENJEUX La production à l'échelle industrielle de molécules d'intérêt agro-alimentaire et de synthons par C glutamicum est une réalité déjà longuement éprouvée C. glutamicum est un microorganisme GRAS, robuste au niveau industriel, aisément manipulable de maniÚre contrÃŽlée par Génie Génétique, totalement adapté ou adaptable à l'utilisation Eco-compatible de sources de carbone 2G Certains acides organiques di-carboxyliques (succinate, fumarate, malate, aspartate et itaconate) sont d'excellents synthons bio-sourcés comme précurseurs de de produits chimiques de spécialité, de commodité et de polymÚres OBJECTIFS De par ses caractéristiques métaboliques et industrielles remarquables, C. glutamicum a été choisi par les équipes du consortium BioProChemBB comme châssis idéal pour le développement d'une « Biotechnologie blanche », à bas pH de ces acides di-carboxyliques Par une démarche itérative et rationnelle, la production biotechnologique à pH faible de ces acides di-carboxyliques par C. glutamicum a été développée Des souches de C. glutamicum adaptées à la production de ces acides dicarboxyliques onr été construites par Génie Moléculaire, des procédés de production et de purification efficaces, industrialisables, économiquement rentables et Eco-compatibles ont été mis au point Dans ce cadre, l'équipe du LRGP (ex-LSGC) est intervenue sur la construction de souches de C. glutamicum productrices d'acide itaconique, l'équipe de l'I2BC (ex-IGM) sur l'adaptation de C. glutamicum au stress acide-dicarboxylique Appel à projets : ERAnet IB 2008 Partenaires : University of Ulm (Allemagne) [laboratoire public] Delft University of Technology (Pays Bas) [laboratoire public] Université Paris Sud ­ IGM (91) [laboratoire public] ENSAIA ­ LRGP (54) [laboratoire public] Westphalian Wilhelms University MÃŒnster (Allemagne) [laboratoire public] Universidade Nova de Lisboa (Portugal) [laboratoire public] Forschungszentrum JÃŒlich (Allemagne) [laboratoire] INBIOTECH (Pays Bas) [PME] Coût total : 2,7 M Coût total partenaires français : 493 k RÉSULTATS ET VALORISATIONS LRGP (ex-LSGC) : En introduisant et en modifiant chez C. glutamicum une aconitate décarboxylase hétérologue, le LSGC et le Forschungszentrum JÃŒlich ont mis au point une souche de C. glutamicum produisant jusqu'à 125 mg/L d'acide itaconique Ce niveau de production n'est certes pas encore concurrentiel par rapport à un producteur Eucaryote usuel (Aspergillus terreus), mais montre la capacité de C. glutamicum à produire de l'itaconate I2BC (ex-IGM) : Le comportement global de C. glutamicum à pH 4,5 en présence des acides dicarboxyliques-cibles a été testé par protéomique et transcriptomique Des approches moléculaires et Bioinformatiques ont permis de montrer l'existence d'un régulon trÚs spécifique à la présence des seuls acides succinique et itaconique AprÚs analyse, sept mutants ont été construits, les mutants argR et hrcA ayant montré une résistance accrue au stress succinique Les résultats obtenus au cours de ce projet ont permis la parution d'une premiÚre publication en 2010 (Applied Microbiology, and Biotechnology 2010), une a été soumise au Journal Bacteriol en 2016, une est actuellement en révision (BMC systems Biology) et enfin une nouvelle en préparation Aide ADEME : 316 k Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 79 18 EPOS Optimisation de la production d'enzymes par Streptomyces (Enzyme Production in Optimized Streptomyces) Appel à projets : ERAnet IB 2008 Partenaires : Leiden University (Pays-Bas) [laboratoire public] Universidad de Salamanca (Espagne) [laboratoire public] ProteoNic B.V. (Pays-Bas) [PME] Katholieke Universiteit Leuven (Belgique) [laboratoire public] Université Paris Sud (91) [laboratoire public] Institut Pasteur (75) [laboratoire privé] Coût total : 1,1 M Coût total partenaires français : 1,1 M Aide ADEME : 190 k CONTEXTE ET ENJEUX En biotechnologie industrielle, la production d'enzymes est un objectif majeur pour le développement durable, car elle permet l'essor de la chimie verte dans des domaines tels que la production des textiles, du papier, des biocarburants... Les bactéries du genre Streptomyces produisent une large gamme d'enzymes à usage industriel : amylases, protéases, cellulases, xylanases, estérases, etc Toutefois, l'utilisation des Streptomyces pour la production industrielle d'enzymes est restée limitée D'autres micro-organismes hÃŽtes sont actuellement utilisés dans l'industrie pour la production d'enzymes, par exemple Escherichia coli ou Bacillus subtilis et des enzymes de Streptomyces peuvent être exprimées de maniÚre hétérologue chez ces hÃŽtes Toutefois, certaines protéines nécessitent des machines spécifiques de l'hÃŽte pour leur repliement correct, leur modification et/ou leur sécrétion et ne peuvent donc pas être produites sous une forme active dans des hÃŽtes trop éloignés de l'organisme d'origine L'objectif de l'ensemble des partenaires du projet était de modifier Streptomyces lividans pour optimiser dans cette souche la production d'enzymes industrielles par des procédés biotechnologiques efficaces et respectueux de l'environnement OBJECTIFS Le projet avait pour objectif l'élaboration d'un ensemble composé d'une souche et de vecteurs pour produire et sécréter des protéines à un niveau industriel Les vecteurs devaient être optimisés pour la transcription des gÚnes codant les enzymes d'intérêt, pour la traduction des ARN messagers correspondants et pour la sécrétion de ces enzymes La souche de production devait avoir un comportement optimal en fermentation, avec une phase de croissance et de production prolongée, une production de protéines et une capacité de sécrétion accrues, ainsi qu'une baisse de l'activité des protéases endogÚnes pour éviter la dégradation des enzymes produites C'est sur ce dernier point du projet qu'a porté le travail effectué par les partenaires français RÉSULTATS Les différents partenaires ont caractérisé de nouveaux promoteurs pour une transcription efficace des gÚnes d'intérêts, de nouveaux signaux de traduction et de sécrétion pour produire en grande quantité et sécréter dans le milieu de culture les enzymes Des mutations ont été introduites dans la souche hÃŽte de S. lividans afin d'optimiser sa croissance en conditions industrielles Peu aprÚs le début du projet EPOS, une découverte majeure a été faite dans le domaine de la protéolyse chez les bactéries Un nouveau systÚme de marquage des protéines pour leur dégradation par le protéasome a été découvert chez Mycobacterium tuberculosis Ce systÚme, appelé pupylation, implique la protéine Pup (Prokaryotic Ubiquitin-like Protein) et d'autres enzymes Ces différentes protéines ont des homologues chez les Streptomyces En accord avec l'ensemble des partenaires, nous avons décidé de déterminer si ce systÚme était fonctionnel chez les Streptomyces et de le caractériser Nous avons montré que la pupylation était effective chez Streptomyces, que son absence affectait à la fois la différenciation morphologique et métabolique et nos résultats suggÚrent que la pupylation pourrait avoir d'autres rÃŽles que celui de marquer les protéines pour leur dégradation par le protéasome L'étude de la pupylation et de son impact sur la production de protéines hétérologues se poursuit Deux publications récentes ont notamment été réalisées et sont parues en 2015 et 2016 respectivement (J Bacteriol ; MicrobCell Fact) PAGE 80 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOSURF Nouvelles stratégies de production de tensioactifs biosourcés biodégradables (Novel Production Strategies for Biosurfactants) 19 CONTEXTE ET ENJEUX Avec une production mondiale d'environ 18 millions de tonnes par an, les tensioactifs partagent notre quotidien Des part leurs applications dans les domaines aussi variés que celui de l'hygiÚne, de la cosmétique, des additifs et de la pharmacie en tant que détergents, agents de solubilisation, moussants, mouillants, dispersants, émulsifiants ou encore antiseptiques, les tensioactifs touchent des marché de volumes et de valeurs différents, incluant des produits simples de masse aussi bien que des produits complexes issus de la chimie fine Bien que les tensioactifs biosourcés aient souvent des propriétés comparables aux tensioactifs issus de la pétrochimie, ils sont principalement trouvés dans des applications ciblées dues à leurs prix plus élevés Afin de développer des processus de production plus efficaces pour les tensioactifs biosourcés, il est nécessaire de revoir l'ensemble de la séquence de fabrication en se concentrant sur des principes « verts » de production à partir de matiÚre renouvelable, ainsi que l'obtention de produits biodégradables De nombreux micro-organismes sont connus pour produire des tensioactifs Cependant, trop peu de ceux-ci ont été adaptés pour des applications industrielles De plus, de maniÚre générale, les tensioactifs biosourcés connus ne peuvent pas être efficacement produit dus aux effets d'inhibition de ces composés, exigeant ainsi des technologies originales de bioprocédé, permettant leur séparation in situ D'autre part, la production enzymatique de tensioactifs biosourcés biodégradables était encore en 2010 un domaine en plein essor Appel à projets : ERAnet IB 2010 Partenaires : Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (Allemagne) [laboratoire] Karlsruhe Institute of Technology (KIT) (Allemagne) [laboratoire] c-LEcta GmbH (Allemagne) [PME] Flemish Institute for Technological Research (VITO) (Belgique) [PME] Tormans Engineering Noord bvba (Belgique) [PME] Ecover Belgium NV (Belgique) [GE] LISBP ­ INRA/ CNRS/INSA (31) [laboratoire public] Coût total : 1,91 M Coût total partenaire français : 238 k Aide ADEME : 195 k OBJECTIFS Ce projet visait le développement industriel de tensioactifs biosourcés biodégradables économiquement concurrentiels et écologiquement viables, par des approches de fermentation et enzymatique, en remplacement des tensioactifs d'origine pétrochimiques Les thématiques principales du projet concernaient : l'identification d'enzymes et de micro-organismes originaux pour une nouvelle production efficace de tensioactifs; la compréhension des processus de régulation cellulaires impliqués dans la production de tensioactifs et qui permettront une amélioration des micro-organismes par ingénierie métabolique; la conception d'enzymes par ingénierie rationnelle et/ou aléatoire pour la synthÚse et la modification enzymatiques de tensioactifs (tâche dans laquelle était impliqué le partenaire le LISBP); l'adaptation de ces bioprocédés à une échelle industrielle RÉSULTATS ET VALORISATIONS Ce projet a permis d'identifier des micro-organismes et enzymes pour la synthÚse de nouveaux bio-tensioactifs et de produire efficacement des tensioactifs biosourcés biodégradables nouveaux et déjà connus Pour cela, une meilleure compréhension des phénomÚnes de régulation cellulaires de souches microbiennes était nécessaire Ainsi, la voie de biosynthÚse de production de lipides de mannosylerythritol (MEL) a été identifiée dans la souche microbienne Pseudozyma aphidis et la production de lipides de cellobiose et sophorose a été étudiée De plus, la conception d'enzymes de synthÚse paringénierie semi-rationnelle et la mise en oeuvre de voies chimio-enzymatiques ont été réalisées avec pour objectif la synthÚse et la modification enzymatiques de bio-tensioactifs Globalement, des approches d'ingénierie métabolique et enzymatiques, ainsi que des traitements de purification, en utilisant des technologies membranaires et le recyclage des biocatalyseurs, ont été abordés Les partenaires du projet BioSurf ont ainsi réussi à développer des méthodes de production pour une série de nouveaux glycolipides Par exemple, pour la production de MEL, des rendements de production supérieurs à 100 g/L ont été atteints par fermentation Des étapes de modifications chimiques et enzymatiques (en utilisant des lipases et glysoside hydrolase) ont été appliquées à ces bio-tensioactifs pour créer un arsenal de glycolipides De nouveaux procédés de purification à l'échelle du gramme et à l'aide de membranes ont également été développés aboutissant à des produits suffisamment purs pour des essais dans le domaine des détergents Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 81 20 LIGBIO Biologie synthétique pour la bioconversion bactérienne de lignines en intermédiaires chimiques renouvelables Appel à projets : ERAnet IB 2014 Partenaires : Université de Warwick (Royaume-Uni) [laboratoire public] CIB-CSIC (Espagne) [Institut de recherche] INRA ­ IJPB AgroParisTech (78) [laboratoire public] Biome Bioplastics Ltd (Royaume-Uni) [PME] Coût total : 1 313,4 k Coût total partenaire français : 269 k Aide ADEME : 99 k CONTEXTE ET ENJEUX Les lignines (un des principaux composants du bois avec la cellulose et les hémicelluloses) représentent une source renouvelable attractive de composés chimiques aromatiques obtenus actuellement à partir du pétrole On les trouve en grande quantité (> 50 MT/an) en provenance de l'industrie papetiÚre Par ailleurs, la production de biocarburants pourrait en générer jusqu'à 225 MT/an Cependant, les lignines sont actuellement surtout brulées comme source d'énergie Malgré les efforts de recherche internationaux pour valoriser les lignines en utilisant la catalyse chimique, la recherche de méthodes chimiques efficaces de conversion n'a trouvé que peu de succÚs À l'opposé de la catalyse chimique, la bioconversion par des micro-organismes offre la possibilité de développer des procédés surs et économes en énergie satisfaisant les principes de la chimie verte, ce qui ouvrirait un marché émergeant de valorisation des lignines en composés aromatiques de valeur commerciale OBJECTIFS Le projet vise ainsi à convertir les lignines en composés aromatiques de valeur pour l'élaboration de plastiques biosourcés L'approche choisie par le consortium académique consiste à améliorer par ingénierie métabolique, c'est à dire en reprogrammant génétiquement la bactérie, les performances de bactéries (Pseudomonas putida) dégradant les lignines pour développer la production d'intermédiaires chimiques d'intérêt La démarche générale consiste à : 1. développer des biocatalyseurs à activité élevée visà-vis de l'oxydation des lignines ; 2. mettre en oeuvre une approche de biologie des systÚmes pour comprendre les réseaux métaboliques et de régulation impliqués dans la dégradation des lignines au sein de la bactérie, et développer un modÚle métabolique chez cet organisme ; 3. utiliser des outils de biologie moléculaire pour reprogrammer P. putida pour la conversion des lignines en bioproduits d'intérêt ; 4. développer des procédés fermentaires de production des bioproduits cibles et les convertir en plastiques renouvelables, dont les performances seront évaluées PREMIERS RÉSULTATS Les premiers résultats ont confirmé que la bactérie P. putida est capable de croitre en utilisant des lignines industrielles comme unique source de carbone La présence des lignines induit l'expression de certains gÚnes codant pour des enzymes du métabolisme des composés phénoliques Les travaux en cours consistent à faire exprimer par P. putida des enzymes d'oxydo-réduction impliquées dans la dégradation des lignines chez d'autres micro-organismes Une fois mises au point, les nouvelles souches seront testées pour évaluer leur efficacité à dégrader diverses lignines industrielles. PAGE 82 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOCOPOL Amélioration des propriétés du bois par traitements avec des molécules biosourcées (Enhancing wood durability and physical properties through innovative bio-based sustainable treatments) 21 CONTEXTE ET ENJEUX L'emploi du bois en extérieur nécessite un apport de traitements à ce matériau naturellement sujet à la biodégradation Ainsi, pour les traverses de chemin de fer ou encore pour les terrasses ou bardages, l'utilisation d'essences ayant une faible longévité nécessite la mise en oeuvre de procédés de traitement et de préservation efficaces Les procédés actuels, souvent à base de sels organiques ou de créosote, présentent des inconvénients majeurs : un impact environnemental important dû notamment à leur lessivage, et une utilisation de plus en plus limitée par la réglementation (Directives Biocides et REACH) Si le traitement thermique apporte une amélioration au bois en terme de résistance aux attaques fongiques, son efficacité reste moindre que les traitements chimiques vis-à-vis des insectes et des micro-organismes du sol, et ne permet pas de l'utiliser en classe d'emploi 4 (ex : traverses de chemin de fer en contact avec le sol) De plus cette technique affaiblit largement les propriétés mécaniques du matériau OBJECTIFS Le but de ce projet est la mise au point d'un procédé alternatif pour le traitement du bois L'idée consiste en une imprégnation du bois par des molécules biosourcées faiblement ou non impactantes pour la santé humaine et l'environnement, suivie d'une fixation durable de ces molécules dans les parois cellulaires au moyen d'une activation thermique modérée Cette derniÚre étape ayant pour effet la polymérisation in-situ des molécules afin de conférer une résistance au lessivage, à l'absorption d'eau, aux variations dimensionnelles, et à la biodégradation, sans amoindrir les propriétés mécaniques initiales du bois Le concept doit être validé sur le hêtre, une essence disposant d'une faible longévité à l'état naturel et facilement imprégnable, qui présente un intérêt économique de valorisation (essence feuillue, abondante localement, et sous exploitée) Appel à projets : WOODWISDOM- NET 2013 Partenaires : BFH ­ Bern University of Applied Science (Suisse) [laboratoire public] LERMAB ­ Université de Lorraine (54) [laboratoire public] BioWooEB ­ Cirad (34) [laboratoire public] FHS-Wood Technology Department (Autriche) [laboratoire public] Corbat Holding SA (Suisse) [PME] Pongauer JÀgerzaun (Autriche) [PME] Coût total : 729 k Coût total partenaires français : 390 k Aide ADEME : 112 k PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATION Chaque partenaire formulateur a pu mettre au point plusieurs variantes de traitement du bois répondant aux exigences définies, à l'échelle d'échantillons de laboratoire Certaines formulations ont déjà démontré un traitement trÚs efficace : absence de lessivage de produits ; efficacité anti-gonflement voisine de 60 % ; pas de perte de résistance mécanique ; une perte de masse inférieure à 1 % selon les essais biologiques de type Sur le plan académique, des communications et posters lors de congrÚs internationaux ont été réalisées (3rd Biopolymers 2015 International Conference, Nanocellulose and Wood Functional Materials NFZ meeting (2016), 47th annual meeting of the International Research Group on Wood Protection (2016), Journées scientifiques du GRD Bois (2015), Séminaire RP2E (2016)...) D'autre part, Clément l'Hostis, doctorant, a reçu le Ron Cockroft Award lors du congrÚs annuel de l'International Research Group on Wood Protection, dans le cadre du projet BioCoPol Perforation scalariforme Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 83 22 HEMICELL Utilisation d'hémicellulose dans l'amélioration des propriétés des acétates de cellulose Appel à projets : WoodWisdom-Net 2013 Partenaires : Fraunhofer Institute for Environmental, Safety, and Energy Technology (Allemagne) [institut de recherche] Innventia AB (SuÚde) [laboratoire public] Nova-Institut GmbH (Allemagne) [PME] SÖDRA (SuÚde) [GE] FKuR Kunststoff GmbH (Allemagne) [PME] ARMINES/Mines ParisTech ­ CEMEF (75) [laboratoire public] OrganoClick AB (SuÚde) [PME] Coût total : 1 127 k Coût total partenaire français : 262 k Aide ADEME : 157 k CONTEXTE ET ENJEUX Les esters de cellulose comme par exemple l'acétate de cellulose (CA), ont été parmi les premiÚres matiÚres plastiques mises au point Leur développement s'est arrêté à la fin des années 60, lorsque les polymÚres dérivés du pétrole sont arrivés sur le marché avec des prix bas, une grande facilité de transformation et de bonnes propriétés L'acétate de cellulose est un excellent plastique pour ses propriétés, mais il nécessite l'utilisation de pâtes de bois au coût de production élevé, présente une faible teneur en matiÚres renouvelables, et son point de fusion élevé empêche son utilisation comme matrice pour des renforts en fibres naturelles. DÉROULEMENT Le programme de travail est articulé autour des tâches suivantes : développement de nouvelles méthodes de conversion du bois afin de préparer un ensemble de molécules capables d'être des additifs d'esters de cellulose ; création de nouvelles formulations de plastiques pouvant améliorer les propriétés d'esters de cellulose ; tests en laboratoire, puis à l'échelle semi-industrielle des nouvelles formulations passage à l'échelle industrielle et production de démonstrateurs ; analyse du cycle de vie et Évaluation technico-économique OBJECTIFS Le projet consiste à collecter et fractionner par ultrafiltration des hémicelluloses dissoutes dans les hydrolysats produits au cours de la fabrication de pâte de bois, pour les utiliser comme plastifiant dans l'acétate de cellulose D'un point de vue économique et écologique, le développement de nouveaux composés plastiques compétitifs à base d'esters de cellulose de bois et de dérivés chimiques à base de bois pourrait donner de nouveaux débouchés à des coproduits de l'industrie papetiÚre PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS Aucune formulation d'hémicellulose n'a permis de plastifier correctement l'acétate de cellulose Les travaux ont donc été réorientés vers des composites acétate de cellulose/acétate de cellulose (la matrice est renforcée par des fibres de même nature chimique) et des dérivés cellulosiques trÚs élastiques solubles dans l'eau D'autre part, les recherches ont démontré la capacité à utiliser des outils de mélangeage de trÚs petite taille afin de prévoir les propriétés d'acétates de cellulose préparés dans des outils semi-industriels Ce travail a conduit à la rédaction d'un article scientifique soumis à une revue de référence dans ce domaine (Polymer Engineering and Science) PAGE 84 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOBUTTERFLY Création d'une filiÚre de production de caoutchoucs synthétiques à partir de biomasse 23 CONTEXTE ET ENJEUX Le butadiÚne est un important réactif chimique d'origine fossile utilisé en particulier dans la fabrication des caoutchoucs synthétiques, dont 60 % de la production mondiale sont destinés au secteur des pneumatiques En 2011, la consommation mondiale du butadiÚne s'élevait à 104 Mt/an La production de butadiÚne est fortement liée à celle de l'éthylÚne car la quasi-totalité (environ 96%) est coproduite lors de la fabrication d'éthylÚne par vapocraquage de charges d'origine fossile, essentiellement du gaz naturel ou des naphtas (coproduit de la distillation du pétrole) Or, en raison de son faible prix dans certaines régions du monde, le gaz est actuellement préféré aux naphtas, ce qui maximise la production d'éthylÚne au détriment du butadiÚne, dont l'approvisionnement connaît par conséquent de fortes tensions Les prévisions tendancielles s'inscrivent dans la durée. La diversification des ressources et des modes de production du butadiÚne est donc devenu un enjeu stratégique pour ses utilisateurs Ce projet vise ainsi à mettre en place une filiÚre de chimie verte de production de butadiÚne biosourcé sur le territoire français, pour la production de caoutchoucs « écologiques » Il fédÚrera les acteurs majeurs de la filiÚre depuis les producteurs de matiÚres premiÚres biosourcées jusqu'aux producteurs des intermédiaires chimiques et des polymÚres La construction d'une premiÚre unité de production est visée à l'horizon 2020, créant ainsi plusieurs emplois directs et indirects Commercialement, la technologie de production de butadiÚne biosourcé à partir de la transformation de la biomasse sera commercialisée par AXENS (licence du procédé, fourniture des catalyseurs et d'adsorbants associés) Appel à projets : PIA 2011 Partenaires : MICHELIN (63) [GE] IFP Énergies Nouvelles (92, 69) [EPIC] Axens (92) [GE] Coût total : 52,1 M Aide ADEME : 14,7 M OBJECTIFS Le projet BIOBUTTERFLY vise à : développer et commercialiser une technologie innovante et performante (intégration énergétique, investissement limité, viabilité économique) de production de butadiÚne biosourcé à partir des intermédiaires alcools issus de la biomasse par fermentation ; ouvrir de nouvelles voies et sécuriser les approvisionnements en butadiÚne pour les prochaines années ; diminuer l'impact environnemental de la production de butadiÚne en substituant à des produits d'origine fossile des produits d'origine renouvelable ; développer sur le territoire français des expertises de haut niveau, notamment dans le domaine de la chimie du végétal PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS À l'issue de l'étape d'exploration du projet, des premiers résultats ont été obtenus : sur la base de résultats expérimentaux acquis à l'échelle laboratoire, la définition d'un procédé de production de butadiÚne biosourcé innovant et économiquement viable ; prÚs de 700 formulations catalytiques ont été testées en haut débit, et 300 tests catalytiques réalisés à l'échelle du pilote ; la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre de cette voie de production innovante sont inférieures à celles de la voie fossile ; déjà 8 brevets de référence ont été publiés et plusieurs demandes sont en cours Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 85 24 BIOMA + Procédé de production d'acide méthacrylique biosourcé CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : PIA 2011 Statut : projet en cours Partenaires : Global Bioenergies (91) [PME] Arkema (69) [GE] IRCELYON (69) [laboratoire public] UCCS (62) [laboratoire public] Coût total : 10,5 M Aide ADEME : 5,2 M L'acide méthacrylique est un produit de commodité utilisé dans les peintures, les vernis, les ciments, etc C'est aussi une molécule plate-forme dérivable en produits de spécialité à haute valeur ajoutée Or il existe aujourd'hui en Europe une pénurie d'acide méthacrylique, qui appelle l'installation de nouvelles capacités de production Par ailleurs, Global Bioenergies développe un procédé permettant la conversion de ressources renouvelables en isobutÚne, l'une des briques élémentaires de la chimie utilisée pour la synthÚse de divers produits de commodités et de carburants En particulier, l'isobutÚne peut être converti en acide méthacrylique par oxydation catalytique Enfin, Arkema, l'IRCELYON et l'UCCS détiennent un savoir-faire rare sur l'oxydation des alcÚnes et des alcools, ainsi que sur la caractérisation des catalyseurs nécessaires dans ce type de réaction Les enjeux techniques sont à la fois scientifiques (adaptation d'un procédé actuel d'oxydation de façon à ce qu'il puisse accepter de l'isobutÚne répondant à des spécifications différentes) et opérationnels (industrialisation du process) D'un point de vue environnemental, le nouveau procédé permettra la substitution d'une ressource fossile par une ressource renouvelable, ainsi qu'une amélioration des bilans énergétique et environnemental de l'isobutÚne et de l'acide méthacrylique, par rapport à la voie fossile de référence Le développement d'une technologie, d'un bio-produit français, commercialisable à l'échelle mondiale, et surtout d'une molécule plate-forme, ouvrira potentiellement de nombreux marchés L'installation de ces nouvelles capacités industrielles de production d'acide méthacrylique d'origine biologique permettra également de contribuer à la limitation de la dépendance énergétique française aux ressources fossiles, en utilisant la biomasse comme matiÚre premiÚre De plus, les matiÚres premiÚres renouvelables étant produites localement, et traitées par un réseau d'unités de fermentation implanté au coeur des bassins agricoles, cette filiÚre permettra la création d'emplois industriels non délocalisables dans ces régions On estime ainsi à une trentaine les emplois directs associés, et à environ 300 (directs et indirects) ceux créés en cas de déploiement de la filiÚre OBJECTIFS Le projet BIOMA+ vise à valider le procédé de conversion de sucres fermentescibles en isobutÚne développé par Global Bioenergies au stade démonstrateur de recherche ; puis son utilisation dans un procédé d'oxydation sélective pour la conversion de l'isobutÚne fermentaire en acide méthacrylique PREMIERS RÉSULTATS Le procédé d'obtention d'isobutÚne à l'échelle du pilote industriel a été atteint et un nombre important d'échantillons ont été livrés Ils ont notamment permis de valider la compatibilité de cet isobutÚne fermentaire avec la production d'acide méthacrylique d'une part (cible du projet BIOMA+) mais aussi avec un nombre croissant d'autres applications (carburant et chimie) En parallÚle, des progrÚs trÚs significatifs ont été réalisés sur le procédé de fermentation dont le rendement a atteint 74 % de la cible commerciale à l'échelle du pilote Le projet a également permis le développement de méthodes pour la production d'acroléine à partir d'alcools Plusieurs communications scientifiques et dans la presse ont fait état des résultats du projet PAGE 86 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées DEINOCHEM Production d'ingrédients industriels à partir de ressources végétales en utilisant des bactéries : les Déinocoques 25 CONTEXTE ET ENJEUX Les caroténoïdes, qui font partie de la famille des isoprénoïdes, et plus précisément d'isoprénoïdes à haute valeur ajoutée, sont naturellement présents chez de nombreux êtres vivants et largement utilisées dans l'industrie pour leurs propriétés colorantes et anti-oxydantes Le marché mondial des caroténoïdes devrait atteindre 1,8 milliards de dollars d'ici 20191 En 2013, l'Europe représentait le marché le plus important, suivie par l'Amérique du Nord Les applications pour ces molécules ne cessent de se diversifier, dans l'alimentation humaine et animale comme dans les cosmétiques ou encore la santé La plus grande part de la production actuelle est issue de dérivés pétroliers ; cependant, les molécules naturelles connaissent la plus forte croissance, bénéficiant notamment de la demande des consommateurs Il existe aujourd'hui plusieurs techniques de production comme l'extraction à partir de tomates (lycopÚne) ou de paprika (capsanthine), la bioproduction à partir d'algues (astaxanthine) ou de micro-organismes (bêta-carotÚne) L'offre en solutions biosourcées reste toutefois limitée par des coûts de production élevés. OBJECTIFS L'objectif de DEINOVE est d'offrir une alternative biosourcée compétitive pour les industriels en développant des caroténoïdes produits par voie biotechnologique et offrant des avantages significatifs en termes de stabilité d'approvisionnement et de qualité, de préservation des ressources naturelles et enfin de coûts Le projet Deinochem vise la validation au stade pilote de laboratoire (réacteur de 20 litres) du procédé de conversion de sucres fermentescibles en caroténoïdes, en utilisant un procédé fermentaire innovant mettant en oeuvre des bactéries, les Déinocoques Les Déinocoques sont naturellement dotées de capacités qui les rendent propices à un tel développement : expression naturelle de certains caroténoïdes, assimilation de diverses sources de carbone, adaptation à l'ingénierie métabolique haut débit, etc Appel à projets : PIA 2011 Partenaires : DEINOVE (34) [PME] Coût total : 15,9 M Aide ADEME : 5,9 M PREMIERS RÉSULTATS Le projet a déjà franchi avec succÚs ses 3 premiÚres étapesclés (l'EC3 a été franchie en décembre 2016), validant les avancées en termes de : ingénierie génétique des souches : d'une part, le débit de construction de souches modifiées a été multiplié par 10 en moins d'un an, permettant ainsi d'accélérer la production et les tests de souches d'intérêt ; d'autre part, les équipes DEINOVE ont également progressé dans l'identification des enzymes limitantes afin d'optimiser la production des caroténoïdes ciblés ; fermentation : 32 conditions de fermentation différentes peuvent être testées en parallÚle Dorénavant 5 caroténoïdes différents ont été produits en laboratoire, ouvrant la voie à différents marchés, et l'un d'eux a été sélectionné pour les prochaines étapes : l'augmentation continue des rendements finaux et des volumes de production ; le développement de procédés d'extraction et de purification de ces caroténoïdes à partir du milieu de fermentation pour obtenir un produit commercialisable ; la validation du bénéfice fonctionnel des molécules produites ; et la poursuite des démarches réglementaires en vue de l'homologation nécessaire à la commercialisation La Société a l'ambition de commercialiser ses premiers lots de composés cibles en 2018. 1 Source : MARZ, U (Juillet 2015) The global market for carotenoids BCC Research Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 87 projets (dont 2 PIA) 23 MATÉRIAUX BIOSOURCÉS 11 M d'aide Parmi les produits biosourcés, les matériaux ­ plastiques, composites, isolants, etc ­ connaissent une forte croissance car leurs performances techniques (allégement, amortissement des vibrations, etc) s'avÚrent souvent équivalentes, voire parfois supérieures, à celles des matériaux traditionnels De plus, certains matériaux biosourcés montrent d'ores et déjà de réelles performances environnementales illustrées par des analyses de cycle de vie (ACV) CÃŽté marchés, les secteurs des transports, du bâtiment, de l'emballage, de l'éolien, de l'aéronautique, ou encore des sports et loisirs sont particuliÚrement intéressés par ces nouvelles alternatives On y trouve ainsi l'intégration de fibres de lin/chanvre dans les portiÚres de voitures ou les renforts de menuiserie pour leur allégement, l'utilisation de PEF pour les bouteilles d'eau minérale ou de fibres de bois pour les isolants dans le bâtiment et même de la fibre de carbone biosourcée nanostructurée pour l'éolien ! Les matériaux biosourcés représentent avec 23 projets quasiment ÂŒ des projets R&D aidés par l'ADEME entre 2008 et 2015, 11 % du budget R&D total attribué aux produits biosourcés et bioénergies et 28 % du budget de l'appel à projet BIP Différents appels à projets ont permis de financer ces projets : Investissements d'Avenir (6,1 M ; 2 projets) et BIP (4,97 M ; 21 projets) (dont 6,1 M pour PIA) 23,1 M de coût total (dont 12,4 M pour PIA) PAGE 88 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés NOTILIB Optimisation d'un procédé industriel d'application d'un liant d'origine végétale à base de lignine et d'amidon sur des feutres de fibres naturelles (végétales et animales) 26 CONTEXTE ET ENJEUX Les matiÚres biosourcées sont utilisées depuis plusieurs années dans les secteurs de l'automobile, des films de paillage, ou encore des films d'emballage Les transferts dans des domaines plus techniques comme les paillages fibreux, les compounds (matériau composite semi-fini), ou les feutres d'isolation, nécessitent une collaboration entre chimistes, plasturgistes et textiliens Un premier projet, soutenu dans le cadre d'AGRICE et achevé en 2007, a associé l'Institut Français du Textile et de l'Habillement (IFTH), APM et l'INRA/INA PG L'objectif était de valoriser des dérivés de la lignine dans les domaines des textiles techniques (textiles, composites, et compounds) 100 % naturels et biodégradables Dans le cadre de ce projet, une gamme de formulations d'origine végétale a été mise au point et utilisée comme liant de fibres végétales (chanvre) pour le domaine des feutres utilisés pour les secteurs automobile (panneaux rigides pour l'habitacle) et paillages agricoles Les essais préindustriels chez APM à la fin de ce premier projet sont encourageants : plusieurs formulations à base de lignosulfonate de sodium et d'amidon ont été appliquées sur des non-tissés de chanvre Grâce à leurs propriétés liantes, ces formulations améliorent les propriétés mécaniques du non-tissé Un brevet a été déposé par l'IFTH Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : APM (ex ­ AFT plasturgie) (21) [PME] BUISSON EFFILOCHAGE (69) [PME] LCA ­ ENSIACET (31) [laboratoire public] IFTH (69) [centre technique] Coût total : 120 k Aide ADEME : 78 k OBJECTIFS Le projet NOTILIB avait pour objectif de transférer industriellement les résultats de ce premier projet et donc d'optimiser les précédents résultats, d'étudier les procédés d'application, puis de les transférer à l'échelle industrielle pour le liage de feutre en fibres naturelles (chanvre et laine) Les domaines visés étaient les feutres en fibres naturelles pour l'isolation des bâtiments (domaine du partenaire Buisson Effilochage), les panneaux rigides pour habitacle automobile, et les feutres pour les paillages agricoles (domaines du partenaire APM) RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet a pu montrer que les performances mécaniques du nouveau compound sont trÚs comparables à celle du compound standard d'APM La bibliographie réalisée par le laboratoire LCA sur le « comportement des produits de paillage et d'isolation au compostage » a permis de mieux comprendre le comportement à la biodégradation de plusieurs polymÚres dits biodégradables, utilisés pour la fabrication de films de paillage agricole ou de composites En l'occurrence, la biodégradation dépend de nombreux facteurs, dont notamment : les conditions environnementales (nature du sol, du compost, température, humidité,...) ; les additifs ajoutés pendant la formulation du matériau ; les associations entre fibres végétales et polymÚres ; le type de fibre, les propriétés de la fibre, la quantité de fibre sont des paramÚtres qui vont influencer la biodégradation du composite Le projet a ainsi démontré que chaque polymÚre ou association possÚde sa propre cinétique de biodégradation, et qu'il est donc possible de réaliser un compromis pour la fabrication de ces matériaux biosourcés entre les propriétés mécaniques, physiques, chimiques, et les propriétés de biodégradabilité afin de répondre aux attentes des industriels Un développement industriel de composites issus du compound PolyPropylÚne/chanvre/lignine-amidon peut être envisagé notamment pour la production des piÚces intérieures dans l'automobile. Par ailleurs, dans l'objectif d'un transfert à d'autres domaines industriels, des essais supplémentaires ont été menés pour obtenir des formulations incolores, à base de réactifs d'origine végétale sans lignine pour les domaines industriels où la couleur du liant est un paramÚtre important Des présentations à des journées techniques ou colloques ont été réalisées Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 89 27 ECOMEMBRANE Développement d'une membrane d'étanchéité composite et durable, à base de ressources végétales Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : SOPREMA (67) [GE] Université de Strasbourg ­ LIPHT (67) [laboratoire public] AVRIL ­ OLEON SA (77) [GE] Coût total : 161 k Aide ADEME : 58 k CONTEXTE ET ENJEUX Depuis quelques années, la prise de conscience des enjeux environnementaux par l'ensemble des acteurs mondiaux du bâtiment a conduit à la création de labels comme « HQE » (pour Haute Qualité Environnementale) Cependant, de nombreux éléments et matériaux de constructions ne remplissaient pas encore les conditions de ces labels en 2009 C'était le cas des membranes d'étanchéité de toiture, composées alors d'un liant bitumineux et d'un renfort, issus de ressources non renouvelables OBJECTIFS Ce projet avait pour but de substituer des produits d'origine non renouvelable alors utilisés dans les membranes d'étanchéité par des matiÚres biosourcées pour la réalisation semi-industrielle d'une membrane d'étanchéité de toiture issue de ressources renouvelables La technique de pose, qui consistait alors à associer par fusion les laies de membranes sur les toits, devait être conservée Par ailleurs, une analyse sur l'introduction de renforts en fibres ligno-cellulosiques et la formation de composites biosourcés devait être réalisée afin d'améliorer les propriétés mécaniques et la manipulation du matériau final In fine, l'objectif était d'obtenir des membranes à 90 % biosourcées RÉSULTATS ET VALORISATION Les travaux ayant été plus long que prévu, le changement d'échelle n'a pas pu être totalement réalisé Cependant, le projet a permis de faire la synthÚse de polyuréthanes afin d'améliorer l'élasticité de résines polyamides De plus, la teneur en matiÚre biosourcée a pu être augmentée en utilisant un isocyanate partiellement biosourcé Des avancées intéressantes pour la réalisation de membranes d'étanchéité de toitures biosourcées ont été obtenues avec le dépÃŽt de plusieurs brevets PAGE 90 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés ISOLVEGE 3D Développement d'un panneau d'isolation thermique et phonique à partir de déchets de coton et de farine de blé 28 CONTEXTE ET ENJEUX La rénovation énergétique des logements, et tout particuliÚrement les travaux d'isolation, est l'un des chantiers phare de la transition énergétique et écologique afin de limiter les consommations énergétiques des bâtimentsActuellement,de nombreux professionnels (et particuliers) utilisent encore des panneaux d'isolation issus de matiÚres premiÚres fossiles : polystyrÚne expansé (associé à du plâtre), laine minérale ou laine de verre... OBJECTIFS Le but de ce projet était de développer un panneau d'isolation thermique et phonique entiÚrement biosourcé et destiné à remplacer les panneaux d'isolations en plâtres, polystyrÚne expansé ou en fibre de verre Les matiÚres premiÚres identifiées étaient des productions végétales (farine de blé) et des produits textiles en fin de vie (coton recyclé) L'objectif était d'obtenir des performances techniques et environnementales supérieures aux produits substitués Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : RAYNAUD INDUSTRIES (14) [PE] Treuil Construction Ingénierie (27) [PE] I.C.I.A.D. (76) [association] Esitpa ­ UniLaSalle (76) [laboratoire public] IFTH (69) [PME] Coût total : 134 k Aide ADEME : 94 k Partie souple coton jeans Plaque rigide coton jeans RÉSULTATS ET VALORISATION Un prototype de panneau d'isolation présentant des performances techniques et environnementales prometteuses a été mis au point par thermocompression La comparaison des performances avec des solutions de référence a montré des résultats intéressants : le matériau obtenu est plus léger, sa résistance mécanique et son isolation phonique sont similaires, et son isolation thermique est meilleure de 30 % Plusieurs présentations orales ont été réalisées afin de présenter les procédés utilisés pendant ce projet Différents produits ont été commercialisés : panneaux d'isolation thermique et phonique ; feutres de sous toiture destinés à l'isolation contre les infiltrations d'eau de pluie ; feutres de paillage écologiques naturels pour culture en plein champs, en jardinerie, ou dans les espaces publics, destinés à être dégradés sur place aprÚs usage (période d'un ou deux ans) ; encollage de fils avant tissage Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 91 29 RICHARB Applications non alimentaires du Ricin CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : Arkema (92, 69) [GE] VALAGRO (86) [centre R&D] OLEON France S.A.S. (77) [GE] Coût total : 241 k Aide ADEME : 143 k Le ricin est une plante non alimentaire cultivée pour son huile et ses coproduits, dont les caractéristiques uniques expliquent le développement de plusieurs applications industrielles Ainsi, l'huile de ricin est-elle utilisée pour la production de lubrifiants, de polyuréthanes, ou encore de polyamides Cependant, cette plante est riche en toxines (ricine, allergÚnes) qui se retrouvent dans le tourteau aprÚs extraction de l'huile, ce qui en limite les utilisations dans l'alimentation, même animale, et même comme engrais naturel du fait de la dispersion de l'allergÚne dans l'environnement Le jatropha, une autre plante oléagineuse non alimentaire, rencontre des enjeux de toxicité similaires, devant être résolus avant d'envisager un développement industriel Pour une meilleure valorisation globale du produit et de ses coproduits, mais aussi pour une plus grande sécurité de la filiÚre, les industriels cherchent donc des solutions qui permettent de détruire les toxines OBJECTIFS Le projet visait à développer des technologies innovantes de conversion des dérivés du ricin (huile, tourteau, coques) en produits chimiques afin de diversifier les usages de cette plante Plus précisément, l'objectif consistait à développer une technologie de trituration réactive du ricin permettant d'obtenir, en une seule étape, de l'ester méthylique, du glycérol et du tourteau ne contenant plus d'allergÚnes ni de ricine Une démarche identique était prévue pour le jatropha, les caractéristiques étant proches de celles du ricin Ricin RÉSULTATS ET VALORISATIONS Le projet a permis d'obtenir des résultats trÚs positifs : un procédé efficace de trituration réactive, permettant la coproduction d'un tourteau de ricin détoxifié ; un produit conforme au procédé conventionnel de transestérification de l'huile de ricin via des essais de craquage de l'ester de ricin ; une analyse économique concluante sur les conditions optimales d'intégration du procédé, soit dans une unité existante, soit dans une nouvelle installation Pour ce qui est du Jatropha, les composés toxiques ne sont pas les mêmes et la présence de curcine (une protéine similaire à la ricine) et d'esters de phorbols expliquent la toxicité de la plante Le tourteau obtenu aprÚs trituration réactive peut être débarrassé de ces esters de phorbol (agent promoteurs de tumeurs) dont la teneur est ramenée à un niveau comparable à celui des espÚces dites «non-toxiques » de Jatropha Plusieurs brevets ont été déposés en 2009 et conduits à la proposition en licensing d'un procédé de trituration réactive appliquée à la graine de jatropha, ainsi qu'à la graine de ricin pour la fabrication d'ester d'huile de ricin, de glycérol et de tourteaux détoxifiés Plusieurs publications (Industrial Crops and Products [2013]; Inform [2014]), communications (European Biomass Conference) ainsi qu'un chapitre de livre (Industrial Biorenewables [2016]) ont été réalisées PAGE 92 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés BIOBAT Développement de profils de menuiserie pour le bâtiment en matériau composite intégralement biosourcé 30 CONTEXTE ET ENJEUX L'utilisation des fibres végétales, en particulier des fibres de lin, pour des applications industrielles est actuellement un véritable enjeu pour la filiÚre du lin La France est en effet un leader de sa culture sans toutefois conserver la valeur ajoutée de sa transformation (la majorité est exportée pour le textile) Par ailleurs, le secteur du bâtiment, souhaite intégrer des matériaux innovants afin de réduire la consommation d'énergie des bâtiments, utiliser des ressources renouvelables, valoriser les déchets, et réduire les déchets non valorisables En 2010, les matériaux traditionnels (bois, PVC, aluminium, composite polyester/verre) ne permettaient de respecter à la fois les futures rÚglementations thermiques 2012 et 2020, les nécessaires performances mécaniques, et les critÚres architecturaux, tout en ayant un impact environnemental réduit OBJECTIFS L'objectif du projet de recherche BIOBAT était de développer une solution alternative pour la réalisation d'huisseries de fenêtres, à performances techniques équivalentes ou supérieures et à impacts environnementaux réduits grâce à l'utilisation de ressources renouvelables Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : INNOBAT (34) [PME] École des Mines d'AlÚs ­ C2MA (30) [laboratoire public] École Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (34) [laboratoire public] Coût total : 498 k Aide ADEME : 259 k RÉSULTATS Le matériau biosourcé développé, baptisé PULGREEN®, est un composite (matrice polyester pétrosourcée) renforcé par des fibres végétales (60 % en masse) Obtenu par un procédé de fabrication appelé « pultrusion », il permet notamment la réalisation de renforts structuraux de profilés pour la menuiserie où ils peuvent constituer une solution alternative extrêmement intéressante aux renforts traditionnels en acier dans les fenêtres PVC En effet, les renforts de profilés obtenus ont la rigidité d'un métal tout en étant beaucoup plus légers Ils permettent ainsi de réduire de façon conséquente le poids de la fenêtre tout en améliorant ses caractéristiques techniques (efficacité thermique, rigidité) Le bilan environnemental de ces produits a été évalué par une Analyse du Cycle de Vie (ACV) comparative ayant démontré que l'utilisation de ces renforts de profilés biosourcés à la place de leur équivalent acier permet de réduire de 10 % environ les émissions de gaz à effet de serre associées à la fenêtre VALORISATION Les résultats du projet ont permis à Innobat de développer et mettre sur le marché son premier produit breveté : EcoRenfort® Début 2014, un premier industriel, « Préfal », a mis sur le marché sa nouvelle gamme de fenêtres « Exigence 83 » intégrant l'EcoRenfort® réduisant le poids de la fenêtre de 6 à 8 kg suivant sa dimension Environ 6 000 fenêtres ont ainsi été vendues durant sa commercialisation en 2015 Depuis le 1er septembre 2015, l'entreprise « IsoFrance Fenêtres » commercialise sa gamme de fenêtre PVC « IFF70+ », montrant des performances (thermiques, rigidité, environnementales) supérieures ainsi qu'un poids réduit de 7 kg par rapport au reste de leur gamme de fenêtres PVC grâce à l'EcoRenfort® En 8 mois plus de 600 fenêtres ont été vendues Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 93 31 BIOCER Développement d'une nouvelle méthode de production industrielle de composites à matrice thermoplastique renforcée de fibres naturelles couplées par extrusion réactive Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : APM (ex : AFT plasturgie) (21) [PME] Peugeot Citroën Automobiles (78) [GE] INSA Lyon ­ IMP/ LMM UMR 5627 (69) [laboratoire public] Coût total : 164 k Aide ADEME : 131 k CONTEXTE ET ENJEUX Les matiÚres thermoplastiques en Europe de l'Ouest représentent un marché annuel de plusieurs dizaines de millions de tonnes dont une part non négligeable est dédiée aux transports La part des composites à fibres naturelles y progresse fortement puisqu'elle devrait doubler entre 2010 et 2020 en Europe Contrairement au marché Nord-Américain, où les applications concernent majoritairement la substitution du bois dans le bâtiment, l'Europe s'intéresse au rÃŽle plus technique de renfort des fibres naturelles Les deux principales voies de mise en oeuvre sont la compression-moulage et l'injection (moins utilisée) C'est ce dernier procédé que cible ce projet pour la fabrication de piÚces injectées : garniture intérieure et structures pour l'automobile, éléments techniques pour l'électroménager ou pour le mobilier de jardin... Enfin, à titre d'exemple, le remplacement de 1 kg de polypropylÚne (PP) par 1 kg de chanvre entraine une diminution à la production de la consommation d'énergie de 97 %, l'émission de CO2 de 79 %, l'émission d'oxydes de Soufre de 94 %, l'émission d'oxydes d'Azote de 67 % et la demande biologique en oxygÚne de 99 % La culture du chanvre ne nécessite aucun produit phytosanitaire et est peu consommatrice d'eau L'étude d'un procédé d'injection d'un composite renforcés de fibres de chanvre présente donc des intérêts multiples OBJECTIFS Ce projet avait pour but principal de substituer une partie de la matrice polymÚre, d'origine fossile, par des fibres végétales Les principaux objectifs étaient ainsi : d'améliorer les propriétés mécaniques de la matrice ; de baisser le prix du matériau ; de diminuer sa densité globale ; de baisser les coûts de gestion en fin de vie par rapport à des composites traditionnels ; dans une certaine mesure, de réduire certains impacts environnementaux grâce à l'utilisation de ressources agricoles Pour répondre aux besoins des principaux marchés des composites « thermoplastiques + fibres naturelles », l'optimisation des interactions entre les fibres et la matrice est primordiale Le projet devait ainsi identifier des silanes (composés chimiques spécifiques) fonctionnalisés pour renforcer l'interface polymÚre/fibre, et améliorer in fine les propriétés de ces matériaux AprÚs traitement RÉSULTATS ET VALORISATION La méthode de couplage par deux silanes (au lieu d'un seul) sur les matériaux composites élaborés par voie d'extrusion réactive améliore significativement les propriétés mécaniques et thermiques du matériau, et en réduit le caractÚre hydrophile Elle permet en outre de réduire l'effet de dégradation des propriétés au cours du recyclage de la matiÚre (cycles de broyage et injection successifs) Les conditions opératoires de compoundage (procédé d'extrusion-granulation) sont validées, en particulier sur le plan de l'ordre et du mode d'introduction des constituants Le projet a été présenté en colloque, une publication est parue dans Polymer Degradation and Stability en 2012, et un brevet a été déposé en 2011 par PSA Enfin un procédé de couplage fibres végétales/matrice par greffage de deux silanes fonctionnalisés a été mis au point et validé par APM Le projet n'a cependant pas eu d'issue industrielle à ce jour mais les résultats obtenus sont valorisés à travers d'autres projets PAGE 94 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés CREABIOM Conception Raisonnée d'Emballages Alimentaires Biodégradables biosourcés Multicouches 32 CONTEXTE ET ENJEUX L'utilisation de ressources renouvelables, ainsi que la production de matériaux biodégradables à durée de vie raisonnée, pourraient constituer des pistes pour réduire l'impact écologique de la filiÚre plasturgie Par ailleurs, le marché est demandeur de produits éco-responsables, la condition préalable à leur commercialisation étant l'obtention de performances égales ou supérieures à celles des matériaux synthétiques actuellement utilisés Une stratégie flexible permet de répondre à ces exigences techniques : la création de structures multicouches (6 à 15 couches dans l'alimentaire) associant avantageusement les propriétés de différentes matiÚres plastiques Mais le recyclage des matériaux s'avÚre alors difficile : la biodégradabilité de l'ensemble est donc une propriété pertinente et bienvenue OBJECTIFS Les objectifs de ce projet étaient : la valorisation des coproduits de l'huilerie en tant qu'additifs ; la conception de matériaux multicouches biodégradables PLA/PHAs ; la production et valorisation de PHAs à partir de sources de carbone issues de l'assainissement des eaux municipales et industrielle et des déchets ; l'amélioration des propriétés mécaniques et barriÚres à l'aide d'un matériau multicouche ; l'évaluation de la sécurité, de la qualité alimentaire, de la biodégradabilité, de l'impact écologique, et de la faisabilité industrielle Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : BRODART PACKAGING (10) [PME] Institut des Corps Gras ­ ITERG (33) [centre technique] Veolia Recherche et Innovation (78) [GE] LNE (78) [EPIC] INRA (91) [laboratoire public] Cnam ­ Conservatoire national des arts et métiers (75) Coût total : 848 k Aide ADEME : 415 k Extrusion cast Extrusion filiÚre plate RÉSULTATS Deux produits ont été développés : une composition biodégradable augmentant d'un facteur 20 la ductilité (capacité à se déformer) de films fins de PLA à base de coproduits de l'huilerie avec une transition vitreuse supérieure à la température ambiante ; un film de PLA thermostable, imprimable, et apte au contact alimentaire, en mélange avec un PHA et les coproduits de l'huilerie Ce film peut être produit aussi bien par extrusion cast que par soufflage de gaine Un brevet a été déposé et plusieurs publications scientifiques dans différents journaux ont récemment été publiées : J Applied polym Sci (2015), Express Polymer Letters (2015), Bioresource Technology (2015), Poymer international (2016) Un montage d'un projet H2020 est en cours visant à valoriser le brevet déposé et en réunissant tous les partenaires de la chaine de valeur Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 95 33 FILTEXCOL Dépollution d'un effluent industriel complexe par filtration membranaire et propriétés et applications du nouveau latex naturel concentré (adhésion, allergie) Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : TIA ­ Techniques Industrielles Appliquées (84) [PME] Cirad (34) [centre de recherche] Rescoll (33) [centre de recherche] CTTM (72) [PME] Université de Haute Alsace ­ IS2M (68) [laboratoire public] Coût total : 455 k Aide ADEME : 264 k CONTEXTE ET ENJEUX Pour ses nombreux avantages techniques, le latex naturel est préféré au latex de synthÚse Les produits à base de polyisoprÚne naturel sous forme latex représentaient ainsi en 2010 un marché de 1,3 Mt/an Sa solidité et de sa perméabilité aux agents pathogÚnes en font un matériau adapté aux gants chirurgicaux et aux préservatifs Lors de la fabrication, la concentration du latex naturel par centrifugation engendre un effluent appelé « skim », contenant environ 10 % du polyisoprÚne initial dont la récupération par coagulation à l'acide sulfurique, qui, en plus de produire un caoutchouc de basse qualité, pollue les riviÚres, et induit un risque sanitaire (dégagement de H2S ­ Sulfure d'HydrogÚne) Faute d'un procédé performant et non polluant de récupération, le skim reste donc un coproduit à faible valeur marchande. OBJECTIFS Le projet visait à créer un procédé permettant de concentrer le skim à l'aide d'ultrafiltration ou microfiltration pour récupérer le polyisopropÚne(PI) sous forme de latex concentré réutilisable par l'industrie En effet, ne contenant plus de protéines allergisantes, il pourrait être utilisé à nouveau dans la fabrication de gants, préservatifs ou encore comme composant de colles en substitution de colles « formaldéhyde » cancérigÚne D'autre part, il s'agissait de réduire la demande chimique en oxygÚne (DCO) et de diminuer la pollution présente dans les rejets grâce à l'absence de sulfates dans l'effluent RÉSULTATS Les recherches ont conduit à un procédé robuste, testé avec succÚs sur plusieurs milliers de litres de skims d'origine diverse Les objectifs techniques ont été atteints : la DCO du perméat (sans sulfates) est fortement réduite, ce qui en facilitera l'épuration, et le skim concentré, produit biosourcé, possÚde des propriétés favorables à des applications industrielles en substitution de produits, notamment en tant qu'adhésif Par ailleurs, des contacts commerciaux ont été établis en Thaïlande, aux Philippines et en Malaisie afin de trouver un partenaire industriel susceptible de réaliser des essais pré-industriels Sur le plan académique, une thÚse a été conduite au cours du projet et plusieurs publications ont été préparées (Industrial Plants and Crops et Colloids and Surfaces) PAGE 96 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés FLEXOFIB Élaboration d'un matériau élastomérique renforcé par des fibres végétales pour produits extrudés de l'automobile et du bâtiment 34 CONTEXTE ET ENJEUX Depuis 1999, Cooper Standard Automotive (CSA) travaille sur l'amélioration du bilan environnemental et économique des systÚmes d'étanchéité automobile en ciblant le remplacement des caoutchoucs synthétiques traditionnellement utilisés par des élastomÚres thermoplastiques Ce changement permet de réduire le coût et le poids des produits, ainsi que la consommation d'énergie nécessaire à leur production (-30%), d'augmenter la résistance au vieillissement tout en permettant un recyclage en fin de vie Ces recherches ont abouti en 2007 à la commercialisation d'étanchéités thermoplastiques lisé par CSA dans ses systÚmes d'étanchéité, tout en améliorant son bilan environnemental Le gain environnemental était attendu d'une part via la substitution de renforts en fibres de verre par des fibres végétales (chanvre), dont la production est moins consommatrice d'énergie, et d'autre part par le recyclage de rebuts de caoutchouc disponibles sur le site industriel (jusqu'alors envoyés en cimenterie pour y être brûlés) en poudrette pour la ténacité et la résistance à la déchirure Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : Cooper Standard Automotive (35) [GE] APM (ex ­ AFT plasturgie) (21) [PME] Université de Bretagne Sud ­ IRDL (56) [laboratoire public] Coût total : 248 k Aide ADEME : 145 k OBJECTIFS Pour continuer à innover et à améliorer le bilan environnemental des systÚmes d'étanchéité, l'étape suivant cette transition du caoutchouc synthétique vers le thermoplastique était l'incorporation de ressources renouvelables et de composés issus de recyclage afin de répondre à la demande et aux contraintes des constructeurs automobiles, en attente de matériaux plus respectueux de l'environnement à iso-coût L'objectif était de développer un matériau aux performances techniques et économiques similaires au compound thermoplastique actuellement utiCoulisse RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet a permis la mise au point d'un nouveau procédé permettant de réaliser, en une passe, un compound élastomÚre contenant 20 % en masse de fibres de chanvre Une premiÚre piÚce prototype a ainsi été réalisée Des travaux d'amélioration de la viscosité du compound et d'optimisation du procédé de compoundage sont encore nécessaires avant d'envisager l'extrusion d'un profilé industriel Le développement des piÚces d'étanchéité renforcées par des fibres végétales se poursuit chez Cooper Standard Une thÚse CIFRE a été réalisée sur le sujet à l'IRDL (ex LIMATB) L'évaluation environnementale du produit a permis d'estimer à 30 % la réduction des émissions de GES grâce à la substitution d'une coulisse thermoplastique classique par une coulisse intégrant 20 % de fibres de chanvre et 10 % de poudrette de caoutchouc recyclé Par ailleurs, des piÚces d'étanchéité produites avec les matériaux élaborés par APM (ex AFT plasturgie) sont déjà commercialisées Ces piÚces renforcées par des fibres de chanvre équipent en particulier les actuelles Peugeot 308 Plusieurs communications nationales et internationales des résultats obtenus ont été réalisées ainsi que plusieurs publications (Materials Letters (2016), Composites (2013), Polymer Degradation and Stability (2011), ICCS 16 (2011), MODEST 2012, Colloque sur la Déformation des PolymÚres Solides (2010)) Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 97 35 VEGECOMP Composites biosourcés pour l'injection thermoplastique : incorporation de fibres végétales dans les matrices biosourcées Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : VEGEPLAST (65) [PME] LCA/CATAR (31) [laboratoire public] Coût total : 209 k Aide ADEME : 195 k CONTEXTE ET ENJEUX Afin de réduire l'impact environnemental des matiÚres plastiques, il peut notamment être envisagé d'utiliser des matiÚres premiÚres renouvelables, augmenter la longévité des produits ou encore travailler sur leur valorisation en fin de vie DÉROULEMENT Cinq sources différentes de fibres ont été sélectionnées à partir de trois critÚres différents : la disponibilité industrielle, la composition chimique, et le degré de raffinage de la fibre Il s'agit des fibres de rafle de maïs, de son de blé, de coques de fÚve de cacao, de bois et écorces de châtaignier et enfin cellulosiques L'originalité du projet résidait notamment dans la mise au point d'un nouveau procédé de compoundage (procédé d'extrusion-granulation) de ces fibres dans une matrice plastique biodégradable, pour l'obtention de mélanges-maîtres, dont le dosage lors de l'injection thermoplastique a été étudié en relation avec les propriétés des objets moulés Ce procédé vise à coupler en une seule étape d'extrusion bi-vis la thermoplastification de bioressources et leur mélange à des polyesters biodégradables et/ou divers additifs L'objectif est d'étudier et d'optimiser ce procédé (dispersion des fibres) ainsi que celui d'injection thermoplastique au stade pilote industriel Le projet s'est articulé autour des phases suivantes : sélection et préparation des fibres végétales pour le compoundage avec les matrices thermoplastiques biosourcées ; étude du procédé de compoundage des fibres végétales avec les matrices thermoplastiques et caractérisation des composites biosourcés moulés par injection ; mise au point du moulage par injection thermoplastique des composites biosourcés ; transfert à l'échelle pilote industriel des procédés et produits OBJECTIFS Le projet avait pour but la création d'une nouvelle gamme de matériaux composites biosourcés (matrice thermoplastiques biodégradable/fibres végétales) permettant de produire des piÚces moulées par injection Les améliorations ciblées pour ces nouveaux composites biosourcés étaient nombreuses : résistance mécanique, stabilités dimensionnelle et thermique, tenue au choc et rigidité, processabilité lors du moulage par injection, aspect et finition des piÚces formées (en particulier leur perception « d'origine naturelle ») RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet a permis d'identifier des fibres végétales intéressantes pour élargir significativement les propriétés mécaniques, les stabilités thermique et dimensionnelle ainsi que de réduire le coût de production des matériaux proposés par la société VEGEPLAST Grâce à la meilleure compréhension des phénomÚnes contrÃŽlant les propriétés physico-chimiques des composites biosourcés et au dépassement des contraintes technologiques, un procédé complet, industriellement viable, a pu être validé à l'échelle pilote de 50 kg/h VEGEPLAST a ainsi pu accroitre sa capacité de réponse aux cahiers des charges de clients potentiels, ce qui lui permet de viser de nouveaux marchés et de nouvelles perspectives de développement (création d'un poste R&D) Le procédé reste à valider à des débits de production plus élevés (200 kg/h) Les résultats obtenus pourraient également être étendus à l'utilisation de nouvelles fibres végétales ou matrices ayant des caractéristiques similaires à celles étudiées D'un point de vue académique, plusieurs publications (thÚse G Gamon, 2013 ; Industrial Crops and Products, 2013) et communications (WPC 2011 ; Biopol 2011) ont été effectuées PAGE 98 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés POLYPLAST Les esters de polyglycérols (EPG) comme plastifiants biosourcés de plastiques 36 CONTEXTE ET ENJEUX Les plastifiants ont pour rÃŽle d'augmenter la flexibilité et d'améliorer la mise en oeuvre de matériaux thermoplastiques Ce ne sont pas de simples additifs car ils déterminent les propriétés finales de ces matériaux Il en existe plus de 300 familles, presque exclusivement issues de la synthÚse pétrochimique Certaines de ces familles de plastifiants, les phtalates par exemple, présentent par ailleurs une toxicité potentielle. Il a été montré dans un projet AGRICE (2008-2009) que les esters de polyglycérols (EPG) présentaient un trÚs fort effet plastifiant sur des matériaux biosourcés de type acide polylactique (PLA) chargé en fibres de bois ou en farine amylacée Ces EPG sont par ailleurs des produits biodégradables issus du glycérol et sont connus pour être non toxiques L'effet plastifiant de ces molécules n'a cependant pas été vérifié sur d'autres polymÚres (polymÚres biosourcés ou pétrochimiques de commodité) D'autre part, il a été constaté que l'utilisation d'EPG permet d'extruder le PLA chargé en farine amylacée à des températures supérieures à celle de la décomposition habituelle des charges végétales, ce qui pourrait autoriser l'utilisation dans les plastiques chargés en fibres végétal, des polymÚres encore non utilisés comme ceux présentant une haute température de fusion tels que les polyamides, l'ABS... Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : FuturaMat (86) [PME] VALAGRO (86) [Centre R&D] CINQ MC (16) [PME] Coût total : 161 k Aide ADEME : 97 k OBJECTIFS Les objectifs du projet étaient de : valider l'effet plastifiant des EPG sur des matériaux biosourcés chargés en farine végétale destinés à être transformés par moulage injection Les familles de polymÚres utilisés dans ces matériaux biosourcés devaient être les suivantes : polymÚres biosourcés (PBAT et PHA), polymÚres de commodité (polyéthylÚne, polypropylÚne), polymÚres techniques (ABS, polyamide 6, polyamide 6-6, polyamide 11, polyester ; comprendre l'effet d'inhibition de dégradation des charges végétales à des températures élevées lors de la phase d'extrusion/compoundage de polymÚres biosourcés chargés ; comparer les résultats obtenus avec ceux du projet AGRICE précédent (avec du PLA) RÉSULTATS 5 formulations ont été validées aux niveaux technique et économique ; les fiches techniques de ces formulations ont été établies et utilisées pour la présentation des produits à la clientÚle du partenaire industriel ; l'effet plastifiant à trÚs basse teneur de certains EPG a pu être validé sur des formulations aptes à l'injection en haute cadence et également sur des formulations destinées à l'extrusion feuille thermoformage L'effet plastifiant s'accompagne malheureusement d'une diminution de la valeur HDT (Heat Temperature Deformation) ; à plus haute teneur, les EPG agissent comme des lubrifiants externes qui permettent de limiter les phénomÚnes de dégradation thermique par friction Il est ainsi possible de charger des polymÚres techniques tels que les PA, ABS, PC avec des fibres végétales en limitant la dégradation de ces derniÚres Les piÚces sont alors d'un aspect homogÚne et les phénomÚnes de traces (flash) à leur surface disparaissent Comparaisons couleur compound PiÚce de gauche sans EPG : compound dégradé (couleur trÚs brune) + odeurs + traces PiÚce de droite avec EPG : compound clair non dégradé, plus de traces Des teneurs trop élevées empêchent la mise en forme des compounds élaborés (dosage délicat voire impossible de la matiÚre) Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 99 37 AUTOFLAX AllÚgement des véhicules par l'emploi de résines thermoplastiques chargées avec de la paille de lin Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : TEILLAGE VANDECANDELAERE (14) [PME] CERA ­ Centre d'Études et de Recherche Automobile (51) [GE] CSF ­ COOPER STANDARD FRANCE (35) [GE] Université de Bretagne Sud ­ IRDL (56) [laboratoire public] PDCL ­ Produits Chimiques de Lucette (53) [PME] Coût total : 503 k Aide ADEME : 267 k CONTEXTE ET ENJEUX Afin de réduire l'impact environnemental de ses véhicules, l'industrie automobile a défini deux axes de travail prioritaires : l'incorporation de matériaux recyclés, et le gain de masse (réduction des émissions de CO2 lors des phases de construction et d'utilisation de ses produits) Dans le but d'améliorer les propriétés mécaniques des plastiques dans l'automobile, des charges (généralement la fibre de verre) sont incorporées en tant que renfort Afin de répondre simultanément à ces deux objectifs, la filiÚre cherche ainsi à substituer les charges traditionnelles en fibre de verre dans les matériaux recyclés par des fibres végétales, dont la densité est plus faible afin de diminuer le poids des piÚces Au-delà des problématiques de mise en oeuvre, se posent également les questions de la disponibilité de la ressource végétale, de son coût, et de l'impact environnemental lié à sa production C'est pourquoi l'utilisation de coproduits de filiÚres végétales existantes (anas de lin [textile ou oléagineux],...) sous-valorisés a été envisagée DÉROULEMENT Les grandes étapes des recherches ont été : le choix de la ressource végétale : lin oléagineux ainsi que paille, anas, et fibres de lin textile, ou encore étoupes cardées (bourre peignée) ; la préparation de la matiÚre premiÚre : coupe de précision et broyage de paille puis traitement physique pour augmenter la faculté d'adhésion ; l'étude et réalisation de nombreuses formulations incorporant les matiÚres biosourcées, traitées ou non, afin de vérifier dans un premier temps la faisabilité de ce type de compoundage et dans un second temps, d'en évaluer les performances mécaniques ; des essais de production de piÚces finales : par extrusion et par injection ; la caractérisation des matériaux et évaluation des piÚces réalisées ; l'analyse du cycle de vie OBJECTIFS Ce projet avait pour but la mise sur le marché d'un nouveau matériau composite à base d'une matrice pétrosourcée recyclée, renforcée par des coproduits de la filiÚre lin (pailles, anas...) pour le marché de l'automobile RÉSULTATS ET VALORISATION Les principaux verrous identifiés pour la réalisation des compounds ont été la maîtrise de l'homogénéité du mélange, le bon dosage des dérivés du lin, et la maîtrise des taux d'humidité de ces produits hygrophiles La préparation par extrusion des différents compounds n'a pas posé de problÚmes majeurs (à l'exception des formulations à base d'étoupes cardées) La mise en oeuvre sur extrudeuse industrielle a permis de démontrer la difficulté d'exploitation industrielle des compounds par ce procédé. En revanche, les essais d'injection ont présenté de bons résultats jusqu'à 20 % de fibres naturelles. Cependant, toutes les formulations ont généré des hétérogénéités incompatibles avec un déploiement industriel à ce stade Écran sous moteur Treves Granulés de compound à base de pied le lin micronisé PAGE 100 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PANOVEGE Conception et étude de nouveaux matériaux issus des coproduits de matiÚres végétales pour des applications dans le bâtiment et l'emballage 38 CONTEXTE ET ENJEUX Pour répondre à une demande croissante des marchés du bâtiment et de l'emballage pour les panneaux de particules agglomérées, l'entreprise De Sutter FrÚres, seul fabricant de panneaux à base de lin en France, est à la recherche de nouvelles matiÚres premiÚres végétales L'expertise du laboratoire Esitpa dans le domaine des matériaux biosourcés l'a conduit à proposer à De Sutter la valorisation d'un nouveau coproduit de culture : l'écorce de tournesol Ce coproduit est issu d'une culture trÚs rentable et la quantité valorisable est trÚs importante car les cannes de tournesol ne sont pas exploitées actuellement DÉROULEMENT Le projet PANOVEGE comprenait : une phase de recherche finalisée à l'échelle laboratoire, réalisée par l'Esitpa et par le CRT Analyses et Surface (caractérisation du comportement, vieillissement des matériaux) ; une phase d'expérimentation préindustrielle sur la ligne de production de l'entreprise De Sutter FrÚres pour réaliser des prototypes taille réelle des nouveaux panneaux biosourcés Par ailleurs ce projet devait ouvrir la voie d'une filiÚre agricole pour la récolte et la valorisation des cannes de tournesol Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : DE SUTTER FRÈRES ­ SANOPAN (76) [PME] ESITPA ­ UniLaSalle ­ AGRI'TERR (76) [laboratoire public] CRT Analyses & Surface (27) [laboratoire privé] Coût total : 814 k Aide ADEME : 270 k OBJECTIFS Le projet PANOVEGE consistait à démontrer la faisabilité d'un nouveau panneau aggloméré à base d'écorces de tournesol Pour cela, devaient être étudiés : la conception des panneaux (formulation, procédé) ; leurs propriétés physiques (mécaniques, thermiques, tenue au feu et à l'eau,...) ; leur durabilité La commercialisation des nouveaux panneaux biosourcés devant permettre à l'industriel d'augmenter sa production tout en apportant une nouvelle valeur ajoutée à la culture du tournesol Panneaux à base de tournesol à gauche et de lin à droite. RÉSULTATS ET VALORISATION Un premier verrou technique a été levé concernant la séparation des deux fractions constituant la canne de tournesol : l'écorce (utilisée dans ce projet) et la moelle (ressource de trÚs faible densité, valorisable dans d'autres types de matériaux biosourcés innovants) Les premiers résultats issus du projet PANOVEGE sont encourageants : les panneaux agglomérés à base d'écorce de tournesol fabriqués en laboratoire présentent des propriétés physiques au moins égales à celles des panneaux 100 % à base d'anas de lin (tige centrale brisée en petits fragments) Cependant, l'industrialisation n'est pas encore viable économiquement du fait de coûts de transport élevés (éloignement des gisements de tournesol), et de l'absence de filiÚre organisée pour la récolte et le traitement des cannes de tournesol L'utilisation de l'écorce de tournesol dans des matériaux pour le bâtiment reste cependant une voie de valorisation intéressante, à continuer de développer Pour valoriser ces ressources renouvelables dans des matériaux 100 % biosourcés, les recherches vont ainsi s'orienter vers l'élaboration d'une colle biosourcée Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 101 39 ECOMATFIB Écoconception et optimisation multi-objectif de matériaux isolants à base de fibres de bois Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : FINSA France (40) [PME] Université Bordeaux, I2M (33) [laboratoire public] FCBA (38) [centre technique industriel] STEICO Casteljaloux (47) [PME] École Supérieure du Bois (44) [laboratoire public] CNRS, Institut PPrime (86) [laboratoire public] Coût total : 748 k Aide ADEME : 321 k CONTEXTE ET ENJEUX En France, les matériaux isolants biosourcés (à base de fibres végétales ou d'origine animale [ex : plumes de canards]) sont encore peu utilisés dans la construction : en 2012 ils représentaient 5 % du marché des isolants, les principaux isolants restant la laine de verre, le polystyrÚne expansé et la laine de roche Parmi ces nouveaux matériaux, les isolants à base de fibres de bois présentent de fortes potentialités de développement : leurs performances environnementales sont déjà intéressantes (stockage CO 2, procédés peu gourmands en énergie,...) et devraient porter leur part de marché de 2,3 % en 2012 à 10 % en 2020 Cependant ces matériaux isolants à base de fibres de bois restent en moyenne encore deux fois plus coûteux que les isolants à base de laine minérale, dont les performances techniques sont équivalentes voire parfois supérieures OBJECTIFS Les objectifs de ce projet sont d'optimiser les performances techniques, économiques et environnementales des matériaux à base de fibres de bois pour l'isolation afin de les rendre plus compétitifs Pour cela tous les facteurs influents seront étudiés : la matiÚre premiÚre (essences de bois, provenance, conditions de culture... ; les procédés de fabrication et de traitement (voie sÚche ou humide, liants...) ; la structure (fibres, forme, mono ou multicouches,...) les performances techniques (résistance et inertie thermique, propriétés mécaniques, compressibilité, inflammabilité,...) ; la fin de vie des produits finis PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATION La ressource bois et chanvre disponible en aquitaine a été analysée, et toutes les fibres nécessaires au projet ont été produites et caractérisées 33 matériaux différents en termes d'essences, granulométrie et densité apparente, ont été fabriqués et leur caractérisation initiée (compression sous imagerie, propriétés thermiques et mécaniques) Les travaux sur l'optimisation sont en cours Les recherches ont déjà permis de mieux connaitre les relations entre les matiÚres premiÚres, le procédé, la structure et les propriétés nécessaires à la production de matériaux optimisés Sur le plan académique, plusieurs communications et posters, y compris à l'international, ont été effectués (34 e Rencontres Universitaires de Génie Civil de l'AUGC, 17th International Conference on Experimental Mechanics, 19 th ESAFORM Conference on Material Forming, 4th Forum of wood building Nordic, 3rd Conference PTFBPI,...) PAGE 102 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés BLUECOPHA Développement éco-responsable de la production industrielle de PHA à partir de bactérie marine 40 CONTEXTE ET ENJEUX Selon l'European Bioplastics association et l'Institute for Bioplastics and Biocomposites (2013), les capacités globales de production de plastiques biosourcés (tous types confondus) devraient atteindre 6,2 millions de tonnes à l'horizon 2017, soit une multiplication d'un facteur supérieur à 4 par rapport à 2012 Parmi tous les polymÚres biosourcés utilisés pour la fabrication de plastiques, les polyhydroxyalcanoates (PHA), polyesters d'origine bactérienne, sont trÚs prometteurs, tant pour leurs propriétés d'usage que pour leur qualités environnementales Le projet BLUECOPHA, accompagné par le réseau breton des industriels de l'emballage « Breizpack », et celui des acteurs des biotechnologies « Capbiotek », s'inscrit dans ce contexte Il est le fruit d'un travail préliminaire conduit depuis 2009 dans le cadre de deux projets de recherche (Biocomba et PHApack) OBJECTIFS ET DÉROULEMENT Le projet BLUECOPHA vise à valoriser des déchets et coproduits alimentaires, évitant ainsi les concurrences avec les ressources agricoles dédiées à l'alimentation, pour la production de PHA à partir de souches bactériennes d'origine marine Les travaux se déroulent en 3 grandes phases : 1. étude de faisabilité et de mise au point de la production de PHA : approfondissement des connaissances sur les matiÚres premiÚres utilisables, la production des PHA et le développement de méthode pour caractériser les productions ; 2. choix technologiques, écologiques et mise au point de prototypes (validation et impact des procédés pour le changement d'échelle) ; 3. développement d'emballages : évaluation des performances des PHA et de la mise en forme des différents emballages via des essais semi-industriels, vérification de la biodégradabilité et étude de cycle de vie, validation du modÚle économique, etc Si les performances visées aux niveaux technique, économique et environnemental sont atteintes, ce projet pourra aboutir à la mise en place d'une filiÚre locale de production de PHA biosourcés avec création de valeur sur le territoire Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Europlastiques (53) [PME] Triballat (35) [GE] Séché Environnement (54) [GE] CAP OUEST (56) [PME] UBS, LIMATB (56) [laboratoire public] ENSCR (35) [laboratoire public] Coût total : 1 118 k Aide ADEME : 443 k Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 103 41 CAPONE Fibre de Carbone à base de PolyOléfine biosourcée et Nanostructurée pour le marché de l'Éolien Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : EPSILON COMPOSITE (33) [PME] ADERA/CANOE (33) [PME] Université de Bordeaux ­ LCTS (33) [laboratoire public] APESA (33) [centre technologique] Coût total : 988 k Aide ADEME : 367 k CONTEXTE ET ENJEUX Le marché de l'éolien se dirige vers des pales de plus en plus grandes : soit pour des turbines d'une puissance supérieure à 5MW en offshore, soit pour étendre les plages de fonctionnement de turbines de 2MW à 3MW dans des zones dont les vents restent modérés Or la fibre de carbone est typiquement utilisée pour la réalisation des raidisseurs longitudinaux de pales (sparcap) Le marché des composites carbone va donc naturellement enregistrer d'ici 2020 sa plus forte croissance dans le secteur de l'éolien (+ 16 % par an) L'éolien deviendra ainsi le premier secteur utilisateur de fibres de carbone dans les années à venir, devant l'automobile, avec 60 % du marché La principale limitation à l'utilisation du carbone dans l'éolien restant son coût, la filiÚre cherche à identifier des solutions de fibres économiques, d'abord pour l'éolien « standard » (pour des piÚces composites actuellement déjà renforcées par des fibres de carbone), puis à moyen terme pour l'éolien off-shore/on-shore de grande dimension, ou même le marché des piÚces de carrosserie ou de structure automobile (traverse, longeron, berceau, renfort de tunnel, élément de porte, plancher, passage de roue...) une réduction de coût de 25 % comparé à celui de la fibre de carbone obtenue à partir de PAN (polyacrylonitrile) textile, actuellement la moins chÚre du marché ; des performances mécaniques conformes aux spécifications attendues par le marché de l'éolien, c'est-à-dire comprises entre celles de la fibre de carbone à base de lignine pure et celle de la fibre de carbone HR ex PAN textile ; un compromis optimal en termes de coût du précurseur, de processabilité de la fibre, de rendement de carbonisation, de cristallisation et de propriétés mécaniques de la fibre de carbone ; montrant des performances environnementales intéressantes notamment grâce à l'utilisation de matiÚres premiÚres d'origine renouvelable DÉROULEMENT Les principales étapes du projet sont : la création d'un compound prêt-à-l'emploi de précurseur lignine/polyéthylÚne biosourcé dopé par des matériaux nanocarbonés d'origine biosourcée, additivé par des polymÚres fonctionnels et adapté au procédé de filage et de carbonisation de la fibre de carbone ; la mise au point d'un procédé de filage du mélange de précurseur biosourcé par voie fondue, respectueux de l'environnement, notamment sans solvant ; la mise au point d'un procédé de stabilisation/oxydation et de carbonisation permettant une réduction des coûts énergétiques et du temps de cycle de fabrication ; la fabrication d'un démonstrateur pultrudé carbone répondant aux exigences du marché de l'éolien (coût, performances, constance, contrÃŽle qualité) OBJECTIFS Le projet CAPONE vise à développer une nouvelle fibre de carbone bas coût pour le marché de l'éolien, obtenue à partir d'un mélange de précurseur lignine/polyéthylÚne biosourcé et dopé par un matériau nanocarboné d'origine biosourcée (nanotube de carbone, graphÚne, nanocellulose) Plus précisément, la fibre de carbone recherchée devra présenter : PREMIERS RÉSULTATS Les premiers travaux de formulation du précurseur ont porté sur la mise en compatibilité de la lignine et du polyéthylÚne biosourcé au moyen d'additifs à base de polymÚres fonctionnels La ligne pilote de carbonisation qui permet de carboniser de façon continue les fibres de précurseur est opérationnelle depuis mai 2016 PiÚce composite pour pale d'éolienne PAGE 104 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés BIP COLZA Bétons Industriels Préfabriqués à base de granulats de paille de COLZA 42 CONTEXTE ET ENJEUX Le secteur du bâtiment représente 10 % du PIB mondial, et pointe à la premiÚre place économique en France avec 1,4 millions de salariés directs Sa contribution aux objectifs et engagements nationaux et internationaux de réduction des émissions de CO 2 peut prendre deux formes principales : la réduction des émissions liées à la production de matériaux de construction d'une part et l'amélioration des performances énergétique des bâtiments d'autre part Au cours des derniÚres années, de nombreux projets ont permis l'émergence de matériaux biosourcés pour la construction et la rénovation Cependant cette filiÚre s'est relativement peu industrialisée, et les produits disponibles s'avÚrent encore assez rares et chers Par ailleurs, la paille de colza est une ressource trÚs abondante, éligible à la transformation en granulat biosourcé utilisable dans des systÚmes industriels compétitifs OBJECTIFS Ce projet envisage le développement de produits industriels préfabriqués, isolants thermiques et isolants porteurs, en bétons de colza S'il existe quelques produits de construction de type béton biosourcé, leur présence sur le marché reste marginale La massification de l'utilisation de ces matériaux ne pourra se faire que via l'industrialisation de certains procédés Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : NOVHISOL SA (80) [PME] CoDEM Picardie (80) [association ­ centre technique] Laboratoire des Technologies Innovantes ­ UPJV (80) [laboratoire public] COOPENERGIE (80) [association ­ Union de Coopératives Agricoles] Coût total : 660 k Aide ADEME : 320 k DÉROULEMENT Trois types de produits seront developpés : blocs de bétons (parpaing) isolants ; blocs de bétons isolants porteurs ; panneaux préfabriqués autoporteurs en bétons de colza Pour cela il sera notamment indispensable de : caractériser les gisements de granulats de colza afin de satisfaire à un cahier des charges industriel tanttechnique,environnemental,qu'économique ; développer et caractériser des formules de bétons intégrant ces granulats ; élaborer des séries prototypes, nécessaires au développement de projets démonstrateurs intégrant ces nouveaux matériaux au cadre bâti tant en construction neuve qu'en rénovation PiÚce composite pour pale d'éolienne Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 105 43 BOPA Panneaux sandwiches Oméga Biosourcés pour l'Aéronautique (Biosourced Omega Panels for Aircrafts) Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : VESO concept (31) [PME] Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (31) [laboratoire public] CIRIMAT (31) [laboratoire public] Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (31) [laboratoire public] Coût total : 664 k Aide ADEME : 321 k CONTEXTE ET ENJEUX Le secteur aéronautique se voit imposer de nombreuses réglementations visant la réduction des gaz à effet de serre Ainsi, au niveau européen, the Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe (ACARE) a présenté les objectifs à atteindre en 2050 sur le plan environnemental dans son rapport « Flightpath 2050 » : réduire les émissions de CO 2 de 75 %, de NOx de 90 % et le bruit de 65 % Afin d'atteindre ces objectifs, les industriels se tournent vers des matériaux composites, plus légers que les matériaux métalliques Les matériaux composites à base de fibres naturelles sont une option intéressante, puisque la densité et le bilan carbone des fibres naturelles sont inférieurs à ceux de la fibre de verre (pour le lin par exemple : 1,3 kg CO 2/kg de fibres produite, contre 2,1 CO 2/kg pour la fibre de verre, ou 5 CO 2 /kg pour l'aluminium) Le remplacement de la fibre de verre par des fibres de lin permettrait, non seulement, des gains considérables en termes de réduction d'émissions de CO2, mais aussi une réduction des NOx et des économies de carburant grâce à l'allégement des avions. En effet, dans un avion civil, la masse des parties intérieures (aménagement cabine) est estimée à 6 tonnes, dont 4 tonnes environ faites de panneaux sandwiches : le remplacement de ces panneaux classiques par des panneaux sandwiches biosourcés engendrerait un gain de poids de 25 %, ce qui permettrait d'économiser 3 millions d'euros en carburant sur la durée de vie de l'appareil biosourcée Le développement du composite s'effectuera selon une démarche d'éco-conception Le panneau éco-conçu répondra au cahier des charges des industriels, domaine dans lequel Airbus apporte son concours au projet (lauréat 2015 de l'appel à idée Airbus-Aerospace Valley) : procédés, poids, isolation acoustique et thermique, tenue mécanique, comportement à l'impact, tenue au feu, etc) Enfin, ce projet devrait permettre à la société partenaire VESO concept de lancer sa production de panneaux et de créer 5 emplois à l'horizon 2020, tout en consolidant le développement de la filiÚre lin française par de nouveaux débouchés à l'international DÉROULEMENT Le projet suivra les phases suivantes : travaux sur la substitution des matiÚres utilisées actuellement dans les panneaux de type GLARE et issues de ressources fossiles (fibre de verre, d'aramide, aluminium) par des fibres de ressources renouvelables, à commencer par le lin ; identification de la matrice (résine + durcisseur) thermodurcissable (biosourcée si possible) la plus adaptée pour le renfort à base de lin ; optimisation de l'adhérence entre le renfort et la matrice de façon à limiter le recours aux prétraitements des fibres (si des prétraitements devaient être mis au point, ils devraient être respectueux de l'environnement) ; optimisation du procédé d'assemblage du panneau sandwich pour faciliter sa transposition à l'échelle industrielle et réduire la toxicité de mise en oeuvre pour l'opérateur (en limitant les COV notamment) OBJECTIFS L'objectif global de ce projet est de produire un panneau structurel sandwich innovant, qui grâce à son architecture et sa composition, affichera un poids de 25 % inférieur aux panneaux actuels Dans l'aéronautique, ce panneau pourra ainsi servir en tant que plancher ou comme cloison murale, en remplacement de panneaux de type GLARE (Glass Laminate Aluminium Reinforced Epoxy) ou d'autres types en fibres de verre Le panneau développé sera biosourcé avec des fibres de lin (plante à fort rendement et faible taux d'intrants) et une matrice à base de résine époxy de préférence Concept panneau PAGE 106 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés ELASTOIL Huiles de dilution renouvelables issues de ressources oléagineuses pour les formulations de mélanges d'élastomÚres 44 CONTEXTE ET ENJEUX L'industrie de transformation du caoutchouc contribue à la fabrication de piÚces techniques répondants à des cahiers des charges extrêmement complexes, des spécifications, des normes, exigeant un large ensemble de propriétés : comportement aux températures d'utilisation ; inertie vis-à-vis des fluides agressifs et des produits chimiques ; résistance à l'ozone et aux intempéries ; propriétés mécaniques (rupture, déchirement, abrasion, etc)... Or il est souvent compliqué de satisfaire simultanément un ensemble de propriétés parfois incompatibles, tout en respectant le rapport qualité/prix lié à l'utilisation envisagée L'industrie de la transformation du caoutchouc et des élastomÚres utilise de nombreuses matiÚres premiÚres : des élastomÚres bruts, mais aussi des charges (noirs de carbone, silice...), des plastifiants, des agents de protection (anti-oxydant, anti-UV...) et des agents de vulcanisation (soufre, peroxyde...) Parmi les additifs utilisés, les plastifiants (ou huiles de dilution) représentent une part importante de la formulation (jusqu'à 30 % en poids) Les plastifiants et huiles de dilution sont essentiellement des dérivées du pétrole dont certaines présentent une toxicité avérée (teneur élevée en HAP) ayant conduite à la mise en place d'une nouvelle réglementation (directive européenne) Les industriels du secteur sont donc désireux de disposer de nouvelles huiles de dilution non toxiques, disponibles, et de préférence biosourcées OBJECTIFS Le projet ELASTOIL ambitionne de développer de nouvelles huiles de dilution d'origine renouvelable, non-toxiques et potentiellement disponibles tout en garantissant un gain de performances des formulations d'élastomÚres au niveau technique et environnemental Les objectifs sont donc multiples : remplacer les huiles issues du pétrole par des huiles de dilution issues de corps gras ; améliorer sensiblement les propriétés des matériaux formulés à l'aide de ces nouveaux additifs ; étudier la viabilité technico-économique des huiles de dilution développées à partir de productions pilote et semi-industrielle ; analyser les aspects environnementaux de la production et de l'utilisation potentielle des huiles de dilutions les plus performantes Des coproduits de l'huilerie européenne, insuffisamment valorisés dans des applications industrielles seront utilisées La valorisation de déchets tels que les huiles alimentaires usagées sera également abordée Cette stratégie facilitera la structuration d'une filiÚre Française de valorisation de coproduits en molécules biosourcées innovantes Plusieurs clients d'EMAC ont été contactés et ont donné un retour positif sur la possibilité de tester des formulations optimisées durant le projet Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : EMAC (64) [PME] Institut des Corps Gras ­ ITERG (33) [centre technique] LCPO (33) [laboratoire public] Coût total : 802 k Aide ADEME : 288 k Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 107 45 RIGHTLAB Ouverture de nouveaux marchés matériaux pour le chanvre par la maîtrise en situation industrielle (du champ au défibrage) des qualités de chanvre rouis Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : La ChanvriÚre (10) [Coopérative agricole] Fibres Recherche Développement (10) [PME] Université Bretagne Sud ­ IRDL (56) [laboratoire public] INRA (51) [laboratoire public] Coût total : 1,1 M Aide ADEME : 468 k CONTEXTE ET ENJEUX Afin de satisfaire une demande croissante en matériaux performants et éco-conçus, l'utilisation du chanvre, et plus particuliÚrement des fibres de chanvre, constitue une réelle opportunité Premier producteur européen, la France possÚde un gros potentiel industriel dans la valorisation de cette plante Aujourd'hui principalement utilisées en papeterie, ces fibres possÚdent des propriétés d'intérêt exceptionnelles pour de nombreuses applications à forte valeur ajoutée pour des marchés divers (piÚces thermoplastiques à base de non-tissés, piÚces injectées à base de fibres, textile...) Toutefois, l'accÚs à ces marchés majeurs nécessite une matiÚre premiÚre (les fibres) de qualité, répondant à un cahier des charges strict, impliquant la transformation des pailles avant le défibrage appelée « rouissage » Effectuée aujourd'hui dans les champs, en laissant les pailles sur le sol pendant plusieurs semaines, cette étape reste trÚs empirique, difficilement contrÃŽlable, et méconnue pour le chanvre (contrairement au lin) Il est ainsi trÚs difficile non seulement pour les producteurs de chanvre de fournir des pailles avec un niveau de rouissage maîtrisé, mais aussi pour les chanvriÚres d'anticiper les qualités et les volumes disponibles pour telle ou telle application Une situation totalement incompatible avec les logiques économiques et contractuelles des industriels Le développement de nouveaux marchés pour le chanvre implique ainsi la capacité de mesurer objectivement les taux de rouissage afin de gérer/organiser la qualité des pailles selon les applications visées. DÉROULEMENT Le consortium étudiera les relations entre le rouissage des pailles de chanvre aux champs et les propriétés clés des fibres issues des cahiers des charges « fibres rouies » des marchés applicatifs cibles Cette stratégie inclut un suivi du rouissage sur le terrain au travers de mesures de différents paramÚtres Compte tenu de la finalité du projet, une attention particuliÚre sera apportée sur la complexité des méthodes utilisées et leur déploiement potentiel dans un dispositif de terrain Techniquement il s'agira de : étudier et qualifier (méthodes spectrométriques, chimiques, physico-chimiques et mécaniques) les pailles de chanvre rouies aux champs ; caractériser et qualifier les fibres en vue de relier leur qualité à un degré de rouissage : impact du rouissage sur le fractionnement des pailles, méthode de mesure de la cohésion des éléments fibreux avec les autres constituants des tiges, caractérisations morphologiques, physico-chimiques et mécaniques ; valider au niveau applicatif la qualité des fibres rouies via la fabrication de semi-produits ; identifier les indicateurs de mesure du niveau de rouissage et définir un cahier des charges de l'outil permettant leurs mesures sur le terrain (incluant une base de données globale associant l'ensemble des données de caractérisation générées à partir des pailles aux champs, des fibres extraites jusqu'aux matériaux finis) ; réaliser une Analyse de Cycle de Vie du rouissage aux champs du chanvre OBJECTIFS Le projet a pour objectif principal la création d'un outil d'aide à la décision, basé sur des indicateurs fiables et pertinents du niveau de rouissage des pailles et des fibres de chanvre Tiges chanvre rouies (foncées) et non rouies PAGE 108 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés IBIS Isolants biosourcés pour la rénovation du bâti ancien 46 CONTEXTE ET ENJEUX Le bâti ancien est une source importante de déperdition énergétique Les constructions antérieures à 1950 présentent par ailleurs des contraintes architecturales (esthétiques et techniques) pas toujours compatibles avec les matériaux isolants habituels, avec un impact environnemental souvent insatisfaisant Des mortiers isolants biosourcés ont été développés ces derniÚres années mais leur diffusion se fait pour le moment avec difficulté, pour des raisons diverses (coûts liés à des investissement lourd du matériel de mise en oeuvre, produits non certifiés et absence de garantie de durabilité, délais de durcissement et performances thermiques non optimisées) Il sera ainsi possible de réduire la consommation énergétique et les émissions de CO2 du bâti ancien, d'améliorer le bilan environnemental des rénovations tout en améliorant le confort des habitants À l'échelle de la filiÚre, les artisans façadiers pourront ajouter la projection de l'isolant à leurs prestations de rénovation IBIS contribuera également à la pérennité des emplois générés dans les filiÚres végétales (chanvre et plus généralement dans les filiÚres granulats végétaux) Le projet vise aussi une dimension sociale puisque le rapport qualité/prix des produits conçus devra permettre à des ménages modestes de réduire leur budget chauffage Enfin, grâce à la présence internationale du partenaire ParexGroup, aprÚs un premier terrain d'application en France, le concept pourra être étendu dans d'autres pays. Appel à projets : PIA 2013 Partenaires : ParexGroup (92) [GE] ENTPE (69) [laboratoire public] ESITPA (76) [laboratoire public] Coût total : 4,4 M Aide ADEME : 2 M OBJECTIFS Le projet IBIS a pour ambition la conception de solutions d'isolation biosourcées durables, économiques et à faible impact environnemental, pour la rénovation des constructions antérieures à 1950 Il s'agit en particulier de développer à l'échelle industrielle, et jusqu'à son application sur chantier, une filiÚre pérenne de mortiers composites isolants biosourcés mis en oeuvre par projection en voie humide pour l'isolation en intérieur ou extérieur, en garantissant leurs performances énergétiques et acoustiques AprÚs application PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS L'originalité de la formulation développée dans le projet IBIS permet la projection par voie humide d'un mortier biosourcé en couches de 3 à 5 cm successives (recouvrabilité de 24h) à l'aide d'une machine de façadier Les performances thermiques garanties sur chantier sont de 0,075 W/mK et la couche continue de mortier permet de traiter l'étanchéité à l'air du bâtiment Ses propriétés hygrothermiques améliorent par ailleurs le confort d'été La performance au global ne se limite donc pas à la valeur de conductivité thermique Les murs du bâti ancien présentent une bonne inertie et du fait de leur forte épaisseur, un complément d'isolation permet d'atteindre des niveaux tout à fait convenables Les tests de vieillissement accélérés, les évaluations des performances thermiques et les simulations de performances ont été réalisées pour des épaisseurs de 10 cm Dans ces conditions, l'application de mortier biosourcé IBIS permet de diminuer de maniÚre trÚs significative le flux de chaleur U dÚs les premiers centimÚtres d'épaisseur Deux prototypes ont pu être développés et déjà testés sur une premiÚre phase de chantiers Ils amÚnent des performances similaires: Un mortier à base de « Chênevotte label bâtiment » mis en oeuvre avec une pompe à mortier du type B100 de BUNKER Un mortier à base de Chênevotte fine mis en oeuvre avec une pompe à façadier classique (matériel utilisé par les façadiers) Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 109 47 ENAFILIA Enhanced Natural FIbers for Lite Interior Automotive (Fibres naturelles avancées pour les habitacles automobiles) Appel à projets : PIA 2015 Partenaires : Faurecia (60) [GE] APM ­ Automotive Performance Materials (21) [PME] FRD (10) [PME] Mines AlÚs (31) [laboratoire public] Coût total : 8 M Aide ADEME : 4,1 M CONTEXTE ET ENJEUX Les trois quarts de la consommation de carburant d'un véhicule sont directement liés à son poids, ainsi l'allÚgement des véhicules est naturellement devenu l'un des objectifs majeurs des constructeurs automobiles Dans son activité, FAURECIA est le premier utilisateur de matiÚres thermoplastiques en Europe La part de matiÚre plastique dans le prix de ses produits étant de l'ordre de 50 %, la compétitivité du groupe est donc directement liée au prix de la matiÚre FAURECIA, en partenariat avec la société APM, a déjà développé une matiÚre composite biosourcé recyclable permettant un allégement jusqu'à 25 % par une optimisation d'architecture et la diminution de la densité intrinsÚque du matériau : le NAFILean (pour Natural FIber for Lean design) matiÚres plastiques d'usage dans le domaine de l'intérieur véhicule Les produits ciblés sont les composants plastiques de la planche de bord, de la console centrale et des panneaux de portes Le projet permettra d'étendre significativement l'utilisation de composants à base de fibres végétaleset de générer un gain de masse jusqu'à 3 kg sur un périmÚtre de 15 kg (avec en association, une réduction des émissions de CO 2 de 0,3 g/km et une réduction de l'empreinte environnementale jusqu'à 25 %) Il sera également nécessaire de structurer une filiÚre d'approvisionnement en fibres végétales techniques pour piÚces injectées d'envergure internationale (valorisation jusqu'à 25 000 tonnes de fibres végétales à l'échelle mondiale) DÉROULEMENT Trois nouvelles matiÚres techniques allégées seront développées Deux démonstrateurs à partir des matiÚres développées seront réalisés : une planche de bord (insert de corps de planche haut de gamme et conduits d'air dans un cas et corps de planche grainé, façade et conduits d'air dans un autre cas) ; un panneau de porte avec un porteur grainé OBJECTIFS Le consortium désire, sur la base du concept NAFILean et via de nouvelles technologies, franchir une nouvelle étape en développant de nouvelles matiÚres afin de substituer jusqu'à 90 % des matériaux plastiques utilisés dans l'intérieur automobile Elles devront être transformables par des procédés traditionnels d'injection et présenter un prix compétitif avec les PAGE 110 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 111 projets 3 VALORISATION EN FIN DE VIE 0,78 M d'aide de coût total Prévention, réemploi, recyclage, autre valorisation, puis élimination : voici l'ordre de préférence, du point de vue environnemental, établi par l'Union européenne (directive 2008/98/EC) pour le traitement des déchets. Lorsque le réemploi est exclu, et afin d'éviter au maximum l'élimination (incinération sans valorisation énergétique ou enfouissement), plusieurs options de fin de vie peuvent se présenter pour les produits, biosourcés compris, en fonction de leurs propriétés : le recyclage mécanique ou chimique (solvolyse, hydrolyse...) la valorisation ou recyclage organique (biodégradation/compostage, méthanisation), uniquement pour ceux dont les propriétés le permettent ; l'incinération avec valorisation énergétique DÚs la conception d'un produit biosourcé ou non, il est important d'étudier les options permettant la valorisation en fin de vie la plus pertinente en fonction de ses propriétés (recyclabilité, biodégradabilité, pouvoir calorifique...), de ses utilisations, ainsi que des filiÚres qu'il pourra emprunter, dans un but d'économie circulaire On pense souvent à tort que les produits biosourcés sont également biodégradables, mais cela est loin d'être systématique avec par exemple le polyéthylÚne (PE) biosourcé qui n'est absolument pas biodégradable Cependant, si beaucoup de produits biodégradables sont également (partiellement ou totalement) biosourcés (ex : acide polylactique ­ PLA), certains sont aussi d'origine fossile (ex : PolyButyrate Adipate Téréphtalate ­ PBAT) Il est important de noter que la grande majorité des objets biodégradables et/ou compostables ne le sont qu'industriellement (encadré par la norme EN13432 pour les emballages), au sein de plates-formes de compostage dédiées et dans des conditions précises et contrÃŽlées de température et d'humidité, etc Quelques-uns peuvent être également biodégradables et/ ou compostables en composteur domestique (encadré par la norme NF T 51800 pour les plastiques) Enfin, l'ADEME rappelle que l'appellation biodégradable, compostable ou plus généralement dégradable ne peut en aucun cas être prétexte à l'abandon du produit dans la nature. Ainsi, afin de développer davantage de connaissances sur la valorisation des produits biosourcés en fin de vie, l'ADEME participe au financement de projets sur le recyclage des matériaux biosourcés (chutes de production, en fin de vie) ou encore sur la biodégradabilité de certains s'ils en présentent les propriétés (compostage, écotoxicité, pouvoir fertilisant...) 3 projets sur la valorisation en fin de vie des matériaux biosourcés ont été aidés entre 2008 et 2015 dans le cadre de l'appel à projet BIP pour 780 k 1,6 M PAGE 112 Produits biosourcés ­ Valorisation en fin de vie BIOPLASTOX Évaluation de la dégradation et de l'écotoxicité de matériaux d'emballage en plastique biodégradables en compostage industriel 48 CONTEXTE ET ENJEUX La part mondiale de polymÚres biodégradables en compostage industriel a décuplé entre 2000 et 2005 (passant de 0,03 % à 0,3 %) Cependant l'innocuité de ces produits en pleine expansion sur le marché était encore à vérifier 1 OBJECTIFS Il s'agissait d'une part de compléter les informations déjà connues par la communauté scientifique sur la biodégradation et l'impact environnemental des polymÚres biodégradables (selon la norme EN13432 2)3 introduits dans un compostage de déchets verts. D'autre part l'écotoxicité du compost obtenu a été évaluée avec plusieurs bio-indicateurs de différents niveaux trophiques (position dans la chaine alimentaire) ainsi que l'impact de son usage en culture maraichÚre Appel à projets : BIP 2011 Partenaires : RITTMO Agroenvironnement (68) [centre de ressource technologique] CRITT Matériaux Alsace (67) [centre de ressource technologique] Coût total : 294 k Aide ADEME : 147 k RÉSULTATS ET VALORISATION Des difficultés ont été rencontrées pour suivre les dégagements de CO2 et le compostage (pilotes de 6L), en partie dues à l'absence d'apport externe de chaleur (pour laisser le procédé biologique se mettre en place seul). De plus, les quantités importantes de matériaux apportées (bien supérieures aux 1 % en masse humide préconisés dans la norme) ont pu, dans certains cas, perturber physiquement le procédé de compostage, par exemple en perturbant les flux d'air dans les pilotes. Le projet a néanmoins pu apporter des éclairages significatifs Le procédé de compostage (température et flore bactérienne) ne semble pas impacté par l'apport des plastiques biodégradables L'analyse des condensats n'a pas mis en évidence de différence majeure du fait de la présence des sacs de collecte L'analyse des composts indique que la biodégradation de polymÚres a bien eu lieu mais s'est produite à des stades différents : si l'amidon présent dans les sacs de collecte a pu être digéré lors du compostage, d'autres composés, notamment ceux appartenant à la famille des polyesters, semblent se décomposer à des vitesses différentes donnant lieu à la présence de composés organiques de nature chimique variée L'évaluation de l'écotoxicité des composts sur les bioindicateurs terrestres (plantes, vers de terre, champignons et bactéries nitrifiantes) a montré des effets biologiques faibles qui ne peuvent pas être considérés comme écotoxiques vis-à-vis des organismes exposés De plus, aucun effet génotoxique n'a été mesuré, quel que soit l'échantillon testé En culture maraichÚre, l'apport des composts, obtenus en compostage industriel, n'a pas eu d'effet négatif sur la croissance des cultures (à l'exception de la diminution du nombre de gousses de haricots aprÚs 56 jours de culture) En conclusion, dans les conditions expérimentales de cette étude, la présence des emballages étudiés n'a pas eu d'effet marquant sur le procédé de compostage et l'écotoxicité des composts D'autre part, la comparaison des résultats obtenus avec la norme EN 13432 a montré que, même si ces deux produits sont bien biodégradables en compostage industriel d'aprÚs la norme (minéralisation quasi totale du carbone et désintégration), les matériaux sont encore tout à fait identifiables aprÚs un compostage industriel dans des conditions réelles de température et d'exposition des matériaux 123 1 L'ADEME rappelle que les appellations « biodégradable », « compostable » ou plus généralement « dégradable » ne peuvent en aucun cas être prétexte à l'abandon du produit dans la nature 2 La norme EN 13 432 encadre les caractéristiques des emballages valorisables en fin de vie par compostage et biodégradation en milieu industriel (plateformes industrielles de compostage) 3 Dans ce projet, « plastique biodégradable » réfÚre systématiquement à la norme EN 13 432, donc biodégradable en milieu industriel, où les conditions de biodégradation sont contrÃŽlées (humidité, température, retournements, etc) Exemple : la température à l'intérieur des andains atteint 70°C, dans un composteur individuel, seulement 20-25°C lorsque le compost est fait selon les rÚgles de l'art Produits biosourcés ­ Valorisation en fin de vie PAGE 113 49 ENOLIBIO Composites biosourcés et fin de vie CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : BIP 2011 Partenaires : AG Plast (01) [PME] IPC (01) [centre technique industriel] ARMINES AlÚs (30) [laboratoire public] PELLENC ST (84) [GE] Coût total : 640 k Aide ADEME : 328 k AprÚs plusieurs années de développement, des composites biosourcés sont aujourd'hui disponibles sur le marché, pour des applications concrÚtes dans l'automobile, l'emballage, l'ameublement ou encore les sports et loisirs Cependant le traitement en fin de vie de ces matériaux n'est encore pas clair et de nombreuses questions restent sans réponses. Quelle orientation « fin de vie » est la plus avantageuse pour ces matériaux ? Quelles sont les solutions applicables ? DÉROULEMENT Trois familles de composites biosourcés ont été sélectionnées parmi les plus représentatives des produits commerciaux actuels ou à venir dans les prochaines années : des composites à matrices biosourcées (acide polylactique, PLA) ou non (polypropylÚne, PP) renforcées par des fibres de verre ; des composites à matrices biosourcées (polyamide 11, PA11) renforcées par des fibres végétales (lin, chanvre) ; des composites à matrices non biosourcées (polypropylÚne, PP ; polyéthylÚne, PE ; polychlorure de vinyle, PVC) renforcées de fibres végétales (lin, chanvre, farines et fibres de bois) Le choix de ces matériaux s'est fait en référence aux deux secteurs industriels dans lesquels les composites biosourcés sont présents, à savoir le secteur du bâtiment (avec essentiellement les bois composites) et celui de l'automobile (avec des piÚces d'intérieur) Trois scénarii de fin de vie de ces composites biosourcés ont été évalués et comparés : la régénération matiÚre en intégrant des opérations préalables de tri des composites ainsi que la dégradation éventuelle des propriétés des matériaux au cours de cycles de transformation successifs ; le compostage individuel et industriel pour les composites à matrice PLA uniquement ; l'incinération en vue d'une valorisation énergétique des composites OBJECTIFS Ce projet s'inscrit donc dans une démarche d'économie circulaire en ayant pour objectif d'apporter des éléments permettant d'éclairer les choix de gestion de ces produits en fin de vie Son but est de fournir les éléments nécessaires à la constitution d'une analyse de cycle de vie comparée de différents composites biosourcés ciblés, en quantifiant entre autres les principaux impacts sur les ressources, le changement climatique, la santé humaine et la qualité des écosystÚmes RÉSULTATS ET VALORISATION L'analyse de cycle de vie qui a été menée de maniÚre complÚte pour les composites biosourcés PP/farine de bois 70/30 et le PLA/fibres de lin 80/20 a montré que le scénario de régénération matiÚre permettait de minimiser les impacts environnementaux du traitement de fin de vie de ces composites biosourcés L'incinération est ensuite l'option préférable La présence de renforts naturels ou la biodégradabilité de la matrice ne semble donc pas modifier cette tendance En ce qui concerne le tri préalable à l'étape de régénération, l'étude a montré sa robustesse en se basant sur du tri par proche infrarouge, en particulier pour les composites biosourcés à matrice PP, PE et PVC, que ceux-ci soient vieillis ou non Le potentiel de régénération aprÚs tri a été évalué aprÚs des cycles de vieillissement mécanique (matériau subissant jusqu'à 5 cycles successifs de transformation) et des cycles de vieillissement environnemental (naturel et artificiel) Il a été mis en évidence une « régénération » des performances mécaniques aprÚs retransformation des composites biosourcés vieillis et ce que quel que soit le vieillissement et quel que soit le composite Observations visuelles du vieillissement artificiel PAGE 114 Produits biosourcés ­ Valorisation en fin de vie RECYTAL Étude des voies de valorisation des chutes de production de composites biosourcés thermocomprimés dans l'industrie automobile 50 CONTEXTE ET ENJEUX L'industrie automobile cherche à aller de plus en plus loin dans la réduction de l'empreinte environnementale durant les phases d'utilisation mais aussi de production et de fin de vie de ses véhicules Cela passe par une évolution significative des matériaux utilisés pour leur fabrication En 2012, la production européenne de non-tissés en fibres naturelles à destination de la thermocompression automobile était évaluée à 10,8 kT/an (source Nova Institut) et le taux de chutes générées par les équipementiers de rang 1 s'élevait à 25 % (source EcoTechnilin), ce qui représente une quantité de déchets de 2,7 kT par an Or ces déchets de production trÚs volumineux ne peuvent être revalorisés car ils ne rentrent pas dans les circuits classiques de recyclage : ils sont des combinaisons de plusieurs matériaux polluant les lignes de recyclage classiques Le coût de traitement de ces chutes est inévitablement répercuté sur le prix des piÚces De plus, d'un point de vue réglementaire, la mise en décharge des déchets est pénalisée, et la revalorisation en matiÚre premiÚre recyclée privilégiée par l'Europe Enfin, la Directive 2000/53/CE sur les véhicules hors d'usages (VHU) impose un taux de 95 % de réutilisation et de valorisation avec un taux minimum de 85 % de réutilisation et de recyclage depuis 2015 Afin de palier à l'ensemble de ces freins pouvant limiter l'utilisation, le développement et la pérennisation des non-tissés dans l'automobile, il apparait absolument nécessaire de travailler sur le recyclage de ces chutes de production OBJECTIFS Le projet RECYTAL a pour premier objectif de mettre en place une filiÚre de récupération et de tri des chutes de fabrication venant des différentes usines des équipementiers de rang 1, afin de les orienter vers la fabrication de non-tissés et/ou de compounds (matériau composite semi-fini) Le consortium a pour but de valoriser au moins 50 % des déchets de fabrication Le deuxiÚme objectif consiste à développer une formulation économiquement et techniquement viable pour la fabrication de semi-produits incorporant des chutes de fabrication Deux voies de revalorisation de ces chutes seront étudiées et développées : la premiÚre voie consiste à les réincorporer dans de nouveaux non-tissés destinés à l'automobile La seconde consiste à fabriquer des granulés d'injection qui pourront être utilisés pour la fabrication de piÚces plastiques Ce travail devrait déboucher sur une baisse de l'ordre de 10 % du prix de revient du produit final à iso performances Enfin, une analyse de cycle de vie sera effectuée afin d'évaluer la pertinence environnementale des solutions développées Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : EcoTechnilin (76) [PME] APM (21) [PME] Université Bretagne Sud ­ IRDL (56) [laboratoire public] Coût total : 693 k Aide ADEME : 306 k Portiere PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS Une corrélation a pu être établie entre la densité des chutes et le diamÚtre de broyage adapté à leur réincorporation dans les non-tissés Ainsi, à l'avenir, cela permettra de cibler rapidement à quelle granulométrie une chute doit être broyée Des premiers essais sur ligne ont été réalisés et ont permis de vérifier la faisabilité du process de réincorporation des chutes (10 à 50 %) Jusqu'à 30% de chutes incorporées, la technologie testée permet d'obtenir des non-tissés adaptés aux exigences client L'incorporation de chutes à différents taux à l'intérieur des non-tissés a permis également d'étudier les propriétés mécaniques en flexion des différents complexes formés : il n'y a pas de dégradation mécanique par rapport à un non-tissé standard jusqu'à 30 % de chutes (en masse) Produits biosourcés ­ Valorisation en fin de vie PAGE 115 PROJETS PAR ORDRE ALPHABÉTIQUE ACTRAFERM 49 AFAC 36 AFFAM 26 ALGORAFF 70 ALGOSTEP 52 APG 2G 76 AUTOFLAX 100 BIOBAT 93 BIOBUTTERFLY 85 BIOBUTYRIQUE 66 BIOCER 94 BIOCOAT 75 BIOCOPOL 83 BIOFLUX 32 BIOHEALTH 28 BIOMA + 86 BIOPAINT 71 BIOPLASTOX 113 BIOPROCHEMBB 79 BIOSURF 81 BIOTFUEL 58 BIOVANILLIN 77 BIP COLZA 105 BLUECOPHA 103 BOPA 106 CAB-QAI 39 CAPONE 104 CARBIOVAL 50 CBTHP2E 16 CELLULECT 56 CERACENDRES 17 CESBIC 55 CHAMPROBOIS 34 CIMENTALGUE 54 CREABIOM 95 DAPUBS 67 DEINOCHEM 87 ECO-C-REAL 74 ECOMATFIB 102 ECOMEMBRANE 90 ELASTOIL 107 EMIPAR 25 EN-PME-TEST 42 ENAFILIA 110 ENOLIBIO 114 EPOS 80 ESPACE BOIS 35 F3 27 FIBERFUEL 57 FILTEXCOL 96 FLEXOFIB 97 FURACHEM 73 GABOREC 19 GAYA 59 GAZEOTHERM 24 GLYVALACR 64 HEMICELL 84 IBIS 109 IDENTECH 37 ISOLVEGE 3D 91 LIGBIO 82 MIDIPER 47 PAGE 116 NAPAPI 63 NOTILIB 89 OPTI SCREEN 20 ORENOX 15 PANOVEGE 101 PEREN2BOIS 43 POLYBIOM 21 POLYPLAST 99 PREPABOIS 40 PREPILPAT 48 PROLUB 69 QAI ARVE 41 QUALICOMB 38 RAFFIBLE 65 RECYTAL 115 REVA COPPA 72 RICHARB 92 RIGHTLAB 108 SERECO 18 SIMBIOSE 14 SOLALE 51 SOLVCOV 78 SURFACT'ALG 68 TACFEP 33 TURMIQUE 13 VALOCENDRES 22 VASCO2 53 VEGECOMP 98 WACER 23 WOODUCT 31 BIOMASSE ÉNERGIE BIORAFFINERIE/ BIOCARBURANTS PRODUITS BIOSOURCÉS PAGE 117 LES COLLECTIONS DE L'ADEME L'ADEME EN BREF L'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie (ADEME) participe à la mise en oeuvre des politiques publiques dans les domaines de l'environnement, de l'énergie et du développement durable. Elle met ses capacités d'expertise et de conseil à disposition des entreprises, des collectivités locales, des pouvoirs publics et du grand public, afin de leur permettre de progresser dans leur démarche environnementale. L'Agence aide en outre au financement de projets, de la recherche à la mise en oeuvre et ce, dans les domaines suivants : la gestion des déchets, la préservation des sols, l'efficacité énergétique et les énergies renouvelables, la qualité de l'air et la lutte contre le bruit. L'ADEME est un établissement public sous la tutelle conjointe du ministÚre de l'Environnement, de l'Énergie et de la Mer et du ministÚre de l'Éducation nationale, de l'Enseignement supérieur et de la Recherche. ILS L'ONT FAIT L'ADEME catalyseur : Les acteurs témoignent de leurs expériences et partagent leur savoir-faire. EXPERTISES L'ADEME expert : Elle rend compte des résultats de recherches, études et réalisations collectives menées sous son regard. FAITS ET CHIFFRES L'ADEME référent : Elle fournit des analyses objectives à partir d'indicateurs chiffrés réguliÚrement mis à jour. CLÉS POUR AGIR L'ADEME facilitateur : Elle élabore des guides pratiques pour aider les acteurs à mettre en oeuvre leurs projets de façon méthodique et/ou en conformité avec la réglementation. HORIZONS L'ADEME tournée vers l'avenir : Elle propose une vision prospective et réaliste des enjeux de la transition énergétique et écologique, pour un futur désirable à construire ensemble. BIOMASSE ÉNERGIE ET PRODUITS BIOSOURCÉS : RECUEIL DE PROJETS DE R&D L'ADEME finance des projets de Recherche et Développement (R&D) visant à réduire l'impact sur l'environnement des produits et/ou procédés développés dans le domaine de la valorisation des bioressources : produits biosourcés pour la chimie et les matériaux, bioraffineries, biocarburants, bois énergie. Les opérations ont été principalement soutenues dans le cadre d'appels à projets tels que Bioressources Industries et Performance (BIP), Performances Biomasse Énergie, CORTEA, différents ERA-NET dont Industrial Biotechnology (ERA-IB), Bioenergy (ERA B), WoodWisdom, ainsi que les programmes Fonds Démonstrateur de Recherche et Investissements d'Avenir. Depuis 2016, le programme BIP a fusionné avec les appels REACCTIF et DOSTE afin de soutenir des projets de R&D sur l'ensemble de la chaîne de valeur via l'appel à projets GRAINE. L'ensemble des projets de Recherche et Développement (R&D), des projets d'installations industrielles ainsi que des études dans le domaine de la valorisation de la biomasse sont disponibles sur le site de l'ADEME via le moteur de recherche : www.ademe.fr/sbio-recherche www.ademe.fr ISBN 979-10-297-0338-6 8744  (ATTENTION: OPTION ©es dans des logements avec et sans fonctionnement du systÚme de chauffage au bois Par ailleurs, le parc d'appareils individuels de chauffage au bois se caractérise par des équipements anciens ­ 15 ans d'âge moyen ­ trÚs polluants en termes d'émissions dans l'air ambiant Cependant, depuis quelques années, il existe sur le marché des appareils nettement moins émetteurs (appareils labellisés Flamme verte 5 à 7 étoiles ou de performance équivalente) Le gain de ces appareils en termes d'émissions dans l'air intérieur est peu documenté. OBJECTIFS Ce projet cherche à étudier l'impact sur la qualité de l'air intérieur (QAI) du remplacement d'un appareil ancien de chauffage au bois par un appareil récent performant Il s'intÚgre à l'opération de modernisation du parc (chauffage individuel) de la Vallée de l'Arve, en comparant les résultats de mesures de la qualité de l'air intérieur « avant/aprÚs » changement d'appareil dans une même habitation À notre connaissance, cette étude est la premiÚre du genre en France, en tout cas en conditions de fonctionnement in-situ Complétant le projet CARVE (même principe mais sur les émissions à l'air ambiant de particules), le projet QAI-ARVE devrait ainsi permettre de réunir suffisamment de données pour mieux cerner l'efficacité globale de l'opération pilote de modernisation du parc d'appareils de chauffage individuel fonctionnant au bois dans la Vallée de l'Arve Appel à projets : CORTEA 2015 Partenaires : INERIS (60) [EPIC] Coût total : 77 k Aide ADEME : 54 k DÉROULEMENT Dans un objectif de représentativité des situations rencontrées, les mesures sont conduites sur un panel représentatif d'habitations individuelles (30 logements) où un changement d'appareil est programmé Ces mesures sont réalisées dans deux piÚces : celle où est implanté l'appareil de chauffage au bois et l'une des chambres principales Un réseau de ramoneurs partenaires formés est en charge des mesures à l'aide d'un kit mis au point par l'INERIS Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PAGE 41 28 EN-PME-TEST Validation d'une méthode commune au niveau européen de détermination des émissions de particules des appareils de chauffage domestique à combustibles solides Appel à projets : ERA-NET Bioenergy 2009 Partenaires : INERIS (60) [EPIC] CSTB (44) [Centre technique EPIC] LERMAB (54) [laboratoire public] CTIF (92) [centre technique] CATSE (Suisse) [PME] FHNW (Suisse) [laboratoire public] BE2020 (Autriche) [laboratoire] ISSI (Italie) [laboratoire] DTI (Danemark) [centre technique] DBFZ (Allemagne) [laboratoire] et TFZ (Allemagne) [laboratoire] UEF (Finlande) [laboratoire public] Symo (Finlande) [PME] VTT (Finlande) [laboratoire] SINTEF (NorvÚge) [laboratoire] VSB (République TchÚque) [laboratoire] SP (SuÚde) [laboratoire] Coût total : 1,8 M Coût total projet français : 411 k Aide ADEME : 200 k CONTEXTE ET ENJEUX La commission européenne et les états membres visent à l'amélioration des performances des techniques de combustion domestiques de biomasse par le biais de nouvelles législations Le contrÃŽle de l'efficacité de ces dispositifs nécessite des méthodes d'essais et des pratiques homogÚnes au niveau européen, y compris s'agissant des émissions de particules. Or, les membres de l'ERA-NET Bioenergy considÚrent comme hautement prioritaire une coopération scientifique à l'échelle européenne sur le sujet des émissions atmosphériques issues de la combustion de biomasse et les impacts environnementaux et sanitaires associés OBJECTIFS Le projet EN PME TEST consistait à valider une méthode européenne commune de détermination des émissions de particules des appareils de chauffage domestique à combustibles solides Il avait pour objectif l'anticipation et l'accompagnement des discussions du CEN (Comité Européen de Normalisation) sur le sujet, en donnant la priorité à la production de données scientifiques fiables Une attention particuliÚre a été apportée à la pertinence de la méthode vis-à-vis de l'amélioration de la qualité de l'air La faisabilité de mise en oeuvre lors de tests d'évaluation de type, de développement des appareils, et de mesurage en conditions réelles a également été étudiée Les besoins des parties prenantes à la filiÚre (industriels, laboratoires, autorités) ont été pris en compte RÉSULTATS ET VALORISATION Les actions de l'étude ont abouti à la sélection d'une méthode candidate, répondant à plusieurs critÚres : pertinence des paramÚtres mesurés vis-à-vis des problématiques environnementales ; capacité de la méthode à discriminer la performance des appareils ; fiabilité des résultats obtenus ; disponibilité, coût et simplicité de mise en oeuvre de la méthode proposée Sur cette base, une méthode commune au niveau européen pour la réalisation des essais de certification par les laboratoires notifiés a été proposée : le prélÚvement sur filtre chauffé, combinée à une mesure des composés organiques volatils totaux (COVt) par analyse à ionisation de flamme (FID) Il s'agit ainsi d'un compromis entre fiabilité des résultats et simplicité d'utilisation Des essais d'intercomparaison, visant à évaluer les performances métrologiques de la méthode, ont permis de déterminer une incertitude élargie de 34 % pour la fraction solide et de 30 % pour les COVt Les tests réalisés sur sites réels ont montré qu'elle est peu impactée par les conditions réelles telles que la présence de gaz saturés en humidité ou la présence de particules chargées électriquement Sa description, ses performances et les travaux réalisés font l'objet d'un « position paper » du consortium à destination des parties prenantes D'autres méthodes étudiées, malgré leur intérêt, ne sont, à ce jour, pas suffisamment mature ou robuste pour être normalisées à court terme Sur le plan académique, de nombreuses présentations à l'international ont été effectuées (CongrÚs Français des Aérosols, ERANET Bioenergy CBC Workshop, European Aerosol Conference satellite workshop, International conference on Emissions measurements, IEA Bioenergy Task 32 Meeting, ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles...) PAGE 42 Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PEREN2BOIS Évaluation technico-économique des meilleures techniques disponibles de réduction des émissions de poussiÚres fines et de composés organiques pour les appareils de combustion domestique utilisant la biomasse 29 CONTEXTE ET ENJEUX Dans le contexte actuel de développement des énergies renouvelables, la filiÚre biomasse et plus particuliÚrement le chauffage domestique au bois apparaît comme une alternative particuliÚrement prometteuse Le développement de la filiÚre doit cependant prendre en compte la problématique environnementale qui lui est associée : l'émission atmosphérique d'un certain nombre de polluants gazeux et particulaires présentant un risque pour la santé En France, l'inventaire du CITEPA de 2007 fait état d'une contribution à hauteur de 35 % des émissions nationales des particules PM2,5 (« Particulate Matter » ou particules en suspension de taille inférieur à 2,5 micromÚtres, appelées généralement « particules fines ») OBJECTIFS Le projet PEREN2BOIS visait à identifier et caractériser les techniques et/ou les comportements permettant de réduire les émissions de polluants particulaires et gazeux générés par la combustion du bois dans le secteur domestique Appel à projets : Performances Biomasse Énergie 2008 Partenaires : INERIS (60) [EPIC] CTIF (92) [centre technique] Université de Savoie Mont Blanc ­ LCME (73) [laboratoire public] Cheminées & Foyers Axis Integral Fire (01) [PME] CITEPA (75) [association] Université de Strasbourg ­ ICPEES (67) [laboratoire public] Laboratoire CERIC Groupe POUJOULAT (79) [laboratoire privé] Cheminées de Chazelles (16) [PME] SUPRA (67) [PME] Université de Lorraine ­ LERMAB (88) [laboratoire public] EIFER (Allemagne) [laboratoire] APP AS (NorvÚge) [PME] Coût total : 760 k Aide ADEME : 385 k RÉSULTATS ET VALORISATION Une méthode de mesure des émissions particulaires a été validée et proposée à l'ADEME et au SER pour prendre en compte les poussiÚres dans le calcul de l'indice Flamme Verte L'étude des techniques primaires a permis d'établir que l'apport d'air en excÚs ou bien en trop faible quantité conduit à l'augmentation des émissions polluantes et que les foyers en acier et briques réfractaires (suivi de prÚs par ceux en fonte) sont les moins émetteurs de polluants Parmi les techniques secondaires testées, l'électrofiltre placé en sortie de cheminée présente le plus grand intérêt en raison de sa bonne efficacité d'épuration globale et de son coût Cependant, il ne permet pas de réduire les concentrations des espÚces condensables émises et implique la mise en oeuvre, difficilement envisageable chez les particuliers d'un équipement sous haute tension électrique Enfin, des interrogations demeurent quant à l'efficacité, l'utilisation et l'entretien de ces techniques sur le long terme Le rÃŽle du lévoglucosan en tant que traceur des pollutions particulaires issues de la combustion de biomasse a été confirmé et l'intérêt de mesurer ce composé en phase gazeuse également a été mis en évidence Des fiches de bonnes pratiques, permettant aux utilisateurs d'améliorer la conduite de leurs appareils en vue d'une utilisation optimisée en termes d'énergie et d'environnement ont été rédigées Des recommandations à l'attention des fabricants, visant à améliorer l'intégrabilité de ces systÚmes à leur contexte d'utilisation ont été établies Sur le plan académique, diverses publications, présentations, et posters ont été réalisées (Journées techniques ADEME, revue Pollution atmosphérique, Workshops à l'international, International Conference and Exhibition on Emissions Monitoring, World Filtration Congress...) Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PAGE 43 projets (dont 2 FDR) 13 BIORAFFINERIE / BIOCARBURANTS 2 52,5 M (dont 48,9 M pour FDR) d'aide PAGE 44 Bioraffinerie / biocarburants BIORAFFINERIE Selon l'Agence Internationale de l'Énergie, le bioraffinage est la transformation durable de biomasse en énergie et en une gamme de produits. Autrement dit, les bioraffineries ont pour but la valorisation à 100 % de leurs intrants biomasse, qu'il s'agisse de matiÚre végétale (céréales, luzerne, algues, coproduits des filiÚres vitivinicole ou papetiÚre...), animale (graisses...) ou d'effluents industriels (agro-industriels, papetiers...) À l'instar d'une raffinerie pétroliÚre, une bioraffinerie fractionne ainsi la biomasse en plusieurs composants et/ou produits finaux ( jusqu'à une dizaine) : ingrédients et complément s pour l'alimentation humaine et animale, molécules biosourcées, matériaux biosourcés, bioénergies (biocarburants, électricité, chaleur) 171,1 M (dont 159,1 M pour FDR) de coût total Nombre de projets R&D Bioraffineries/ Biocarburants 2008­2015 par appels à projets Aide (M) projets R&D Bioraffineries/ Biocarburants 2008­2015 par appels à projets 0,6 3 3 2 8 BIP FDR ERAnets BIP FDR 48,9 ERAnets Bioraffinerie / biocarburants PAGE 45 BIOCARBURANTS Les biocarburants de 1re génération couvrent déjà plus de 7 % des besoins d'énergie des transports en France, et participent à la réduction des émissions de GES. De nouvelles générations, plus performantes, sont attendues dÚs 2017 pour renforcer cette contribution. En 2020, 10 % de l'énergie consommée par les transports devra provenir de sources renouvelables et durables (Directive 2009/28/CE du 23 avril 2009) Pour atteindre cet objectif, la France a misé majoritairement sur les biocarburants avec deux filiÚres opérationnelles (biocarburants dits de premiÚre génération) : le biodiesel : issu de la conversion de colza, tournesol, soja, palmier à huile, huiles alimentaires usagées, etc et utilisé dans les moteurs diesel l'éthanol : un alcool produit par fermentation du sucre issu de plantes (biocarburants 1re génération : betteraves, cannes à sucre, amidon de blé ou maïs ; biocarburants avancés : lignocellulose issue de produits, co-produits voire déchets de la filiÚre bois, algues, etc) et utilisé (en mélange) dans les moteur à essence On trouve également un biocarburant gazeux ­ biométhane ­ issu de méthanisation d'effluents d'élevage et déchets organiques, dont l'utilisation est pour l'instant essentiellement développée en SuÚde L'ADEME, au travers des projets R&D et démonstrateurs soutenus, contribue à l'amélioration des filiÚres existantes et au développement d'une nouvelle génération de biocarburants, capable d'exploiter de nouvelles ressources biomasses : résidus agricoles et forestiers ; résidus et coproduits industriels ; microalgues Ces biocarburants dits avancés, liquides ou gazeux, présenteront des qualités techniques et environnementales améliorées et font appel à des technologies exogÚnes comme la bio-informatique et la génomique. Un essor favorisé par la réglementation puisque l'Union européenne limite à 7 % la part des carburants 1Úre génération dans l'objectif fixé pour 2020, incite à l'utilisation de nouvelles ressources et vise un minimum de 0,5 % de biocarburants avancés à cet horizon Les projets de bioraffineries (premiers traitements de la biomasse) ont été intégrés dans ce recueil avec ceux portant sur l'obtention de biocarburants, car les procédés développés et certains produits obtenus pour les biocarburants peuvent aussi être utilisés pour l'obtention de produits biosourcés (cf p ...) En effet, les mêmes procédés de premiers traitements de la biomasse sont utilisés, que ce soit la déconstruction de la lignocellulose ou l'obtention et la conversion de ressources lipidiques (huiles végétales ou algales) Les molécules constituant le biodiesel (esters méthyliques) peuvent ainsi aussi servir à l'obtention de tensio-actifs, lubrifiants, etc De plus, le co-produit de la transestérification des huiles (glycérol) trouve également des applications dans les produits biosourcés L'éthanol peut également être utilisé en tant que solvant ou être transformé par exemple en éthylÚne, pour l'obtention de PolyEthylÚne (PE) biosourcé Les co-produits du fractionnement de la biomasse lignocellulosique (lignine), dans le processus d'obtention d'éthanol de deuxiÚme génération, peuvent également être valorisés dans le secteur des produits biosourcés Les projets de R&D aidés entre 2008 et 2015 sur les bioraffineries et les biocarburants représentent 13 projets pour 52,5 M répartis entre 3 appels à projets : Le Fonds Démonstrateur (48,9 M ; 2 projets), le BIP (3,03 M ; 13 projets) et l'ERAnet IB (0,61 M) Les filiÚres du futur Résidus agricoles (pailles) et forestiers Voie thermochimique (gazéification) SynthÚse Gaz de synthÚse Hydrocarbures Mélange au gazole Cultures dédiées (taillis à croissance rapide) Voie biochimique (hydrolyse enzymatique) Sucres Fermentation Éthanol Mélange à l'essence PAGE 46 Bioraffinerie / biocarburants MIDIPER Faisabilité technico économique d'une MIniDIstillerie proche des ressources et des besoins équipée d'un systÚme de déshydratation par membranes de PERméation 1 CONTEXTE ET ENJEUX Les réserves conventionnelles en pétrole ne cessent de diminuer Depuis les premiers chocs pétroliers, on cherche ainsi à trouver des alternatives aux carburants d'origine fossile, comme le bioéthanol qui, ajouté à l'essence, permet d'en augmenter l'indice d'octane La demande de bioéthanol ne cessant d'augmenter, il devient nécessaire d'élargir les ressources de production disponibles et utilisables, mais également de baisser les coûts de revient Or ce carburant d'origine renouvelable est produit traditionnellement à partir de la fermentation du sucre ou de l'amidon des plantes, posant de fait une problématique (valable pour tous les des biocarburants de premiÚre génération) : la double vocation des cultures ­ alimentaire ou énergétique L'utilisation de ressources ligno-cellulosiques semble être une solution avantageuse vis-à-vis de la non-concurrence avec les productions alimentaires étudié, l'objectif final étant de permettre la construction et la commercialisation d'unités de production de bioéthanol standardisées, faciles à reproduire En effet, partant du principe que la biomasse pour la production du bioéthanol de seconde génération est répartie sur l'ensemble du territoire, et pour réduire l'impact environnemental du transport de cette biomasse (teneur en humidité élevée), il semble préférable d'envisager des distilleries de petite taille (300 hl AP/jour) réparties sur l'ensemble du territoire, produisant de l'éthanol déshydraté utilisable dans le dépÃŽt d'hydrocarbure le plus proche Le projet a pour but : l'utilisation de membranes de perméation (membranes SifteckTM) afin de déshydrater l'éthanol ; l'autoconsommation de l'énergie produite par les sous-produits de la distillerie (par gazéification, méthanisation, combustion...) visant ainsi une autonomie énergétique ; l'utilisation de distilleries vitivinicoles existantes, qui possÚdent à la fois les outils de récolte et le savoir-faire éthanolier Enfin, afin de comparer cette nouvelle filiÚre aux traditionnelles, une analyse des émissions de CO2 et du coût, du silo jusqu'à l'entrée dans la raffinerie, devait être réalisée Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : UNGDA (92) [PME] HONORE SAS (88) [PME] Distillerie SFD (07) [PME] UMR GMPA, INRA/ AgroParisTech (78) [laboratoire public] Coût total : 176 k Aide ADEME : 81 k OBJECTIFS Ce projet avait pour objet l'étude d'une distillerie de taille réduite (300 hl d'alcool pur/jour de bioéthanol) économe en énergie D'autre part, un procédé de déshydratation de bioéthanol par perméation de vapeur devait être RÉSULTATS ET VALORISATION Il a été montré que l'éthanol récupéré au bout de 30 minutes de traitement avec le module membranaire est conforme aux rÚglementations européennes pour ce qui est de la teneur en eau De plus, la modulation d'un des paramÚtres de fonctionnement permet la déshydratation de l'éthanol même pour des conditions où la teneur en eau est importante En revanche, il a été observé que la membrane perdait progressivement en efficacité Par ailleurs, la définition et un chiffrage précis d'une distillerie de 300 hl d'alcool pur/jour ont été réalisés, avec en conclusion un impact CO 2 divisé par 4 par rapport aux méthodes actuelles Enfin, l'étude technico-économique a confirmé que, si la distillerie fabrique également du bioéthanol, elle peut être économiquement viable et présenter un bilan environnemental proche de celui d'installations concentrées Un dépÃŽt de brevet a été réalisé par le partenaire Honoré SAS Des posters (XIIIe journées Cathala Letort de la SFGP ; congrÚs « International Congress on Membranes and Membrane Processes »), des articles (Récents ProgrÚs en Génie des Procédés) et des communications orales (congrÚs Mempro IV ; congrÚs de la Société Française de Génie des Procédés) ont été réalisés Bioraffinerie / biocarburants PAGE 47 2 PREPILPAT Étude de la faisabilité d'un pilote d'hydrolyse de pâtes à papier industrielles en sucres fermentescibles et de leur fermentation alcoolique Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : Tembec, Saint-Gaudens (31) [GE] EDF (78) [GE] INSA Toulouse/GBA (31) [laboratoire public] Université Bordeaux 1/US2B (33) [laboratoire public] Maguin (77) [GE] Coût total : 708 k Aide ADEME : 257 k CONTEXTE ET ENJEUX Dans un contexte de concurrence mondiale accrue, l'industrie papetiÚre française connait depuis plusieurs années des difficultés pour rester compétitive En conséquence, elle met en place une stratégie forte de diversification des voies de valorisation de ses pâtes à papier, afin d'assurer la pérennité future de son activité Par ailleurs, l'utilisation de ressources forestiÚres lignocellulosiques comme base d'accÚs aux sucres fermentescibles tend à s'imposer comme une solution d'avenir pour la production non seulement d'éthanol, mais également de divers produits chimiques pouvant dériver des sucres qu'elle contient OBJECTIFS L'objectif de ce projet était d'étudier la faisabilité et le dimensionnement d'un pilote pré industriel d'hydrolyse de pâtes à papier cellulosiques en sucres fermentescibles et de fermentation de ces sucres pour la production d'éthanol Sur la base de travaux réalisés précédemment par les partenaires, le projet s'est articulé autour des objectifs suivants : poursuite de l'optimisation du procédé (rendement de conversion des hexoses en éthanol, prix du bois) ; détermination du meilleur procédé (hydrolyse et fermentation séparées ou simultanées) ; modélisation des performances du procédé microbien et étude de la formation de glycérol En fin de projet, l'objectif était de construire un pilote pré-industriel afin de tester les performances du procédé en conditions pré-industrielles, puis, le cas échéant, d'intégrer le procédé dans l'usine de pâte à papier du partenaire TEMBEC RÉSULTATS Les objectifs initiaux de ce projet ont été atteints : l'établissement des bilans de consommation d'eau montre que de l'unité de production future consommerait environ 50 % moins d'eau que la papeterie actuelle ; l'intégration énergétique du procédé montre que la valorisation de l'hémicellulose de la pâte à papier augmente significativement le rendement en éthanol (+ 26 %) Cependant, bien que les performances obtenues justifient la construction du pilote pré industriel, cette perspective d'investissement a été abandonnée du fait d'une restructuration importante de la société TEMBEC, dont l'usine de Saint Gaudens a été racheté par un groupe papetier hollandais « Paper Excellence BV » Principales étapes du procédé de production d'éthanol cellulosique à partir de pâte à papier O2 BOIS Liqueur blanche Cuisson Lavage LNF Concentration LNC ChaudiÚre Concentration VC Cycle vapeur Vapeurs MP, BP Électricité Vinasses (glycérol, levures...) Purification de l'éthanol ETHANOL Trait. O2 PAP 25 % MS Hémicellulases ? Hydrolyse hemicell. ? Cellulases Hydrolyse cellulose Levures C6 Levures C5 ? Fermentation C6 (et C5 ?) CaCO3 Four Traitement à chaux à la chaux CaO Liqueur verte Unités existantes Section prod. EtOH LNF : liqueur noire faible LNC : liqueur noire concentrée PAP : pâte à papier VC : vinasses concentrées PAGE 48 Bioraffinerie / biocarburants ACTRAFERM Production d'activateurs (compléments nutritionnels et enzymes) pour les fermentations alcooliques par procédé de fermentation en milieu solide est une marque de SATT GRAND EST 3 CONTEXTE ET ENJEUX La production annuelle française d'éthanol était de 19 millions hectolitres en alcool pur en 2011, avec une tendance à la hausse Lors de la fermentation alcoolique, les besoins nutritionnels des levures sont importants, et doivent être couverts par des apports nutritionnels complémentaires La production de ces apports avec des produits biosourcés rendrait cette filiÚre plus durable. De plus, une technique encore peu utilisée, la fermentation en phase solide, permettrait l'utilisation de nouveaux organismes créateurs de compléments nutritionnels pour les levures Ces nutriments pourraient aussi être utilisés dans d'autres filiÚres agroalimentaires, par exemple pour la fermentation du vin et de la biÚre OBJECTIFS Le projet ACTRAFERM avait pour but d'utiliser des rafles de raisin (la charpente d'une grappe) et d'autres sous-produits vinicoles (pulpe de raisin...) comme substrat pour produire des activateurs, des nutriments et des complexes enzymatiques pour la fermentation alcoolique, via une fermentation en milieu solide Les rafles de raisin étaient jusqu'alors utilisées dans les composts car difficilement combustibles, non méthanisables (présence de polyphénols),et trop riches en lignine pour pouvoir être utilisés dans l'alimentation animale En exploitant les rafles comme bio-activateurs dans les procédés de production alcoolique, il était recherché : une augmentation de la production d'éthanol ; une évolution de la fermentation alcoolique pour la rendre plus rentable et meilleure pour notre environnement Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : UNGDA (92) [groupement d'industriels] Wellience (21) [PME] FERM'N ZYM (77) [PME] Université de Reims ­ Fare (51) [laboratoire public] Coût total : 660 k Aide ADEME : 317 k Intérieur d'un fermenteur en milieu solide (pilote) Photo : Wellience RÉSULTATS ET VALORISATION Les bioactivateurs testés sur fermentation alcoolique ont montré en laboratoire une amélioration du rendement de 0,1 à 0,3 % (sur substrat blé) et une amélioration de la productivité de 5 % Le projet a permis de définir les conditions opératoires d'une installation pilote pour la production d'agents bioactivateurs ou bioprotecteur Des contacts avec une distillerie utilisatrice sont en cours ainsi que pour la réalisation d'essais dans la filiÚre vin pour certaines typologies Des discussions avec une société pouvant produire ces bionutriments sont également en cours Le marché final visé est celui des fermentations de vins de raisins, avec un potentiel annuel à court terme de 600 t/an (vins biologiques), qui bénéficierait d'un gain de rendement de 1 % et d'une amélioration de la productivité de 5 % Le gain escomptable en ce qui concerne les émissions de CO2 est de 1,2 kg/hl, soit 2,2 % de réduction dans le cas de la production de bioéthanol Sur le plan académique, 7 communications lors de journées techniques (en 2014 et 2015)ont été réalisées Bioraffinerie / biocarburants PAGE 49 4 CARBIOVAL Production de biodiesel à partir d'effluents industriels pour alimenter une flotte captive Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Fertival (22) [GE] S3d (44) [PME] Coût total : 1 152 k Aide ADEME : 326 k CONTEXTE ET ENJEUX Cooperl Arc Atlantique, groupe coopératif majeur de la production porcine, développe depuis 25 ans une démarche intensive afin de réduire l'impact carbone de ses sites agricoles et industriels Son objectif : faire fonctionner ses usines agro-alimentaires avec une source d'énergie 100 % renouvelable, 100 % autonome et compétitive Dans cette optique, l'atelier de traitement de déchets graisseux de Cooperl Arc Atlantique (Fertival) transforme 125 000 tonnes/an de déchets graisseux en une source d'énergie renouvelable : la graisse Combioval® Ce produit est actuellement valorisé via un oxydeur thermique, en substitution du gaz naturel, pour le traitement thermique des airs de salle et de process Une récupération thermique est aussi installée sur cette ligne pour la production de vapeur Afin de poursuivre la démarche engagée, et face au contexte économique, Cooperl Arc Atlantique a décidé, dÚs 2011, d'étudier les perspectives d'évolution de la graisse Combioval® Une étude préliminaire a fait apparaitre une voie de valorisation pertinente: la conversion de la graisse Combioval® en carburant moteur via la synthÚse d'Ester Méthylique Une voie particuliÚrement intéressante pour un groupe trÚs dépendant du transport routier (transport d'animaux vivants, transport de sous-produits animaux, transport d'aliment en ferme...) De plus, un produit intermédiaire de cette voie de synthÚse, les Acides Gras Libres, pourront être également utilisés en substitution du fioul lourd ou du propane sur des chaudiÚres fixes existantes du groupe Cooperl Par ailleurs, les entreprises S3d (valorisation de déchets) et Fertival (engrais) ont mis au point un procédé de raffinage adapté et unique en son genre dans le but de produire un biodiesel suivant les spécifications européennes EN 14214 à partir de cette graisse Combioval® Un pilote à l'échelle du laboratoire a permis de synthétiser suffisamment de biodiesel pour le caractériser OBJECTIFS L'ambition à court terme de Fertival consiste à réaliser une installation pilote du schéma complet de raffinage pour produire environ 50 l/jour de biodiesel afin de valider l'ensemble des résultats du programme de R&D précédent, puis d'optimiser le procédé avant sa future industrialisation (dans les 2 ans) Les objectifs clés de ce pilote sont donc de valider les rendements de conversion, les consommations énergétiques, la qualité des produits finis, etc De plus, même si le biodiesel peut être mélangé avec du gasoil jusqu'à des proportions de l'ordre de 30 % (B30), la nature des matiÚres premiÚres (déchets graisseux) transformées en biodiesel impose des vérifications quant aux performances moteurs des camions, des garanties moteurs, de la tenue du biodiesel à basse température (norme EN14214 et norme EN590) et de l'agrément de conduite dans des proportions allant jusqu'à 40 % (B40) PAGE 50 Bioraffinerie / biocarburants SOLALE SOlvant Less ALgal Extraction : concept innovant de bioraffinerie adapté à la culture extensive de microalgues 5 CONTEXTE ET ENJEUX L'exploitation « bioraffinerie » des microalgues se heurte à des problématiques liées aux procédés avals (dewatering/séchage/extraction selon l'art actuel), dont le coût s'avÚre disqualifiant pour des applications comme la conversion en protéines végétales, biocarburants, commodités ou spécialités chimiques. Les sociétés PHYCOENERGY, spécialisée dans la production et valorisation de microalgues à grande échelle, et CAMILLE, experte dans l'étude et l'application de puissances électriques pulsées ont, à l'issue d'une premiÚre collaboration, identifié des voies de traitement aval s'appuyant sur un brevet déposé par la société CAMILLE et l'utilisation de supports d'extraction (en particulier le CO2 à pression atmosphérique) Ces premiers résultats obtenus ouvrent des perspectives particuliÚrement intéressantes pour la filiÚre « bioraffinerie » microalgale OBJECTIFS L'objet du programme SOLALE est de mettre au point un procédé utilisant les modes de traitement identifiés précédemment Plus précisément, il s'agit de mettre au point d'un procédé de traitement aval en production de microalgues permettant : un traitement « direct » des algues dans leur milieu de culture (soit une densité de biomasse de l'ordre de 1 kg/m3) ; l'extraction de la fraction apolaire de la biomasse et la concentration et fragilisation des cellules comme premiÚre étape de bioraffinerie et/ou alimentation animale ; le recyclage du milieu de culture ; un objectif de coût énergétique de l'ordre de 1 kWh/kg (équivalent sec) de biomasse traitée Il sera en outre recherché : une capacité de modulation de la plage de polarité des molécules extraites par modification des paramÚtres de traitement ; une amélioration de l'efficacité énergétique globale du procédé de production et récolte, via la recherche de points de cogénération/covalorisation, et en particulier la dissolution de CO2 dans le milieu de culture Les résultats devront permettre de passer en phase de réalisation de prototype, et démontrer l'efficacité technique, économique et environnementale des différentes étapes du procédé par une évaluation fine à une échelle représentative Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Phycoenergy (95) [PME] CAMILLE (95) [PME] Coût total : 325 k Aide ADEME : 195 k Biomasse n PHOTOBORÉACTEURS GRANDS VOLUMES Biomasse 2 Biomasse 1 Biomasse ~1 kg/m3 CO2 Milieu enrichi en CO2 et complémenté en nutriments de cultures Biomasse ~40 kg/m3 Anti-oxydants Gélifiants -surfactants Di-isocianates/Sython PU Ingrédients fonct. - Protéines Lipides AGPI - Biocarburants Bioraffinerie / biocarburants PAGE 51 6 ALGOSTEP Développer une nouvelle filiÚre de production de microalgues à partir d'eaux usées Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : GLS (78) [PME] Université de Nantes ­ GEPEA ­ AlgoSolis (44) [laboratoire public] Alganact (14) [PME] Coût total : 660 k Aide ADEME : 337 k CONTEXTE ET ENJEUX En France, la culture de microalgues est pour l'instant surtout réalisée à petite échelle sur des sites dédiés à cette production Les coûts de production et les consommations d'eau et de nutriments restent des verrous pour le développement de cette industrie En parallÚle, malgré les améliorations apportées aux stations d'épuration pour les rendre plus vertueuses, elles restent des charges financiÚres et polluantes et pour les collectivités et les industriels Or il est possible de développer des synergies en associant de façon positive le traitement des eaux usées, la culture de masse des microalgues, et la valorisation optimisée de la biomasse produite. Ce principe d'économie circulaire permettrait de repenser complÚtement la filiÚre de traitement des eaux usées, en produisant notamment une valeur ajoutée financiÚre et environnementale Cependant, des verrous scientifiques, technologiques et réglementaires restent à débloquer OBJECTIFS Le projet vise à développer une nouvelle filiÚre de production de microalgues à partir d'eaux usées urbaines ou industrielles, en développant une vision intégrée ayant pour objectifs la valorisation de la biomasse, l'élimination intensive de polluants aux niveaux réglementaires et l'obtention d'une rentabilité globale du systÚme DÉROULEMENT Le programme de travail s'articulera autour des tâches suivantes : mise au point d'un ou plusieurs procédés (brevetés le cas échéant) de culture de microalgues sur eau usée, associés à l'épuration de l'eau aux niveaux réglementaires : évaluation de différentes technologies de culture, optimisation des conditions de culture à l'échelle laboratoire et préindustrielle ; étude de la valorisation de la biomasse microalgale produite, par mise au point de procédés d'extraction et de bioraffinage des microalgues de maniÚre à en extraire le meilleur potentiel marché et à rendre le systÚme économiquement viable (dans le respect du cadre réglementaire) ; études d'ingénierie pour l'industrialisation (conformité normative, réponse aux exigences des maîtres d'ouvrage) ; modélisation technico-économique systématique des résultats obtenus pour envisager le déploiement de la nouvelle filiÚre développée ; analyse de cycle de vie de la nouvelle solution L'industrialisation fera l'objet d'un autre projet le cas échéant AlgoSolis PAGE 52 Bioraffinerie / biocarburants VASCO2 Valorisation biologique des fumées industrielles pour une chimie verte 7 Appel à projets : BIP 2014 CONTEXTE ET ENJEUX Le dioxyde de carbone (CO 2) produit par les activités anthropiques représente à lui seul 68 % des émissions totales de gaz à effet de serre (Maeda et al, 1995) et participe aux changements climatiques de la planÚte (Sakai et al, 1995 ; Stewart et al 2005) Les Nations Unies ont fixé en 1997 lors du protocole de Kyoto, un objectif une réduction des émissions de CO 2 de 5,2 % sur 15 ans (basé sur les émissions de 1990) Pour atteindre cet objectif, la France avait prévu de mettre en place une « Taxe carbone » en janvier 2010, à l'instar de plusieurs nations comme la Finlande, le Danemark, la NorvÚge, l'Australie ou la Suisse C'est dans ce contexte (faire payer le CO2 17 /tonne) que la premiÚre phase de VASCO fut réalisée mais la mise en oeuvre de cette « taxe carbone française » a été abandonnée au cours de l'année 2010 La réduction de son empreinte carbone d'environ 15 % entre 1990 et 2011 a principalement été acquise grâce à des améliorations de rendement des procédés de combustion L'enjeu majeur est de contribuer à la réduction des émissions de CO 2 industriel dans l'atmosphÚre, par la biofixation de ce gaz ainsi que d'autres rejets gazeux à fort impact environnemental (NOx, SOx) par une culture algale et d'évaluer la valorisation économique de la biomasse produite DÉROULEMENT AprÚs une premiÚre année de recherche sur le site de l'Ifremer à Palavas en 2015, « Vasco2 » entre dans une phase d'expérimentation préindustrielle en milieu réel, au coeur de la ZIP de Fos qui se déroulera jusqu'à fin 2018 Pour conduire ces tests, un bassin de culture de 160 m² a été installé dÚs le mois de septembre 2016 sur le site de Kem One, puis deux autres de 10 m² seront implantés sur les sites d'Arcelormittal et de Solamat-Merex au printemps 2017 Des microalgues y seront cultivées, récoltées, concentrées puis transformées en biobrut Le biobrut sera alors raffiné jusqu'à l'obtention d'un biocarburant Jusqu'à fin 2018, plusieurs paramÚtres seront étudiés : la dissolution des fumées dans l'eau des bassins, la composition de la biomasse récoltée, la transformation par liquéfaction hydrothermale des microalgues en biobrut ainsi que le raffinage qui sera comparé avec celui utilisé pour des pétroles conventionnels Une évaluation économique, sociale et environnementale de l'ensemble du programme Vasco2, ainsi que l'analyse du cycle de vie, seront également réalisées dans la perspective de la structuration d'une véritable filiÚre d'écologie industrielle À l'issue de cette phase préindustrielle, Vasco2 pourra alors envisager la mise en oeuvre d'un démonstrateur de taille industrielle, derniÚre étape avant une production à grande échelle de substituts au pétrole et de biocarburants de 3e génération dont un des bénéfices sera, au-delà de la contribution à la transition énergétique, de réduire les rejets atmosphériques de CO 2 et de NOx de la zone industrialo-portuaire de Fos Partenaires : Grand port maritime de Marseille (13) [établissement public] COLDEP (34) [PME] Helio Pur Technologies (84) [PME] Ifremer (34) [EPIC] CEA (38) [EPIC] KEM ONE (13) [PME] ArcelorMittal (13) [GE] Solamat Merex (13) [GE] TOTAL (13) [GE] LyondellBasell (LYB) (13) [GE] INOVERTIS (26) [PME] Conseil de territoire Istres Ouest Provence (13) [EPCI] Coût total : 2 M Aide ADEME : 1,1 M OBJECTIFS Le programme de recherche appliquée « Vasco2 » vise à valider des procédés de production de microalgues et de biocarburants par une valorisation des fumées industrielles L'ambition de l'ensemble des partenaires est de contribuer ainsi à la transition énergétique par l'innovation en testant une solution inédite de production de biomasse basée sur le recyclage biologique du CO2 industriel Bioraffinerie / biocarburants PAGE 53 8 CIMENTALGUE Valorisation d'effluents industriels (dont le CO2) et de chaleur fatale via la production industrielle de microalgues photosynthétiques Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Université de Nantes ­ GEPEA, AlgoSolis (44) [laboratoire public] Université de Nantes ­ GeM ­ IEG (44) [laboratoire public] AlgoSource technologies (44) [PME] Coût total : 1,6 M Aide ADEME : 449 k CONTEXTE ET ENJEUX Certaines industries manufacturiÚres, comme les cimenteries (5 % des émissions mondiales de CO 2, 700 kg de CO 2 émis par tonne de ciment), ont identifiées la valorisation biologique du CO 2 par la culture de microalgues comme l'une des pistes prometteuses pour la réduction et le recyclage des émissions de CO2 En effet, les microalgues et le plancton végétal, par leurs taux de croissance trÚs élevés et leur mode de culture transposable à des environnements trÚs différents se révÚlent être les végétaux les plus à même d'effectuer cette valorisation du CO 2 qu'ils utilisent pour se développer et ce faisant, produire de la biomasse végétale exploitable dans des secteurs variés lité technique de la culture de microalgues avec l'effluent industriel La prochaine phase qui constitue l'objet du projet CIMENTALGUE est la conception et la construction d'une unité pilote de démonstration de 500 m² sous serre, premiÚre approche d'une production industrielle de microalgues Les technologies de culture (photobioréacteurs) seront tout d'abord développées et optimisées sur la plateforme de R&D « AlgoSolis » de l'Université de Nantes et du CNRS Cela permettra de définir une unité optimisée qui sera ensuite intégrée au site industriel pour obtenir des données représentatives pour l'ensemble de la chaine de valeur depuis le captage et le traitement de l'effluent industriel jusqu'à la valorisation de la biomasse produite pour différents secteurs économiques Une analyse de cycle de vie des produits obtenus sera réalisée à partir des données recueillies sur site et permettra de comparer la production standard de microalgues à la production à partir d'effluents industriels Cette ACV sera complétée par une analyse économique afin d'établir des modÚles d'exploitation viable, en particulier, par couplage à une démarche de bioraffinage issue des réalisations industrielles actuelles et celles d'autres programmes de recherche (ex : projet BIP 2013 ALGORAFF) Cette approche originale d'écologie industrielle permettra de considérer le CO2 d'origine industrielle ainsi que la chaleur fatale récupérée sur site comme de nouvelles ressources et non plus comme des déchets jusqu'à maintenant non valorisés OBJECTIFS Le projet CIMENTALGUE a pour but de démontrer la viabilité économique, la durabilité et la robustesse, à l'échelle du pilote industriel, d'un procédé de co-valorisation biologique de CO2 issu de sources industrielles et de chaleur fatale récupérée sur le site, par la production optimisée en lumiÚre naturelle de microalgues photosynthétiques Ce projet s'appuie sur les résultats de travaux antérieurs qui ont été menés dÚs 2008 par AlgoSource Technolo© AlgoSource gies en partenariat avec un groupe cimentier (exploitation d'une petite unité située au sein de la cimenterie à Gargenville, Yvelines, et alimentée par la fumée produite Production de microalgues par l'usine) Cette étape a permis de démontrer la faisabi- RÉSULTATS ET VALORISATION La premiÚre phase du projet, démarré en février 2016, a consisté à choisir les souches, concevoir les procédés de culture de microalgues adaptés aux contraintes de l'intégration industrielle visée, puis définir les protocoles opératoires pour une production optimisée de microalgues sur CO2 d'origine industrielle Ceci a été réalisé sur la plateforme R&D « AlgoSolis » (laboratoire GEPEA, Université de Nantes/CNRS) en partenariat avec l'entreprise AlgoSource Technologies Il a été développé, en autres, un systÚme double de stockage de carbone et de régulation pH des systÚmes de culture En parallÚle, dans une démarche d'ACV, une premiÚre analyse des flux de la future unité pilote de démonstration a été réalisée par le laboratoire GeM et ce, pour chaque étape de production de la biomasse microalgale L'analyse des flux a permis ensuite de définir l'ensemble des capteurs (et leur positionnement) à installer au sein de l'unité pilote de démonstration afin de pouvoir réaliser les bilans nécessaires à l'établissement de l'ACV Un brevet est en cours de dépÃŽt sur l'optimisation de la biofixation de CO2 industriel par microalgues (Université de Nantes ­ GEPEA/ALGOSOLIS) Plusieurs communications à différents colloques et séminaires ont été réalisées (notamment : SINAL 2016, Biotech Bleues 2016, Climate Chance 2016, Algal Biomass Summit 2015, European Meeting on Chemical Industry and Environment 2015) PAGE 54 Bioraffinerie / biocarburants CESBIC Enzymes essentielles pour l'obention de biocarburants à partir de cellulose (Critical Enzymes for Sustainable Biofuels from Cellulose) 9 CONTEXTE ET ENJEUX Le bioéthanol peut impacter les biocarburants du futur en raison d'avantages connus en terme d'empreinte carbone, d'efficacité énergétique, d'utilisation de déchets peu valorisés Cependant ces avantages resteront inexploités tant qu'une solution efficace de déstructuration de la cellulose ne sera pas disponible En 2011, les travaux des partenaires ont montré que certaines enzymes fongiques jusqu'alors décrites comme étant des cellulases de la famille GH61 sont en fait des oxydases à cuivre originales, qui facilitent la fragmentation de la cellulose en ses constituants Ces enzymes focalisent l'attention des chercheurs du monde entier en raison d'une activité exceptionnelle qui pourrait permettre de rendre le bioéthanol plus compétitif économiquement d'utiliser les données du séquençage génomique moderne afin de cataloguer l'ensemble des enzymes de type GH61, dans le plus grand nombre possible de génomes de champignons afin de déterminer et comprendre les raisons de la diversité de ces enzymes ; d'entreprendre une caractérisation structurale, enzymologique et mécanistique d'un nombre important de membres représentatifs de cette diversité enzymatique ; de réaliser des essais pilotes de production de ces enzymes et d'examiner leur performance en conditions industrielles Appel à projets : ERA NET IB 2012 Partenaires : Université de York (Royaume-Uni) [laboratoire public] Université d'AixMarseille ­ CNRS (13) [laboratoire public] Université de Cambridge (Royaume-Uni) [laboratoire public] Université de Copenhague (Danemark) [laboratoire public] Novozymes (Danemark) [GE] Coût total : 2,3 M Coût total partenaire français : 365 k Aide ADEME : 227 k OBJECTIFS Le projet vise la compréhension en profondeur des oxydases à cuivre (GH61) ciblant la cellulose et produites par les champignons afin de maximaliser leur utilisation commerciale dans le domaine de la déconstruction de la biomasse lignocellulosique pour l'élaboration de bioéthanol Les objectifs sont : RÉSULTATS Les oxydases à cuivre de la famille GH61 (à présent renommée Lytic Polysaccharide MonoOxygenases [LMPOs] de la famille AA9) ont été recherchées et listées dans plus de 800 génomes fongiques Plus de 9 000 séquences de LPMOs de cette famille ont ainsi été identifiées Cette trÚs grande famille a également été subdivisée en sous-ensembles isolant des particularités de séquence (CBMs, modules auxiliaires, résidus invariants, etc) sans recourir à l'alignement global Des enzymes appartenant à ces groupes font l'objet de caractérisation fonctionnelle Des activités ont été trouvées sur des oligosaccharides de cellulose, sur le xyloglucane, sur le xylane, etc, montrant que les LPMOs de la famille AA9 ne se cantonnent pas à la cellulose Ces travaux ont récemment culminé par la résolution de la structure tridimensionnelle d'une LPMO en complexe avec un oligosaccharide, permettant de décrire pour la premiÚre fois les détails de la catalyse par ces enzymes Il a été également recherché si l'analyse de séquence permettait d'identifier d'autres LPMOs (apparentées GH61) en exploitant la présence de modules accessoires et la présence obligatoire d'une histidine en résidu N-terminal 3 familles de LPMOs putatives ont ainsi été identifiées Une de ces familles a été caractérisée et son activité sur l'amidon a été démontrée Les autres familles sont à divers stades de caractérisation L'activité expérimentalement caractérisée de 42 LPMOs est présentée sur le site CAZy Les résultats obtenus au cours du projet ont également fait l'objet de 2 publications (Nature Communications (2015), Nature Chemical Biology (2016)) Bioraffinerie / biocarburants PAGE 55 10 CELLULECT Plate-forme de biologie synthétique pour l'optimisation du traitement enzymatique de la biomasse Appel à projets : ERA-IB 2012 Partenaires : Université d'Edinburgh (Royaume-Uni) [laboratoire public] Université de Marbourg-Philipps (Allemagne) [laboratoire public] Faculté de médecine Paris Descartes [laboratoire public] Ingenza (Royaume-Uni) [PME] Coût total : 1 757 k Coût total partenaire français : 250 k Aide ADEME : 232 k CONTEXTE ET ENJEUX Le raffinage de la biomasse peut être réalisé via sa dégradation par des enzymes (par exemple pour hydrolyser les sucres qui peuvent ensuite être fermentés pour la production de biocarburants) Or, selon la nature de la biomasse, il est parfois difficile de trouver des enzymes efficaces (exemple : sur la biomasse lignocellulosique) Par ailleurs les connaissances sur le couple optimal biomasse/enzyme pour une application particuliÚre sont encore peu connues, d'autant plus que le nombre de combinaisons possibles est virtuellement infini Pour explorer ces combinaisons, une modélisation informatique de pointe associée à un assemblage génique (via des microbes génétiquement modifiés), devrait permettre d'identifier les combinaisons de gÚnes et les activités enzymatiques concertées qui donnent une dégradation optimale de biomasses diverses OBJECTIFS Ce projet se propose donc de : identifier les génomes des micro-organismes dégradant efficacement la biomasse et synthétiser ces gÚnes dans un format modulaire standardisé ; réaliser des combinaisons géniques (technologie Ingenza) à grande échelle et estimer leur potentiel de dégradation ; adapter les souches de production industrielle actuelles d'Ingenza avec l'incorporation de combinaisons sélectionnées, et d'identifier celles qui confÚrent des performances améliorées ; caractériser et vérifier en conditions industrielles les performances des enzymes dégradant la biomasse ; effectuer la modélisation quantitative des souches dans l'ensemble des performances de dégradation pour évaluer leur comportement et donner des indices pour les améliorer de maniÚre itérative Il s'agit ainsi de créer de la valeur pour de nombreux utilisateurs finaux en améliorant le rendement de conversion de la biomasse en matiÚre premiÚre utilisable, avec des applications industrielles immédiates D'autre part, l'analyse des résultats permet le développement d'heuristiques facilitant la conception plus rationnelle de systÚmes de traitement de la biomasse à l'avenir Enfin, le projet a également pour ambition de démontrer la valeur d'une approche génétique combinatoire innovante PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATION Focus sur l'assemblage combinatoire Il a été démontré que les constructions génétiques sont fonctionnelles, évolutives, indépendantes du contexte, et permettent un contrÃŽle plus précis sur une plus large plage de valeurs que par les méthodes classiques Au-delà des objectifs, un deuxiÚme systÚme de contrÃŽle de l'expression génique a été développé Les travaux restant à effectuer consistent à intégrer ces circuits génétiques avec les flux de travail des partenaires (Edinbourg) Le principal défi à relever consiste à obtenir des protocoles d'assemblage d'ADN à haut débit, afin de porter des centaines d'enzymes dans un format d'expression standard Le partenaire industriel Ingenza exploitera cette technologie de plate-forme à haut débit via la vente de cocktails enzymatiques, la vente de licences sur des souches d'ingénierie exclusives, et le développement à façon de souches optimisées et personnalisées PAGE 56 Bioraffinerie / biocarburants FIBERFUEL Cellulosomes artificiels pour améliorer la saccharification de biomasse ligno-cellulosiques à l'échelle industrielle 11 CONTEXTE ET ENJEUX La plus abondante source de carbone et la plus riche en stockage d'énergie de la biosphÚre est peu connue du grand public : les polysaccharides des parois de plantes Leur exploitation permettrait la production de molécules à valeur ajoutée pour des besoins industriels ( biocarburants, produits biosourcés) en partant de matiÚres premiÚres à faibles coûts (ie parties de plantes non alimentaires et résidus de transformations industrielles), et renouvelables Malheureusement, ces substrats cellulosiques sont extrêmement récalcitrants à la transformation enzymatique pourtant nécessaire à leur exploitation énergétique, la principale barriÚre étant leur saccharification A ce jour, toutes les stratégies envisagées n'ont eu qu'une efficacité réduite Cependant, l'évolution du domaine des micro-organismes fournit des complexes multi-enzymatiques d'une efficacité redoutable pour la dégradation des substrats cellulosiques : les cellulosomes Ces systÚmes auto-assemblés et sophistiqués sont capables de dégrader les polysaccharides des parois de plantes Mais les interactions au sein du cellulosome demeurent difficilement mesurable par des techniques conventionnelles : notre compréhension de l'efficacité d'un tel systÚme est encore trop incomplÚte pour en envisager une exploitation industrielle Résumé technique - plan de travail OBJECTIFS Ce projet a pour objectif d'améliorer la compréhension de l'efficacité et de la synergie du systÚme multi-enzymatiques complexe dans le but de produire des cellulosomes à façon (« Designer Cellulosomes » (DC), auto-assemblés et artificiels) avec une activité ajustée aux substrats industriels déjà utilisés Appel à projets : ERAnet IB 2012 Partenaires : Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) (Espagne) [institut de recherche national] Weizmann Institute of Science (Israël) [institut de recherche national] CNRS ­ Station Biologique de Roscoff (29) [institut de recherche national] Institute of Physics, Polish Academy of Sciences (Pologne) [institut de recherche national] Abengoa Bioenergía Nuevas Tecnologías (Espagne) [industriel] Designer Energy (Israël) [PME] Tyndall National Institute, University College Cork (Royaume-Uni) [institut de recherche national] Ludwig-MaximiliansUniversity (Allemagne) [institut de recherche national] Coût total : 990 k Coût total partenaire français : 250 k Aide ADEME : 151 k PREMIERS RÉSULTATS Les premiÚres analyses ont permis d'améliorer considérablement la connaissance des cellulosomes Le travail concerté des partenaires internationaux a permis la construction et l'optimisation de quelques nano-assemblages, ensuite soumis à des tests d'activités Les « designer cellulosomes » les plus efficaces sur substrat modÚle ont pu être identifiés Les premiers essais sur des substrats récalcitrants à l'échelle pré-industrielle sont actuellement en cours. Enfin, plusieurs dizaines de publications scientifiques ont été réalisées (Biotechnology for Biofuels, PLOS One, Complexes Nano Letters, The Journal of Physical Chemistry, Journal of Structural Biology...) Corn stover Lignocellulose saccharification cellulosome Biofuel Wheat straw Bioraffinerie / biocarburants PAGE 57 12 BIOTFUEL Une chaîne de production de biocarburants par voie thermochimique Appel à projets : Fonds démonstrateur de recherche Biocarburants 2G (2008) Durée : 10 ans Partenaires : Bionext (60, 69) [PME] Avril (75, 60) [GE] CEA (38) [EPIC] IFPEN (92, 69) [EPIC] TOTAL (75, 59) [GE] Axens (75) [GE] Thyssenkrupp Industrial Solutions (ex UHDE GmbH) (Allemagne) [GE] Coût total : 178,05 M Aide ADEME : 30,06 M CONTEXTE ET ENJEUX À l'horizon 2020, sur la base d'études prospectives, l'offre mondiale de pétrole brut sera structurellement limitée en capacité à environ 95 Mbbl/j, alors que la demande sera contrainte aux environs de 100 Mbbl/j Cette situation entraînera de fortes tensions sur les cours du brut L'Europe, et en particulier la France, souhaitent accroître leur indépendance énergétique tandis que leurs capacités de production de gazole présentent un déficit croissant Pour pallier ce déficit, les biocarburants constitueront une offre complémentaire nécessaire Dans ce contexte, l'Europe et la France en particulier souhaitent favoriser l'émergence des biocarburants de seconde génération en complément de l'offre de biocarburants de premiÚre génération OBJECTIFS 1. Développer puis assembler à horizon 2019 l'ensemble des maillons d'une chaîne B-XtL (conversion de biomasse et ressources fossiles en biocarburants liquides) techniquement et économiquement performante à une future échelle industrielle capable de traiter un large éventail de charges lignocellulosiques et fossiles, afin de proposer à la vente la licence de la chaîne de procédés pour la production de biogazole et biokérosÚne ; 2. établir les bilans technico-économiques de la chaîne de production industrielle et mener les études environnementales et les évaluations multicritÚres pour évaluer sa rentabilité et sa durabilité ; 3. intégrer de façon itérative et permanente les innovations apportant un gain de performance à la chaîne de procédés de référence PAGE 58 Bioraffinerie / biocarburants GAYA Industrialiser une nouvelle filiÚre de biométhane 13 CONTEXTE ET ENJEUX Avec le paquet Climat Énergie en 2008, l'Europe a affiché des objectifs européens ambitieux de développement de nouvelles énergies renouvelables et faiblement émettrices de GES pour l'horizon 2020 La directive de Promotion des énergies renouvelables a décliné ces objectifs par grands usages, notamment sur le volet transport, avec l'objectif de 10 % d'énergies renouvelables, mais également ajouté les exigences de durabilité des biocarburants Le projet Gaya s'inscrit dans la feuille de route européenne et contribuera à ces différents objectifs La filiÚre de production de biométhane par gazéification/méthanation de la biomasse repose sur le développement de technologies dont la faisabilité a été étudiée à l'échelle du laboratoire Des projets de R&D à l'échelle préindustrielle existaient en Europe sur différents maillons de la chaîne de procédés Mais faute de financement, au moment du dépÃŽt du dossier, aucun projet de démonstration intégré sur l'ensemble de la filiÚre, depuis l'approvisionnement en biomasse jusqu'à la valorisation du biométhane, n'avait encore vu le jour AVANCEMENT Le projet a démarré en juin 2010 pour un programme de R&D d'une durée de 9 neuf ans La phase de démonstration préindustrielle est prévue à partir de 2017 pour une filiÚre opérationnelle à l'horizon 2020 Les travaux réalisés à ce jour ont concerné des phases d'études préalables d'accompagnement et de soutien au futur démonstrateur, de conception et choix des procédés et technologies pour le démonstrateur et préparatoires à son exploitation Les travaux de construction de la plate-forme démonstrateur basée à St-Fons (RhÃŽne) ont débuté fin 2014 pour une mise en service complÚte programmée dans le premier trimestre 2017 La phase d'exploitation de la plateforme se déroulera ensuite jusqu'à fin 2019 en parallÚle avec la fin des études, la validation de la chaîne de procédés grâce aux données acquises sur le démonstrateur Appel à projets : Fonds démonstrateur de recherche Biocarburants 2G (2008) Durée : 9 ans Partenaires : ENGIE (93, 69) [GE] CEA (38) [EPIC] Cirad (34) [EPIC] CTP (38) [CTI) FCBA (38) [CTI) École des Mines d'Albi ­ RAPSODEE ­ CNRS (81) [laboratoire public] UCFF (75) [PME] LGC INPT-UPS-CNRS (31) [laboratoire public] UCCS EC Lille-CNRS (59) [laboratoire public] LRGP CNRS (54) [laboratoire public] Repotec (Autriche) [PME] Coût total : 66,1 M Aide ADEME : 19 M OBJECTIFS Le projet GAYA a pour objectif de démontrer à l'échelle pré-industrielle la validité technique, économique, environnementale et sociétale, d'une filiÚre de production de biométhane par voie thermochimique (gazéification suivie de méthanation) Le biométhane serait commercialisable en tant que biocarburant ou combustible gazeux et transportable via le réseau de gaz naturel Le marché du bio-GNV bénéficierait des infrastructures du GNV, dont ENGIE s'est engagé à promouvoir le développement (voir la représentation schématique de la filiÚre en annexe 1) À l'issue du projet GAYA, le consortium vise à mettre en place : un portefeuille de technologies validées et rentables, impliquant la levée de verrous technico-économiques (procédés de gazéification, méthanation, etc) ; des outils d'industrialisation : (outils de simulation, d'extrapolation, de conception d'exploitation et d'aide à l'élaboration des plans d'approvisionnement) ; une filiÚre d'approvisionnement pérenne et rentable ; une filiÚre fiable et performante d'un point de vue socio-environnemental Bioraffinerie / biocarburants PAGE 59 projets (dont 5 PIA) 53 PRODUITS BIOSOURCÉS 43,6 M (dont 31 M pour PIA) 3 123 M de coût total (dont 91 M pour PIA) PAGE 60 Produits biosourcés PRODUITS BIOSOURCÉS Les produits biosourcés pour la chimie et les matériaux sont des produits industriels non alimentaires et non énergétiques, obtenus partiellement ou totalement à partir de matiÚres premiÚres renouvelables issues de la biomasse Dans un contexte où l'économie circulaire et donc l'éco-conception deviennent incontournables, l'ADEME, à travers différents appels à projets (BIP, 2008-2015 ; CORTEA ; Investissements d'Avenirs ; ERAnet IB, 2008-2016 ; ERAnet Woodwisdom), soutient ainsi le développement de produits biosourcés : qui laissent présager un impact environnemental et sanitaire réduit par rapport à l'existant. La réduction des impacts environnementaux devra être démontrée via la réalisation d'une Analyse de Cycle de Vie (ACV) au cours du projet : de la ressource en passant par l'optimisation des procédés, jusqu'à la valorisation en fin de vie ; montrant des caractéristiques techniques potentielles au moins équivalentes à celles de leurs concurrents ; présentant une compétitivité économique potentielle à terme Afin de limiter les concurrences d'usages de la biomasse et la pression sur les ressources, la diversification des matiÚres premiÚres employées pour la production de produits biosourcés est encouragée Ainsi, les ressources visées prioritairement sont dites de 2e et 3e générations (ressources lignocellulosiques, coproduits et déchets de l'industrie [agroalimentaire, chimique, papetiÚre, etc], algues, etc) Nombre de projets R&D produits biosourcés 2008­2015 par appels à projets Aide (M) produits biosourcés 2008­2015 par appels à projets 1,1 0,1 1 5 6 BIP Investissement d'Avenir 10,5 BIP Investissement d'Avenir 41 CORTEA ERAnets 31,9 CORTEA ERAnets Produits biosourcés PAGE 61 projets (dont 3 PIA) 27 MOLÉCULES BIOSOURCÉES 31,8 M d'aide Les molécules chimiques biosourcées se retrouvent sous la forme de tensioactifs, solvants, lubrifiants, adhésifs, polymÚres, etc et principalement destinées aux secteurs de la cosmétique, de la détergence, des colles, des peintures, de la plasturgie, ou encore de la lubrification en machinerie agricole et forestiÚre Leur production repose sur des procédés thermochimiques, chimiques (dont la catalyse), ou relevant des biotechnologies industrielles (comme la production par des bactéries par exemple) Deux voies de développement cohabitent : le « drop-in », qui consiste à remplacer une molécule fossile par une molécule chimiquement identique mais d'origine renouvelable (par exemple furfural, acide acrylique, acide butyrique biosourcés...) ; la synthÚse ab initio de molécules possédant une structure innovante Les ressources en biomasse utilisées sont trÚs variables On y trouve des micro-algues, de la biomasse lignocellulosique, des coproduits bioraffinés, des ressources résiduelles (coproduits de valorisation de céréales...), des effluents de papeterie, de la biomasse oléagineuse, etc... Les molécules biosourcés sont représentées dans plus de 27 projets R&D aidés par l'ADEME entre 2008 et 2015, pour un budget de 31,8 M (soit 31 % du budget dédié aux projets de R&D sur les produits biosourcés et bioénergies entre 2008 et 2015) Différents appel à projets ont permis de financer les projets de R&D sur les molécules biosourcés entre 2008 et 2015 : Investissements d'Avenir (25,8 M ; 2 projets), BIP (4,8 M ; 17 projets), ERAnet IB et ERAnet Woodwisdom (1,1 M ; 9 projets), et CORTEA (0,14 M ; 1 projet) CÃŽté marchés, d'aprÚs une étude ADEME-ALCIMED (2015) sur l'évolution des marchés des produits biosourcés à l'horizon 2030 : les peintures et les détergents biosourcés sont des segments à trÚs fort potentiel ; les lubrifiants et les solvants biosourcés pourraient connaître une croissance trÚs forte ; la surface agricole nécessaire en 2030 pour les produits biosourcés représenterait au maximum 2,6 % de la SAU de 2012 (dont 25,8 M pour PIA) 98,8 M de coût total (dont 78,5 M pour PIA) PAGE 62 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées NAPAPI Nouveaux polymÚres biosourcés pour Adhésifs aux Propriétés Innovantes 1 CONTEXTE ET ENJEUX La production mondiale de polyuréthanes représentait environ 18 Mt, avec un prix moyen de 3 /kg, soit un marché de 53 milliards d'euros (chiffres 2011) La production européenne pesait environ 20 % de la production mondiale avec une production de l'ordre de 4 Mt en 2011 (dont 250 kt avec un marché de 326 kt pour la France) Les polyuréthanes représentaient alors 8 % de la production mondiale de polymÚres synthétiques et sont utilisés dans un trÚs grand nombre de domaines tels que le bâtiment, l'emballage, l'habillement, l'automobile, le biomédical, les cosmétiques, etc La synthÚse des adhésifs polyuréthanes a le plus souvent recours à des polyéther-polyols et/ou des polyester-polyols Or la majorité des polyols d'origine naturelle (ou NOPs pour « Natural Oil Polyols ») présentent un coût à la fonction défavorable comparativement aux polyols d'origine fossile Dans ce contexte, qui vise à trouver des alternatives renouvelables fonctionnellement avantageuses et économiquement viables, la fabrication de polyols biosourcés répondant à l'ensemble des cahiers des charges pour la fabrication d'adhésifs constituait une piste de recherche d'intérêt OBJECTIFS Ce projet visait à développer de nouveaux polyuréthanes à partir de polyols issus de la transformation chimique d'huiles végétales (principalement l'huile de tournesol qui contient une forte teneur en acide oléique et l'huile de ricin) en utilisant des procédés de fabrication ayant les plus faibles impacts environnementaux possibles Pour synthétiser ces nouveaux polyols, les objectifs étaient : 1. d'obtenir des polyols biosourcés difonctionnels aux propriétés nouvelles ou améliorées pour des applications « medium ou hautes performances » ; 2. d'obtenir des polyols renouvelables et compostables de type Estolide ; 3. de valoriser les ressources agricoles pour la synthÚse de nouveaux polymÚres entrant dans la composition d'adhésifs avec un apport significatif de carbone renouvelable ; 4. de synthétiser ces polyols biosourcés à l'aide de procédés respectueux de l'environnement ; 5. se répondre aux attentes de la réglementation REACH Des analyses de cycle de vie ont également été réalisées sur les différentes solutions et procédés étudiés (éco-conception) Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : Bostik (92) [GE] ITERG (33) [centre technique] Université de Bordeaux ­ LCPO (33) [laboratoire public] Coût total : 681 k Aide ADEME : 286 k RÉSULTATS ET VALORISATION Scientifiquement, ce projet a confirmé les études de modélisation et permis de synthétiser plusieurs polyols, issus notamment d'huile de ricin ou de tournesol à forte teneur en acide oléique, comportant de 70 à 100 % (Estolide d'acide ricinoleique et d'alcool gras dimÚre) de matiÚre premiÚres biosourcées Pour obtenir ces composés, plusieurs voies de synthÚse et systÚmes catalytiques ont été étudiés Les caractéristiques des polyols ont été contrÃŽlées en termes d'indice d'hydroxyle, de fonctionnalité et de caractéristiques physico-chimiques (compromis entre masse moléculaire et viscosité) Il a été démontré que : les polyols biosourcés ont montré qu'ils n'étaient pas toxiques vis-à-vis des daphnies et des algues et qu'ils étaient compostables Les résultats d'analyses de cycle de vie ont permis de de mettre en évidence une réduction significative des impacts sur l'air (réduction des émissions atmosphériques et du changement climatique) mais une augmentation significative des impacts sur l'eau ; les polyols développés lors de ce projet devaient pouvoir être commercialisés à moins de 4/kg pour avoir une chance d'être industrialisés S'ils restent encore significativement plus chers que les équivalents fossiles, ils devraient intéresser le marché à moyen terme (5 ou 10 ans) notamment au regard des possibles évolutions réglementaires et techniques sur les emballages souples ; une demande de brevet WO 2014/072629 dans le domaine de l'emballage souple alimentaire a été déposée Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 63 2 GLYVALACR Valorisation du Glycérol en Acroléine et Acide Acrylique et leurs dérivés Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : Arkema (92) [GE] SEPPIC (81) [GE] Coatex (69) [GE] PCAS (91) [GE] Coût total : 551 k Aide ADEME : 266 k CONTEXTE ET ENJEUX En 2007, le prix du baril de pétrole était d'environ 100$, ce qui impactait le coût de tous ses dérivés, dont le propylÚne, utilisé dans la production d'acroléine et d'acide acrylique (composants des caoutchoucs synthétiques, peintures, plastiques...) Inversement le prix du glycérol, issu de la synthÚse des biocarburants, ne cessait de diminuer Ainsi, un procédé utilisant le glycérol pour la production d'acroléine et d'acide acrylique présentait un intérêt économique tout en valorisant l'un des coproduits de la fabrication de biocarburants. la validation des qualités des produits obtenus en fonction des applications visée ; la réduction des émissions GES par rapport à la voie ex-propylÚne OBJECTIFS Ce projet visait : l'élaboration d'un nouveau procédé d'obtention d'acroléine et d'acide acrylique à partir de glycérol, coproduit de la filiÚre biodiesel ; Pilote 1m Acroléine RÉSULTATS ET VALORISATION AprÚs une étude de l'impact des options de procédé, de choix de catalyseur sur les impuretés formées, ainsi que sur leur devenir dans les applications ciblées, un procédé fonctionnel (reposant sur des réactions de déshydratation et d'oxydéshydratation) a pu être développé Arkema a pu produire des lots d'acroléine et d'acide acrylique biosourcés de différents grades afin de définir des qualités acceptables dans les applications visées afin notamment de définir la qualité requise en fonction des applications, tout en minimisant les consommations énergétiques Un procédé complet de production d'acide acrylique ex-glycérol a été simulé pour déterminer le coût de revient du produit, et calculer la diminution des rejets de gaz à effet de serre par rapport à la filiÚre fossile L'acroléine biosourcée a été testée par PCAS (dans des réactions de Diels Alder et d'acétalisation) et l'acide acrylique d'une part par Coatex pour faire des dispersants à faible masse et faible indice de polydispersité (polymérisation radicalaire contrÃŽlée), et d'autre part par Seppic pour des épaississants en cosmétique à trÚs haute masse Enfin, une étude comparative a permis de valider la qualité des produits ex-glycérol obtenus (Vs celle des produits ex propylÚne) en fonction des applications visées Plusieurs impacts environnementaux ont été réduits : diminution de la consommation de matiÚres premiÚres fossiles ; amélioration du bilan carbone du procédé par rapport à la voie ex-propylÚne ; possibilité de construire des unités d'acroléine et/ou d'acide acrylique de petites tailles (procédés développés simples), proche des sites d'utilisation, permettant ainsi de diminuer les risques et les émissions de CO 2 liés aux transports Le développement du procédé de production de l'acroléine et de l'acide acrylique biosourcés nécessitait encore à la fin du projet de nombreuses études ainsi qu'un passage au stade pilote Depuis, l'ensemble de la technologie a été finalisée (trentaine de familles de brevets par Arkema) Le marché de l'acide acrylique étant totalement saturé par la Chine, le marché le plus porteur suite au projet serait la vente de licence pour la construction de petites unités de production d'acroléine, évitant le transport et le stockage de ce produit hautement toxique et inflammable PAGE 64 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées RAFFIBLE Développement d'une raffinerie des sons et pailles de blé pour la production de tensioactifs et de complexant pour la détergence 3 CONTEXTE ET ENJEUX L'industrie chimique utilise les tensioactifs et complexants dans de nombreux domaines comme la détergence, les spécialités chimiques, les produits phytosanitaires, l'agroalimentaire, la cosmétique et la pharmaceutique En 2003, le marché était évalué à 12 millions de tonnes soit un chiffre d'affaires de 13 millions de dollars, avec une croissance moyenne de 3 % par an Il existe par ailleurs une forte demande des consommateurs pour des produits aux impacts sanitaires et environnementaux réduits, issus de ressources naturelles, notamment végétales L'objectif principal du projet était donc de produire des molécules à coûts et impacts environnementaux réduits, en vue d'améliorer leur pénétration du marché de la détergence D'autre part, le projet intégrait une démarche de bioraffinerie, permettant la valorisation non alimentaire de pailles et de sons de blé, résidus agricoles lignocellulosiques Il s'agissait donc in fine de valoriser la plus grande partie des sons et pailles pour trois applications : les tensioactifs, les marchés de l'acide formique (620 000 T/an en 2006, détartrage, industrie pharmaceutique, pesticides, pigments...), et les résines thermodurcissables Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : ARD (51) [GE ­ centre de recherche privé] Université de Reims ­ ICMR (51) [laboratoire public] Coût total : 525 k Aide ADEME : 130 k OBJECTIFS Le projet répondait à une demande des professionnels du secteur de la détergence, en recherche de substituts aux molécules d'origine pétrochimique (comme les alcools gras éthoxylés et/ou propoxylés, ou encore les acides carboxyliques) Réacteur RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet a permis le développement et l'optimisation à l'échelle du laboratoire, d'un nouveau prétraitement efficace de la biomasse lignocellulosique (sons et pailles de blé) pour la conversion directe sélective d'hémicelluloses en tensioactifs glycosidiques Les tensioactifs obtenus sans purification supplémentaire ont montré des propriétés de surface équivalentes aux références. Une étude de validation du procédé à l'échelle du pilote a été réalisée sur le pilote industriel d'ARD confirmant les trÚs bons rendements obtenus au laboratoire. L'estimation du coût de revient (hors investissements) des tensioactifs produits selon ce procédé (1,6 /kg) permet d'envisager leur commercialisation dans le secteur de la détergence où ils entreront en compétition avec les alcools gras éthoxylés dont les prix se situent aux alentours de 2 /kg Les tests de biodégradabilité et d'écotoxicité des tensioactifs produits se sont également révélés identiques aux dérivés commerciaux références. Il n'a donc pas été détecté d'effet lié à la présence d'une éventuelle impureté issue de l'utilisation directe de la matiÚre végétale L'inventaire de cycle de vie a permis d'estimer une diminution de plus de 80 % de l'énergie non renouvelable consommée, par rapport au procédé de production de la solution de référence commerciale d'origine pétrochimique En outre, le procédé génÚre un résidu lignocellulosique potentiellement riche en amidon ou cellulose selon la nature du substrat de départ Enfin, de nombreuses publications ont été réalisées (Industrial Crops and Products, Green Chemistry, Catalysis Letters) ainsi que des communications (2nd International Symposium on Green Chemistry, Renewable carbon and Eco-efficient Processes ; A Greener Chemistry for Industry ; RRB7 Conference ; Woodchem ; 8 th & 9 th International Conference on Renewable Bioresources and Biorefineries ) Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 65 4 BIOBUTYRIQUE Valorisation d'Acide Butyrique biosourcé, coproduit d'un procédé de fabrication de 1-3 Propanediol (PDO) par voie fermentaire Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : METABOLIC EXPLORER (63) [PME] PROCINTECH (69) [PME] Coût total : 786 k Aide ADEME : 393 k CONTEXTE ET ENJEUX L'acide butyrique ex-fossile est utilisé notamment dans les fragrances, la fabrication de polymÚres plastiques, ou encore pour les arÃŽmes alimentaires Son marché mondial est estimé à environ 50 000 tonnes et 75 millions de dollars par an (prix de vente moyen de 1500 $ par tonne) Le procédé d'obtention de 1,3-propanediol (PDO) biosourcé développé par METabolic Explorer (METEX) engendre également de l'acide butyrique, cette fois biosourcé et jusqu'alors non valorisé La valorisation de ce coproduit, possédant d'ores et déjà un marché bien établi, permettrait d'augmenter le gain général du procédé et de se rapprocher du concept de bioraffinerie OBJECTIFS Le projet consistait à développer un procédé industriel d'extraction et de purification de l'acide butyrique, sous-produit du procédé d'obtention de 1,3-propanediol biosourcé développé par METEX D'un point de vue technique, les objectifs étaient : de diminuer la demande chimique en oxygÚne (DCO), de réduire l'apport énergétique, d'atteindre un rendement de 954% pour la production d'acide butyrique, tout en gardant un haut grade de pureté (nécessaire pour répondre aux applications ciblées) CÃŽté industriel, l'ambition était la rédaction d'un Process Book contenant les données permettant le dimensionnement des installations et donnant les coûts opératoires du procédé, pour atteindre une production de l'ordre de 2000t/an Acide butyrique biosourcé RÉSULTATS ET VALORISATION L'étude de conception d'un procédé de purification d'acide butyrique coproduit de la production de PDO par voie fermentaire a été menée à son terme La preuve de la faisabilité industrielle est faite permettant ainsi : de renforcer l'intérêt économique du procédé PDO METEX en valorisant un de ses coproduit de minimiser son impact environnemental en diminuant la demande chimique en oxygÚne dans les rejets aqueux Le procédé développé utilise des techniques robustes permettant d'envisager la phase industrielle avec confiance Les expérimentations faites en continu sur une unité pilote ont permis d'établir les bilans matiÚre et énergie nécessaires, ainsi que de conforter les données technico-économiques et la compétitivité de l'acide butyrique biosourcé par rapport à l'acide butyrique ex-fossile Les paramÚtres de fonctionnement ont été déterminés et validés La qualité des échantillons produits est conforme aux spécifications attendues Le process book qui a été produit fournit les données d'entrée nécessaires au travail d'ingénierie qui va suivre Colonne ABH PAGE 66 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées DAPUBS Dispersion aqueuse de polyuréthanes biosourcés (NIPU) sans isocyanate 5 CONTEXTE ET ENJEUX En 2010, la consommation mondiale de polyuréthanes a été estimée à 14 millions de tonnes Les polyuréthanes possÚdent en effet de nombreuses applications : colles, mousses isolantes dans le bâtiment ou l'électroménager, étanchéité, laques, semelles de chaussures, etc Cependant la voie traditionnelle d'obtention de ces polyuréthanes résulte de la réaction catalysée entre des des polyols et isocyanates, issus de ressources fossiles Les isocyanates sont par ailleurs bien connus pour leur toxicité et leur dangerosité (cf Bhopal 1984) Le développement d'une filiÚre de substitution aux polyuréthanes via une chimie sans isocyanates représente donc aujourd'hui un enjeu majeur D'un point de vue scientifique, ces nouveaux matériaux polyuréthanes, dénommés NIPUs pour « Non Isocyanate PolyUrethane », seront préparés à partir de polycarbonates et de pluri-amines Les NIPUs sont en réalité des poly(hydroxy uréthane)s qui se différencient des PUs « classiques » par la présence de fonctions hydroxyles à chaque unité de répétition De nombreuses applications utilisent déjà des formulations aqueuses de ces matériaux, mais l'un des enjeux du projet consistera à synthétiser ces nouveaux matériaux sous la forme de particules de latex en dispersion aqueuse pour viser de nouvelles applications comme la peinture et les adhésifs Les produits de substitution seront issus de la transformation oléochimique des huiles végétales (tournesol à haute teneur en acide oléique, ricin et soja), ce qui permettra de limiter la consommation en ressources fossiles et de limiter l'utilisation de substances dangereuses visées par la réglementation REACH Les impacts de ces nouveaux produits seront par ailleurs étudiés et minimisés grâce à la réalisation d'Analyses de Cycle de Vie (ACV) Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : Avril ­ OLEON SA (60) [GE] Université Bordeaux ­ LCPO (33) [laboratoire public] ITERG (33) [centre technique] Coût total : 467 k Aide ADEME : 235 k OBJECTIFS Ce projet vise à élaborer des nouveaux matériaux polyuréthanes à partir de polycarbonates et d'amines, tous deux biosourcés, en dispersion aqueuse afin d'éviter l'utilisation des isocyanates et utiliser des ressources renouvelables pour la synthÚse de ces polymÚres Émulsification puis polymérisation en émulsion Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 67 6 SURFACT'ALG Développement éco-responsable de nouveaux tensio-actifs d'origine algale pour des applications en détergence et dans les émulsions de bitume Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : SALVECO (88) [laboratoire industriel] ENSCR (35) [laboratoire public] SOPREMA (67) [GE] INRA (34) [laboratoire public] CEVA (22) [centre technique] Coût total : 824 k Aide ADEME : 467 k CONTEXTE ET ENJEUX Par leur composition, les algues offrent un potentiel d'innovation pour des applications dans l'alimentaire, la production de carburants (dits alors de 3 e génération), ou la fabrication de molécules d'intérêt pour la chimie, la pharmaceutique, ou la cosmétique Les algues contiennent notamment des protéines, des lipides, des fibres, des vitamines, des minéraux et des pigments Elles présentent de plus certains avantages sur les autres biomasses : productivité supérieure aux plantes terrestres (notamment en raison de leur cycle reproductif plus court) ; possibilité de développer de nouveaux usages pour la biomasse sans créer de tension sur les marchés des matiÚres premiÚres alimentaires ; possibilité de cultiver les algues en mer ou sur des terres non arables sans compétition non plus avec l'alimentation pour l'usage des sols ; et enfin possibilité de rendre des services environnementaux parallÚlement à leur production comme le traitement des eaux ou la valorisation du CO 2 OBJECTIFS Le projet Surfact'alg a pour objectifs : de développer des procédés de fabrication de nouvelles compositions à base de tensioactifs 100 % biosourcés, dérivés d'algues (algues brunes et vertes) et d'huiles végétales tropicales/ métropolitaines, et les applications associées d'améliorer les bilans (matiÚre, énergétique et environnemental) ainsi que la productivité de technologies innovantes, notamment en en réduisant les coûts par une diversification des ressources (extraits raffinés, semi-raffinés) et une valorisation dans des domaines hors alimentaires à plus haute valeur ajoutée (détergence et membranes d'étanchéité) de se substituer à des tensioactifs d'origine fossile et/ou de compléter la gamme des tensioactifs via une nouvelle gamme de produits obtenue en croisant les filiÚres algale et oléagineuse © CEVA Laminaria, Chondrus PAGE 68 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PROLUB Développement d'une graisse biodégradable biosourcé et éco-acceptable pour lubrification de galets de presse à bois 7 CONTEXTE ET ENJEUX Depuis quelques années, la fabrication de granulés de bois augmente fortement en France et en Europe En 2011, la production française était de 1,2 millions de tonnes de granulés, et pourrait représenter environ 5 millions de tonnes en 2018 Une presse produit 4 tonnes de granulés par heure, ce qui consomme environ 400 g de lubrifiant (soit 0,01 % en masse) La quantité de lubrifiant nécessaire ne va donc cesser de croitre : le besoin est estimé à 1000 t en France et 10 000 t en Europe à l'horizon 2020 Actuellement, 95 % des lubrifiants fabriqués sont d'origine fossile À l'évidence, ces lubrifiants sont brûlés lors de l'utilisation des granulés, et donc rejetés dans l'environnement. OBJECTIFS L'objectif principal du projet est de trouver des lubrifiants alternatifs, issus de ressources renouvelables, qui répondront aux objectifs des directives européennes et du Grenelle de l'Environnement ConcrÚtement, il s'agit d'une part de remplacer la base pétrochimique par des produits biosourcés, et d'autre part d'améliorer les performances du lubrifiant dans les presses à granulés pour en diminuer la consommation et les éventuelles émissions associées Des recherches sur l'amélioration des performances environnementales, énergétiques et économiques seront également menées afin de proposer un lubrifiant écolabellisable Pour répondre à ces objectifs, seules des matiÚres grasses n'ayant pas de destination alimentaire seront testées telles que les huiles de friture usagées, des matiÚres grasses animales, ou des condensats de désodorisation En parallÚle des tests à l'échelle laboratoire, les analyses permettront ensuite de déterminer la meilleure formulation qui pourra ensuite être testée pour validation en usine en conditions industrielles Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : MOLYDAL SA (60) [PME] ITERG (33) [centre technique] Promill Stolz (28) [PME] Coût total : 597 k Aide ADEME : 299 k Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 69 8 ALGORAFF Développement de produits biosourcés compétitifs et durables grâce au bioraffinage de microalgues Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : AlgoSource (44) [PME] GEPEA (44) [laboratoire public] GeM (44) [laboratoire public] Institut Pascal (63) [laboratoire public] Coût total : 735 k Aide ADEME : 411 k CONTEXTE ET ENJEUX La Spiruline consommée en France sert essentiellement à la production de compléments alimentaires et est à 90 % importée du fait d'un coût de production local trop élevé, de l'ordre de 40 k/tonne en 2013 Il existe cependant de nombreuses autres applications aussi bien alimentaires que non alimentaires : colorants alimentaires (bleu), huiles servant de base en cosmétique, éliciteurs (molécules déclenchant une réaction) de croissance de plantes, protéines végétales, polysaccharides fonctionnels (additifs alimentaires par exemple), émulsifiants, mais aussi des liants hydrophobes pour le bâtiment et les bitumes (à partir des résidus d'extraction) L'utilisation de microalgues, comme la spiruline, pour la production de molécules d'intérêt présente plusieurs avantages : elle n'utilise pas de terres agricoles ; sa productivité à l'hectare est souvent supérieure aux productions agricoles classiques (colza, maïs) ; sa culture peut utiliser de l'eau de mer ou saumâtre ou encore recyclée Cependant, pour obtenir des produits à base de spiruline à des prix abordables, une valorisation totale de la biomasse algale est nécessaire, ce qui signifie que même les résidus issus de la récolte du composé principal doivent être utilisés OBJECTIFS Le projet Algoraff vise à remplacer des produits fabriqués à l'aide de matiÚres premiÚres fossiles par des produits issus de microalgues par bioraffinage Par analogie au raffinage du pétrole, le bioraffinage consiste à convertir 100 % de l'intrant (ici la spiruline) en produits d'intérêt Les marchés applicatifs visés sont la cosmétique, les intermédiaires chimiques, les engrais, l'alimentation humaine et animale, la pharmaceutique, les matériaux pour la construction et l'énergie Pourquoi la Spiruline ? Les marchés existants (ou identifiés) peuvent absorber des quantités significatives de produits issues de la spiruline, si les coûts sont adéquats Les procédés de fabrication sont maitrisés Il existe un savoir-faire embryonnaire de culture de cette microalgue en France, qui peut être développé, rationalisé, et diffusé, notamment dans le monde agricole La culture de spiruline peut encore être optimisée, avec par exemple l'utilisation d'intrants C, N, P, K et de chaleur issus d'effluents industriels ou de méthanisation Une production maitrisée et optimisée procurera ainsi à terme un avantage compétitif à la production Française sur son marché PREMIERS RÉSULTATS La mise en place de protocoles de culture originaux d'Arthrospia platensis a permis de réaliser une orientation métabolique de cette derniÚre vers la production de différentes molécules à forte valeur ajoutée Il est ainsi possible de réaliser la production d'une biomasse adaptée aux besoins du marché De nouveaux procédés ont également été mis au point afin de permettre une extraction plus sélective des composés d'intérêt et d'assurer par la suite une purification plus simple et donc moins onéreuse Ces nouveaux procédés pourront permettre, à termes, la production de nouveaux ingrédients/produits PAGE 70 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées © AlgoSource BIOPAINT Nouvelle génération de peintures biosourcées à l'eau pour applications industrielles substituant les peintures à base de solvants organiques 9 CONTEXTE ET ENJEUX Les fabricants de peintures ont basculé vers une chimie à l'eau sous la pression des nombreuses réglementations européennes visant à réduire les émanations de composés organiques volatils (COV) Cependant de nombreuses peintures industrielles contiennent encore des solvants organiques, du fait de divers verrous technologiques En France, les solvants utilisés dans les peintures représentent environ 260 kT/an, soit 5 000 à 10 000 T de COV émis chaque année Parmi les contraintes à lever, on trouve le besoin de polymÚres à haute masse moléculaire (solidité) et le séchage rapide pour l'industrie Or, les formulations aqueuses classiques limitent la possibilité de réticulation chimique (formation d'un ou de plusieurs réseaux tridimensionnels) pourtant nécessaire aux performances des peintures AprÚs 3 années de recherche, Ecoat a développé un polymÚre totalement biosourcé utilisant un nouveau mode de séchage performant, destiné aux peintures pour bâtiment OBJECTIFS L'objectif du projet consiste à déployer la technologie mise au point par Ecoat aux polymÚres destinés aux peintures industrielles, permettant ainsi de trouver une solution à l'utilisation des solvants organiques sans perdre le haut niveau de performances requis Il s'agit donc de substituer les polymÚres pétrosourcés en dilution dans des solvants organiques, par des polymÚres biosourcés en émulsion dans l'eau, se réticulant avec l'évaporation de l'eau In fine, ces émulsions de polymÚres permettraient le développement de peintures industrielles intégrant 50 % de matiÚres premiÚres renouvelables, provenant de différentes filiÚres végétales (oléagineux, colophane, amidon, dérivés cellulosiques...) Ces développements devraient permettre de réduire les émissions de polluants atmosphériques de 30 % (en supposant un taux de substitution de 30 %) Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : ECOAT (06) [PME] ITECH ENTREPRISES (69) [PME] Coût total : 806 k Aide ADEME : 311 k Performances atteintes Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 71 10 REVA COPPA REcupération et VAlorisation de COmposés Phénoliques d'effluents de PApeterie Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : Norske Skog (88) [GE] Dérivés Résiniques et Terpéniques (40) [PME] INRA Avignon (84) [laboratoire public] LERMAB (54) [laboratoire public] CNRS Strasbourg (67) [laboratoire public] Coût total : 671 k Aide ADEME : 289 k CONTEXTE ET ENJEUX Depuis quelques années, la conjoncture économique et le fort développement des médias numériques conduisent à la baisse de la consommation de papiers et de cartons Les industries papetiÚres cherchent donc à diversifier leur activité en développant de nouvelles voies de valorisation Ainsi, la récupération et la valorisation de coproduits du bois lors de la fabrication de pâte chimique est-elle devenue un schéma économique et technique classique Le procédé de fabrication de la pâte à papier thermomécanique (TMP), n'utilisant pas de produits chimiques, pourrait de surcroît offrir la possibilité de récupérer et valoriser des molécules aromatiques à haute valeur ajoutée contenues dans les effluents Actuellement ces eaux dites « résiduaires » ne sont pas valorisées alors qu'elles sont potentiellement un véritable réservoir de molécules plateformes, pouvant se substituer à leurs équivalentes issues de la filiÚre pétrochimique OBJECTIFS Le projet REVA COPPA a pour but : une démarche d'accompagnement à la mutation des industries papetiÚres pour développer de nouvelles filiÚres de valorisation ; la valorisation spécifique d'acides phénoliques identifiés dans les effluents TMP aprÚs bioconversion fongique Le projet s'articule autour des quatre axes suivants : 1. quantification et caractérisation des ressources disponibles en composés phénoliques dans les effluents TMP ; 2. optimisation d'un systÚme membranaire afin de concentrer et isoler les composés phénoliques cibles ; 3. bioconversion fongique de ces acides phénoliques ; 4. évaluation des marchés cibles potentiels (marchés des détergents et de la cosmétique) ainsi que de l'impact environnemental de la production de la molécule biosourcée Rétentat (hémicellulose,... ) Circuit TMP E luent Flottation Ultrafiltration Perméat Nanofiltration Perméat Usine Fraction lipophile Concentrat riche en composés phénoliques PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS Plusieurs communications orales et posters ont déjà été réalisés (Colloque « Procédés pour la bioraffinerie : enjeux et avancées », 10 th European Congress of Chemical Engineering, Colloque PhytoDay, 1 st International Conference on Sustainable Water Processing...) Bioconversion fongique des composés phénoliques ArÃŽmes à haute valeur ajoutée Membrane servant à la filtration des effluents TMP aprÚs flottation PAGE 72 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées FURACHEM Développement de procédés durables et compétitifs de production de furfural biosourcé 11 CONTEXTE ET ENJEUX Afin de maintenir la rentabilité des filiÚres agricoles, il apparait nécessaire de réaliser une valorisation complÚte des productions agricoles métropolitaines Le furfural peut représenter jusqu'à 10 % des coproduits agricoles lignocellulosiques (pailles, bagasse, sons, rafles de maïs, etc) Sa production mondiale se situe aux alentours de 300 000 tonnes par an Il est actuellement principalement utilisé en pétrochimie (dans certains procédés de raffinage) et pour l'obtention d'alcool furfurylique, élément de la fabrication de résines à destination des cimenteries et des fonderies Dans la plupart des procédés industriels de production du furfural, de l'acide sulfurique concentré est utilisé en tant que catalyseur. C'est un produit trÚs toxique et corrosif mais aussi difficilement recyclable De plus, malgré l'utilisation de ce catalyseur, le rendement de la production de furfural n'excÚde pas 50 % Le développement de nouveaux procédés de production éco-conçus et efficaces du furfural permettra de considérer cette molécule portail dans les bioraffineries de l'avenir et pourrait même constituer un élément clé dans leur réussite OBJECTIFS L'objectif principal de ce projet consiste à développer de nouvelles méthodes de production de furfural qui répondront aux principes de la chimie verte, tout en maintenant la rentabilité économique actuelle du produit Pour cela, des catalyseurs non toxiques et recyclables seront utilisés en milieu aqueux De plus, des recherches seront menées afin d'améliorer le rendement de production du furfural Enfin, une étude technico-économique ainsi qu'une évaluation des flux pour l'obtention d'indicateurs environnementaux sont également prévues Ce projet vise ainsi à valoriser de la biomasse non alimentaire (coproduits agricoles donc sans changement d'affectation des sols [CAS]) afin de : maintenir la rentabilité des filiÚres agricoles co n ce r n é e s ; diminuer certains impacts environnementaux liés notamment à la toxicité des procédés actuels (acide sulfurique) ; réduire à terme les consommations de matiÚres premiÚres fossiles Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : ARD (51) [GE ­ centre de recherche privé] Université de Poitiers ­ IC2MP (86) [laboratoire public] Coût total : 661 k Aide ADEME : 228 k PREMIERS RÉSULTATS La premiÚre année de travail a permis d'obtenir des résultats encourageants : compréhension de l'influence de la température, de la quantité de catalyseur, de la concentration du substrat... Des méthodes de synthÚse de furfural efficaces ont été développées sur des substrats modÚles (xylane du bouleau) La suite du projet se focalisera sur le transfert d'échelle de ce procédé, ainsi que sur l'amélioration de sa productivité Les premiers résultats laissent également présager une amélioration économique notable du procédé notamment en ce qui concerne le recyclage du catalyseur L'étude de différents substrats est actuellement en cours, en vue d'une intégration directe dans l'environnement de la Bioraffinerie d'ARD Le consortium envisage également la publication d'un brevet Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 73 12 ECO-C-REAL Étude Valorisation de sons de céréales et de solvants d'origine végétale puissants alternatifs aux solvants fossiles, pour la production d'ingrédients cosmétiques à forte valeur ajoutée Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : LIMOTECH (03) [PME] ENSCCF/ICCF (63) [laboratoire public] CFR (13) [centre de recherche] Biolandes (40) [GE] Coût total : 693 k Aide ADEME : 306 k CONTEXTE ET ENJEUX Les ventes d'ingrédients et de matiÚre premiÚres Bio sont en hausse de 8 %, reléguant loin derriÚre la croissance des autres actifs en Europe et aux États-Unis, qui plafonnent à 4,5 % (étude Kline & Company) La plus forte croissance est attendue sur le segment des produits « verts » Cela représente un marché mondial de plus de 5 Mds, dont 30 M en France avec des acteurs majeurs tels Aldivia, Gattefossé, Alban Muller ou Cognis En France, on estime le marché annuel des ingrédients cosmétiques et de nutrition issus de céréales à environ 35 M Cependant, les huiles et ces principes actifs obtenus par la méthode actuelle (extraction à l'hexane) sont incompatibles avec les labels Bio (Ecocert, Cosmebio ou AB) et les exigences grandissantes du marché cosmétique pour les ingrédients naturels La PME Limotech, a ainsi conçu (et breveté) un procédé d'extraction alternatif, utilisant les TerpÚnes d'Origine Naturelle (TON) OBJECTIFS Le projet consiste à développer et à optimiser à l'échelle pré-industrielle la méthode d'éco-extraction mise au point par Limotech, pour l'obtention de principes actifs et d'huiles de sons de céréales comme ingrédients cosmétiques En effet, les sons de céréales contiennent des composés à structure phénolique : oryzanol, alkylresorcinols, flavanols et insaponifiables, qui peuvent être extraits grâce à la méthode développée par Limotech Par ailleurs, le projet cherchera à prouver que les tourteaux résiduels sont exploitables en nutrition animale, avec une appétence accrue et une teneur protéique plus élevée pour les animaux Oranges vertes Hall d'extraction PAGE 74 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOCOAT Formulations de peinture poudre renouvelables comprenant de nouvelles résines polyester issues de la biomasse oléagineuse 13 CONTEXTE ET ENJEUX Le marché des revêtements est encore dominé par les peintures solvantées fortement émettrices de composés organiques volatils (COV) nocifs pour la santé des utilisateurs Une forte dynamique de substitution par des peintures à haut extrait sec ou en phase aqueuse a cependant été entamée ces derniÚres années par les professionnels du secteur Une technologie se démarque particuliÚrement par son absence totale de solvant : les peintures poudre. Bien qu'apparues dans les années 50-60, elles se développent rapidement avec une part de marché mondial des revêtements d'environ 6 % (soit 6,5 milliards de dollars) Certains freins viennent pourtant ternir son expansion. Tout d'abord l'absence de solvant entraîne une viscosité importante de la matiÚre à appliquer sur la surface à revêtir, à l'origine d'effets indésirables comme la « peau d'orange » du revêtement ou encore une épaisseur de film trop importante De plus, il n'existe pas à ce jour de formule de peinture poudre (possédant les caractéristiques demandées) issue de ressources renouvelables OBJECTIFS Les objectifs et finalités du projet sont multiples : remplacer la base pétrochimique des formules par des résines biosourcées ; améliorer les performances des peintures poudre ; analyser les aspects environnementaux de la production et de l'utilisation potentielle de la peinture poudre la plus prometteuse Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : LIFCO Industrie (42) [GE] Institut des Corps Gras ­ ITERG (33) [centre technique] Coût total : 600 k Aide ADEME : 300 k DÉROULEMENT Le programme de travail s'articule autour des tâches suivantes : développement de nouvelles résines biosourcées répondant au cahier des charges préétabli par LIFCO Industrie ; formulation et fabrication de lots de peintures en poudre à partir des résines biosourcées ; transfert industriel et fabrication de lots de peintures plus importants ; évaluation des impacts potentiels des produits fabriqués selon la méthode d'analyse de cycle de vie (ACV) Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 75 14 APG 2G SynthÚse de tensioactifs pour la détergence par glycosidation directe de la biomasse lignocellulosique prétraitée par broyage acide Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : ARD (51) [GE ­ centre de recherche privé] IC2MP (86) [laboratoire public] Coût total : 704 Aide ADEME : 230 CONTEXTE ET ENJEUX Les tensioactifs sont présents dans de trÚs nombreux domaines : de la détergence aux spécialités chimiques en passant par les domaines phytosanitaire, agro-alimentaire, cosmétique et pharmaceutique Peu d'applications échappent à la nécessité d'utiliser ces molécules dont les propriétés permettent des formulations de plus en plus élaborées L'industrie de la détergence cherche des produits issus de ressources renouvelables, moins polluants, présentant une toxicité faible et toujours plus biodégradables À l'heure où les aspects environnementaux sont de plus en plus pris en compte lors du choix des technologies, il est primordial d'utiliser toutes les potentialités des produits et surtout coproduits issus des matiÚres premiÚres agricoles et de leurs premiÚres transformations OBJECTIFS Ce projet consiste donc à développer une technologie de production de molécules tensioactives (de type pentosides d'alkyle) par conversion directe des sons et pailles de blé Son originalité repose notamment sur l'utilisation d'une nouvelle technologie de prétraitement de la biomasse, qui pourrait permettre à terme d'exploiter une plus grande part des coproduits agricoles (tous les polysaccharides y compris dans la fraction cellulosique) Prétraitement Glycosylation directe Voie sÚche de la biomasse AlkylPolyGlucosides PREMIERS RÉSULTATS Les essais préliminaires de prétraitement de la paille et de la cellulose ont été réalisés et ont montré qu'il était possible de broyer de la cellulose ou directement de la paille en présence d'un catalyseur acide Il a notamment été montré un effet de synergie entre le broyage et le catalyseur acide conduisant à une modification importante de la macrostructure de la cellulose, produisant une macromolécule beaucoup plus réactive que la cellulose de départ Contrairement au broyage classique qui requiert des dépenses énergétiques importantes, le broyage en présence d'acide permet de diminuer significativement les temps de traitement et d'augmenter ainsi considérablement l'efficacité énergétique du procédé Les conditions optimales de prétraitement en voie sÚche ainsi que les conditions optimales de synthÚse sont actuellement recherchés Le dépÃŽt de brevet et la commercialisation sont d'ores et déjà envisagés PAGE 76 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOVANILLIN Préparation de la molécule de vanilline et de ses deux dérivés à partir de ressources lignocellulosiques pour la fabrication de matériaux epoxy biosourcés 15 CONTEXTE ET ENJEUX Les plastiques sont parmi les matériaux les plus couramment utilisés dans les emballages alimentaires, notamment parce qu'ils peuvent être fabriqués et façonnés trÚs facilement : formes simples comme complexes, transparents ou colorés, rigides ou souples... Parmi les produits chimiques employés par l'industrie des plastiques, le bisphénol A (BPA) dépasse 4 millions de tonnes par an à l'échelle mondiale, dont 700 000 sont produits et consommés dans l'Union Européenne Il s'agit du 5e produit fabriqué au niveau mondial Le BPA sous la forme de polycarbonates (70 % du BPA produit) est utilisé pour fabriquer divers produits en plastique rigide dont 3 % ont un contact avec l'alimentaire (bombonnes d'eau, bouteilles, biberons, récipients de conservation, etc) Le BPA sous la forme de résines époxy (30 %) sert principalement de protection contre l'oxydation : environ 11 % de ces résines ont un contact avec l'alimentaire (futs, boîtes de conserve, canettes, etc) L'exposition de la population au BPA se fait majoritairement via l'alimentation dû au phénomÚne de migration de la molécule de l'emballage vers les aliments, et également par son exposition aux papiers thermiques (ticket de caisse), ou encore du fait de la contamination de l'environnement lors de la production ou de l'utilisation des produits contenant du BPA ou lors de la dégradation physique et chimique en fin de vie de ces produits Le bisphénol A est aujourd'hui reconnu comme étant cancérogÚne, mutagÚne, et reprotoxique et considéré comme perturbateur endocrinien ; de nombreux pays ont ainsi pris des mesures contre son utilisation En France, depuis le 1er janvier 2015, la présence de bisphénol A dans tous les contenants à usage alimentaire est interdite Cette suspension devrait être à l'avenir étendue à tous les dispositifs médicaux des nouveaux nés Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : CIMV (Compagnie Industrielle de la MatiÚre végétale) (31) [PME] PROTEUS (30) [PME] PCAS (91) [ETI] IAM (Ingénierie et architectures macromoléculaires) (34) [laboratoire public] SPECIFIC POLYMERS (34) [PME] Coût total : 733 k Aide ADEME : 355 k OBJECTIFS Ce projet vise ainsi la préparation d'une molécule, la vanilline, à partir de biomasse lignocellulosique et plus spécialement à partir de la lignine (BiolignineTM) issue du procédé Organosolv, développé par la société CIMV Il s'inscrit dans une recherche plus large qui cherche à utiliser de la biomasse (bois, paille, déchets verts) pour la préparation de résines époxy biosourcées sans Bisphénol A Bois Bioraffinerie CIMV Procédé unique au monde 1 BioligninTM Laboratoire IAM SynthÚse chimique Société PROTEUS SynthÚse enzymatique Vanilline SPECIFIC POLYMERS 1Úre extrapolation PCAS 2Úme extrapolation Résine époxy Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 77 16 SOLVCOV Nouveaux SOLVants de lavage biosourcés pour l'absorption des COV CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : CORTEA 2014 Partenaires : Université du Littoral CÃŽte d'Opale ­ UCEIV (59) [laboratoire public] Université d'Artois ­ UCCS (62) [laboratoire public] Coût total : 253 k Aide ADEME : 140 k La qualité de l'air constitue l'une des préoccupations majeures des citoyens, en raison d'impacts sanitaires et environnementaux avérés Les industriels cherchent donc à traiter leurs émissions de composés organiques volatils (COV) Les procédés de traitement proposés actuellement sont soit destructifs (oxydation thermique, oxydation catalytique, photocatalyse, et traitement biologique), soit récupératifs (absorption, adsorption et condensation) L'absorption, correspondant au lavage de gaz par une solution liquide, peut être une solution efficace pour la récupération des COV à partir d'effluents gazeux Mais pour être utilisé en milieu industriel, le solvant doit respecter un cahier des charges préci : notamment ne pas être toxique, inflammable, corrosif ou encore explosif... avec par ailleurs, un coût raisonnable Les recherches en cours consistent ainsi à élaborer des solvants de lavage ayant une bonne affinité pour les COV, tout en répondant à ces critÚres D'autre part, les méthodes de lavage actuelles emploient principalement l'eau ou des solutions aqueuses mettant en oeuvre des bases, des acides ou des réactifs oxydants Cette méthode restreint donc son champ d'application aux COV hydrosolubles Mais la plupart des COV étant hydrophobes (hydrocarbures aromatiques et aliphatiques, solvants chlorés), il faut recourir à des solvants de lavage alternatifs possédant de fortes capacités d'absorption mais également un faible impact environnemental OBJECTIFS Le projet vise à développer une nouvelle génération de solvants de lavage pour le traitement des composés organiques volatils (COV) dans le but de mettre à disposition des industriels un nouveau procédé leur permettant de réduire leurs émissions Capacits absorptionstatique. PREMIERS RÉSULTATS De nouveaux solvants de lavage issus de composés biodégradables ont été testés pour le piégeage de composés organiques volatils (COV) Le potentiel de piégeage des COV dans ces nouveaux solvants a été mesurée (chromatographie en phase gazeuse) par le biais d'une méthode spécialement développée et adaptée aux caractéristiques particuliÚres de ces solvants L'affinité de trois COV modÚles (toluÚne, dichlorométhane et acétaldéhyde) a été déterminée pour une série de solvants à différentes températures De même, l'influence de la présence d'eau sur la capacité d'absorption a été évaluée Les solvants testés se sont avérés être des absorbants efficaces pour les trois COV étudiés : entre 70 % et 99 % de la quantité initiale de COV ajoutée aux solvants a ainsi été absorbée Par ailleurs, les capacités d'absorption restent inchangées aprÚs 5 cycles de recyclage du solvant Une demande de brevet a été déposée PAGE 78 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOPROCHEMBB Étude des réponses au stress induites par la production d'intermédiaires chimiques à partir de matiÚres premiÚres renouvelables et construction de souches de C. glutamicum résistantes 17 CONTEXTE ET ENJEUX La production à l'échelle industrielle de molécules d'intérêt agro-alimentaire et de synthons par C glutamicum est une réalité déjà longuement éprouvée C. glutamicum est un microorganisme GRAS, robuste au niveau industriel, aisément manipulable de maniÚre contrÃŽlée par Génie Génétique, totalement adapté ou adaptable à l'utilisation Eco-compatible de sources de carbone 2G Certains acides organiques di-carboxyliques (succinate, fumarate, malate, aspartate et itaconate) sont d'excellents synthons bio-sourcés comme précurseurs de de produits chimiques de spécialité, de commodité et de polymÚres OBJECTIFS De par ses caractéristiques métaboliques et industrielles remarquables, C. glutamicum a été choisi par les équipes du consortium BioProChemBB comme châssis idéal pour le développement d'une « Biotechnologie blanche », à bas pH de ces acides di-carboxyliques Par une démarche itérative et rationnelle, la production biotechnologique à pH faible de ces acides di-carboxyliques par C. glutamicum a été développée Des souches de C. glutamicum adaptées à la production de ces acides dicarboxyliques onr été construites par Génie Moléculaire, des procédés de production et de purification efficaces, industrialisables, économiquement rentables et Eco-compatibles ont été mis au point Dans ce cadre, l'équipe du LRGP (ex-LSGC) est intervenue sur la construction de souches de C. glutamicum productrices d'acide itaconique, l'équipe de l'I2BC (ex-IGM) sur l'adaptation de C. glutamicum au stress acide-dicarboxylique Appel à projets : ERAnet IB 2008 Partenaires : University of Ulm (Allemagne) [laboratoire public] Delft University of Technology (Pays Bas) [laboratoire public] Université Paris Sud ­ IGM (91) [laboratoire public] ENSAIA ­ LRGP (54) [laboratoire public] Westphalian Wilhelms University MÃŒnster (Allemagne) [laboratoire public] Universidade Nova de Lisboa (Portugal) [laboratoire public] Forschungszentrum JÃŒlich (Allemagne) [laboratoire] INBIOTECH (Pays Bas) [PME] Coût total : 2,7 M Coût total partenaires français : 493 k RÉSULTATS ET VALORISATIONS LRGP (ex-LSGC) : En introduisant et en modifiant chez C. glutamicum une aconitate décarboxylase hétérologue, le LSGC et le Forschungszentrum JÃŒlich ont mis au point une souche de C. glutamicum produisant jusqu'à 125 mg/L d'acide itaconique Ce niveau de production n'est certes pas encore concurrentiel par rapport à un producteur Eucaryote usuel (Aspergillus terreus), mais montre la capacité de C. glutamicum à produire de l'itaconate I2BC (ex-IGM) : Le comportement global de C. glutamicum à pH 4,5 en présence des acides dicarboxyliques-cibles a été testé par protéomique et transcriptomique Des approches moléculaires et Bioinformatiques ont permis de montrer l'existence d'un régulon trÚs spécifique à la présence des seuls acides succinique et itaconique AprÚs analyse, sept mutants ont été construits, les mutants argR et hrcA ayant montré une résistance accrue au stress succinique Les résultats obtenus au cours de ce projet ont permis la parution d'une premiÚre publication en 2010 (Applied Microbiology, and Biotechnology 2010), une a été soumise au Journal Bacteriol en 2016, une est actuellement en révision (BMC systems Biology) et enfin une nouvelle en préparation Aide ADEME : 316 k Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 79 18 EPOS Optimisation de la production d'enzymes par Streptomyces (Enzyme Production in Optimized Streptomyces) Appel à projets : ERAnet IB 2008 Partenaires : Leiden University (Pays-Bas) [laboratoire public] Universidad de Salamanca (Espagne) [laboratoire public] ProteoNic B.V. (Pays-Bas) [PME] Katholieke Universiteit Leuven (Belgique) [laboratoire public] Université Paris Sud (91) [laboratoire public] Institut Pasteur (75) [laboratoire privé] Coût total : 1,1 M Coût total partenaires français : 1,1 M Aide ADEME : 190 k CONTEXTE ET ENJEUX En biotechnologie industrielle, la production d'enzymes est un objectif majeur pour le développement durable, car elle permet l'essor de la chimie verte dans des domaines tels que la production des textiles, du papier, des biocarburants... Les bactéries du genre Streptomyces produisent une large gamme d'enzymes à usage industriel : amylases, protéases, cellulases, xylanases, estérases, etc Toutefois, l'utilisation des Streptomyces pour la production industrielle d'enzymes est restée limitée D'autres micro-organismes hÃŽtes sont actuellement utilisés dans l'industrie pour la production d'enzymes, par exemple Escherichia coli ou Bacillus subtilis et des enzymes de Streptomyces peuvent être exprimées de maniÚre hétérologue chez ces hÃŽtes Toutefois, certaines protéines nécessitent des machines spécifiques de l'hÃŽte pour leur repliement correct, leur modification et/ou leur sécrétion et ne peuvent donc pas être produites sous une forme active dans des hÃŽtes trop éloignés de l'organisme d'origine L'objectif de l'ensemble des partenaires du projet était de modifier Streptomyces lividans pour optimiser dans cette souche la production d'enzymes industrielles par des procédés biotechnologiques efficaces et respectueux de l'environnement OBJECTIFS Le projet avait pour objectif l'élaboration d'un ensemble composé d'une souche et de vecteurs pour produire et sécréter des protéines à un niveau industriel Les vecteurs devaient être optimisés pour la transcription des gÚnes codant les enzymes d'intérêt, pour la traduction des ARN messagers correspondants et pour la sécrétion de ces enzymes La souche de production devait avoir un comportement optimal en fermentation, avec une phase de croissance et de production prolongée, une production de protéines et une capacité de sécrétion accrues, ainsi qu'une baisse de l'activité des protéases endogÚnes pour éviter la dégradation des enzymes produites C'est sur ce dernier point du projet qu'a porté le travail effectué par les partenaires français RÉSULTATS Les différents partenaires ont caractérisé de nouveaux promoteurs pour une transcription efficace des gÚnes d'intérêts, de nouveaux signaux de traduction et de sécrétion pour produire en grande quantité et sécréter dans le milieu de culture les enzymes Des mutations ont été introduites dans la souche hÃŽte de S. lividans afin d'optimiser sa croissance en conditions industrielles Peu aprÚs le début du projet EPOS, une découverte majeure a été faite dans le domaine de la protéolyse chez les bactéries Un nouveau systÚme de marquage des protéines pour leur dégradation par le protéasome a été découvert chez Mycobacterium tuberculosis Ce systÚme, appelé pupylation, implique la protéine Pup (Prokaryotic Ubiquitin-like Protein) et d'autres enzymes Ces différentes protéines ont des homologues chez les Streptomyces En accord avec l'ensemble des partenaires, nous avons décidé de déterminer si ce systÚme était fonctionnel chez les Streptomyces et de le caractériser Nous avons montré que la pupylation était effective chez Streptomyces, que son absence affectait à la fois la différenciation morphologique et métabolique et nos résultats suggÚrent que la pupylation pourrait avoir d'autres rÃŽles que celui de marquer les protéines pour leur dégradation par le protéasome L'étude de la pupylation et de son impact sur la production de protéines hétérologues se poursuit Deux publications récentes ont notamment été réalisées et sont parues en 2015 et 2016 respectivement (J Bacteriol ; MicrobCell Fact) PAGE 80 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOSURF Nouvelles stratégies de production de tensioactifs biosourcés biodégradables (Novel Production Strategies for Biosurfactants) 19 CONTEXTE ET ENJEUX Avec une production mondiale d'environ 18 millions de tonnes par an, les tensioactifs partagent notre quotidien Des part leurs applications dans les domaines aussi variés que celui de l'hygiÚne, de la cosmétique, des additifs et de la pharmacie en tant que détergents, agents de solubilisation, moussants, mouillants, dispersants, émulsifiants ou encore antiseptiques, les tensioactifs touchent des marché de volumes et de valeurs différents, incluant des produits simples de masse aussi bien que des produits complexes issus de la chimie fine Bien que les tensioactifs biosourcés aient souvent des propriétés comparables aux tensioactifs issus de la pétrochimie, ils sont principalement trouvés dans des applications ciblées dues à leurs prix plus élevés Afin de développer des processus de production plus efficaces pour les tensioactifs biosourcés, il est nécessaire de revoir l'ensemble de la séquence de fabrication en se concentrant sur des principes « verts » de production à partir de matiÚre renouvelable, ainsi que l'obtention de produits biodégradables De nombreux micro-organismes sont connus pour produire des tensioactifs Cependant, trop peu de ceux-ci ont été adaptés pour des applications industrielles De plus, de maniÚre générale, les tensioactifs biosourcés connus ne peuvent pas être efficacement produit dus aux effets d'inhibition de ces composés, exigeant ainsi des technologies originales de bioprocédé, permettant leur séparation in situ D'autre part, la production enzymatique de tensioactifs biosourcés biodégradables était encore en 2010 un domaine en plein essor Appel à projets : ERAnet IB 2010 Partenaires : Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (Allemagne) [laboratoire] Karlsruhe Institute of Technology (KIT) (Allemagne) [laboratoire] c-LEcta GmbH (Allemagne) [PME] Flemish Institute for Technological Research (VITO) (Belgique) [PME] Tormans Engineering Noord bvba (Belgique) [PME] Ecover Belgium NV (Belgique) [GE] LISBP ­ INRA/ CNRS/INSA (31) [laboratoire public] Coût total : 1,91 M Coût total partenaire français : 238 k Aide ADEME : 195 k OBJECTIFS Ce projet visait le développement industriel de tensioactifs biosourcés biodégradables économiquement concurrentiels et écologiquement viables, par des approches de fermentation et enzymatique, en remplacement des tensioactifs d'origine pétrochimiques Les thématiques principales du projet concernaient : l'identification d'enzymes et de micro-organismes originaux pour une nouvelle production efficace de tensioactifs; la compréhension des processus de régulation cellulaires impliqués dans la production de tensioactifs et qui permettront une amélioration des micro-organismes par ingénierie métabolique; la conception d'enzymes par ingénierie rationnelle et/ou aléatoire pour la synthÚse et la modification enzymatiques de tensioactifs (tâche dans laquelle était impliqué le partenaire le LISBP); l'adaptation de ces bioprocédés à une échelle industrielle RÉSULTATS ET VALORISATIONS Ce projet a permis d'identifier des micro-organismes et enzymes pour la synthÚse de nouveaux bio-tensioactifs et de produire efficacement des tensioactifs biosourcés biodégradables nouveaux et déjà connus Pour cela, une meilleure compréhension des phénomÚnes de régulation cellulaires de souches microbiennes était nécessaire Ainsi, la voie de biosynthÚse de production de lipides de mannosylerythritol (MEL) a été identifiée dans la souche microbienne Pseudozyma aphidis et la production de lipides de cellobiose et sophorose a été étudiée De plus, la conception d'enzymes de synthÚse paringénierie semi-rationnelle et la mise en oeuvre de voies chimio-enzymatiques ont été réalisées avec pour objectif la synthÚse et la modification enzymatiques de bio-tensioactifs Globalement, des approches d'ingénierie métabolique et enzymatiques, ainsi que des traitements de purification, en utilisant des technologies membranaires et le recyclage des biocatalyseurs, ont été abordés Les partenaires du projet BioSurf ont ainsi réussi à développer des méthodes de production pour une série de nouveaux glycolipides Par exemple, pour la production de MEL, des rendements de production supérieurs à 100 g/L ont été atteints par fermentation Des étapes de modifications chimiques et enzymatiques (en utilisant des lipases et glysoside hydrolase) ont été appliquées à ces bio-tensioactifs pour créer un arsenal de glycolipides De nouveaux procédés de purification à l'échelle du gramme et à l'aide de membranes ont également été développés aboutissant à des produits suffisamment purs pour des essais dans le domaine des détergents Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 81 20 LIGBIO Biologie synthétique pour la bioconversion bactérienne de lignines en intermédiaires chimiques renouvelables Appel à projets : ERAnet IB 2014 Partenaires : Université de Warwick (Royaume-Uni) [laboratoire public] CIB-CSIC (Espagne) [Institut de recherche] INRA ­ IJPB AgroParisTech (78) [laboratoire public] Biome Bioplastics Ltd (Royaume-Uni) [PME] Coût total : 1 313,4 k Coût total partenaire français : 269 k Aide ADEME : 99 k CONTEXTE ET ENJEUX Les lignines (un des principaux composants du bois avec la cellulose et les hémicelluloses) représentent une source renouvelable attractive de composés chimiques aromatiques obtenus actuellement à partir du pétrole On les trouve en grande quantité (> 50 MT/an) en provenance de l'industrie papetiÚre Par ailleurs, la production de biocarburants pourrait en générer jusqu'à 225 MT/an Cependant, les lignines sont actuellement surtout brulées comme source d'énergie Malgré les efforts de recherche internationaux pour valoriser les lignines en utilisant la catalyse chimique, la recherche de méthodes chimiques efficaces de conversion n'a trouvé que peu de succÚs À l'opposé de la catalyse chimique, la bioconversion par des micro-organismes offre la possibilité de développer des procédés surs et économes en énergie satisfaisant les principes de la chimie verte, ce qui ouvrirait un marché émergeant de valorisation des lignines en composés aromatiques de valeur commerciale OBJECTIFS Le projet vise ainsi à convertir les lignines en composés aromatiques de valeur pour l'élaboration de plastiques biosourcés L'approche choisie par le consortium académique consiste à améliorer par ingénierie métabolique, c'est à dire en reprogrammant génétiquement la bactérie, les performances de bactéries (Pseudomonas putida) dégradant les lignines pour développer la production d'intermédiaires chimiques d'intérêt La démarche générale consiste à : 1. développer des biocatalyseurs à activité élevée visà-vis de l'oxydation des lignines ; 2. mettre en oeuvre une approche de biologie des systÚmes pour comprendre les réseaux métaboliques et de régulation impliqués dans la dégradation des lignines au sein de la bactérie, et développer un modÚle métabolique chez cet organisme ; 3. utiliser des outils de biologie moléculaire pour reprogrammer P. putida pour la conversion des lignines en bioproduits d'intérêt ; 4. développer des procédés fermentaires de production des bioproduits cibles et les convertir en plastiques renouvelables, dont les performances seront évaluées PREMIERS RÉSULTATS Les premiers résultats ont confirmé que la bactérie P. putida est capable de croitre en utilisant des lignines industrielles comme unique source de carbone La présence des lignines induit l'expression de certains gÚnes codant pour des enzymes du métabolisme des composés phénoliques Les travaux en cours consistent à faire exprimer par P. putida des enzymes d'oxydo-réduction impliquées dans la dégradation des lignines chez d'autres micro-organismes Une fois mises au point, les nouvelles souches seront testées pour évaluer leur efficacité à dégrader diverses lignines industrielles. PAGE 82 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOCOPOL Amélioration des propriétés du bois par traitements avec des molécules biosourcées (Enhancing wood durability and physical properties through innovative bio-based sustainable treatments) 21 CONTEXTE ET ENJEUX L'emploi du bois en extérieur nécessite un apport de traitements à ce matériau naturellement sujet à la biodégradation Ainsi, pour les traverses de chemin de fer ou encore pour les terrasses ou bardages, l'utilisation d'essences ayant une faible longévité nécessite la mise en oeuvre de procédés de traitement et de préservation efficaces Les procédés actuels, souvent à base de sels organiques ou de créosote, présentent des inconvénients majeurs : un impact environnemental important dû notamment à leur lessivage, et une utilisation de plus en plus limitée par la réglementation (Directives Biocides et REACH) Si le traitement thermique apporte une amélioration au bois en terme de résistance aux attaques fongiques, son efficacité reste moindre que les traitements chimiques vis-à-vis des insectes et des micro-organismes du sol, et ne permet pas de l'utiliser en classe d'emploi 4 (ex : traverses de chemin de fer en contact avec le sol) De plus cette technique affaiblit largement les propriétés mécaniques du matériau OBJECTIFS Le but de ce projet est la mise au point d'un procédé alternatif pour le traitement du bois L'idée consiste en une imprégnation du bois par des molécules biosourcées faiblement ou non impactantes pour la santé humaine et l'environnement, suivie d'une fixation durable de ces molécules dans les parois cellulaires au moyen d'une activation thermique modérée Cette derniÚre étape ayant pour effet la polymérisation in-situ des molécules afin de conférer une résistance au lessivage, à l'absorption d'eau, aux variations dimensionnelles, et à la biodégradation, sans amoindrir les propriétés mécaniques initiales du bois Le concept doit être validé sur le hêtre, une essence disposant d'une faible longévité à l'état naturel et facilement imprégnable, qui présente un intérêt économique de valorisation (essence feuillue, abondante localement, et sous exploitée) Appel à projets : WOODWISDOM- NET 2013 Partenaires : BFH ­ Bern University of Applied Science (Suisse) [laboratoire public] LERMAB ­ Université de Lorraine (54) [laboratoire public] BioWooEB ­ Cirad (34) [laboratoire public] FHS-Wood Technology Department (Autriche) [laboratoire public] Corbat Holding SA (Suisse) [PME] Pongauer JÀgerzaun (Autriche) [PME] Coût total : 729 k Coût total partenaires français : 390 k Aide ADEME : 112 k PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATION Chaque partenaire formulateur a pu mettre au point plusieurs variantes de traitement du bois répondant aux exigences définies, à l'échelle d'échantillons de laboratoire Certaines formulations ont déjà démontré un traitement trÚs efficace : absence de lessivage de produits ; efficacité anti-gonflement voisine de 60 % ; pas de perte de résistance mécanique ; une perte de masse inférieure à 1 % selon les essais biologiques de type Sur le plan académique, des communications et posters lors de congrÚs internationaux ont été réalisées (3rd Biopolymers 2015 International Conference, Nanocellulose and Wood Functional Materials NFZ meeting (2016), 47th annual meeting of the International Research Group on Wood Protection (2016), Journées scientifiques du GRD Bois (2015), Séminaire RP2E (2016)...) D'autre part, Clément l'Hostis, doctorant, a reçu le Ron Cockroft Award lors du congrÚs annuel de l'International Research Group on Wood Protection, dans le cadre du projet BioCoPol Perforation scalariforme Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 83 22 HEMICELL Utilisation d'hémicellulose dans l'amélioration des propriétés des acétates de cellulose Appel à projets : WoodWisdom-Net 2013 Partenaires : Fraunhofer Institute for Environmental, Safety, and Energy Technology (Allemagne) [institut de recherche] Innventia AB (SuÚde) [laboratoire public] Nova-Institut GmbH (Allemagne) [PME] SÖDRA (SuÚde) [GE] FKuR Kunststoff GmbH (Allemagne) [PME] ARMINES/Mines ParisTech ­ CEMEF (75) [laboratoire public] OrganoClick AB (SuÚde) [PME] Coût total : 1 127 k Coût total partenaire français : 262 k Aide ADEME : 157 k CONTEXTE ET ENJEUX Les esters de cellulose comme par exemple l'acétate de cellulose (CA), ont été parmi les premiÚres matiÚres plastiques mises au point Leur développement s'est arrêté à la fin des années 60, lorsque les polymÚres dérivés du pétrole sont arrivés sur le marché avec des prix bas, une grande facilité de transformation et de bonnes propriétés L'acétate de cellulose est un excellent plastique pour ses propriétés, mais il nécessite l'utilisation de pâtes de bois au coût de production élevé, présente une faible teneur en matiÚres renouvelables, et son point de fusion élevé empêche son utilisation comme matrice pour des renforts en fibres naturelles. DÉROULEMENT Le programme de travail est articulé autour des tâches suivantes : développement de nouvelles méthodes de conversion du bois afin de préparer un ensemble de molécules capables d'être des additifs d'esters de cellulose ; création de nouvelles formulations de plastiques pouvant améliorer les propriétés d'esters de cellulose ; tests en laboratoire, puis à l'échelle semi-industrielle des nouvelles formulations passage à l'échelle industrielle et production de démonstrateurs ; analyse du cycle de vie et Évaluation technico-économique OBJECTIFS Le projet consiste à collecter et fractionner par ultrafiltration des hémicelluloses dissoutes dans les hydrolysats produits au cours de la fabrication de pâte de bois, pour les utiliser comme plastifiant dans l'acétate de cellulose D'un point de vue économique et écologique, le développement de nouveaux composés plastiques compétitifs à base d'esters de cellulose de bois et de dérivés chimiques à base de bois pourrait donner de nouveaux débouchés à des coproduits de l'industrie papetiÚre PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS Aucune formulation d'hémicellulose n'a permis de plastifier correctement l'acétate de cellulose Les travaux ont donc été réorientés vers des composites acétate de cellulose/acétate de cellulose (la matrice est renforcée par des fibres de même nature chimique) et des dérivés cellulosiques trÚs élastiques solubles dans l'eau D'autre part, les recherches ont démontré la capacité à utiliser des outils de mélangeage de trÚs petite taille afin de prévoir les propriétés d'acétates de cellulose préparés dans des outils semi-industriels Ce travail a conduit à la rédaction d'un article scientifique soumis à une revue de référence dans ce domaine (Polymer Engineering and Science) PAGE 84 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOBUTTERFLY Création d'une filiÚre de production de caoutchoucs synthétiques à partir de biomasse 23 CONTEXTE ET ENJEUX Le butadiÚne est un important réactif chimique d'origine fossile utilisé en particulier dans la fabrication des caoutchoucs synthétiques, dont 60 % de la production mondiale sont destinés au secteur des pneumatiques En 2011, la consommation mondiale du butadiÚne s'élevait à 104 Mt/an La production de butadiÚne est fortement liée à celle de l'éthylÚne car la quasi-totalité (environ 96%) est coproduite lors de la fabrication d'éthylÚne par vapocraquage de charges d'origine fossile, essentiellement du gaz naturel ou des naphtas (coproduit de la distillation du pétrole) Or, en raison de son faible prix dans certaines régions du monde, le gaz est actuellement préféré aux naphtas, ce qui maximise la production d'éthylÚne au détriment du butadiÚne, dont l'approvisionnement connaît par conséquent de fortes tensions Les prévisions tendancielles s'inscrivent dans la durée. La diversification des ressources et des modes de production du butadiÚne est donc devenu un enjeu stratégique pour ses utilisateurs Ce projet vise ainsi à mettre en place une filiÚre de chimie verte de production de butadiÚne biosourcé sur le territoire français, pour la production de caoutchoucs « écologiques » Il fédÚrera les acteurs majeurs de la filiÚre depuis les producteurs de matiÚres premiÚres biosourcées jusqu'aux producteurs des intermédiaires chimiques et des polymÚres La construction d'une premiÚre unité de production est visée à l'horizon 2020, créant ainsi plusieurs emplois directs et indirects Commercialement, la technologie de production de butadiÚne biosourcé à partir de la transformation de la biomasse sera commercialisée par AXENS (licence du procédé, fourniture des catalyseurs et d'adsorbants associés) Appel à projets : PIA 2011 Partenaires : MICHELIN (63) [GE] IFP Énergies Nouvelles (92, 69) [EPIC] Axens (92) [GE] Coût total : 52,1 M Aide ADEME : 14,7 M OBJECTIFS Le projet BIOBUTTERFLY vise à : développer et commercialiser une technologie innovante et performante (intégration énergétique, investissement limité, viabilité économique) de production de butadiÚne biosourcé à partir des intermédiaires alcools issus de la biomasse par fermentation ; ouvrir de nouvelles voies et sécuriser les approvisionnements en butadiÚne pour les prochaines années ; diminuer l'impact environnemental de la production de butadiÚne en substituant à des produits d'origine fossile des produits d'origine renouvelable ; développer sur le territoire français des expertises de haut niveau, notamment dans le domaine de la chimie du végétal PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS À l'issue de l'étape d'exploration du projet, des premiers résultats ont été obtenus : sur la base de résultats expérimentaux acquis à l'échelle laboratoire, la définition d'un procédé de production de butadiÚne biosourcé innovant et économiquement viable ; prÚs de 700 formulations catalytiques ont été testées en haut débit, et 300 tests catalytiques réalisés à l'échelle du pilote ; la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre de cette voie de production innovante sont inférieures à celles de la voie fossile ; déjà 8 brevets de référence ont été publiés et plusieurs demandes sont en cours Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 85 24 BIOMA + Procédé de production d'acide méthacrylique biosourcé CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : PIA 2011 Statut : projet en cours Partenaires : Global Bioenergies (91) [PME] Arkema (69) [GE] IRCELYON (69) [laboratoire public] UCCS (62) [laboratoire public] Coût total : 10,5 M Aide ADEME : 5,2 M L'acide méthacrylique est un produit de commodité utilisé dans les peintures, les vernis, les ciments, etc C'est aussi une molécule plate-forme dérivable en produits de spécialité à haute valeur ajoutée Or il existe aujourd'hui en Europe une pénurie d'acide méthacrylique, qui appelle l'installation de nouvelles capacités de production Par ailleurs, Global Bioenergies développe un procédé permettant la conversion de ressources renouvelables en isobutÚne, l'une des briques élémentaires de la chimie utilisée pour la synthÚse de divers produits de commodités et de carburants En particulier, l'isobutÚne peut être converti en acide méthacrylique par oxydation catalytique Enfin, Arkema, l'IRCELYON et l'UCCS détiennent un savoir-faire rare sur l'oxydation des alcÚnes et des alcools, ainsi que sur la caractérisation des catalyseurs nécessaires dans ce type de réaction Les enjeux techniques sont à la fois scientifiques (adaptation d'un procédé actuel d'oxydation de façon à ce qu'il puisse accepter de l'isobutÚne répondant à des spécifications différentes) et opérationnels (industrialisation du process) D'un point de vue environnemental, le nouveau procédé permettra la substitution d'une ressource fossile par une ressource renouvelable, ainsi qu'une amélioration des bilans énergétique et environnemental de l'isobutÚne et de l'acide méthacrylique, par rapport à la voie fossile de référence Le développement d'une technologie, d'un bio-produit français, commercialisable à l'échelle mondiale, et surtout d'une molécule plate-forme, ouvrira potentiellement de nombreux marchés L'installation de ces nouvelles capacités industrielles de production d'acide méthacrylique d'origine biologique permettra également de contribuer à la limitation de la dépendance énergétique française aux ressources fossiles, en utilisant la biomasse comme matiÚre premiÚre De plus, les matiÚres premiÚres renouvelables étant produites localement, et traitées par un réseau d'unités de fermentation implanté au coeur des bassins agricoles, cette filiÚre permettra la création d'emplois industriels non délocalisables dans ces régions On estime ainsi à une trentaine les emplois directs associés, et à environ 300 (directs et indirects) ceux créés en cas de déploiement de la filiÚre OBJECTIFS Le projet BIOMA+ vise à valider le procédé de conversion de sucres fermentescibles en isobutÚne développé par Global Bioenergies au stade démonstrateur de recherche ; puis son utilisation dans un procédé d'oxydation sélective pour la conversion de l'isobutÚne fermentaire en acide méthacrylique PREMIERS RÉSULTATS Le procédé d'obtention d'isobutÚne à l'échelle du pilote industriel a été atteint et un nombre important d'échantillons ont été livrés Ils ont notamment permis de valider la compatibilité de cet isobutÚne fermentaire avec la production d'acide méthacrylique d'une part (cible du projet BIOMA+) mais aussi avec un nombre croissant d'autres applications (carburant et chimie) En parallÚle, des progrÚs trÚs significatifs ont été réalisés sur le procédé de fermentation dont le rendement a atteint 74 % de la cible commerciale à l'échelle du pilote Le projet a également permis le développement de méthodes pour la production d'acroléine à partir d'alcools Plusieurs communications scientifiques et dans la presse ont fait état des résultats du projet PAGE 86 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées DEINOCHEM Production d'ingrédients industriels à partir de ressources végétales en utilisant des bactéries : les Déinocoques 25 CONTEXTE ET ENJEUX Les caroténoïdes, qui font partie de la famille des isoprénoïdes, et plus précisément d'isoprénoïdes à haute valeur ajoutée, sont naturellement présents chez de nombreux êtres vivants et largement utilisées dans l'industrie pour leurs propriétés colorantes et anti-oxydantes Le marché mondial des caroténoïdes devrait atteindre 1,8 milliards de dollars d'ici 20191 En 2013, l'Europe représentait le marché le plus important, suivie par l'Amérique du Nord Les applications pour ces molécules ne cessent de se diversifier, dans l'alimentation humaine et animale comme dans les cosmétiques ou encore la santé La plus grande part de la production actuelle est issue de dérivés pétroliers ; cependant, les molécules naturelles connaissent la plus forte croissance, bénéficiant notamment de la demande des consommateurs Il existe aujourd'hui plusieurs techniques de production comme l'extraction à partir de tomates (lycopÚne) ou de paprika (capsanthine), la bioproduction à partir d'algues (astaxanthine) ou de micro-organismes (bêta-carotÚne) L'offre en solutions biosourcées reste toutefois limitée par des coûts de production élevés. OBJECTIFS L'objectif de DEINOVE est d'offrir une alternative biosourcée compétitive pour les industriels en développant des caroténoïdes produits par voie biotechnologique et offrant des avantages significatifs en termes de stabilité d'approvisionnement et de qualité, de préservation des ressources naturelles et enfin de coûts Le projet Deinochem vise la validation au stade pilote de laboratoire (réacteur de 20 litres) du procédé de conversion de sucres fermentescibles en caroténoïdes, en utilisant un procédé fermentaire innovant mettant en oeuvre des bactéries, les Déinocoques Les Déinocoques sont naturellement dotées de capacités qui les rendent propices à un tel développement : expression naturelle de certains caroténoïdes, assimilation de diverses sources de carbone, adaptation à l'ingénierie métabolique haut débit, etc Appel à projets : PIA 2011 Partenaires : DEINOVE (34) [PME] Coût total : 15,9 M Aide ADEME : 5,9 M PREMIERS RÉSULTATS Le projet a déjà franchi avec succÚs ses 3 premiÚres étapesclés (l'EC3 a été franchie en décembre 2016), validant les avancées en termes de : ingénierie génétique des souches : d'une part, le débit de construction de souches modifiées a été multiplié par 10 en moins d'un an, permettant ainsi d'accélérer la production et les tests de souches d'intérêt ; d'autre part, les équipes DEINOVE ont également progressé dans l'identification des enzymes limitantes afin d'optimiser la production des caroténoïdes ciblés ; fermentation : 32 conditions de fermentation différentes peuvent être testées en parallÚle Dorénavant 5 caroténoïdes différents ont été produits en laboratoire, ouvrant la voie à différents marchés, et l'un d'eux a été sélectionné pour les prochaines étapes : l'augmentation continue des rendements finaux et des volumes de production ; le développement de procédés d'extraction et de purification de ces caroténoïdes à partir du milieu de fermentation pour obtenir un produit commercialisable ; la validation du bénéfice fonctionnel des molécules produites ; et la poursuite des démarches réglementaires en vue de l'homologation nécessaire à la commercialisation La Société a l'ambition de commercialiser ses premiers lots de composés cibles en 2018. 1 Source : MARZ, U (Juillet 2015) The global market for carotenoids BCC Research Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 87 projets (dont 2 PIA) 23 MATÉRIAUX BIOSOURCÉS 11 M d'aide Parmi les produits biosourcés, les matériaux ­ plastiques, composites, isolants, etc ­ connaissent une forte croissance car leurs performances techniques (allégement, amortissement des vibrations, etc) s'avÚrent souvent équivalentes, voire parfois supérieures, à celles des matériaux traditionnels De plus, certains matériaux biosourcés montrent d'ores et déjà de réelles performances environnementales illustrées par des analyses de cycle de vie (ACV) CÃŽté marchés, les secteurs des transports, du bâtiment, de l'emballage, de l'éolien, de l'aéronautique, ou encore des sports et loisirs sont particuliÚrement intéressés par ces nouvelles alternatives On y trouve ainsi l'intégration de fibres de lin/chanvre dans les portiÚres de voitures ou les renforts de menuiserie pour leur allégement, l'utilisation de PEF pour les bouteilles d'eau minérale ou de fibres de bois pour les isolants dans le bâtiment et même de la fibre de carbone biosourcée nanostructurée pour l'éolien ! Les matériaux biosourcés représentent avec 23 projets quasiment ÂŒ des projets R&D aidés par l'ADEME entre 2008 et 2015, 11 % du budget R&D total attribué aux produits biosourcés et bioénergies et 28 % du budget de l'appel à projet BIP Différents appels à projets ont permis de financer ces projets : Investissements d'Avenir (6,1 M ; 2 projets) et BIP (4,97 M ; 21 projets) (dont 6,1 M pour PIA) 23,1 M de coût total (dont 12,4 M pour PIA) PAGE 88 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés NOTILIB Optimisation d'un procédé industriel d'application d'un liant d'origine végétale à base de lignine et d'amidon sur des feutres de fibres naturelles (végétales et animales) 26 CONTEXTE ET ENJEUX Les matiÚres biosourcées sont utilisées depuis plusieurs années dans les secteurs de l'automobile, des films de paillage, ou encore des films d'emballage Les transferts dans des domaines plus techniques comme les paillages fibreux, les compounds (matériau composite semi-fini), ou les feutres d'isolation, nécessitent une collaboration entre chimistes, plasturgistes et textiliens Un premier projet, soutenu dans le cadre d'AGRICE et achevé en 2007, a associé l'Institut Français du Textile et de l'Habillement (IFTH), APM et l'INRA/INA PG L'objectif était de valoriser des dérivés de la lignine dans les domaines des textiles techniques (textiles, composites, et compounds) 100 % naturels et biodégradables Dans le cadre de ce projet, une gamme de formulations d'origine végétale a été mise au point et utilisée comme liant de fibres végétales (chanvre) pour le domaine des feutres utilisés pour les secteurs automobile (panneaux rigides pour l'habitacle) et paillages agricoles Les essais préindustriels chez APM à la fin de ce premier projet sont encourageants : plusieurs formulations à base de lignosulfonate de sodium et d'amidon ont été appliquées sur des non-tissés de chanvre Grâce à leurs propriétés liantes, ces formulations améliorent les propriétés mécaniques du non-tissé Un brevet a été déposé par l'IFTH Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : APM (ex ­ AFT plasturgie) (21) [PME] BUISSON EFFILOCHAGE (69) [PME] LCA ­ ENSIACET (31) [laboratoire public] IFTH (69) [centre technique] Coût total : 120 k Aide ADEME : 78 k OBJECTIFS Le projet NOTILIB avait pour objectif de transférer industriellement les résultats de ce premier projet et donc d'optimiser les précédents résultats, d'étudier les procédés d'application, puis de les transférer à l'échelle industrielle pour le liage de feutre en fibres naturelles (chanvre et laine) Les domaines visés étaient les feutres en fibres naturelles pour l'isolation des bâtiments (domaine du partenaire Buisson Effilochage), les panneaux rigides pour habitacle automobile, et les feutres pour les paillages agricoles (domaines du partenaire APM) RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet a pu montrer que les performances mécaniques du nouveau compound sont trÚs comparables à celle du compound standard d'APM La bibliographie réalisée par le laboratoire LCA sur le « comportement des produits de paillage et d'isolation au compostage » a permis de mieux comprendre le comportement à la biodégradation de plusieurs polymÚres dits biodégradables, utilisés pour la fabrication de films de paillage agricole ou de composites En l'occurrence, la biodégradation dépend de nombreux facteurs, dont notamment : les conditions environnementales (nature du sol, du compost, température, humidité,...) ; les additifs ajoutés pendant la formulation du matériau ; les associations entre fibres végétales et polymÚres ; le type de fibre, les propriétés de la fibre, la quantité de fibre sont des paramÚtres qui vont influencer la biodégradation du composite Le projet a ainsi démontré que chaque polymÚre ou association possÚde sa propre cinétique de biodégradation, et qu'il est donc possible de réaliser un compromis pour la fabrication de ces matériaux biosourcés entre les propriétés mécaniques, physiques, chimiques, et les propriétés de biodégradabilité afin de répondre aux attentes des industriels Un développement industriel de composites issus du compound PolyPropylÚne/chanvre/lignine-amidon peut être envisagé notamment pour la production des piÚces intérieures dans l'automobile. Par ailleurs, dans l'objectif d'un transfert à d'autres domaines industriels, des essais supplémentaires ont été menés pour obtenir des formulations incolores, à base de réactifs d'origine végétale sans lignine pour les domaines industriels où la couleur du liant est un paramÚtre important Des présentations à des journées techniques ou colloques ont été réalisées Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 89 27 ECOMEMBRANE Développement d'une membrane d'étanchéité composite et durable, à base de ressources végétales Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : SOPREMA (67) [GE] Université de Strasbourg ­ LIPHT (67) [laboratoire public] AVRIL ­ OLEON SA (77) [GE] Coût total : 161 k Aide ADEME : 58 k CONTEXTE ET ENJEUX Depuis quelques années, la prise de conscience des enjeux environnementaux par l'ensemble des acteurs mondiaux du bâtiment a conduit à la création de labels comme « HQE » (pour Haute Qualité Environnementale) Cependant, de nombreux éléments et matériaux de constructions ne remplissaient pas encore les conditions de ces labels en 2009 C'était le cas des membranes d'étanchéité de toiture, composées alors d'un liant bitumineux et d'un renfort, issus de ressources non renouvelables OBJECTIFS Ce projet avait pour but de substituer des produits d'origine non renouvelable alors utilisés dans les membranes d'étanchéité par des matiÚres biosourcées pour la réalisation semi-industrielle d'une membrane d'étanchéité de toiture issue de ressources renouvelables La technique de pose, qui consistait alors à associer par fusion les laies de membranes sur les toits, devait être conservée Par ailleurs, une analyse sur l'introduction de renforts en fibres ligno-cellulosiques et la formation de composites biosourcés devait être réalisée afin d'améliorer les propriétés mécaniques et la manipulation du matériau final In fine, l'objectif était d'obtenir des membranes à 90 % biosourcées RÉSULTATS ET VALORISATION Les travaux ayant été plus long que prévu, le changement d'échelle n'a pas pu être totalement réalisé Cependant, le projet a permis de faire la synthÚse de polyuréthanes afin d'améliorer l'élasticité de résines polyamides De plus, la teneur en matiÚre biosourcée a pu être augmentée en utilisant un isocyanate partiellement biosourcé Des avancées intéressantes pour la réalisation de membranes d'étanchéité de toitures biosourcées ont été obtenues avec le dépÃŽt de plusieurs brevets PAGE 90 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés ISOLVEGE 3D Développement d'un panneau d'isolation thermique et phonique à partir de déchets de coton et de farine de blé 28 CONTEXTE ET ENJEUX La rénovation énergétique des logements, et tout particuliÚrement les travaux d'isolation, est l'un des chantiers phare de la transition énergétique et écologique afin de limiter les consommations énergétiques des bâtimentsActuellement,de nombreux professionnels (et particuliers) utilisent encore des panneaux d'isolation issus de matiÚres premiÚres fossiles : polystyrÚne expansé (associé à du plâtre), laine minérale ou laine de verre... OBJECTIFS Le but de ce projet était de développer un panneau d'isolation thermique et phonique entiÚrement biosourcé et destiné à remplacer les panneaux d'isolations en plâtres, polystyrÚne expansé ou en fibre de verre Les matiÚres premiÚres identifiées étaient des productions végétales (farine de blé) et des produits textiles en fin de vie (coton recyclé) L'objectif était d'obtenir des performances techniques et environnementales supérieures aux produits substitués Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : RAYNAUD INDUSTRIES (14) [PE] Treuil Construction Ingénierie (27) [PE] I.C.I.A.D. (76) [association] Esitpa ­ UniLaSalle (76) [laboratoire public] IFTH (69) [PME] Coût total : 134 k Aide ADEME : 94 k Partie souple coton jeans Plaque rigide coton jeans RÉSULTATS ET VALORISATION Un prototype de panneau d'isolation présentant des performances techniques et environnementales prometteuses a été mis au point par thermocompression La comparaison des performances avec des solutions de référence a montré des résultats intéressants : le matériau obtenu est plus léger, sa résistance mécanique et son isolation phonique sont similaires, et son isolation thermique est meilleure de 30 % Plusieurs présentations orales ont été réalisées afin de présenter les procédés utilisés pendant ce projet Différents produits ont été commercialisés : panneaux d'isolation thermique et phonique ; feutres de sous toiture destinés à l'isolation contre les infiltrations d'eau de pluie ; feutres de paillage écologiques naturels pour culture en plein champs, en jardinerie, ou dans les espaces publics, destinés à être dégradés sur place aprÚs usage (période d'un ou deux ans) ; encollage de fils avant tissage Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 91 29 RICHARB Applications non alimentaires du Ricin CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : Arkema (92, 69) [GE] VALAGRO (86) [centre R&D] OLEON France S.A.S. (77) [GE] Coût total : 241 k Aide ADEME : 143 k Le ricin est une plante non alimentaire cultivée pour son huile et ses coproduits, dont les caractéristiques uniques expliquent le développement de plusieurs applications industrielles Ainsi, l'huile de ricin est-elle utilisée pour la production de lubrifiants, de polyuréthanes, ou encore de polyamides Cependant, cette plante est riche en toxines (ricine, allergÚnes) qui se retrouvent dans le tourteau aprÚs extraction de l'huile, ce qui en limite les utilisations dans l'alimentation, même animale, et même comme engrais naturel du fait de la dispersion de l'allergÚne dans l'environnement Le jatropha, une autre plante oléagineuse non alimentaire, rencontre des enjeux de toxicité similaires, devant être résolus avant d'envisager un développement industriel Pour une meilleure valorisation globale du produit et de ses coproduits, mais aussi pour une plus grande sécurité de la filiÚre, les industriels cherchent donc des solutions qui permettent de détruire les toxines OBJECTIFS Le projet visait à développer des technologies innovantes de conversion des dérivés du ricin (huile, tourteau, coques) en produits chimiques afin de diversifier les usages de cette plante Plus précisément, l'objectif consistait à développer une technologie de trituration réactive du ricin permettant d'obtenir, en une seule étape, de l'ester méthylique, du glycérol et du tourteau ne contenant plus d'allergÚnes ni de ricine Une démarche identique était prévue pour le jatropha, les caractéristiques étant proches de celles du ricin Ricin RÉSULTATS ET VALORISATIONS Le projet a permis d'obtenir des résultats trÚs positifs : un procédé efficace de trituration réactive, permettant la coproduction d'un tourteau de ricin détoxifié ; un produit conforme au procédé conventionnel de transestérification de l'huile de ricin via des essais de craquage de l'ester de ricin ; une analyse économique concluante sur les conditions optimales d'intégration du procédé, soit dans une unité existante, soit dans une nouvelle installation Pour ce qui est du Jatropha, les composés toxiques ne sont pas les mêmes et la présence de curcine (une protéine similaire à la ricine) et d'esters de phorbols expliquent la toxicité de la plante Le tourteau obtenu aprÚs trituration réactive peut être débarrassé de ces esters de phorbol (agent promoteurs de tumeurs) dont la teneur est ramenée à un niveau comparable à celui des espÚces dites «non-toxiques » de Jatropha Plusieurs brevets ont été déposés en 2009 et conduits à la proposition en licensing d'un procédé de trituration réactive appliquée à la graine de jatropha, ainsi qu'à la graine de ricin pour la fabrication d'ester d'huile de ricin, de glycérol et de tourteaux détoxifiés Plusieurs publications (Industrial Crops and Products [2013]; Inform [2014]), communications (European Biomass Conference) ainsi qu'un chapitre de livre (Industrial Biorenewables [2016]) ont été réalisées PAGE 92 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés BIOBAT Développement de profils de menuiserie pour le bâtiment en matériau composite intégralement biosourcé 30 CONTEXTE ET ENJEUX L'utilisation des fibres végétales, en particulier des fibres de lin, pour des applications industrielles est actuellement un véritable enjeu pour la filiÚre du lin La France est en effet un leader de sa culture sans toutefois conserver la valeur ajoutée de sa transformation (la majorité est exportée pour le textile) Par ailleurs, le secteur du bâtiment, souhaite intégrer des matériaux innovants afin de réduire la consommation d'énergie des bâtiments, utiliser des ressources renouvelables, valoriser les déchets, et réduire les déchets non valorisables En 2010, les matériaux traditionnels (bois, PVC, aluminium, composite polyester/verre) ne permettaient de respecter à la fois les futures rÚglementations thermiques 2012 et 2020, les nécessaires performances mécaniques, et les critÚres architecturaux, tout en ayant un impact environnemental réduit OBJECTIFS L'objectif du projet de recherche BIOBAT était de développer une solution alternative pour la réalisation d'huisseries de fenêtres, à performances techniques équivalentes ou supérieures et à impacts environnementaux réduits grâce à l'utilisation de ressources renouvelables Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : INNOBAT (34) [PME] École des Mines d'AlÚs ­ C2MA (30) [laboratoire public] École Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (34) [laboratoire public] Coût total : 498 k Aide ADEME : 259 k RÉSULTATS Le matériau biosourcé développé, baptisé PULGREEN®, est un composite (matrice polyester pétrosourcée) renforcé par des fibres végétales (60 % en masse) Obtenu par un procédé de fabrication appelé « pultrusion », il permet notamment la réalisation de renforts structuraux de profilés pour la menuiserie où ils peuvent constituer une solution alternative extrêmement intéressante aux renforts traditionnels en acier dans les fenêtres PVC En effet, les renforts de profilés obtenus ont la rigidité d'un métal tout en étant beaucoup plus légers Ils permettent ainsi de réduire de façon conséquente le poids de la fenêtre tout en améliorant ses caractéristiques techniques (efficacité thermique, rigidité) Le bilan environnemental de ces produits a été évalué par une Analyse du Cycle de Vie (ACV) comparative ayant démontré que l'utilisation de ces renforts de profilés biosourcés à la place de leur équivalent acier permet de réduire de 10 % environ les émissions de gaz à effet de serre associées à la fenêtre VALORISATION Les résultats du projet ont permis à Innobat de développer et mettre sur le marché son premier produit breveté : EcoRenfort® Début 2014, un premier industriel, « Préfal », a mis sur le marché sa nouvelle gamme de fenêtres « Exigence 83 » intégrant l'EcoRenfort® réduisant le poids de la fenêtre de 6 à 8 kg suivant sa dimension Environ 6 000 fenêtres ont ainsi été vendues durant sa commercialisation en 2015 Depuis le 1er septembre 2015, l'entreprise « IsoFrance Fenêtres » commercialise sa gamme de fenêtre PVC « IFF70+ », montrant des performances (thermiques, rigidité, environnementales) supérieures ainsi qu'un poids réduit de 7 kg par rapport au reste de leur gamme de fenêtres PVC grâce à l'EcoRenfort® En 8 mois plus de 600 fenêtres ont été vendues Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 93 31 BIOCER Développement d'une nouvelle méthode de production industrielle de composites à matrice thermoplastique renforcée de fibres naturelles couplées par extrusion réactive Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : APM (ex : AFT plasturgie) (21) [PME] Peugeot Citroën Automobiles (78) [GE] INSA Lyon ­ IMP/ LMM UMR 5627 (69) [laboratoire public] Coût total : 164 k Aide ADEME : 131 k CONTEXTE ET ENJEUX Les matiÚres thermoplastiques en Europe de l'Ouest représentent un marché annuel de plusieurs dizaines de millions de tonnes dont une part non négligeable est dédiée aux transports La part des composites à fibres naturelles y progresse fortement puisqu'elle devrait doubler entre 2010 et 2020 en Europe Contrairement au marché Nord-Américain, où les applications concernent majoritairement la substitution du bois dans le bâtiment, l'Europe s'intéresse au rÃŽle plus technique de renfort des fibres naturelles Les deux principales voies de mise en oeuvre sont la compression-moulage et l'injection (moins utilisée) C'est ce dernier procédé que cible ce projet pour la fabrication de piÚces injectées : garniture intérieure et structures pour l'automobile, éléments techniques pour l'électroménager ou pour le mobilier de jardin... Enfin, à titre d'exemple, le remplacement de 1 kg de polypropylÚne (PP) par 1 kg de chanvre entraine une diminution à la production de la consommation d'énergie de 97 %, l'émission de CO2 de 79 %, l'émission d'oxydes de Soufre de 94 %, l'émission d'oxydes d'Azote de 67 % et la demande biologique en oxygÚne de 99 % La culture du chanvre ne nécessite aucun produit phytosanitaire et est peu consommatrice d'eau L'étude d'un procédé d'injection d'un composite renforcés de fibres de chanvre présente donc des intérêts multiples OBJECTIFS Ce projet avait pour but principal de substituer une partie de la matrice polymÚre, d'origine fossile, par des fibres végétales Les principaux objectifs étaient ainsi : d'améliorer les propriétés mécaniques de la matrice ; de baisser le prix du matériau ; de diminuer sa densité globale ; de baisser les coûts de gestion en fin de vie par rapport à des composites traditionnels ; dans une certaine mesure, de réduire certains impacts environnementaux grâce à l'utilisation de ressources agricoles Pour répondre aux besoins des principaux marchés des composites « thermoplastiques + fibres naturelles », l'optimisation des interactions entre les fibres et la matrice est primordiale Le projet devait ainsi identifier des silanes (composés chimiques spécifiques) fonctionnalisés pour renforcer l'interface polymÚre/fibre, et améliorer in fine les propriétés de ces matériaux AprÚs traitement RÉSULTATS ET VALORISATION La méthode de couplage par deux silanes (au lieu d'un seul) sur les matériaux composites élaborés par voie d'extrusion réactive améliore significativement les propriétés mécaniques et thermiques du matériau, et en réduit le caractÚre hydrophile Elle permet en outre de réduire l'effet de dégradation des propriétés au cours du recyclage de la matiÚre (cycles de broyage et injection successifs) Les conditions opératoires de compoundage (procédé d'extrusion-granulation) sont validées, en particulier sur le plan de l'ordre et du mode d'introduction des constituants Le projet a été présenté en colloque, une publication est parue dans Polymer Degradation and Stability en 2012, et un brevet a été déposé en 2011 par PSA Enfin un procédé de couplage fibres végétales/matrice par greffage de deux silanes fonctionnalisés a été mis au point et validé par APM Le projet n'a cependant pas eu d'issue industrielle à ce jour mais les résultats obtenus sont valorisés à travers d'autres projets PAGE 94 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés CREABIOM Conception Raisonnée d'Emballages Alimentaires Biodégradables biosourcés Multicouches 32 CONTEXTE ET ENJEUX L'utilisation de ressources renouvelables, ainsi que la production de matériaux biodégradables à durée de vie raisonnée, pourraient constituer des pistes pour réduire l'impact écologique de la filiÚre plasturgie Par ailleurs, le marché est demandeur de produits éco-responsables, la condition préalable à leur commercialisation étant l'obtention de performances égales ou supérieures à celles des matériaux synthétiques actuellement utilisés Une stratégie flexible permet de répondre à ces exigences techniques : la création de structures multicouches (6 à 15 couches dans l'alimentaire) associant avantageusement les propriétés de différentes matiÚres plastiques Mais le recyclage des matériaux s'avÚre alors difficile : la biodégradabilité de l'ensemble est donc une propriété pertinente et bienvenue OBJECTIFS Les objectifs de ce projet étaient : la valorisation des coproduits de l'huilerie en tant qu'additifs ; la conception de matériaux multicouches biodégradables PLA/PHAs ; la production et valorisation de PHAs à partir de sources de carbone issues de l'assainissement des eaux municipales et industrielle et des déchets ; l'amélioration des propriétés mécaniques et barriÚres à l'aide d'un matériau multicouche ; l'évaluation de la sécurité, de la qualité alimentaire, de la biodégradabilité, de l'impact écologique, et de la faisabilité industrielle Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : BRODART PACKAGING (10) [PME] Institut des Corps Gras ­ ITERG (33) [centre technique] Veolia Recherche et Innovation (78) [GE] LNE (78) [EPIC] INRA (91) [laboratoire public] Cnam ­ Conservatoire national des arts et métiers (75) Coût total : 848 k Aide ADEME : 415 k Extrusion cast Extrusion filiÚre plate RÉSULTATS Deux produits ont été développés : une composition biodégradable augmentant d'un facteur 20 la ductilité (capacité à se déformer) de films fins de PLA à base de coproduits de l'huilerie avec une transition vitreuse supérieure à la température ambiante ; un film de PLA thermostable, imprimable, et apte au contact alimentaire, en mélange avec un PHA et les coproduits de l'huilerie Ce film peut être produit aussi bien par extrusion cast que par soufflage de gaine Un brevet a été déposé et plusieurs publications scientifiques dans différents journaux ont récemment été publiées : J Applied polym Sci (2015), Express Polymer Letters (2015), Bioresource Technology (2015), Poymer international (2016) Un montage d'un projet H2020 est en cours visant à valoriser le brevet déposé et en réunissant tous les partenaires de la chaine de valeur Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 95 33 FILTEXCOL Dépollution d'un effluent industriel complexe par filtration membranaire et propriétés et applications du nouveau latex naturel concentré (adhésion, allergie) Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : TIA ­ Techniques Industrielles Appliquées (84) [PME] Cirad (34) [centre de recherche] Rescoll (33) [centre de recherche] CTTM (72) [PME] Université de Haute Alsace ­ IS2M (68) [laboratoire public] Coût total : 455 k Aide ADEME : 264 k CONTEXTE ET ENJEUX Pour ses nombreux avantages techniques, le latex naturel est préféré au latex de synthÚse Les produits à base de polyisoprÚne naturel sous forme latex représentaient ainsi en 2010 un marché de 1,3 Mt/an Sa solidité et de sa perméabilité aux agents pathogÚnes en font un matériau adapté aux gants chirurgicaux et aux préservatifs Lors de la fabrication, la concentration du latex naturel par centrifugation engendre un effluent appelé « skim », contenant environ 10 % du polyisoprÚne initial dont la récupération par coagulation à l'acide sulfurique, qui, en plus de produire un caoutchouc de basse qualité, pollue les riviÚres, et induit un risque sanitaire (dégagement de H2S ­ Sulfure d'HydrogÚne) Faute d'un procédé performant et non polluant de récupération, le skim reste donc un coproduit à faible valeur marchande. OBJECTIFS Le projet visait à créer un procédé permettant de concentrer le skim à l'aide d'ultrafiltration ou microfiltration pour récupérer le polyisopropÚne(PI) sous forme de latex concentré réutilisable par l'industrie En effet, ne contenant plus de protéines allergisantes, il pourrait être utilisé à nouveau dans la fabrication de gants, préservatifs ou encore comme composant de colles en substitution de colles « formaldéhyde » cancérigÚne D'autre part, il s'agissait de réduire la demande chimique en oxygÚne (DCO) et de diminuer la pollution présente dans les rejets grâce à l'absence de sulfates dans l'effluent RÉSULTATS Les recherches ont conduit à un procédé robuste, testé avec succÚs sur plusieurs milliers de litres de skims d'origine diverse Les objectifs techniques ont été atteints : la DCO du perméat (sans sulfates) est fortement réduite, ce qui en facilitera l'épuration, et le skim concentré, produit biosourcé, possÚde des propriétés favorables à des applications industrielles en substitution de produits, notamment en tant qu'adhésif Par ailleurs, des contacts commerciaux ont été établis en Thaïlande, aux Philippines et en Malaisie afin de trouver un partenaire industriel susceptible de réaliser des essais pré-industriels Sur le plan académique, une thÚse a été conduite au cours du projet et plusieurs publications ont été préparées (Industrial Plants and Crops et Colloids and Surfaces) PAGE 96 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés FLEXOFIB Élaboration d'un matériau élastomérique renforcé par des fibres végétales pour produits extrudés de l'automobile et du bâtiment 34 CONTEXTE ET ENJEUX Depuis 1999, Cooper Standard Automotive (CSA) travaille sur l'amélioration du bilan environnemental et économique des systÚmes d'étanchéité automobile en ciblant le remplacement des caoutchoucs synthétiques traditionnellement utilisés par des élastomÚres thermoplastiques Ce changement permet de réduire le coût et le poids des produits, ainsi que la consommation d'énergie nécessaire à leur production (-30%), d'augmenter la résistance au vieillissement tout en permettant un recyclage en fin de vie Ces recherches ont abouti en 2007 à la commercialisation d'étanchéités thermoplastiques lisé par CSA dans ses systÚmes d'étanchéité, tout en améliorant son bilan environnemental Le gain environnemental était attendu d'une part via la substitution de renforts en fibres de verre par des fibres végétales (chanvre), dont la production est moins consommatrice d'énergie, et d'autre part par le recyclage de rebuts de caoutchouc disponibles sur le site industriel (jusqu'alors envoyés en cimenterie pour y être brûlés) en poudrette pour la ténacité et la résistance à la déchirure Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : Cooper Standard Automotive (35) [GE] APM (ex ­ AFT plasturgie) (21) [PME] Université de Bretagne Sud ­ IRDL (56) [laboratoire public] Coût total : 248 k Aide ADEME : 145 k OBJECTIFS Pour continuer à innover et à améliorer le bilan environnemental des systÚmes d'étanchéité, l'étape suivant cette transition du caoutchouc synthétique vers le thermoplastique était l'incorporation de ressources renouvelables et de composés issus de recyclage afin de répondre à la demande et aux contraintes des constructeurs automobiles, en attente de matériaux plus respectueux de l'environnement à iso-coût L'objectif était de développer un matériau aux performances techniques et économiques similaires au compound thermoplastique actuellement utiCoulisse RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet a permis la mise au point d'un nouveau procédé permettant de réaliser, en une passe, un compound élastomÚre contenant 20 % en masse de fibres de chanvre Une premiÚre piÚce prototype a ainsi été réalisée Des travaux d'amélioration de la viscosité du compound et d'optimisation du procédé de compoundage sont encore nécessaires avant d'envisager l'extrusion d'un profilé industriel Le développement des piÚces d'étanchéité renforcées par des fibres végétales se poursuit chez Cooper Standard Une thÚse CIFRE a été réalisée sur le sujet à l'IRDL (ex LIMATB) L'évaluation environnementale du produit a permis d'estimer à 30 % la réduction des émissions de GES grâce à la substitution d'une coulisse thermoplastique classique par une coulisse intégrant 20 % de fibres de chanvre et 10 % de poudrette de caoutchouc recyclé Par ailleurs, des piÚces d'étanchéité produites avec les matériaux élaborés par APM (ex AFT plasturgie) sont déjà commercialisées Ces piÚces renforcées par des fibres de chanvre équipent en particulier les actuelles Peugeot 308 Plusieurs communications nationales et internationales des résultats obtenus ont été réalisées ainsi que plusieurs publications (Materials Letters (2016), Composites (2013), Polymer Degradation and Stability (2011), ICCS 16 (2011), MODEST 2012, Colloque sur la Déformation des PolymÚres Solides (2010)) Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 97 35 VEGECOMP Composites biosourcés pour l'injection thermoplastique : incorporation de fibres végétales dans les matrices biosourcées Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : VEGEPLAST (65) [PME] LCA/CATAR (31) [laboratoire public] Coût total : 209 k Aide ADEME : 195 k CONTEXTE ET ENJEUX Afin de réduire l'impact environnemental des matiÚres plastiques, il peut notamment être envisagé d'utiliser des matiÚres premiÚres renouvelables, augmenter la longévité des produits ou encore travailler sur leur valorisation en fin de vie DÉROULEMENT Cinq sources différentes de fibres ont été sélectionnées à partir de trois critÚres différents : la disponibilité industrielle, la composition chimique, et le degré de raffinage de la fibre Il s'agit des fibres de rafle de maïs, de son de blé, de coques de fÚve de cacao, de bois et écorces de châtaignier et enfin cellulosiques L'originalité du projet résidait notamment dans la mise au point d'un nouveau procédé de compoundage (procédé d'extrusion-granulation) de ces fibres dans une matrice plastique biodégradable, pour l'obtention de mélanges-maîtres, dont le dosage lors de l'injection thermoplastique a été étudié en relation avec les propriétés des objets moulés Ce procédé vise à coupler en une seule étape d'extrusion bi-vis la thermoplastification de bioressources et leur mélange à des polyesters biodégradables et/ou divers additifs L'objectif est d'étudier et d'optimiser ce procédé (dispersion des fibres) ainsi que celui d'injection thermoplastique au stade pilote industriel Le projet s'est articulé autour des phases suivantes : sélection et préparation des fibres végétales pour le compoundage avec les matrices thermoplastiques biosourcées ; étude du procédé de compoundage des fibres végétales avec les matrices thermoplastiques et caractérisation des composites biosourcés moulés par injection ; mise au point du moulage par injection thermoplastique des composites biosourcés ; transfert à l'échelle pilote industriel des procédés et produits OBJECTIFS Le projet avait pour but la création d'une nouvelle gamme de matériaux composites biosourcés (matrice thermoplastiques biodégradable/fibres végétales) permettant de produire des piÚces moulées par injection Les améliorations ciblées pour ces nouveaux composites biosourcés étaient nombreuses : résistance mécanique, stabilités dimensionnelle et thermique, tenue au choc et rigidité, processabilité lors du moulage par injection, aspect et finition des piÚces formées (en particulier leur perception « d'origine naturelle ») RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet a permis d'identifier des fibres végétales intéressantes pour élargir significativement les propriétés mécaniques, les stabilités thermique et dimensionnelle ainsi que de réduire le coût de production des matériaux proposés par la société VEGEPLAST Grâce à la meilleure compréhension des phénomÚnes contrÃŽlant les propriétés physico-chimiques des composites biosourcés et au dépassement des contraintes technologiques, un procédé complet, industriellement viable, a pu être validé à l'échelle pilote de 50 kg/h VEGEPLAST a ainsi pu accroitre sa capacité de réponse aux cahiers des charges de clients potentiels, ce qui lui permet de viser de nouveaux marchés et de nouvelles perspectives de développement (création d'un poste R&D) Le procédé reste à valider à des débits de production plus élevés (200 kg/h) Les résultats obtenus pourraient également être étendus à l'utilisation de nouvelles fibres végétales ou matrices ayant des caractéristiques similaires à celles étudiées D'un point de vue académique, plusieurs publications (thÚse G Gamon, 2013 ; Industrial Crops and Products, 2013) et communications (WPC 2011 ; Biopol 2011) ont été effectuées PAGE 98 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés POLYPLAST Les esters de polyglycérols (EPG) comme plastifiants biosourcés de plastiques 36 CONTEXTE ET ENJEUX Les plastifiants ont pour rÃŽle d'augmenter la flexibilité et d'améliorer la mise en oeuvre de matériaux thermoplastiques Ce ne sont pas de simples additifs car ils déterminent les propriétés finales de ces matériaux Il en existe plus de 300 familles, presque exclusivement issues de la synthÚse pétrochimique Certaines de ces familles de plastifiants, les phtalates par exemple, présentent par ailleurs une toxicité potentielle. Il a été montré dans un projet AGRICE (2008-2009) que les esters de polyglycérols (EPG) présentaient un trÚs fort effet plastifiant sur des matériaux biosourcés de type acide polylactique (PLA) chargé en fibres de bois ou en farine amylacée Ces EPG sont par ailleurs des produits biodégradables issus du glycérol et sont connus pour être non toxiques L'effet plastifiant de ces molécules n'a cependant pas été vérifié sur d'autres polymÚres (polymÚres biosourcés ou pétrochimiques de commodité) D'autre part, il a été constaté que l'utilisation d'EPG permet d'extruder le PLA chargé en farine amylacée à des températures supérieures à celle de la décomposition habituelle des charges végétales, ce qui pourrait autoriser l'utilisation dans les plastiques chargés en fibres végétal, des polymÚres encore non utilisés comme ceux présentant une haute température de fusion tels que les polyamides, l'ABS... Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : FuturaMat (86) [PME] VALAGRO (86) [Centre R&D] CINQ MC (16) [PME] Coût total : 161 k Aide ADEME : 97 k OBJECTIFS Les objectifs du projet étaient de : valider l'effet plastifiant des EPG sur des matériaux biosourcés chargés en farine végétale destinés à être transformés par moulage injection Les familles de polymÚres utilisés dans ces matériaux biosourcés devaient être les suivantes : polymÚres biosourcés (PBAT et PHA), polymÚres de commodité (polyéthylÚne, polypropylÚne), polymÚres techniques (ABS, polyamide 6, polyamide 6-6, polyamide 11, polyester ; comprendre l'effet d'inhibition de dégradation des charges végétales à des températures élevées lors de la phase d'extrusion/compoundage de polymÚres biosourcés chargés ; comparer les résultats obtenus avec ceux du projet AGRICE précédent (avec du PLA) RÉSULTATS 5 formulations ont été validées aux niveaux technique et économique ; les fiches techniques de ces formulations ont été établies et utilisées pour la présentation des produits à la clientÚle du partenaire industriel ; l'effet plastifiant à trÚs basse teneur de certains EPG a pu être validé sur des formulations aptes à l'injection en haute cadence et également sur des formulations destinées à l'extrusion feuille thermoformage L'effet plastifiant s'accompagne malheureusement d'une diminution de la valeur HDT (Heat Temperature Deformation) ; à plus haute teneur, les EPG agissent comme des lubrifiants externes qui permettent de limiter les phénomÚnes de dégradation thermique par friction Il est ainsi possible de charger des polymÚres techniques tels que les PA, ABS, PC avec des fibres végétales en limitant la dégradation de ces derniÚres Les piÚces sont alors d'un aspect homogÚne et les phénomÚnes de traces (flash) à leur surface disparaissent Comparaisons couleur compound PiÚce de gauche sans EPG : compound dégradé (couleur trÚs brune) + odeurs + traces PiÚce de droite avec EPG : compound clair non dégradé, plus de traces Des teneurs trop élevées empêchent la mise en forme des compounds élaborés (dosage délicat voire impossible de la matiÚre) Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 99 37 AUTOFLAX AllÚgement des véhicules par l'emploi de résines thermoplastiques chargées avec de la paille de lin Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : TEILLAGE VANDECANDELAERE (14) [PME] CERA ­ Centre d'Études et de Recherche Automobile (51) [GE] CSF ­ COOPER STANDARD FRANCE (35) [GE] Université de Bretagne Sud ­ IRDL (56) [laboratoire public] PDCL ­ Produits Chimiques de Lucette (53) [PME] Coût total : 503 k Aide ADEME : 267 k CONTEXTE ET ENJEUX Afin de réduire l'impact environnemental de ses véhicules, l'industrie automobile a défini deux axes de travail prioritaires : l'incorporation de matériaux recyclés, et le gain de masse (réduction des émissions de CO2 lors des phases de construction et d'utilisation de ses produits) Dans le but d'améliorer les propriétés mécaniques des plastiques dans l'automobile, des charges (généralement la fibre de verre) sont incorporées en tant que renfort Afin de répondre simultanément à ces deux objectifs, la filiÚre cherche ainsi à substituer les charges traditionnelles en fibre de verre dans les matériaux recyclés par des fibres végétales, dont la densité est plus faible afin de diminuer le poids des piÚces Au-delà des problématiques de mise en oeuvre, se posent également les questions de la disponibilité de la ressource végétale, de son coût, et de l'impact environnemental lié à sa production C'est pourquoi l'utilisation de coproduits de filiÚres végétales existantes (anas de lin [textile ou oléagineux],...) sous-valorisés a été envisagée DÉROULEMENT Les grandes étapes des recherches ont été : le choix de la ressource végétale : lin oléagineux ainsi que paille, anas, et fibres de lin textile, ou encore étoupes cardées (bourre peignée) ; la préparation de la matiÚre premiÚre : coupe de précision et broyage de paille puis traitement physique pour augmenter la faculté d'adhésion ; l'étude et réalisation de nombreuses formulations incorporant les matiÚres biosourcées, traitées ou non, afin de vérifier dans un premier temps la faisabilité de ce type de compoundage et dans un second temps, d'en évaluer les performances mécaniques ; des essais de production de piÚces finales : par extrusion et par injection ; la caractérisation des matériaux et évaluation des piÚces réalisées ; l'analyse du cycle de vie OBJECTIFS Ce projet avait pour but la mise sur le marché d'un nouveau matériau composite à base d'une matrice pétrosourcée recyclée, renforcée par des coproduits de la filiÚre lin (pailles, anas...) pour le marché de l'automobile RÉSULTATS ET VALORISATION Les principaux verrous identifiés pour la réalisation des compounds ont été la maîtrise de l'homogénéité du mélange, le bon dosage des dérivés du lin, et la maîtrise des taux d'humidité de ces produits hygrophiles La préparation par extrusion des différents compounds n'a pas posé de problÚmes majeurs (à l'exception des formulations à base d'étoupes cardées) La mise en oeuvre sur extrudeuse industrielle a permis de démontrer la difficulté d'exploitation industrielle des compounds par ce procédé. En revanche, les essais d'injection ont présenté de bons résultats jusqu'à 20 % de fibres naturelles. Cependant, toutes les formulations ont généré des hétérogénéités incompatibles avec un déploiement industriel à ce stade Écran sous moteur Treves Granulés de compound à base de pied le lin micronisé PAGE 100 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PANOVEGE Conception et étude de nouveaux matériaux issus des coproduits de matiÚres végétales pour des applications dans le bâtiment et l'emballage 38 CONTEXTE ET ENJEUX Pour répondre à une demande croissante des marchés du bâtiment et de l'emballage pour les panneaux de particules agglomérées, l'entreprise De Sutter FrÚres, seul fabricant de panneaux à base de lin en France, est à la recherche de nouvelles matiÚres premiÚres végétales L'expertise du laboratoire Esitpa dans le domaine des matériaux biosourcés l'a conduit à proposer à De Sutter la valorisation d'un nouveau coproduit de culture : l'écorce de tournesol Ce coproduit est issu d'une culture trÚs rentable et la quantité valorisable est trÚs importante car les cannes de tournesol ne sont pas exploitées actuellement DÉROULEMENT Le projet PANOVEGE comprenait : une phase de recherche finalisée à l'échelle laboratoire, réalisée par l'Esitpa et par le CRT Analyses et Surface (caractérisation du comportement, vieillissement des matériaux) ; une phase d'expérimentation préindustrielle sur la ligne de production de l'entreprise De Sutter FrÚres pour réaliser des prototypes taille réelle des nouveaux panneaux biosourcés Par ailleurs ce projet devait ouvrir la voie d'une filiÚre agricole pour la récolte et la valorisation des cannes de tournesol Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : DE SUTTER FRÈRES ­ SANOPAN (76) [PME] ESITPA ­ UniLaSalle ­ AGRI'TERR (76) [laboratoire public] CRT Analyses & Surface (27) [laboratoire privé] Coût total : 814 k Aide ADEME : 270 k OBJECTIFS Le projet PANOVEGE consistait à démontrer la faisabilité d'un nouveau panneau aggloméré à base d'écorces de tournesol Pour cela, devaient être étudiés : la conception des panneaux (formulation, procédé) ; leurs propriétés physiques (mécaniques, thermiques, tenue au feu et à l'eau,...) ; leur durabilité La commercialisation des nouveaux panneaux biosourcés devant permettre à l'industriel d'augmenter sa production tout en apportant une nouvelle valeur ajoutée à la culture du tournesol Panneaux à base de tournesol à gauche et de lin à droite. RÉSULTATS ET VALORISATION Un premier verrou technique a été levé concernant la séparation des deux fractions constituant la canne de tournesol : l'écorce (utilisée dans ce projet) et la moelle (ressource de trÚs faible densité, valorisable dans d'autres types de matériaux biosourcés innovants) Les premiers résultats issus du projet PANOVEGE sont encourageants : les panneaux agglomérés à base d'écorce de tournesol fabriqués en laboratoire présentent des propriétés physiques au moins égales à celles des panneaux 100 % à base d'anas de lin (tige centrale brisée en petits fragments) Cependant, l'industrialisation n'est pas encore viable économiquement du fait de coûts de transport élevés (éloignement des gisements de tournesol), et de l'absence de filiÚre organisée pour la récolte et le traitement des cannes de tournesol L'utilisation de l'écorce de tournesol dans des matériaux pour le bâtiment reste cependant une voie de valorisation intéressante, à continuer de développer Pour valoriser ces ressources renouvelables dans des matériaux 100 % biosourcés, les recherches vont ainsi s'orienter vers l'élaboration d'une colle biosourcée Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 101 39 ECOMATFIB Écoconception et optimisation multi-objectif de matériaux isolants à base de fibres de bois Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : FINSA France (40) [PME] Université Bordeaux, I2M (33) [laboratoire public] FCBA (38) [centre technique industriel] STEICO Casteljaloux (47) [PME] École Supérieure du Bois (44) [laboratoire public] CNRS, Institut PPrime (86) [laboratoire public] Coût total : 748 k Aide ADEME : 321 k CONTEXTE ET ENJEUX En France, les matériaux isolants biosourcés (à base de fibres végétales ou d'origine animale [ex : plumes de canards]) sont encore peu utilisés dans la construction : en 2012 ils représentaient 5 % du marché des isolants, les principaux isolants restant la laine de verre, le polystyrÚne expansé et la laine de roche Parmi ces nouveaux matériaux, les isolants à base de fibres de bois présentent de fortes potentialités de développement : leurs performances environnementales sont déjà intéressantes (stockage CO 2, procédés peu gourmands en énergie,...) et devraient porter leur part de marché de 2,3 % en 2012 à 10 % en 2020 Cependant ces matériaux isolants à base de fibres de bois restent en moyenne encore deux fois plus coûteux que les isolants à base de laine minérale, dont les performances techniques sont équivalentes voire parfois supérieures OBJECTIFS Les objectifs de ce projet sont d'optimiser les performances techniques, économiques et environnementales des matériaux à base de fibres de bois pour l'isolation afin de les rendre plus compétitifs Pour cela tous les facteurs influents seront étudiés : la matiÚre premiÚre (essences de bois, provenance, conditions de culture... ; les procédés de fabrication et de traitement (voie sÚche ou humide, liants...) ; la structure (fibres, forme, mono ou multicouches,...) les performances techniques (résistance et inertie thermique, propriétés mécaniques, compressibilité, inflammabilité,...) ; la fin de vie des produits finis PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATION La ressource bois et chanvre disponible en aquitaine a été analysée, et toutes les fibres nécessaires au projet ont été produites et caractérisées 33 matériaux différents en termes d'essences, granulométrie et densité apparente, ont été fabriqués et leur caractérisation initiée (compression sous imagerie, propriétés thermiques et mécaniques) Les travaux sur l'optimisation sont en cours Les recherches ont déjà permis de mieux connaitre les relations entre les matiÚres premiÚres, le procédé, la structure et les propriétés nécessaires à la production de matériaux optimisés Sur le plan académique, plusieurs communications et posters, y compris à l'international, ont été effectués (34 e Rencontres Universitaires de Génie Civil de l'AUGC, 17th International Conference on Experimental Mechanics, 19 th ESAFORM Conference on Material Forming, 4th Forum of wood building Nordic, 3rd Conference PTFBPI,...) PAGE 102 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés BLUECOPHA Développement éco-responsable de la production industrielle de PHA à partir de bactérie marine 40 CONTEXTE ET ENJEUX Selon l'European Bioplastics association et l'Institute for Bioplastics and Biocomposites (2013), les capacités globales de production de plastiques biosourcés (tous types confondus) devraient atteindre 6,2 millions de tonnes à l'horizon 2017, soit une multiplication d'un facteur supérieur à 4 par rapport à 2012 Parmi tous les polymÚres biosourcés utilisés pour la fabrication de plastiques, les polyhydroxyalcanoates (PHA), polyesters d'origine bactérienne, sont trÚs prometteurs, tant pour leurs propriétés d'usage que pour leur qualités environnementales Le projet BLUECOPHA, accompagné par le réseau breton des industriels de l'emballage « Breizpack », et celui des acteurs des biotechnologies « Capbiotek », s'inscrit dans ce contexte Il est le fruit d'un travail préliminaire conduit depuis 2009 dans le cadre de deux projets de recherche (Biocomba et PHApack) OBJECTIFS ET DÉROULEMENT Le projet BLUECOPHA vise à valoriser des déchets et coproduits alimentaires, évitant ainsi les concurrences avec les ressources agricoles dédiées à l'alimentation, pour la production de PHA à partir de souches bactériennes d'origine marine Les travaux se déroulent en 3 grandes phases : 1. étude de faisabilité et de mise au point de la production de PHA : approfondissement des connaissances sur les matiÚres premiÚres utilisables, la production des PHA et le développement de méthode pour caractériser les productions ; 2. choix technologiques, écologiques et mise au point de prototypes (validation et impact des procédés pour le changement d'échelle) ; 3. développement d'emballages : évaluation des performances des PHA et de la mise en forme des différents emballages via des essais semi-industriels, vérification de la biodégradabilité et étude de cycle de vie, validation du modÚle économique, etc Si les performances visées aux niveaux technique, économique et environnemental sont atteintes, ce projet pourra aboutir à la mise en place d'une filiÚre locale de production de PHA biosourcés avec création de valeur sur le territoire Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Europlastiques (53) [PME] Triballat (35) [GE] Séché Environnement (54) [GE] CAP OUEST (56) [PME] UBS, LIMATB (56) [laboratoire public] ENSCR (35) [laboratoire public] Coût total : 1 118 k Aide ADEME : 443 k Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 103 41 CAPONE Fibre de Carbone à base de PolyOléfine biosourcée et Nanostructurée pour le marché de l'Éolien Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : EPSILON COMPOSITE (33) [PME] ADERA/CANOE (33) [PME] Université de Bordeaux ­ LCTS (33) [laboratoire public] APESA (33) [centre technologique] Coût total : 988 k Aide ADEME : 367 k CONTEXTE ET ENJEUX Le marché de l'éolien se dirige vers des pales de plus en plus grandes : soit pour des turbines d'une puissance supérieure à 5MW en offshore, soit pour étendre les plages de fonctionnement de turbines de 2MW à 3MW dans des zones dont les vents restent modérés Or la fibre de carbone est typiquement utilisée pour la réalisation des raidisseurs longitudinaux de pales (sparcap) Le marché des composites carbone va donc naturellement enregistrer d'ici 2020 sa plus forte croissance dans le secteur de l'éolien (+ 16 % par an) L'éolien deviendra ainsi le premier secteur utilisateur de fibres de carbone dans les années à venir, devant l'automobile, avec 60 % du marché La principale limitation à l'utilisation du carbone dans l'éolien restant son coût, la filiÚre cherche à identifier des solutions de fibres économiques, d'abord pour l'éolien « standard » (pour des piÚces composites actuellement déjà renforcées par des fibres de carbone), puis à moyen terme pour l'éolien off-shore/on-shore de grande dimension, ou même le marché des piÚces de carrosserie ou de structure automobile (traverse, longeron, berceau, renfort de tunnel, élément de porte, plancher, passage de roue...) une réduction de coût de 25 % comparé à celui de la fibre de carbone obtenue à partir de PAN (polyacrylonitrile) textile, actuellement la moins chÚre du marché ; des performances mécaniques conformes aux spécifications attendues par le marché de l'éolien, c'est-à-dire comprises entre celles de la fibre de carbone à base de lignine pure et celle de la fibre de carbone HR ex PAN textile ; un compromis optimal en termes de coût du précurseur, de processabilité de la fibre, de rendement de carbonisation, de cristallisation et de propriétés mécaniques de la fibre de carbone ; montrant des performances environnementales intéressantes notamment grâce à l'utilisation de matiÚres premiÚres d'origine renouvelable DÉROULEMENT Les principales étapes du projet sont : la création d'un compound prêt-à-l'emploi de précurseur lignine/polyéthylÚne biosourcé dopé par des matériaux nanocarbonés d'origine biosourcée, additivé par des polymÚres fonctionnels et adapté au procédé de filage et de carbonisation de la fibre de carbone ; la mise au point d'un procédé de filage du mélange de précurseur biosourcé par voie fondue, respectueux de l'environnement, notamment sans solvant ; la mise au point d'un procédé de stabilisation/oxydation et de carbonisation permettant une réduction des coûts énergétiques et du temps de cycle de fabrication ; la fabrication d'un démonstrateur pultrudé carbone répondant aux exigences du marché de l'éolien (coût, performances, constance, contrÃŽle qualité) OBJECTIFS Le projet CAPONE vise à développer une nouvelle fibre de carbone bas coût pour le marché de l'éolien, obtenue à partir d'un mélange de précurseur lignine/polyéthylÚne biosourcé et dopé par un matériau nanocarboné d'origine biosourcée (nanotube de carbone, graphÚne, nanocellulose) Plus précisément, la fibre de carbone recherchée devra présenter : PREMIERS RÉSULTATS Les premiers travaux de formulation du précurseur ont porté sur la mise en compatibilité de la lignine et du polyéthylÚne biosourcé au moyen d'additifs à base de polymÚres fonctionnels La ligne pilote de carbonisation qui permet de carboniser de façon continue les fibres de précurseur est opérationnelle depuis mai 2016 PiÚce composite pour pale d'éolienne PAGE 104 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés BIP COLZA Bétons Industriels Préfabriqués à base de granulats de paille de COLZA 42 CONTEXTE ET ENJEUX Le secteur du bâtiment représente 10 % du PIB mondial, et pointe à la premiÚre place économique en France avec 1,4 millions de salariés directs Sa contribution aux objectifs et engagements nationaux et internationaux de réduction des émissions de CO 2 peut prendre deux formes principales : la réduction des émissions liées à la production de matériaux de construction d'une part et l'amélioration des performances énergétique des bâtiments d'autre part Au cours des derniÚres années, de nombreux projets ont permis l'émergence de matériaux biosourcés pour la construction et la rénovation Cependant cette filiÚre s'est relativement peu industrialisée, et les produits disponibles s'avÚrent encore assez rares et chers Par ailleurs, la paille de colza est une ressource trÚs abondante, éligible à la transformation en granulat biosourcé utilisable dans des systÚmes industriels compétitifs OBJECTIFS Ce projet envisage le développement de produits industriels préfabriqués, isolants thermiques et isolants porteurs, en bétons de colza S'il existe quelques produits de construction de type béton biosourcé, leur présence sur le marché reste marginale La massification de l'utilisation de ces matériaux ne pourra se faire que via l'industrialisation de certains procédés Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : NOVHISOL SA (80) [PME] CoDEM Picardie (80) [association ­ centre technique] Laboratoire des Technologies Innovantes ­ UPJV (80) [laboratoire public] COOPENERGIE (80) [association ­ Union de Coopératives Agricoles] Coût total : 660 k Aide ADEME : 320 k DÉROULEMENT Trois types de produits seront developpés : blocs de bétons (parpaing) isolants ; blocs de bétons isolants porteurs ; panneaux préfabriqués autoporteurs en bétons de colza Pour cela il sera notamment indispensable de : caractériser les gisements de granulats de colza afin de satisfaire à un cahier des charges industriel tanttechnique,environnemental,qu'économique ; développer et caractériser des formules de bétons intégrant ces granulats ; élaborer des séries prototypes, nécessaires au développement de projets démonstrateurs intégrant ces nouveaux matériaux au cadre bâti tant en construction neuve qu'en rénovation PiÚce composite pour pale d'éolienne Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 105 43 BOPA Panneaux sandwiches Oméga Biosourcés pour l'Aéronautique (Biosourced Omega Panels for Aircrafts) Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : VESO concept (31) [PME] Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (31) [laboratoire public] CIRIMAT (31) [laboratoire public] Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (31) [laboratoire public] Coût total : 664 k Aide ADEME : 321 k CONTEXTE ET ENJEUX Le secteur aéronautique se voit imposer de nombreuses réglementations visant la réduction des gaz à effet de serre Ainsi, au niveau européen, the Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe (ACARE) a présenté les objectifs à atteindre en 2050 sur le plan environnemental dans son rapport « Flightpath 2050 » : réduire les émissions de CO 2 de 75 %, de NOx de 90 % et le bruit de 65 % Afin d'atteindre ces objectifs, les industriels se tournent vers des matériaux composites, plus légers que les matériaux métalliques Les matériaux composites à base de fibres naturelles sont une option intéressante, puisque la densité et le bilan carbone des fibres naturelles sont inférieurs à ceux de la fibre de verre (pour le lin par exemple : 1,3 kg CO 2/kg de fibres produite, contre 2,1 CO 2/kg pour la fibre de verre, ou 5 CO 2 /kg pour l'aluminium) Le remplacement de la fibre de verre par des fibres de lin permettrait, non seulement, des gains considérables en termes de réduction d'émissions de CO2, mais aussi une réduction des NOx et des économies de carburant grâce à l'allégement des avions. En effet, dans un avion civil, la masse des parties intérieures (aménagement cabine) est estimée à 6 tonnes, dont 4 tonnes environ faites de panneaux sandwiches : le remplacement de ces panneaux classiques par des panneaux sandwiches biosourcés engendrerait un gain de poids de 25 %, ce qui permettrait d'économiser 3 millions d'euros en carburant sur la durée de vie de l'appareil biosourcée Le développement du composite s'effectuera selon une démarche d'éco-conception Le panneau éco-conçu répondra au cahier des charges des industriels, domaine dans lequel Airbus apporte son concours au projet (lauréat 2015 de l'appel à idée Airbus-Aerospace Valley) : procédés, poids, isolation acoustique et thermique, tenue mécanique, comportement à l'impact, tenue au feu, etc) Enfin, ce projet devrait permettre à la société partenaire VESO concept de lancer sa production de panneaux et de créer 5 emplois à l'horizon 2020, tout en consolidant le développement de la filiÚre lin française par de nouveaux débouchés à l'international DÉROULEMENT Le projet suivra les phases suivantes : travaux sur la substitution des matiÚres utilisées actuellement dans les panneaux de type GLARE et issues de ressources fossiles (fibre de verre, d'aramide, aluminium) par des fibres de ressources renouvelables, à commencer par le lin ; identification de la matrice (résine + durcisseur) thermodurcissable (biosourcée si possible) la plus adaptée pour le renfort à base de lin ; optimisation de l'adhérence entre le renfort et la matrice de façon à limiter le recours aux prétraitements des fibres (si des prétraitements devaient être mis au point, ils devraient être respectueux de l'environnement) ; optimisation du procédé d'assemblage du panneau sandwich pour faciliter sa transposition à l'échelle industrielle et réduire la toxicité de mise en oeuvre pour l'opérateur (en limitant les COV notamment) OBJECTIFS L'objectif global de ce projet est de produire un panneau structurel sandwich innovant, qui grâce à son architecture et sa composition, affichera un poids de 25 % inférieur aux panneaux actuels Dans l'aéronautique, ce panneau pourra ainsi servir en tant que plancher ou comme cloison murale, en remplacement de panneaux de type GLARE (Glass Laminate Aluminium Reinforced Epoxy) ou d'autres types en fibres de verre Le panneau développé sera biosourcé avec des fibres de lin (plante à fort rendement et faible taux d'intrants) et une matrice à base de résine époxy de préférence Concept panneau PAGE 106 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés ELASTOIL Huiles de dilution renouvelables issues de ressources oléagineuses pour les formulations de mélanges d'élastomÚres 44 CONTEXTE ET ENJEUX L'industrie de transformation du caoutchouc contribue à la fabrication de piÚces techniques répondants à des cahiers des charges extrêmement complexes, des spécifications, des normes, exigeant un large ensemble de propriétés : comportement aux températures d'utilisation ; inertie vis-à-vis des fluides agressifs et des produits chimiques ; résistance à l'ozone et aux intempéries ; propriétés mécaniques (rupture, déchirement, abrasion, etc)... Or il est souvent compliqué de satisfaire simultanément un ensemble de propriétés parfois incompatibles, tout en respectant le rapport qualité/prix lié à l'utilisation envisagée L'industrie de la transformation du caoutchouc et des élastomÚres utilise de nombreuses matiÚres premiÚres : des élastomÚres bruts, mais aussi des charges (noirs de carbone, silice...), des plastifiants, des agents de protection (anti-oxydant, anti-UV...) et des agents de vulcanisation (soufre, peroxyde...) Parmi les additifs utilisés, les plastifiants (ou huiles de dilution) représentent une part importante de la formulation (jusqu'à 30 % en poids) Les plastifiants et huiles de dilution sont essentiellement des dérivées du pétrole dont certaines présentent une toxicité avérée (teneur élevée en HAP) ayant conduite à la mise en place d'une nouvelle réglementation (directive européenne) Les industriels du secteur sont donc désireux de disposer de nouvelles huiles de dilution non toxiques, disponibles, et de préférence biosourcées OBJECTIFS Le projet ELASTOIL ambitionne de développer de nouvelles huiles de dilution d'origine renouvelable, non-toxiques et potentiellement disponibles tout en garantissant un gain de performances des formulations d'élastomÚres au niveau technique et environnemental Les objectifs sont donc multiples : remplacer les huiles issues du pétrole par des huiles de dilution issues de corps gras ; améliorer sensiblement les propriétés des matériaux formulés à l'aide de ces nouveaux additifs ; étudier la viabilité technico-économique des huiles de dilution développées à partir de productions pilote et semi-industrielle ; analyser les aspects environnementaux de la production et de l'utilisation potentielle des huiles de dilutions les plus performantes Des coproduits de l'huilerie européenne, insuffisamment valorisés dans des applications industrielles seront utilisées La valorisation de déchets tels que les huiles alimentaires usagées sera également abordée Cette stratégie facilitera la structuration d'une filiÚre Française de valorisation de coproduits en molécules biosourcées innovantes Plusieurs clients d'EMAC ont été contactés et ont donné un retour positif sur la possibilité de tester des formulations optimisées durant le projet Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : EMAC (64) [PME] Institut des Corps Gras ­ ITERG (33) [centre technique] LCPO (33) [laboratoire public] Coût total : 802 k Aide ADEME : 288 k Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 107 45 RIGHTLAB Ouverture de nouveaux marchés matériaux pour le chanvre par la maîtrise en situation industrielle (du champ au défibrage) des qualités de chanvre rouis Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : La ChanvriÚre (10) [Coopérative agricole] Fibres Recherche Développement (10) [PME] Université Bretagne Sud ­ IRDL (56) [laboratoire public] INRA (51) [laboratoire public] Coût total : 1,1 M Aide ADEME : 468 k CONTEXTE ET ENJEUX Afin de satisfaire une demande croissante en matériaux performants et éco-conçus, l'utilisation du chanvre, et plus particuliÚrement des fibres de chanvre, constitue une réelle opportunité Premier producteur européen, la France possÚde un gros potentiel industriel dans la valorisation de cette plante Aujourd'hui principalement utilisées en papeterie, ces fibres possÚdent des propriétés d'intérêt exceptionnelles pour de nombreuses applications à forte valeur ajoutée pour des marchés divers (piÚces thermoplastiques à base de non-tissés, piÚces injectées à base de fibres, textile...) Toutefois, l'accÚs à ces marchés majeurs nécessite une matiÚre premiÚre (les fibres) de qualité, répondant à un cahier des charges strict, impliquant la transformation des pailles avant le défibrage appelée « rouissage » Effectuée aujourd'hui dans les champs, en laissant les pailles sur le sol pendant plusieurs semaines, cette étape reste trÚs empirique, difficilement contrÃŽlable, et méconnue pour le chanvre (contrairement au lin) Il est ainsi trÚs difficile non seulement pour les producteurs de chanvre de fournir des pailles avec un niveau de rouissage maîtrisé, mais aussi pour les chanvriÚres d'anticiper les qualités et les volumes disponibles pour telle ou telle application Une situation totalement incompatible avec les logiques économiques et contractuelles des industriels Le développement de nouveaux marchés pour le chanvre implique ainsi la capacité de mesurer objectivement les taux de rouissage afin de gérer/organiser la qualité des pailles selon les applications visées. DÉROULEMENT Le consortium étudiera les relations entre le rouissage des pailles de chanvre aux champs et les propriétés clés des fibres issues des cahiers des charges « fibres rouies » des marchés applicatifs cibles Cette stratégie inclut un suivi du rouissage sur le terrain au travers de mesures de différents paramÚtres Compte tenu de la finalité du projet, une attention particuliÚre sera apportée sur la complexité des méthodes utilisées et leur déploiement potentiel dans un dispositif de terrain Techniquement il s'agira de : étudier et qualifier (méthodes spectrométriques, chimiques, physico-chimiques et mécaniques) les pailles de chanvre rouies aux champs ; caractériser et qualifier les fibres en vue de relier leur qualité à un degré de rouissage : impact du rouissage sur le fractionnement des pailles, méthode de mesure de la cohésion des éléments fibreux avec les autres constituants des tiges, caractérisations morphologiques, physico-chimiques et mécaniques ; valider au niveau applicatif la qualité des fibres rouies via la fabrication de semi-produits ; identifier les indicateurs de mesure du niveau de rouissage et définir un cahier des charges de l'outil permettant leurs mesures sur le terrain (incluant une base de données globale associant l'ensemble des données de caractérisation générées à partir des pailles aux champs, des fibres extraites jusqu'aux matériaux finis) ; réaliser une Analyse de Cycle de Vie du rouissage aux champs du chanvre OBJECTIFS Le projet a pour objectif principal la création d'un outil d'aide à la décision, basé sur des indicateurs fiables et pertinents du niveau de rouissage des pailles et des fibres de chanvre Tiges chanvre rouies (foncées) et non rouies PAGE 108 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés IBIS Isolants biosourcés pour la rénovation du bâti ancien 46 CONTEXTE ET ENJEUX Le bâti ancien est une source importante de déperdition énergétique Les constructions antérieures à 1950 présentent par ailleurs des contraintes architecturales (esthétiques et techniques) pas toujours compatibles avec les matériaux isolants habituels, avec un impact environnemental souvent insatisfaisant Des mortiers isolants biosourcés ont été développés ces derniÚres années mais leur diffusion se fait pour le moment avec difficulté, pour des raisons diverses (coûts liés à des investissement lourd du matériel de mise en oeuvre, produits non certifiés et absence de garantie de durabilité, délais de durcissement et performances thermiques non optimisées) Il sera ainsi possible de réduire la consommation énergétique et les émissions de CO2 du bâti ancien, d'améliorer le bilan environnemental des rénovations tout en améliorant le confort des habitants À l'échelle de la filiÚre, les artisans façadiers pourront ajouter la projection de l'isolant à leurs prestations de rénovation IBIS contribuera également à la pérennité des emplois générés dans les filiÚres végétales (chanvre et plus généralement dans les filiÚres granulats végétaux) Le projet vise aussi une dimension sociale puisque le rapport qualité/prix des produits conçus devra permettre à des ménages modestes de réduire leur budget chauffage Enfin, grâce à la présence internationale du partenaire ParexGroup, aprÚs un premier terrain d'application en France, le concept pourra être étendu dans d'autres pays. Appel à projets : PIA 2013 Partenaires : ParexGroup (92) [GE] ENTPE (69) [laboratoire public] ESITPA (76) [laboratoire public] Coût total : 4,4 M Aide ADEME : 2 M OBJECTIFS Le projet IBIS a pour ambition la conception de solutions d'isolation biosourcées durables, économiques et à faible impact environnemental, pour la rénovation des constructions antérieures à 1950 Il s'agit en particulier de développer à l'échelle industrielle, et jusqu'à son application sur chantier, une filiÚre pérenne de mortiers composites isolants biosourcés mis en oeuvre par projection en voie humide pour l'isolation en intérieur ou extérieur, en garantissant leurs performances énergétiques et acoustiques AprÚs application PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS L'originalité de la formulation développée dans le projet IBIS permet la projection par voie humide d'un mortier biosourcé en couches de 3 à 5 cm successives (recouvrabilité de 24h) à l'aide d'une machine de façadier Les performances thermiques garanties sur chantier sont de 0,075 W/mK et la couche continue de mortier permet de traiter l'étanchéité à l'air du bâtiment Ses propriétés hygrothermiques améliorent par ailleurs le confort d'été La performance au global ne se limite donc pas à la valeur de conductivité thermique Les murs du bâti ancien présentent une bonne inertie et du fait de leur forte épaisseur, un complément d'isolation permet d'atteindre des niveaux tout à fait convenables Les tests de vieillissement accélérés, les évaluations des performances thermiques et les simulations de performances ont été réalisées pour des épaisseurs de 10 cm Dans ces conditions, l'application de mortier biosourcé IBIS permet de diminuer de maniÚre trÚs significative le flux de chaleur U dÚs les premiers centimÚtres d'épaisseur Deux prototypes ont pu être développés et déjà testés sur une premiÚre phase de chantiers Ils amÚnent des performances similaires: Un mortier à base de « Chênevotte label bâtiment » mis en oeuvre avec une pompe à mortier du type B100 de BUNKER Un mortier à base de Chênevotte fine mis en oeuvre avec une pompe à façadier classique (matériel utilisé par les façadiers) Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 109 47 ENAFILIA Enhanced Natural FIbers for Lite Interior Automotive (Fibres naturelles avancées pour les habitacles automobiles) Appel à projets : PIA 2015 Partenaires : Faurecia (60) [GE] APM ­ Automotive Performance Materials (21) [PME] FRD (10) [PME] Mines AlÚs (31) [laboratoire public] Coût total : 8 M Aide ADEME : 4,1 M CONTEXTE ET ENJEUX Les trois quarts de la consommation de carburant d'un véhicule sont directement liés à son poids, ainsi l'allÚgement des véhicules est naturellement devenu l'un des objectifs majeurs des constructeurs automobiles Dans son activité, FAURECIA est le premier utilisateur de matiÚres thermoplastiques en Europe La part de matiÚre plastique dans le prix de ses produits étant de l'ordre de 50 %, la compétitivité du groupe est donc directement liée au prix de la matiÚre FAURECIA, en partenariat avec la société APM, a déjà développé une matiÚre composite biosourcé recyclable permettant un allégement jusqu'à 25 % par une optimisation d'architecture et la diminution de la densité intrinsÚque du matériau : le NAFILean (pour Natural FIber for Lean design) matiÚres plastiques d'usage dans le domaine de l'intérieur véhicule Les produits ciblés sont les composants plastiques de la planche de bord, de la console centrale et des panneaux de portes Le projet permettra d'étendre significativement l'utilisation de composants à base de fibres végétaleset de générer un gain de masse jusqu'à 3 kg sur un périmÚtre de 15 kg (avec en association, une réduction des émissions de CO 2 de 0,3 g/km et une réduction de l'empreinte environnementale jusqu'à 25 %) Il sera également nécessaire de structurer une filiÚre d'approvisionnement en fibres végétales techniques pour piÚces injectées d'envergure internationale (valorisation jusqu'à 25 000 tonnes de fibres végétales à l'échelle mondiale) DÉROULEMENT Trois nouvelles matiÚres techniques allégées seront développées Deux démonstrateurs à partir des matiÚres développées seront réalisés : une planche de bord (insert de corps de planche haut de gamme et conduits d'air dans un cas et corps de planche grainé, façade et conduits d'air dans un autre cas) ; un panneau de porte avec un porteur grainé OBJECTIFS Le consortium désire, sur la base du concept NAFILean et via de nouvelles technologies, franchir une nouvelle étape en développant de nouvelles matiÚres afin de substituer jusqu'à 90 % des matériaux plastiques utilisés dans l'intérieur automobile Elles devront être transformables par des procédés traditionnels d'injection et présenter un prix compétitif avec les PAGE 110 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 111 projets 3 VALORISATION EN FIN DE VIE 0,78 M d'aide de coût total Prévention, réemploi, recyclage, autre valorisation, puis élimination : voici l'ordre de préférence, du point de vue environnemental, établi par l'Union européenne (directive 2008/98/EC) pour le traitement des déchets. Lorsque le réemploi est exclu, et afin d'éviter au maximum l'élimination (incinération sans valorisation énergétique ou enfouissement), plusieurs options de fin de vie peuvent se présenter pour les produits, biosourcés compris, en fonction de leurs propriétés : le recyclage mécanique ou chimique (solvolyse, hydrolyse...) la valorisation ou recyclage organique (biodégradation/compostage, méthanisation), uniquement pour ceux dont les propriétés le permettent ; l'incinération avec valorisation énergétique DÚs la conception d'un produit biosourcé ou non, il est important d'étudier les options permettant la valorisation en fin de vie la plus pertinente en fonction de ses propriétés (recyclabilité, biodégradabilité, pouvoir calorifique...), de ses utilisations, ainsi que des filiÚres qu'il pourra emprunter, dans un but d'économie circulaire On pense souvent à tort que les produits biosourcés sont également biodégradables, mais cela est loin d'être systématique avec par exemple le polyéthylÚne (PE) biosourcé qui n'est absolument pas biodégradable Cependant, si beaucoup de produits biodégradables sont également (partiellement ou totalement) biosourcés (ex : acide polylactique ­ PLA), certains sont aussi d'origine fossile (ex : PolyButyrate Adipate Téréphtalate ­ PBAT) Il est important de noter que la grande majorité des objets biodégradables et/ou compostables ne le sont qu'industriellement (encadré par la norme EN13432 pour les emballages), au sein de plates-formes de compostage dédiées et dans des conditions précises et contrÃŽlées de température et d'humidité, etc Quelques-uns peuvent être également biodégradables et/ ou compostables en composteur domestique (encadré par la norme NF T 51800 pour les plastiques) Enfin, l'ADEME rappelle que l'appellation biodégradable, compostable ou plus généralement dégradable ne peut en aucun cas être prétexte à l'abandon du produit dans la nature. Ainsi, afin de développer davantage de connaissances sur la valorisation des produits biosourcés en fin de vie, l'ADEME participe au financement de projets sur le recyclage des matériaux biosourcés (chutes de production, en fin de vie) ou encore sur la biodégradabilité de certains s'ils en présentent les propriétés (compostage, écotoxicité, pouvoir fertilisant...) 3 projets sur la valorisation en fin de vie des matériaux biosourcés ont été aidés entre 2008 et 2015 dans le cadre de l'appel à projet BIP pour 780 k 1,6 M PAGE 112 Produits biosourcés ­ Valorisation en fin de vie BIOPLASTOX Évaluation de la dégradation et de l'écotoxicité de matériaux d'emballage en plastique biodégradables en compostage industriel 48 CONTEXTE ET ENJEUX La part mondiale de polymÚres biodégradables en compostage industriel a décuplé entre 2000 et 2005 (passant de 0,03 % à 0,3 %) Cependant l'innocuité de ces produits en pleine expansion sur le marché était encore à vérifier 1 OBJECTIFS Il s'agissait d'une part de compléter les informations déjà connues par la communauté scientifique sur la biodégradation et l'impact environnemental des polymÚres biodégradables (selon la norme EN13432 2)3 introduits dans un compostage de déchets verts. D'autre part l'écotoxicité du compost obtenu a été évaluée avec plusieurs bio-indicateurs de différents niveaux trophiques (position dans la chaine alimentaire) ainsi que l'impact de son usage en culture maraichÚre Appel à projets : BIP 2011 Partenaires : RITTMO Agroenvironnement (68) [centre de ressource technologique] CRITT Matériaux Alsace (67) [centre de ressource technologique] Coût total : 294 k Aide ADEME : 147 k RÉSULTATS ET VALORISATION Des difficultés ont été rencontrées pour suivre les dégagements de CO2 et le compostage (pilotes de 6L), en partie dues à l'absence d'apport externe de chaleur (pour laisser le procédé biologique se mettre en place seul). De plus, les quantités importantes de matériaux apportées (bien supérieures aux 1 % en masse humide préconisés dans la norme) ont pu, dans certains cas, perturber physiquement le procédé de compostage, par exemple en perturbant les flux d'air dans les pilotes. Le projet a néanmoins pu apporter des éclairages significatifs Le procédé de compostage (température et flore bactérienne) ne semble pas impacté par l'apport des plastiques biodégradables L'analyse des condensats n'a pas mis en évidence de différence majeure du fait de la présence des sacs de collecte L'analyse des composts indique que la biodégradation de polymÚres a bien eu lieu mais s'est produite à des stades différents : si l'amidon présent dans les sacs de collecte a pu être digéré lors du compostage, d'autres composés, notamment ceux appartenant à la famille des polyesters, semblent se décomposer à des vitesses différentes donnant lieu à la présence de composés organiques de nature chimique variée L'évaluation de l'écotoxicité des composts sur les bioindicateurs terrestres (plantes, vers de terre, champignons et bactéries nitrifiantes) a montré des effets biologiques faibles qui ne peuvent pas être considérés comme écotoxiques vis-à-vis des organismes exposés De plus, aucun effet génotoxique n'a été mesuré, quel que soit l'échantillon testé En culture maraichÚre, l'apport des composts, obtenus en compostage industriel, n'a pas eu d'effet négatif sur la croissance des cultures (à l'exception de la diminution du nombre de gousses de haricots aprÚs 56 jours de culture) En conclusion, dans les conditions expérimentales de cette étude, la présence des emballages étudiés n'a pas eu d'effet marquant sur le procédé de compostage et l'écotoxicité des composts D'autre part, la comparaison des résultats obtenus avec la norme EN 13432 a montré que, même si ces deux produits sont bien biodégradables en compostage industriel d'aprÚs la norme (minéralisation quasi totale du carbone et désintégration), les matériaux sont encore tout à fait identifiables aprÚs un compostage industriel dans des conditions réelles de température et d'exposition des matériaux 123 1 L'ADEME rappelle que les appellations « biodégradable », « compostable » ou plus généralement « dégradable » ne peuvent en aucun cas être prétexte à l'abandon du produit dans la nature 2 La norme EN 13 432 encadre les caractéristiques des emballages valorisables en fin de vie par compostage et biodégradation en milieu industriel (plateformes industrielles de compostage) 3 Dans ce projet, « plastique biodégradable » réfÚre systématiquement à la norme EN 13 432, donc biodégradable en milieu industriel, où les conditions de biodégradation sont contrÃŽlées (humidité, température, retournements, etc) Exemple : la température à l'intérieur des andains atteint 70°C, dans un composteur individuel, seulement 20-25°C lorsque le compost est fait selon les rÚgles de l'art Produits biosourcés ­ Valorisation en fin de vie PAGE 113 49 ENOLIBIO Composites biosourcés et fin de vie CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : BIP 2011 Partenaires : AG Plast (01) [PME] IPC (01) [centre technique industriel] ARMINES AlÚs (30) [laboratoire public] PELLENC ST (84) [GE] Coût total : 640 k Aide ADEME : 328 k AprÚs plusieurs années de développement, des composites biosourcés sont aujourd'hui disponibles sur le marché, pour des applications concrÚtes dans l'automobile, l'emballage, l'ameublement ou encore les sports et loisirs Cependant le traitement en fin de vie de ces matériaux n'est encore pas clair et de nombreuses questions restent sans réponses. Quelle orientation « fin de vie » est la plus avantageuse pour ces matériaux ? Quelles sont les solutions applicables ? DÉROULEMENT Trois familles de composites biosourcés ont été sélectionnées parmi les plus représentatives des produits commerciaux actuels ou à venir dans les prochaines années : des composites à matrices biosourcées (acide polylactique, PLA) ou non (polypropylÚne, PP) renforcées par des fibres de verre ; des composites à matrices biosourcées (polyamide 11, PA11) renforcées par des fibres végétales (lin, chanvre) ; des composites à matrices non biosourcées (polypropylÚne, PP ; polyéthylÚne, PE ; polychlorure de vinyle, PVC) renforcées de fibres végétales (lin, chanvre, farines et fibres de bois) Le choix de ces matériaux s'est fait en référence aux deux secteurs industriels dans lesquels les composites biosourcés sont présents, à savoir le secteur du bâtiment (avec essentiellement les bois composites) et celui de l'automobile (avec des piÚces d'intérieur) Trois scénarii de fin de vie de ces composites biosourcés ont été évalués et comparés : la régénération matiÚre en intégrant des opérations préalables de tri des composites ainsi que la dégradation éventuelle des propriétés des matériaux au cours de cycles de transformation successifs ; le compostage individuel et industriel pour les composites à matrice PLA uniquement ; l'incinération en vue d'une valorisation énergétique des composites OBJECTIFS Ce projet s'inscrit donc dans une démarche d'économie circulaire en ayant pour objectif d'apporter des éléments permettant d'éclairer les choix de gestion de ces produits en fin de vie Son but est de fournir les éléments nécessaires à la constitution d'une analyse de cycle de vie comparée de différents composites biosourcés ciblés, en quantifiant entre autres les principaux impacts sur les ressources, le changement climatique, la santé humaine et la qualité des écosystÚmes RÉSULTATS ET VALORISATION L'analyse de cycle de vie qui a été menée de maniÚre complÚte pour les composites biosourcés PP/farine de bois 70/30 et le PLA/fibres de lin 80/20 a montré que le scénario de régénération matiÚre permettait de minimiser les impacts environnementaux du traitement de fin de vie de ces composites biosourcés L'incinération est ensuite l'option préférable La présence de renforts naturels ou la biodégradabilité de la matrice ne semble donc pas modifier cette tendance En ce qui concerne le tri préalable à l'étape de régénération, l'étude a montré sa robustesse en se basant sur du tri par proche infrarouge, en particulier pour les composites biosourcés à matrice PP, PE et PVC, que ceux-ci soient vieillis ou non Le potentiel de régénération aprÚs tri a été évalué aprÚs des cycles de vieillissement mécanique (matériau subissant jusqu'à 5 cycles successifs de transformation) et des cycles de vieillissement environnemental (naturel et artificiel) Il a été mis en évidence une « régénération » des performances mécaniques aprÚs retransformation des composites biosourcés vieillis et ce que quel que soit le vieillissement et quel que soit le composite Observations visuelles du vieillissement artificiel PAGE 114 Produits biosourcés ­ Valorisation en fin de vie RECYTAL Étude des voies de valorisation des chutes de production de composites biosourcés thermocomprimés dans l'industrie automobile 50 CONTEXTE ET ENJEUX L'industrie automobile cherche à aller de plus en plus loin dans la réduction de l'empreinte environnementale durant les phases d'utilisation mais aussi de production et de fin de vie de ses véhicules Cela passe par une évolution significative des matériaux utilisés pour leur fabrication En 2012, la production européenne de non-tissés en fibres naturelles à destination de la thermocompression automobile était évaluée à 10,8 kT/an (source Nova Institut) et le taux de chutes générées par les équipementiers de rang 1 s'élevait à 25 % (source EcoTechnilin), ce qui représente une quantité de déchets de 2,7 kT par an Or ces déchets de production trÚs volumineux ne peuvent être revalorisés car ils ne rentrent pas dans les circuits classiques de recyclage : ils sont des combinaisons de plusieurs matériaux polluant les lignes de recyclage classiques Le coût de traitement de ces chutes est inévitablement répercuté sur le prix des piÚces De plus, d'un point de vue réglementaire, la mise en décharge des déchets est pénalisée, et la revalorisation en matiÚre premiÚre recyclée privilégiée par l'Europe Enfin, la Directive 2000/53/CE sur les véhicules hors d'usages (VHU) impose un taux de 95 % de réutilisation et de valorisation avec un taux minimum de 85 % de réutilisation et de recyclage depuis 2015 Afin de palier à l'ensemble de ces freins pouvant limiter l'utilisation, le développement et la pérennisation des non-tissés dans l'automobile, il apparait absolument nécessaire de travailler sur le recyclage de ces chutes de production OBJECTIFS Le projet RECYTAL a pour premier objectif de mettre en place une filiÚre de récupération et de tri des chutes de fabrication venant des différentes usines des équipementiers de rang 1, afin de les orienter vers la fabrication de non-tissés et/ou de compounds (matériau composite semi-fini) Le consortium a pour but de valoriser au moins 50 % des déchets de fabrication Le deuxiÚme objectif consiste à développer une formulation économiquement et techniquement viable pour la fabrication de semi-produits incorporant des chutes de fabrication Deux voies de revalorisation de ces chutes seront étudiées et développées : la premiÚre voie consiste à les réincorporer dans de nouveaux non-tissés destinés à l'automobile La seconde consiste à fabriquer des granulés d'injection qui pourront être utilisés pour la fabrication de piÚces plastiques Ce travail devrait déboucher sur une baisse de l'ordre de 10 % du prix de revient du produit final à iso performances Enfin, une analyse de cycle de vie sera effectuée afin d'évaluer la pertinence environnementale des solutions développées Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : EcoTechnilin (76) [PME] APM (21) [PME] Université Bretagne Sud ­ IRDL (56) [laboratoire public] Coût total : 693 k Aide ADEME : 306 k Portiere PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS Une corrélation a pu être établie entre la densité des chutes et le diamÚtre de broyage adapté à leur réincorporation dans les non-tissés Ainsi, à l'avenir, cela permettra de cibler rapidement à quelle granulométrie une chute doit être broyée Des premiers essais sur ligne ont été réalisés et ont permis de vérifier la faisabilité du process de réincorporation des chutes (10 à 50 %) Jusqu'à 30% de chutes incorporées, la technologie testée permet d'obtenir des non-tissés adaptés aux exigences client L'incorporation de chutes à différents taux à l'intérieur des non-tissés a permis également d'étudier les propriétés mécaniques en flexion des différents complexes formés : il n'y a pas de dégradation mécanique par rapport à un non-tissé standard jusqu'à 30 % de chutes (en masse) Produits biosourcés ­ Valorisation en fin de vie PAGE 115 PROJETS PAR ORDRE ALPHABÉTIQUE ACTRAFERM 49 AFAC 36 AFFAM 26 ALGORAFF 70 ALGOSTEP 52 APG 2G 76 AUTOFLAX 100 BIOBAT 93 BIOBUTTERFLY 85 BIOBUTYRIQUE 66 BIOCER 94 BIOCOAT 75 BIOCOPOL 83 BIOFLUX 32 BIOHEALTH 28 BIOMA + 86 BIOPAINT 71 BIOPLASTOX 113 BIOPROCHEMBB 79 BIOSURF 81 BIOTFUEL 58 BIOVANILLIN 77 BIP COLZA 105 BLUECOPHA 103 BOPA 106 CAB-QAI 39 CAPONE 104 CARBIOVAL 50 CBTHP2E 16 CELLULECT 56 CERACENDRES 17 CESBIC 55 CHAMPROBOIS 34 CIMENTALGUE 54 CREABIOM 95 DAPUBS 67 DEINOCHEM 87 ECO-C-REAL 74 ECOMATFIB 102 ECOMEMBRANE 90 ELASTOIL 107 EMIPAR 25 EN-PME-TEST 42 ENAFILIA 110 ENOLIBIO 114 EPOS 80 ESPACE BOIS 35 F3 27 FIBERFUEL 57 FILTEXCOL 96 FLEXOFIB 97 FURACHEM 73 GABOREC 19 GAYA 59 GAZEOTHERM 24 GLYVALACR 64 HEMICELL 84 IBIS 109 IDENTECH 37 ISOLVEGE 3D 91 LIGBIO 82 MIDIPER 47 PAGE 116 NAPAPI 63 NOTILIB 89 OPTI SCREEN 20 ORENOX 15 PANOVEGE 101 PEREN2BOIS 43 POLYBIOM 21 POLYPLAST 99 PREPABOIS 40 PREPILPAT 48 PROLUB 69 QAI ARVE 41 QUALICOMB 38 RAFFIBLE 65 RECYTAL 115 REVA COPPA 72 RICHARB 92 RIGHTLAB 108 SERECO 18 SIMBIOSE 14 SOLALE 51 SOLVCOV 78 SURFACT'ALG 68 TACFEP 33 TURMIQUE 13 VALOCENDRES 22 VASCO2 53 VEGECOMP 98 WACER 23 WOODUCT 31 BIOMASSE ÉNERGIE BIORAFFINERIE/ BIOCARBURANTS PRODUITS BIOSOURCÉS PAGE 117 LES COLLECTIONS DE L'ADEME L'ADEME EN BREF L'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie (ADEME) participe à la mise en oeuvre des politiques publiques dans les domaines de l'environnement, de l'énergie et du développement durable. Elle met ses capacités d'expertise et de conseil à disposition des entreprises, des collectivités locales, des pouvoirs publics et du grand public, afin de leur permettre de progresser dans leur démarche environnementale. L'Agence aide en outre au financement de projets, de la recherche à la mise en oeuvre et ce, dans les domaines suivants : la gestion des déchets, la préservation des sols, l'efficacité énergétique et les énergies renouvelables, la qualité de l'air et la lutte contre le bruit. L'ADEME est un établissement public sous la tutelle conjointe du ministÚre de l'Environnement, de l'Énergie et de la Mer et du ministÚre de l'Éducation nationale, de l'Enseignement supérieur et de la Recherche. ILS L'ONT FAIT L'ADEME catalyseur : Les acteurs témoignent de leurs expériences et partagent leur savoir-faire. EXPERTISES L'ADEME expert : Elle rend compte des résultats de recherches, études et réalisations collectives menées sous son regard. FAITS ET CHIFFRES L'ADEME référent : Elle fournit des analyses objectives à partir d'indicateurs chiffrés réguliÚrement mis à jour. CLÉS POUR AGIR L'ADEME facilitateur : Elle élabore des guides pratiques pour aider les acteurs à mettre en oeuvre leurs projets de façon méthodique et/ou en conformité avec la réglementation. HORIZONS L'ADEME tournée vers l'avenir : Elle propose une vision prospective et réaliste des enjeux de la transition énergétique et écologique, pour un futur désirable à construire ensemble. BIOMASSE ÉNERGIE ET PRODUITS BIOSOURCÉS : RECUEIL DE PROJETS DE R&D L'ADEME finance des projets de Recherche et Développement (R&D) visant à réduire l'impact sur l'environnement des produits et/ou procédés développés dans le domaine de la valorisation des bioressources : produits biosourcés pour la chimie et les matériaux, bioraffineries, biocarburants, bois énergie. Les opérations ont été principalement soutenues dans le cadre d'appels à projets tels que Bioressources Industries et Performance (BIP), Performances Biomasse Énergie, CORTEA, différents ERA-NET dont Industrial Biotechnology (ERA-IB), Bioenergy (ERA B), WoodWisdom, ainsi que les programmes Fonds Démonstrateur de Recherche et Investissements d'Avenir. Depuis 2016, le programme BIP a fusionné avec les appels REACCTIF et DOSTE afin de soutenir des projets de R&D sur l'ensemble de la chaîne de valeur via l'appel à projets GRAINE. L'ensemble des projets de Recherche et Développement (R&D), des projets d'installations industrielles ainsi que des études dans le domaine de la valorisation de la biomasse sont disponibles sur le site de l'ADEME via le moteur de recherche : www.ademe.fr/sbio-recherche www.ademe.fr ISBN 979-10-297-0338-6 8744  INVALIDE) (ATTENTION: OPTION 5 ans d'âge moyen ­ trÚs polluants en termes d'émissions dans l'air ambiant Cependant, depuis quelques années, il existe sur le marché des appareils nettement moins émetteurs (appareils labellisés Flamme verte 5 à 7 étoiles ou de performance équivalente) Le gain de ces appareils en termes d'émissions dans l'air intérieur est peu documenté. OBJECTIFS Ce projet cherche à étudier l'impact sur la qualité de l'air intérieur (QAI) du remplacement d'un appareil ancien de chauffage au bois par un appareil récent performant Il s'intÚgre à l'opération de modernisation du parc (chauffage individuel) de la Vallée de l'Arve, en comparant les résultats de mesures de la qualité de l'air intérieur « avant/aprÚs » changement d'appareil dans une même habitation À notre connaissance, cette étude est la premiÚre du genre en France, en tout cas en conditions de fonctionnement in-situ Complétant le projet CARVE (même principe mais sur les émissions à l'air ambiant de particules), le projet QAI-ARVE devrait ainsi permettre de réunir suffisamment de données pour mieux cerner l'efficacité globale de l'opération pilote de modernisation du parc d'appareils de chauffage individuel fonctionnant au bois dans la Vallée de l'Arve Appel à projets : CORTEA 2015 Partenaires : INERIS (60) [EPIC] Coût total : 77 k Aide ADEME : 54 k DÉROULEMENT Dans un objectif de représentativité des situations rencontrées, les mesures sont conduites sur un panel représentatif d'habitations individuelles (30 logements) où un changement d'appareil est programmé Ces mesures sont réalisées dans deux piÚces : celle où est implanté l'appareil de chauffage au bois et l'une des chambres principales Un réseau de ramoneurs partenaires formés est en charge des mesures à l'aide d'un kit mis au point par l'INERIS Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PAGE 41 28 EN-PME-TEST Validation d'une méthode commune au niveau européen de détermination des émissions de particules des appareils de chauffage domestique à combustibles solides Appel à projets : ERA-NET Bioenergy 2009 Partenaires : INERIS (60) [EPIC] CSTB (44) [Centre technique EPIC] LERMAB (54) [laboratoire public] CTIF (92) [centre technique] CATSE (Suisse) [PME] FHNW (Suisse) [laboratoire public] BE2020 (Autriche) [laboratoire] ISSI (Italie) [laboratoire] DTI (Danemark) [centre technique] DBFZ (Allemagne) [laboratoire] et TFZ (Allemagne) [laboratoire] UEF (Finlande) [laboratoire public] Symo (Finlande) [PME] VTT (Finlande) [laboratoire] SINTEF (NorvÚge) [laboratoire] VSB (République TchÚque) [laboratoire] SP (SuÚde) [laboratoire] Coût total : 1,8 M Coût total projet français : 411 k Aide ADEME : 200 k CONTEXTE ET ENJEUX La commission européenne et les états membres visent à l'amélioration des performances des techniques de combustion domestiques de biomasse par le biais de nouvelles législations Le contrÃŽle de l'efficacité de ces dispositifs nécessite des méthodes d'essais et des pratiques homogÚnes au niveau européen, y compris s'agissant des émissions de particules. Or, les membres de l'ERA-NET Bioenergy considÚrent comme hautement prioritaire une coopération scientifique à l'échelle européenne sur le sujet des émissions atmosphériques issues de la combustion de biomasse et les impacts environnementaux et sanitaires associés OBJECTIFS Le projet EN PME TEST consistait à valider une méthode européenne commune de détermination des émissions de particules des appareils de chauffage domestique à combustibles solides Il avait pour objectif l'anticipation et l'accompagnement des discussions du CEN (Comité Européen de Normalisation) sur le sujet, en donnant la priorité à la production de données scientifiques fiables Une attention particuliÚre a été apportée à la pertinence de la méthode vis-à-vis de l'amélioration de la qualité de l'air La faisabilité de mise en oeuvre lors de tests d'évaluation de type, de développement des appareils, et de mesurage en conditions réelles a également été étudiée Les besoins des parties prenantes à la filiÚre (industriels, laboratoires, autorités) ont été pris en compte RÉSULTATS ET VALORISATION Les actions de l'étude ont abouti à la sélection d'une méthode candidate, répondant à plusieurs critÚres : pertinence des paramÚtres mesurés vis-à-vis des problématiques environnementales ; capacité de la méthode à discriminer la performance des appareils ; fiabilité des résultats obtenus ; disponibilité, coût et simplicité de mise en oeuvre de la méthode proposée Sur cette base, une méthode commune au niveau européen pour la réalisation des essais de certification par les laboratoires notifiés a été proposée : le prélÚvement sur filtre chauffé, combinée à une mesure des composés organiques volatils totaux (COVt) par analyse à ionisation de flamme (FID) Il s'agit ainsi d'un compromis entre fiabilité des résultats et simplicité d'utilisation Des essais d'intercomparaison, visant à évaluer les performances métrologiques de la méthode, ont permis de déterminer une incertitude élargie de 34 % pour la fraction solide et de 30 % pour les COVt Les tests réalisés sur sites réels ont montré qu'elle est peu impactée par les conditions réelles telles que la présence de gaz saturés en humidité ou la présence de particules chargées électriquement Sa description, ses performances et les travaux réalisés font l'objet d'un « position paper » du consortium à destination des parties prenantes D'autres méthodes étudiées, malgré leur intérêt, ne sont, à ce jour, pas suffisamment mature ou robuste pour être normalisées à court terme Sur le plan académique, de nombreuses présentations à l'international ont été effectuées (CongrÚs Français des Aérosols, ERANET Bioenergy CBC Workshop, European Aerosol Conference satellite workshop, International conference on Emissions measurements, IEA Bioenergy Task 32 Meeting, ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles...) PAGE 42 Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PEREN2BOIS Évaluation technico-économique des meilleures techniques disponibles de réduction des émissions de poussiÚres fines et de composés organiques pour les appareils de combustion domestique utilisant la biomasse 29 CONTEXTE ET ENJEUX Dans le contexte actuel de développement des énergies renouvelables, la filiÚre biomasse et plus particuliÚrement le chauffage domestique au bois apparaît comme une alternative particuliÚrement prometteuse Le développement de la filiÚre doit cependant prendre en compte la problématique environnementale qui lui est associée : l'émission atmosphérique d'un certain nombre de polluants gazeux et particulaires présentant un risque pour la santé En France, l'inventaire du CITEPA de 2007 fait état d'une contribution à hauteur de 35 % des émissions nationales des particules PM2,5 (« Particulate Matter » ou particules en suspension de taille inférieur à 2,5 micromÚtres, appelées généralement « particules fines ») OBJECTIFS Le projet PEREN2BOIS visait à identifier et caractériser les techniques et/ou les comportements permettant de réduire les émissions de polluants particulaires et gazeux générés par la combustion du bois dans le secteur domestique Appel à projets : Performances Biomasse Énergie 2008 Partenaires : INERIS (60) [EPIC] CTIF (92) [centre technique] Université de Savoie Mont Blanc ­ LCME (73) [laboratoire public] Cheminées & Foyers Axis Integral Fire (01) [PME] CITEPA (75) [association] Université de Strasbourg ­ ICPEES (67) [laboratoire public] Laboratoire CERIC Groupe POUJOULAT (79) [laboratoire privé] Cheminées de Chazelles (16) [PME] SUPRA (67) [PME] Université de Lorraine ­ LERMAB (88) [laboratoire public] EIFER (Allemagne) [laboratoire] APP AS (NorvÚge) [PME] Coût total : 760 k Aide ADEME : 385 k RÉSULTATS ET VALORISATION Une méthode de mesure des émissions particulaires a été validée et proposée à l'ADEME et au SER pour prendre en compte les poussiÚres dans le calcul de l'indice Flamme Verte L'étude des techniques primaires a permis d'établir que l'apport d'air en excÚs ou bien en trop faible quantité conduit à l'augmentation des émissions polluantes et que les foyers en acier et briques réfractaires (suivi de prÚs par ceux en fonte) sont les moins émetteurs de polluants Parmi les techniques secondaires testées, l'électrofiltre placé en sortie de cheminée présente le plus grand intérêt en raison de sa bonne efficacité d'épuration globale et de son coût Cependant, il ne permet pas de réduire les concentrations des espÚces condensables émises et implique la mise en oeuvre, difficilement envisageable chez les particuliers d'un équipement sous haute tension électrique Enfin, des interrogations demeurent quant à l'efficacité, l'utilisation et l'entretien de ces techniques sur le long terme Le rÃŽle du lévoglucosan en tant que traceur des pollutions particulaires issues de la combustion de biomasse a été confirmé et l'intérêt de mesurer ce composé en phase gazeuse également a été mis en évidence Des fiches de bonnes pratiques, permettant aux utilisateurs d'améliorer la conduite de leurs appareils en vue d'une utilisation optimisée en termes d'énergie et d'environnement ont été rédigées Des recommandations à l'attention des fabricants, visant à améliorer l'intégrabilité de ces systÚmes à leur contexte d'utilisation ont été établies Sur le plan académique, diverses publications, présentations, et posters ont été réalisées (Journées techniques ADEME, revue Pollution atmosphérique, Workshops à l'international, International Conference and Exhibition on Emissions Monitoring, World Filtration Congress...) Biomasse énergie ­ Chauffage domestique PAGE 43 projets (dont 2 FDR) 13 BIORAFFINERIE / BIOCARBURANTS 2 52,5 M (dont 48,9 M pour FDR) d'aide PAGE 44 Bioraffinerie / biocarburants BIORAFFINERIE Selon l'Agence Internationale de l'Énergie, le bioraffinage est la transformation durable de biomasse en énergie et en une gamme de produits. Autrement dit, les bioraffineries ont pour but la valorisation à 100 % de leurs intrants biomasse, qu'il s'agisse de matiÚre végétale (céréales, luzerne, algues, coproduits des filiÚres vitivinicole ou papetiÚre...), animale (graisses...) ou d'effluents industriels (agro-industriels, papetiers...) À l'instar d'une raffinerie pétroliÚre, une bioraffinerie fractionne ainsi la biomasse en plusieurs composants et/ou produits finaux ( jusqu'à une dizaine) : ingrédients et complément s pour l'alimentation humaine et animale, molécules biosourcées, matériaux biosourcés, bioénergies (biocarburants, électricité, chaleur) 171,1 M (dont 159,1 M pour FDR) de coût total Nombre de projets R&D Bioraffineries/ Biocarburants 2008­2015 par appels à projets Aide (M) projets R&D Bioraffineries/ Biocarburants 2008­2015 par appels à projets 0,6 3 3 2 8 BIP FDR ERAnets BIP FDR 48,9 ERAnets Bioraffinerie / biocarburants PAGE 45 BIOCARBURANTS Les biocarburants de 1re génération couvrent déjà plus de 7 % des besoins d'énergie des transports en France, et participent à la réduction des émissions de GES. De nouvelles générations, plus performantes, sont attendues dÚs 2017 pour renforcer cette contribution. En 2020, 10 % de l'énergie consommée par les transports devra provenir de sources renouvelables et durables (Directive 2009/28/CE du 23 avril 2009) Pour atteindre cet objectif, la France a misé majoritairement sur les biocarburants avec deux filiÚres opérationnelles (biocarburants dits de premiÚre génération) : le biodiesel : issu de la conversion de colza, tournesol, soja, palmier à huile, huiles alimentaires usagées, etc et utilisé dans les moteurs diesel l'éthanol : un alcool produit par fermentation du sucre issu de plantes (biocarburants 1re génération : betteraves, cannes à sucre, amidon de blé ou maïs ; biocarburants avancés : lignocellulose issue de produits, co-produits voire déchets de la filiÚre bois, algues, etc) et utilisé (en mélange) dans les moteur à essence On trouve également un biocarburant gazeux ­ biométhane ­ issu de méthanisation d'effluents d'élevage et déchets organiques, dont l'utilisation est pour l'instant essentiellement développée en SuÚde L'ADEME, au travers des projets R&D et démonstrateurs soutenus, contribue à l'amélioration des filiÚres existantes et au développement d'une nouvelle génération de biocarburants, capable d'exploiter de nouvelles ressources biomasses : résidus agricoles et forestiers ; résidus et coproduits industriels ; microalgues Ces biocarburants dits avancés, liquides ou gazeux, présenteront des qualités techniques et environnementales améliorées et font appel à des technologies exogÚnes comme la bio-informatique et la génomique. Un essor favorisé par la réglementation puisque l'Union européenne limite à 7 % la part des carburants 1Úre génération dans l'objectif fixé pour 2020, incite à l'utilisation de nouvelles ressources et vise un minimum de 0,5 % de biocarburants avancés à cet horizon Les projets de bioraffineries (premiers traitements de la biomasse) ont été intégrés dans ce recueil avec ceux portant sur l'obtention de biocarburants, car les procédés développés et certains produits obtenus pour les biocarburants peuvent aussi être utilisés pour l'obtention de produits biosourcés (cf p ...) En effet, les mêmes procédés de premiers traitements de la biomasse sont utilisés, que ce soit la déconstruction de la lignocellulose ou l'obtention et la conversion de ressources lipidiques (huiles végétales ou algales) Les molécules constituant le biodiesel (esters méthyliques) peuvent ainsi aussi servir à l'obtention de tensio-actifs, lubrifiants, etc De plus, le co-produit de la transestérification des huiles (glycérol) trouve également des applications dans les produits biosourcés L'éthanol peut également être utilisé en tant que solvant ou être transformé par exemple en éthylÚne, pour l'obtention de PolyEthylÚne (PE) biosourcé Les co-produits du fractionnement de la biomasse lignocellulosique (lignine), dans le processus d'obtention d'éthanol de deuxiÚme génération, peuvent également être valorisés dans le secteur des produits biosourcés Les projets de R&D aidés entre 2008 et 2015 sur les bioraffineries et les biocarburants représentent 13 projets pour 52,5 M répartis entre 3 appels à projets : Le Fonds Démonstrateur (48,9 M ; 2 projets), le BIP (3,03 M ; 13 projets) et l'ERAnet IB (0,61 M) Les filiÚres du futur Résidus agricoles (pailles) et forestiers Voie thermochimique (gazéification) SynthÚse Gaz de synthÚse Hydrocarbures Mélange au gazole Cultures dédiées (taillis à croissance rapide) Voie biochimique (hydrolyse enzymatique) Sucres Fermentation Éthanol Mélange à l'essence PAGE 46 Bioraffinerie / biocarburants MIDIPER Faisabilité technico économique d'une MIniDIstillerie proche des ressources et des besoins équipée d'un systÚme de déshydratation par membranes de PERméation 1 CONTEXTE ET ENJEUX Les réserves conventionnelles en pétrole ne cessent de diminuer Depuis les premiers chocs pétroliers, on cherche ainsi à trouver des alternatives aux carburants d'origine fossile, comme le bioéthanol qui, ajouté à l'essence, permet d'en augmenter l'indice d'octane La demande de bioéthanol ne cessant d'augmenter, il devient nécessaire d'élargir les ressources de production disponibles et utilisables, mais également de baisser les coûts de revient Or ce carburant d'origine renouvelable est produit traditionnellement à partir de la fermentation du sucre ou de l'amidon des plantes, posant de fait une problématique (valable pour tous les des biocarburants de premiÚre génération) : la double vocation des cultures ­ alimentaire ou énergétique L'utilisation de ressources ligno-cellulosiques semble être une solution avantageuse vis-à-vis de la non-concurrence avec les productions alimentaires étudié, l'objectif final étant de permettre la construction et la commercialisation d'unités de production de bioéthanol standardisées, faciles à reproduire En effet, partant du principe que la biomasse pour la production du bioéthanol de seconde génération est répartie sur l'ensemble du territoire, et pour réduire l'impact environnemental du transport de cette biomasse (teneur en humidité élevée), il semble préférable d'envisager des distilleries de petite taille (300 hl AP/jour) réparties sur l'ensemble du territoire, produisant de l'éthanol déshydraté utilisable dans le dépÃŽt d'hydrocarbure le plus proche Le projet a pour but : l'utilisation de membranes de perméation (membranes SifteckTM) afin de déshydrater l'éthanol ; l'autoconsommation de l'énergie produite par les sous-produits de la distillerie (par gazéification, méthanisation, combustion...) visant ainsi une autonomie énergétique ; l'utilisation de distilleries vitivinicoles existantes, qui possÚdent à la fois les outils de récolte et le savoir-faire éthanolier Enfin, afin de comparer cette nouvelle filiÚre aux traditionnelles, une analyse des émissions de CO2 et du coût, du silo jusqu'à l'entrée dans la raffinerie, devait être réalisée Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : UNGDA (92) [PME] HONORE SAS (88) [PME] Distillerie SFD (07) [PME] UMR GMPA, INRA/ AgroParisTech (78) [laboratoire public] Coût total : 176 k Aide ADEME : 81 k OBJECTIFS Ce projet avait pour objet l'étude d'une distillerie de taille réduite (300 hl d'alcool pur/jour de bioéthanol) économe en énergie D'autre part, un procédé de déshydratation de bioéthanol par perméation de vapeur devait être RÉSULTATS ET VALORISATION Il a été montré que l'éthanol récupéré au bout de 30 minutes de traitement avec le module membranaire est conforme aux rÚglementations européennes pour ce qui est de la teneur en eau De plus, la modulation d'un des paramÚtres de fonctionnement permet la déshydratation de l'éthanol même pour des conditions où la teneur en eau est importante En revanche, il a été observé que la membrane perdait progressivement en efficacité Par ailleurs, la définition et un chiffrage précis d'une distillerie de 300 hl d'alcool pur/jour ont été réalisés, avec en conclusion un impact CO 2 divisé par 4 par rapport aux méthodes actuelles Enfin, l'étude technico-économique a confirmé que, si la distillerie fabrique également du bioéthanol, elle peut être économiquement viable et présenter un bilan environnemental proche de celui d'installations concentrées Un dépÃŽt de brevet a été réalisé par le partenaire Honoré SAS Des posters (XIIIe journées Cathala Letort de la SFGP ; congrÚs « International Congress on Membranes and Membrane Processes »), des articles (Récents ProgrÚs en Génie des Procédés) et des communications orales (congrÚs Mempro IV ; congrÚs de la Société Française de Génie des Procédés) ont été réalisés Bioraffinerie / biocarburants PAGE 47 2 PREPILPAT Étude de la faisabilité d'un pilote d'hydrolyse de pâtes à papier industrielles en sucres fermentescibles et de leur fermentation alcoolique Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : Tembec, Saint-Gaudens (31) [GE] EDF (78) [GE] INSA Toulouse/GBA (31) [laboratoire public] Université Bordeaux 1/US2B (33) [laboratoire public] Maguin (77) [GE] Coût total : 708 k Aide ADEME : 257 k CONTEXTE ET ENJEUX Dans un contexte de concurrence mondiale accrue, l'industrie papetiÚre française connait depuis plusieurs années des difficultés pour rester compétitive En conséquence, elle met en place une stratégie forte de diversification des voies de valorisation de ses pâtes à papier, afin d'assurer la pérennité future de son activité Par ailleurs, l'utilisation de ressources forestiÚres lignocellulosiques comme base d'accÚs aux sucres fermentescibles tend à s'imposer comme une solution d'avenir pour la production non seulement d'éthanol, mais également de divers produits chimiques pouvant dériver des sucres qu'elle contient OBJECTIFS L'objectif de ce projet était d'étudier la faisabilité et le dimensionnement d'un pilote pré industriel d'hydrolyse de pâtes à papier cellulosiques en sucres fermentescibles et de fermentation de ces sucres pour la production d'éthanol Sur la base de travaux réalisés précédemment par les partenaires, le projet s'est articulé autour des objectifs suivants : poursuite de l'optimisation du procédé (rendement de conversion des hexoses en éthanol, prix du bois) ; détermination du meilleur procédé (hydrolyse et fermentation séparées ou simultanées) ; modélisation des performances du procédé microbien et étude de la formation de glycérol En fin de projet, l'objectif était de construire un pilote pré-industriel afin de tester les performances du procédé en conditions pré-industrielles, puis, le cas échéant, d'intégrer le procédé dans l'usine de pâte à papier du partenaire TEMBEC RÉSULTATS Les objectifs initiaux de ce projet ont été atteints : l'établissement des bilans de consommation d'eau montre que de l'unité de production future consommerait environ 50 % moins d'eau que la papeterie actuelle ; l'intégration énergétique du procédé montre que la valorisation de l'hémicellulose de la pâte à papier augmente significativement le rendement en éthanol (+ 26 %) Cependant, bien que les performances obtenues justifient la construction du pilote pré industriel, cette perspective d'investissement a été abandonnée du fait d'une restructuration importante de la société TEMBEC, dont l'usine de Saint Gaudens a été racheté par un groupe papetier hollandais « Paper Excellence BV » Principales étapes du procédé de production d'éthanol cellulosique à partir de pâte à papier O2 BOIS Liqueur blanche Cuisson Lavage LNF Concentration LNC ChaudiÚre Concentration VC Cycle vapeur Vapeurs MP, BP Électricité Vinasses (glycérol, levures...) Purification de l'éthanol ETHANOL Trait. O2 PAP 25 % MS Hémicellulases ? Hydrolyse hemicell. ? Cellulases Hydrolyse cellulose Levures C6 Levures C5 ? Fermentation C6 (et C5 ?) CaCO3 Four Traitement à chaux à la chaux CaO Liqueur verte Unités existantes Section prod. EtOH LNF : liqueur noire faible LNC : liqueur noire concentrée PAP : pâte à papier VC : vinasses concentrées PAGE 48 Bioraffinerie / biocarburants ACTRAFERM Production d'activateurs (compléments nutritionnels et enzymes) pour les fermentations alcooliques par procédé de fermentation en milieu solide est une marque de SATT GRAND EST 3 CONTEXTE ET ENJEUX La production annuelle française d'éthanol était de 19 millions hectolitres en alcool pur en 2011, avec une tendance à la hausse Lors de la fermentation alcoolique, les besoins nutritionnels des levures sont importants, et doivent être couverts par des apports nutritionnels complémentaires La production de ces apports avec des produits biosourcés rendrait cette filiÚre plus durable. De plus, une technique encore peu utilisée, la fermentation en phase solide, permettrait l'utilisation de nouveaux organismes créateurs de compléments nutritionnels pour les levures Ces nutriments pourraient aussi être utilisés dans d'autres filiÚres agroalimentaires, par exemple pour la fermentation du vin et de la biÚre OBJECTIFS Le projet ACTRAFERM avait pour but d'utiliser des rafles de raisin (la charpente d'une grappe) et d'autres sous-produits vinicoles (pulpe de raisin...) comme substrat pour produire des activateurs, des nutriments et des complexes enzymatiques pour la fermentation alcoolique, via une fermentation en milieu solide Les rafles de raisin étaient jusqu'alors utilisées dans les composts car difficilement combustibles, non méthanisables (présence de polyphénols),et trop riches en lignine pour pouvoir être utilisés dans l'alimentation animale En exploitant les rafles comme bio-activateurs dans les procédés de production alcoolique, il était recherché : une augmentation de la production d'éthanol ; une évolution de la fermentation alcoolique pour la rendre plus rentable et meilleure pour notre environnement Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : UNGDA (92) [groupement d'industriels] Wellience (21) [PME] FERM'N ZYM (77) [PME] Université de Reims ­ Fare (51) [laboratoire public] Coût total : 660 k Aide ADEME : 317 k Intérieur d'un fermenteur en milieu solide (pilote) Photo : Wellience RÉSULTATS ET VALORISATION Les bioactivateurs testés sur fermentation alcoolique ont montré en laboratoire une amélioration du rendement de 0,1 à 0,3 % (sur substrat blé) et une amélioration de la productivité de 5 % Le projet a permis de définir les conditions opératoires d'une installation pilote pour la production d'agents bioactivateurs ou bioprotecteur Des contacts avec une distillerie utilisatrice sont en cours ainsi que pour la réalisation d'essais dans la filiÚre vin pour certaines typologies Des discussions avec une société pouvant produire ces bionutriments sont également en cours Le marché final visé est celui des fermentations de vins de raisins, avec un potentiel annuel à court terme de 600 t/an (vins biologiques), qui bénéficierait d'un gain de rendement de 1 % et d'une amélioration de la productivité de 5 % Le gain escomptable en ce qui concerne les émissions de CO2 est de 1,2 kg/hl, soit 2,2 % de réduction dans le cas de la production de bioéthanol Sur le plan académique, 7 communications lors de journées techniques (en 2014 et 2015)ont été réalisées Bioraffinerie / biocarburants PAGE 49 4 CARBIOVAL Production de biodiesel à partir d'effluents industriels pour alimenter une flotte captive Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Fertival (22) [GE] S3d (44) [PME] Coût total : 1 152 k Aide ADEME : 326 k CONTEXTE ET ENJEUX Cooperl Arc Atlantique, groupe coopératif majeur de la production porcine, développe depuis 25 ans une démarche intensive afin de réduire l'impact carbone de ses sites agricoles et industriels Son objectif : faire fonctionner ses usines agro-alimentaires avec une source d'énergie 100 % renouvelable, 100 % autonome et compétitive Dans cette optique, l'atelier de traitement de déchets graisseux de Cooperl Arc Atlantique (Fertival) transforme 125 000 tonnes/an de déchets graisseux en une source d'énergie renouvelable : la graisse Combioval® Ce produit est actuellement valorisé via un oxydeur thermique, en substitution du gaz naturel, pour le traitement thermique des airs de salle et de process Une récupération thermique est aussi installée sur cette ligne pour la production de vapeur Afin de poursuivre la démarche engagée, et face au contexte économique, Cooperl Arc Atlantique a décidé, dÚs 2011, d'étudier les perspectives d'évolution de la graisse Combioval® Une étude préliminaire a fait apparaitre une voie de valorisation pertinente: la conversion de la graisse Combioval® en carburant moteur via la synthÚse d'Ester Méthylique Une voie particuliÚrement intéressante pour un groupe trÚs dépendant du transport routier (transport d'animaux vivants, transport de sous-produits animaux, transport d'aliment en ferme...) De plus, un produit intermédiaire de cette voie de synthÚse, les Acides Gras Libres, pourront être également utilisés en substitution du fioul lourd ou du propane sur des chaudiÚres fixes existantes du groupe Cooperl Par ailleurs, les entreprises S3d (valorisation de déchets) et Fertival (engrais) ont mis au point un procédé de raffinage adapté et unique en son genre dans le but de produire un biodiesel suivant les spécifications européennes EN 14214 à partir de cette graisse Combioval® Un pilote à l'échelle du laboratoire a permis de synthétiser suffisamment de biodiesel pour le caractériser OBJECTIFS L'ambition à court terme de Fertival consiste à réaliser une installation pilote du schéma complet de raffinage pour produire environ 50 l/jour de biodiesel afin de valider l'ensemble des résultats du programme de R&D précédent, puis d'optimiser le procédé avant sa future industrialisation (dans les 2 ans) Les objectifs clés de ce pilote sont donc de valider les rendements de conversion, les consommations énergétiques, la qualité des produits finis, etc De plus, même si le biodiesel peut être mélangé avec du gasoil jusqu'à des proportions de l'ordre de 30 % (B30), la nature des matiÚres premiÚres (déchets graisseux) transformées en biodiesel impose des vérifications quant aux performances moteurs des camions, des garanties moteurs, de la tenue du biodiesel à basse température (norme EN14214 et norme EN590) et de l'agrément de conduite dans des proportions allant jusqu'à 40 % (B40) PAGE 50 Bioraffinerie / biocarburants SOLALE SOlvant Less ALgal Extraction : concept innovant de bioraffinerie adapté à la culture extensive de microalgues 5 CONTEXTE ET ENJEUX L'exploitation « bioraffinerie » des microalgues se heurte à des problématiques liées aux procédés avals (dewatering/séchage/extraction selon l'art actuel), dont le coût s'avÚre disqualifiant pour des applications comme la conversion en protéines végétales, biocarburants, commodités ou spécialités chimiques. Les sociétés PHYCOENERGY, spécialisée dans la production et valorisation de microalgues à grande échelle, et CAMILLE, experte dans l'étude et l'application de puissances électriques pulsées ont, à l'issue d'une premiÚre collaboration, identifié des voies de traitement aval s'appuyant sur un brevet déposé par la société CAMILLE et l'utilisation de supports d'extraction (en particulier le CO2 à pression atmosphérique) Ces premiers résultats obtenus ouvrent des perspectives particuliÚrement intéressantes pour la filiÚre « bioraffinerie » microalgale OBJECTIFS L'objet du programme SOLALE est de mettre au point un procédé utilisant les modes de traitement identifiés précédemment Plus précisément, il s'agit de mettre au point d'un procédé de traitement aval en production de microalgues permettant : un traitement « direct » des algues dans leur milieu de culture (soit une densité de biomasse de l'ordre de 1 kg/m3) ; l'extraction de la fraction apolaire de la biomasse et la concentration et fragilisation des cellules comme premiÚre étape de bioraffinerie et/ou alimentation animale ; le recyclage du milieu de culture ; un objectif de coût énergétique de l'ordre de 1 kWh/kg (équivalent sec) de biomasse traitée Il sera en outre recherché : une capacité de modulation de la plage de polarité des molécules extraites par modification des paramÚtres de traitement ; une amélioration de l'efficacité énergétique globale du procédé de production et récolte, via la recherche de points de cogénération/covalorisation, et en particulier la dissolution de CO2 dans le milieu de culture Les résultats devront permettre de passer en phase de réalisation de prototype, et démontrer l'efficacité technique, économique et environnementale des différentes étapes du procédé par une évaluation fine à une échelle représentative Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Phycoenergy (95) [PME] CAMILLE (95) [PME] Coût total : 325 k Aide ADEME : 195 k Biomasse n PHOTOBORÉACTEURS GRANDS VOLUMES Biomasse 2 Biomasse 1 Biomasse ~1 kg/m3 CO2 Milieu enrichi en CO2 et complémenté en nutriments de cultures Biomasse ~40 kg/m3 Anti-oxydants Gélifiants -surfactants Di-isocianates/Sython PU Ingrédients fonct. - Protéines Lipides AGPI - Biocarburants Bioraffinerie / biocarburants PAGE 51 6 ALGOSTEP Développer une nouvelle filiÚre de production de microalgues à partir d'eaux usées Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : GLS (78) [PME] Université de Nantes ­ GEPEA ­ AlgoSolis (44) [laboratoire public] Alganact (14) [PME] Coût total : 660 k Aide ADEME : 337 k CONTEXTE ET ENJEUX En France, la culture de microalgues est pour l'instant surtout réalisée à petite échelle sur des sites dédiés à cette production Les coûts de production et les consommations d'eau et de nutriments restent des verrous pour le développement de cette industrie En parallÚle, malgré les améliorations apportées aux stations d'épuration pour les rendre plus vertueuses, elles restent des charges financiÚres et polluantes et pour les collectivités et les industriels Or il est possible de développer des synergies en associant de façon positive le traitement des eaux usées, la culture de masse des microalgues, et la valorisation optimisée de la biomasse produite. Ce principe d'économie circulaire permettrait de repenser complÚtement la filiÚre de traitement des eaux usées, en produisant notamment une valeur ajoutée financiÚre et environnementale Cependant, des verrous scientifiques, technologiques et réglementaires restent à débloquer OBJECTIFS Le projet vise à développer une nouvelle filiÚre de production de microalgues à partir d'eaux usées urbaines ou industrielles, en développant une vision intégrée ayant pour objectifs la valorisation de la biomasse, l'élimination intensive de polluants aux niveaux réglementaires et l'obtention d'une rentabilité globale du systÚme DÉROULEMENT Le programme de travail s'articulera autour des tâches suivantes : mise au point d'un ou plusieurs procédés (brevetés le cas échéant) de culture de microalgues sur eau usée, associés à l'épuration de l'eau aux niveaux réglementaires : évaluation de différentes technologies de culture, optimisation des conditions de culture à l'échelle laboratoire et préindustrielle ; étude de la valorisation de la biomasse microalgale produite, par mise au point de procédés d'extraction et de bioraffinage des microalgues de maniÚre à en extraire le meilleur potentiel marché et à rendre le systÚme économiquement viable (dans le respect du cadre réglementaire) ; études d'ingénierie pour l'industrialisation (conformité normative, réponse aux exigences des maîtres d'ouvrage) ; modélisation technico-économique systématique des résultats obtenus pour envisager le déploiement de la nouvelle filiÚre développée ; analyse de cycle de vie de la nouvelle solution L'industrialisation fera l'objet d'un autre projet le cas échéant AlgoSolis PAGE 52 Bioraffinerie / biocarburants VASCO2 Valorisation biologique des fumées industrielles pour une chimie verte 7 Appel à projets : BIP 2014 CONTEXTE ET ENJEUX Le dioxyde de carbone (CO 2) produit par les activités anthropiques représente à lui seul 68 % des émissions totales de gaz à effet de serre (Maeda et al, 1995) et participe aux changements climatiques de la planÚte (Sakai et al, 1995 ; Stewart et al 2005) Les Nations Unies ont fixé en 1997 lors du protocole de Kyoto, un objectif une réduction des émissions de CO 2 de 5,2 % sur 15 ans (basé sur les émissions de 1990) Pour atteindre cet objectif, la France avait prévu de mettre en place une « Taxe carbone » en janvier 2010, à l'instar de plusieurs nations comme la Finlande, le Danemark, la NorvÚge, l'Australie ou la Suisse C'est dans ce contexte (faire payer le CO2 17 /tonne) que la premiÚre phase de VASCO fut réalisée mais la mise en oeuvre de cette « taxe carbone française » a été abandonnée au cours de l'année 2010 La réduction de son empreinte carbone d'environ 15 % entre 1990 et 2011 a principalement été acquise grâce à des améliorations de rendement des procédés de combustion L'enjeu majeur est de contribuer à la réduction des émissions de CO 2 industriel dans l'atmosphÚre, par la biofixation de ce gaz ainsi que d'autres rejets gazeux à fort impact environnemental (NOx, SOx) par une culture algale et d'évaluer la valorisation économique de la biomasse produite DÉROULEMENT AprÚs une premiÚre année de recherche sur le site de l'Ifremer à Palavas en 2015, « Vasco2 » entre dans une phase d'expérimentation préindustrielle en milieu réel, au coeur de la ZIP de Fos qui se déroulera jusqu'à fin 2018 Pour conduire ces tests, un bassin de culture de 160 m² a été installé dÚs le mois de septembre 2016 sur le site de Kem One, puis deux autres de 10 m² seront implantés sur les sites d'Arcelormittal et de Solamat-Merex au printemps 2017 Des microalgues y seront cultivées, récoltées, concentrées puis transformées en biobrut Le biobrut sera alors raffiné jusqu'à l'obtention d'un biocarburant Jusqu'à fin 2018, plusieurs paramÚtres seront étudiés : la dissolution des fumées dans l'eau des bassins, la composition de la biomasse récoltée, la transformation par liquéfaction hydrothermale des microalgues en biobrut ainsi que le raffinage qui sera comparé avec celui utilisé pour des pétroles conventionnels Une évaluation économique, sociale et environnementale de l'ensemble du programme Vasco2, ainsi que l'analyse du cycle de vie, seront également réalisées dans la perspective de la structuration d'une véritable filiÚre d'écologie industrielle À l'issue de cette phase préindustrielle, Vasco2 pourra alors envisager la mise en oeuvre d'un démonstrateur de taille industrielle, derniÚre étape avant une production à grande échelle de substituts au pétrole et de biocarburants de 3e génération dont un des bénéfices sera, au-delà de la contribution à la transition énergétique, de réduire les rejets atmosphériques de CO 2 et de NOx de la zone industrialo-portuaire de Fos Partenaires : Grand port maritime de Marseille (13) [établissement public] COLDEP (34) [PME] Helio Pur Technologies (84) [PME] Ifremer (34) [EPIC] CEA (38) [EPIC] KEM ONE (13) [PME] ArcelorMittal (13) [GE] Solamat Merex (13) [GE] TOTAL (13) [GE] LyondellBasell (LYB) (13) [GE] INOVERTIS (26) [PME] Conseil de territoire Istres Ouest Provence (13) [EPCI] Coût total : 2 M Aide ADEME : 1,1 M OBJECTIFS Le programme de recherche appliquée « Vasco2 » vise à valider des procédés de production de microalgues et de biocarburants par une valorisation des fumées industrielles L'ambition de l'ensemble des partenaires est de contribuer ainsi à la transition énergétique par l'innovation en testant une solution inédite de production de biomasse basée sur le recyclage biologique du CO2 industriel Bioraffinerie / biocarburants PAGE 53 8 CIMENTALGUE Valorisation d'effluents industriels (dont le CO2) et de chaleur fatale via la production industrielle de microalgues photosynthétiques Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Université de Nantes ­ GEPEA, AlgoSolis (44) [laboratoire public] Université de Nantes ­ GeM ­ IEG (44) [laboratoire public] AlgoSource technologies (44) [PME] Coût total : 1,6 M Aide ADEME : 449 k CONTEXTE ET ENJEUX Certaines industries manufacturiÚres, comme les cimenteries (5 % des émissions mondiales de CO 2, 700 kg de CO 2 émis par tonne de ciment), ont identifiées la valorisation biologique du CO 2 par la culture de microalgues comme l'une des pistes prometteuses pour la réduction et le recyclage des émissions de CO2 En effet, les microalgues et le plancton végétal, par leurs taux de croissance trÚs élevés et leur mode de culture transposable à des environnements trÚs différents se révÚlent être les végétaux les plus à même d'effectuer cette valorisation du CO 2 qu'ils utilisent pour se développer et ce faisant, produire de la biomasse végétale exploitable dans des secteurs variés lité technique de la culture de microalgues avec l'effluent industriel La prochaine phase qui constitue l'objet du projet CIMENTALGUE est la conception et la construction d'une unité pilote de démonstration de 500 m² sous serre, premiÚre approche d'une production industrielle de microalgues Les technologies de culture (photobioréacteurs) seront tout d'abord développées et optimisées sur la plateforme de R&D « AlgoSolis » de l'Université de Nantes et du CNRS Cela permettra de définir une unité optimisée qui sera ensuite intégrée au site industriel pour obtenir des données représentatives pour l'ensemble de la chaine de valeur depuis le captage et le traitement de l'effluent industriel jusqu'à la valorisation de la biomasse produite pour différents secteurs économiques Une analyse de cycle de vie des produits obtenus sera réalisée à partir des données recueillies sur site et permettra de comparer la production standard de microalgues à la production à partir d'effluents industriels Cette ACV sera complétée par une analyse économique afin d'établir des modÚles d'exploitation viable, en particulier, par couplage à une démarche de bioraffinage issue des réalisations industrielles actuelles et celles d'autres programmes de recherche (ex : projet BIP 2013 ALGORAFF) Cette approche originale d'écologie industrielle permettra de considérer le CO2 d'origine industrielle ainsi que la chaleur fatale récupérée sur site comme de nouvelles ressources et non plus comme des déchets jusqu'à maintenant non valorisés OBJECTIFS Le projet CIMENTALGUE a pour but de démontrer la viabilité économique, la durabilité et la robustesse, à l'échelle du pilote industriel, d'un procédé de co-valorisation biologique de CO2 issu de sources industrielles et de chaleur fatale récupérée sur le site, par la production optimisée en lumiÚre naturelle de microalgues photosynthétiques Ce projet s'appuie sur les résultats de travaux antérieurs qui ont été menés dÚs 2008 par AlgoSource Technolo© AlgoSource gies en partenariat avec un groupe cimentier (exploitation d'une petite unité située au sein de la cimenterie à Gargenville, Yvelines, et alimentée par la fumée produite Production de microalgues par l'usine) Cette étape a permis de démontrer la faisabi- RÉSULTATS ET VALORISATION La premiÚre phase du projet, démarré en février 2016, a consisté à choisir les souches, concevoir les procédés de culture de microalgues adaptés aux contraintes de l'intégration industrielle visée, puis définir les protocoles opératoires pour une production optimisée de microalgues sur CO2 d'origine industrielle Ceci a été réalisé sur la plateforme R&D « AlgoSolis » (laboratoire GEPEA, Université de Nantes/CNRS) en partenariat avec l'entreprise AlgoSource Technologies Il a été développé, en autres, un systÚme double de stockage de carbone et de régulation pH des systÚmes de culture En parallÚle, dans une démarche d'ACV, une premiÚre analyse des flux de la future unité pilote de démonstration a été réalisée par le laboratoire GeM et ce, pour chaque étape de production de la biomasse microalgale L'analyse des flux a permis ensuite de définir l'ensemble des capteurs (et leur positionnement) à installer au sein de l'unité pilote de démonstration afin de pouvoir réaliser les bilans nécessaires à l'établissement de l'ACV Un brevet est en cours de dépÃŽt sur l'optimisation de la biofixation de CO2 industriel par microalgues (Université de Nantes ­ GEPEA/ALGOSOLIS) Plusieurs communications à différents colloques et séminaires ont été réalisées (notamment : SINAL 2016, Biotech Bleues 2016, Climate Chance 2016, Algal Biomass Summit 2015, European Meeting on Chemical Industry and Environment 2015) PAGE 54 Bioraffinerie / biocarburants CESBIC Enzymes essentielles pour l'obention de biocarburants à partir de cellulose (Critical Enzymes for Sustainable Biofuels from Cellulose) 9 CONTEXTE ET ENJEUX Le bioéthanol peut impacter les biocarburants du futur en raison d'avantages connus en terme d'empreinte carbone, d'efficacité énergétique, d'utilisation de déchets peu valorisés Cependant ces avantages resteront inexploités tant qu'une solution efficace de déstructuration de la cellulose ne sera pas disponible En 2011, les travaux des partenaires ont montré que certaines enzymes fongiques jusqu'alors décrites comme étant des cellulases de la famille GH61 sont en fait des oxydases à cuivre originales, qui facilitent la fragmentation de la cellulose en ses constituants Ces enzymes focalisent l'attention des chercheurs du monde entier en raison d'une activité exceptionnelle qui pourrait permettre de rendre le bioéthanol plus compétitif économiquement d'utiliser les données du séquençage génomique moderne afin de cataloguer l'ensemble des enzymes de type GH61, dans le plus grand nombre possible de génomes de champignons afin de déterminer et comprendre les raisons de la diversité de ces enzymes ; d'entreprendre une caractérisation structurale, enzymologique et mécanistique d'un nombre important de membres représentatifs de cette diversité enzymatique ; de réaliser des essais pilotes de production de ces enzymes et d'examiner leur performance en conditions industrielles Appel à projets : ERA NET IB 2012 Partenaires : Université de York (Royaume-Uni) [laboratoire public] Université d'AixMarseille ­ CNRS (13) [laboratoire public] Université de Cambridge (Royaume-Uni) [laboratoire public] Université de Copenhague (Danemark) [laboratoire public] Novozymes (Danemark) [GE] Coût total : 2,3 M Coût total partenaire français : 365 k Aide ADEME : 227 k OBJECTIFS Le projet vise la compréhension en profondeur des oxydases à cuivre (GH61) ciblant la cellulose et produites par les champignons afin de maximaliser leur utilisation commerciale dans le domaine de la déconstruction de la biomasse lignocellulosique pour l'élaboration de bioéthanol Les objectifs sont : RÉSULTATS Les oxydases à cuivre de la famille GH61 (à présent renommée Lytic Polysaccharide MonoOxygenases [LMPOs] de la famille AA9) ont été recherchées et listées dans plus de 800 génomes fongiques Plus de 9 000 séquences de LPMOs de cette famille ont ainsi été identifiées Cette trÚs grande famille a également été subdivisée en sous-ensembles isolant des particularités de séquence (CBMs, modules auxiliaires, résidus invariants, etc) sans recourir à l'alignement global Des enzymes appartenant à ces groupes font l'objet de caractérisation fonctionnelle Des activités ont été trouvées sur des oligosaccharides de cellulose, sur le xyloglucane, sur le xylane, etc, montrant que les LPMOs de la famille AA9 ne se cantonnent pas à la cellulose Ces travaux ont récemment culminé par la résolution de la structure tridimensionnelle d'une LPMO en complexe avec un oligosaccharide, permettant de décrire pour la premiÚre fois les détails de la catalyse par ces enzymes Il a été également recherché si l'analyse de séquence permettait d'identifier d'autres LPMOs (apparentées GH61) en exploitant la présence de modules accessoires et la présence obligatoire d'une histidine en résidu N-terminal 3 familles de LPMOs putatives ont ainsi été identifiées Une de ces familles a été caractérisée et son activité sur l'amidon a été démontrée Les autres familles sont à divers stades de caractérisation L'activité expérimentalement caractérisée de 42 LPMOs est présentée sur le site CAZy Les résultats obtenus au cours du projet ont également fait l'objet de 2 publications (Nature Communications (2015), Nature Chemical Biology (2016)) Bioraffinerie / biocarburants PAGE 55 10 CELLULECT Plate-forme de biologie synthétique pour l'optimisation du traitement enzymatique de la biomasse Appel à projets : ERA-IB 2012 Partenaires : Université d'Edinburgh (Royaume-Uni) [laboratoire public] Université de Marbourg-Philipps (Allemagne) [laboratoire public] Faculté de médecine Paris Descartes [laboratoire public] Ingenza (Royaume-Uni) [PME] Coût total : 1 757 k Coût total partenaire français : 250 k Aide ADEME : 232 k CONTEXTE ET ENJEUX Le raffinage de la biomasse peut être réalisé via sa dégradation par des enzymes (par exemple pour hydrolyser les sucres qui peuvent ensuite être fermentés pour la production de biocarburants) Or, selon la nature de la biomasse, il est parfois difficile de trouver des enzymes efficaces (exemple : sur la biomasse lignocellulosique) Par ailleurs les connaissances sur le couple optimal biomasse/enzyme pour une application particuliÚre sont encore peu connues, d'autant plus que le nombre de combinaisons possibles est virtuellement infini Pour explorer ces combinaisons, une modélisation informatique de pointe associée à un assemblage génique (via des microbes génétiquement modifiés), devrait permettre d'identifier les combinaisons de gÚnes et les activités enzymatiques concertées qui donnent une dégradation optimale de biomasses diverses OBJECTIFS Ce projet se propose donc de : identifier les génomes des micro-organismes dégradant efficacement la biomasse et synthétiser ces gÚnes dans un format modulaire standardisé ; réaliser des combinaisons géniques (technologie Ingenza) à grande échelle et estimer leur potentiel de dégradation ; adapter les souches de production industrielle actuelles d'Ingenza avec l'incorporation de combinaisons sélectionnées, et d'identifier celles qui confÚrent des performances améliorées ; caractériser et vérifier en conditions industrielles les performances des enzymes dégradant la biomasse ; effectuer la modélisation quantitative des souches dans l'ensemble des performances de dégradation pour évaluer leur comportement et donner des indices pour les améliorer de maniÚre itérative Il s'agit ainsi de créer de la valeur pour de nombreux utilisateurs finaux en améliorant le rendement de conversion de la biomasse en matiÚre premiÚre utilisable, avec des applications industrielles immédiates D'autre part, l'analyse des résultats permet le développement d'heuristiques facilitant la conception plus rationnelle de systÚmes de traitement de la biomasse à l'avenir Enfin, le projet a également pour ambition de démontrer la valeur d'une approche génétique combinatoire innovante PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATION Focus sur l'assemblage combinatoire Il a été démontré que les constructions génétiques sont fonctionnelles, évolutives, indépendantes du contexte, et permettent un contrÃŽle plus précis sur une plus large plage de valeurs que par les méthodes classiques Au-delà des objectifs, un deuxiÚme systÚme de contrÃŽle de l'expression génique a été développé Les travaux restant à effectuer consistent à intégrer ces circuits génétiques avec les flux de travail des partenaires (Edinbourg) Le principal défi à relever consiste à obtenir des protocoles d'assemblage d'ADN à haut débit, afin de porter des centaines d'enzymes dans un format d'expression standard Le partenaire industriel Ingenza exploitera cette technologie de plate-forme à haut débit via la vente de cocktails enzymatiques, la vente de licences sur des souches d'ingénierie exclusives, et le développement à façon de souches optimisées et personnalisées PAGE 56 Bioraffinerie / biocarburants FIBERFUEL Cellulosomes artificiels pour améliorer la saccharification de biomasse ligno-cellulosiques à l'échelle industrielle 11 CONTEXTE ET ENJEUX La plus abondante source de carbone et la plus riche en stockage d'énergie de la biosphÚre est peu connue du grand public : les polysaccharides des parois de plantes Leur exploitation permettrait la production de molécules à valeur ajoutée pour des besoins industriels ( biocarburants, produits biosourcés) en partant de matiÚres premiÚres à faibles coûts (ie parties de plantes non alimentaires et résidus de transformations industrielles), et renouvelables Malheureusement, ces substrats cellulosiques sont extrêmement récalcitrants à la transformation enzymatique pourtant nécessaire à leur exploitation énergétique, la principale barriÚre étant leur saccharification A ce jour, toutes les stratégies envisagées n'ont eu qu'une efficacité réduite Cependant, l'évolution du domaine des micro-organismes fournit des complexes multi-enzymatiques d'une efficacité redoutable pour la dégradation des substrats cellulosiques : les cellulosomes Ces systÚmes auto-assemblés et sophistiqués sont capables de dégrader les polysaccharides des parois de plantes Mais les interactions au sein du cellulosome demeurent difficilement mesurable par des techniques conventionnelles : notre compréhension de l'efficacité d'un tel systÚme est encore trop incomplÚte pour en envisager une exploitation industrielle Résumé technique - plan de travail OBJECTIFS Ce projet a pour objectif d'améliorer la compréhension de l'efficacité et de la synergie du systÚme multi-enzymatiques complexe dans le but de produire des cellulosomes à façon (« Designer Cellulosomes » (DC), auto-assemblés et artificiels) avec une activité ajustée aux substrats industriels déjà utilisés Appel à projets : ERAnet IB 2012 Partenaires : Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) (Espagne) [institut de recherche national] Weizmann Institute of Science (Israël) [institut de recherche national] CNRS ­ Station Biologique de Roscoff (29) [institut de recherche national] Institute of Physics, Polish Academy of Sciences (Pologne) [institut de recherche national] Abengoa Bioenergía Nuevas Tecnologías (Espagne) [industriel] Designer Energy (Israël) [PME] Tyndall National Institute, University College Cork (Royaume-Uni) [institut de recherche national] Ludwig-MaximiliansUniversity (Allemagne) [institut de recherche national] Coût total : 990 k Coût total partenaire français : 250 k Aide ADEME : 151 k PREMIERS RÉSULTATS Les premiÚres analyses ont permis d'améliorer considérablement la connaissance des cellulosomes Le travail concerté des partenaires internationaux a permis la construction et l'optimisation de quelques nano-assemblages, ensuite soumis à des tests d'activités Les « designer cellulosomes » les plus efficaces sur substrat modÚle ont pu être identifiés Les premiers essais sur des substrats récalcitrants à l'échelle pré-industrielle sont actuellement en cours. Enfin, plusieurs dizaines de publications scientifiques ont été réalisées (Biotechnology for Biofuels, PLOS One, Complexes Nano Letters, The Journal of Physical Chemistry, Journal of Structural Biology...) Corn stover Lignocellulose saccharification cellulosome Biofuel Wheat straw Bioraffinerie / biocarburants PAGE 57 12 BIOTFUEL Une chaîne de production de biocarburants par voie thermochimique Appel à projets : Fonds démonstrateur de recherche Biocarburants 2G (2008) Durée : 10 ans Partenaires : Bionext (60, 69) [PME] Avril (75, 60) [GE] CEA (38) [EPIC] IFPEN (92, 69) [EPIC] TOTAL (75, 59) [GE] Axens (75) [GE] Thyssenkrupp Industrial Solutions (ex UHDE GmbH) (Allemagne) [GE] Coût total : 178,05 M Aide ADEME : 30,06 M CONTEXTE ET ENJEUX À l'horizon 2020, sur la base d'études prospectives, l'offre mondiale de pétrole brut sera structurellement limitée en capacité à environ 95 Mbbl/j, alors que la demande sera contrainte aux environs de 100 Mbbl/j Cette situation entraînera de fortes tensions sur les cours du brut L'Europe, et en particulier la France, souhaitent accroître leur indépendance énergétique tandis que leurs capacités de production de gazole présentent un déficit croissant Pour pallier ce déficit, les biocarburants constitueront une offre complémentaire nécessaire Dans ce contexte, l'Europe et la France en particulier souhaitent favoriser l'émergence des biocarburants de seconde génération en complément de l'offre de biocarburants de premiÚre génération OBJECTIFS 1. Développer puis assembler à horizon 2019 l'ensemble des maillons d'une chaîne B-XtL (conversion de biomasse et ressources fossiles en biocarburants liquides) techniquement et économiquement performante à une future échelle industrielle capable de traiter un large éventail de charges lignocellulosiques et fossiles, afin de proposer à la vente la licence de la chaîne de procédés pour la production de biogazole et biokérosÚne ; 2. établir les bilans technico-économiques de la chaîne de production industrielle et mener les études environnementales et les évaluations multicritÚres pour évaluer sa rentabilité et sa durabilité ; 3. intégrer de façon itérative et permanente les innovations apportant un gain de performance à la chaîne de procédés de référence PAGE 58 Bioraffinerie / biocarburants GAYA Industrialiser une nouvelle filiÚre de biométhane 13 CONTEXTE ET ENJEUX Avec le paquet Climat Énergie en 2008, l'Europe a affiché des objectifs européens ambitieux de développement de nouvelles énergies renouvelables et faiblement émettrices de GES pour l'horizon 2020 La directive de Promotion des énergies renouvelables a décliné ces objectifs par grands usages, notamment sur le volet transport, avec l'objectif de 10 % d'énergies renouvelables, mais également ajouté les exigences de durabilité des biocarburants Le projet Gaya s'inscrit dans la feuille de route européenne et contribuera à ces différents objectifs La filiÚre de production de biométhane par gazéification/méthanation de la biomasse repose sur le développement de technologies dont la faisabilité a été étudiée à l'échelle du laboratoire Des projets de R&D à l'échelle préindustrielle existaient en Europe sur différents maillons de la chaîne de procédés Mais faute de financement, au moment du dépÃŽt du dossier, aucun projet de démonstration intégré sur l'ensemble de la filiÚre, depuis l'approvisionnement en biomasse jusqu'à la valorisation du biométhane, n'avait encore vu le jour AVANCEMENT Le projet a démarré en juin 2010 pour un programme de R&D d'une durée de 9 neuf ans La phase de démonstration préindustrielle est prévue à partir de 2017 pour une filiÚre opérationnelle à l'horizon 2020 Les travaux réalisés à ce jour ont concerné des phases d'études préalables d'accompagnement et de soutien au futur démonstrateur, de conception et choix des procédés et technologies pour le démonstrateur et préparatoires à son exploitation Les travaux de construction de la plate-forme démonstrateur basée à St-Fons (RhÃŽne) ont débuté fin 2014 pour une mise en service complÚte programmée dans le premier trimestre 2017 La phase d'exploitation de la plateforme se déroulera ensuite jusqu'à fin 2019 en parallÚle avec la fin des études, la validation de la chaîne de procédés grâce aux données acquises sur le démonstrateur Appel à projets : Fonds démonstrateur de recherche Biocarburants 2G (2008) Durée : 9 ans Partenaires : ENGIE (93, 69) [GE] CEA (38) [EPIC] Cirad (34) [EPIC] CTP (38) [CTI) FCBA (38) [CTI) École des Mines d'Albi ­ RAPSODEE ­ CNRS (81) [laboratoire public] UCFF (75) [PME] LGC INPT-UPS-CNRS (31) [laboratoire public] UCCS EC Lille-CNRS (59) [laboratoire public] LRGP CNRS (54) [laboratoire public] Repotec (Autriche) [PME] Coût total : 66,1 M Aide ADEME : 19 M OBJECTIFS Le projet GAYA a pour objectif de démontrer à l'échelle pré-industrielle la validité technique, économique, environnementale et sociétale, d'une filiÚre de production de biométhane par voie thermochimique (gazéification suivie de méthanation) Le biométhane serait commercialisable en tant que biocarburant ou combustible gazeux et transportable via le réseau de gaz naturel Le marché du bio-GNV bénéficierait des infrastructures du GNV, dont ENGIE s'est engagé à promouvoir le développement (voir la représentation schématique de la filiÚre en annexe 1) À l'issue du projet GAYA, le consortium vise à mettre en place : un portefeuille de technologies validées et rentables, impliquant la levée de verrous technico-économiques (procédés de gazéification, méthanation, etc) ; des outils d'industrialisation : (outils de simulation, d'extrapolation, de conception d'exploitation et d'aide à l'élaboration des plans d'approvisionnement) ; une filiÚre d'approvisionnement pérenne et rentable ; une filiÚre fiable et performante d'un point de vue socio-environnemental Bioraffinerie / biocarburants PAGE 59 projets (dont 5 PIA) 53 PRODUITS BIOSOURCÉS 43,6 M (dont 31 M pour PIA) 3 123 M de coût total (dont 91 M pour PIA) PAGE 60 Produits biosourcés PRODUITS BIOSOURCÉS Les produits biosourcés pour la chimie et les matériaux sont des produits industriels non alimentaires et non énergétiques, obtenus partiellement ou totalement à partir de matiÚres premiÚres renouvelables issues de la biomasse Dans un contexte où l'économie circulaire et donc l'éco-conception deviennent incontournables, l'ADEME, à travers différents appels à projets (BIP, 2008-2015 ; CORTEA ; Investissements d'Avenirs ; ERAnet IB, 2008-2016 ; ERAnet Woodwisdom), soutient ainsi le développement de produits biosourcés : qui laissent présager un impact environnemental et sanitaire réduit par rapport à l'existant. La réduction des impacts environnementaux devra être démontrée via la réalisation d'une Analyse de Cycle de Vie (ACV) au cours du projet : de la ressource en passant par l'optimisation des procédés, jusqu'à la valorisation en fin de vie ; montrant des caractéristiques techniques potentielles au moins équivalentes à celles de leurs concurrents ; présentant une compétitivité économique potentielle à terme Afin de limiter les concurrences d'usages de la biomasse et la pression sur les ressources, la diversification des matiÚres premiÚres employées pour la production de produits biosourcés est encouragée Ainsi, les ressources visées prioritairement sont dites de 2e et 3e générations (ressources lignocellulosiques, coproduits et déchets de l'industrie [agroalimentaire, chimique, papetiÚre, etc], algues, etc) Nombre de projets R&D produits biosourcés 2008­2015 par appels à projets Aide (M) produits biosourcés 2008­2015 par appels à projets 1,1 0,1 1 5 6 BIP Investissement d'Avenir 10,5 BIP Investissement d'Avenir 41 CORTEA ERAnets 31,9 CORTEA ERAnets Produits biosourcés PAGE 61 projets (dont 3 PIA) 27 MOLÉCULES BIOSOURCÉES 31,8 M d'aide Les molécules chimiques biosourcées se retrouvent sous la forme de tensioactifs, solvants, lubrifiants, adhésifs, polymÚres, etc et principalement destinées aux secteurs de la cosmétique, de la détergence, des colles, des peintures, de la plasturgie, ou encore de la lubrification en machinerie agricole et forestiÚre Leur production repose sur des procédés thermochimiques, chimiques (dont la catalyse), ou relevant des biotechnologies industrielles (comme la production par des bactéries par exemple) Deux voies de développement cohabitent : le « drop-in », qui consiste à remplacer une molécule fossile par une molécule chimiquement identique mais d'origine renouvelable (par exemple furfural, acide acrylique, acide butyrique biosourcés...) ; la synthÚse ab initio de molécules possédant une structure innovante Les ressources en biomasse utilisées sont trÚs variables On y trouve des micro-algues, de la biomasse lignocellulosique, des coproduits bioraffinés, des ressources résiduelles (coproduits de valorisation de céréales...), des effluents de papeterie, de la biomasse oléagineuse, etc... Les molécules biosourcés sont représentées dans plus de 27 projets R&D aidés par l'ADEME entre 2008 et 2015, pour un budget de 31,8 M (soit 31 % du budget dédié aux projets de R&D sur les produits biosourcés et bioénergies entre 2008 et 2015) Différents appel à projets ont permis de financer les projets de R&D sur les molécules biosourcés entre 2008 et 2015 : Investissements d'Avenir (25,8 M ; 2 projets), BIP (4,8 M ; 17 projets), ERAnet IB et ERAnet Woodwisdom (1,1 M ; 9 projets), et CORTEA (0,14 M ; 1 projet) CÃŽté marchés, d'aprÚs une étude ADEME-ALCIMED (2015) sur l'évolution des marchés des produits biosourcés à l'horizon 2030 : les peintures et les détergents biosourcés sont des segments à trÚs fort potentiel ; les lubrifiants et les solvants biosourcés pourraient connaître une croissance trÚs forte ; la surface agricole nécessaire en 2030 pour les produits biosourcés représenterait au maximum 2,6 % de la SAU de 2012 (dont 25,8 M pour PIA) 98,8 M de coût total (dont 78,5 M pour PIA) PAGE 62 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées NAPAPI Nouveaux polymÚres biosourcés pour Adhésifs aux Propriétés Innovantes 1 CONTEXTE ET ENJEUX La production mondiale de polyuréthanes représentait environ 18 Mt, avec un prix moyen de 3 /kg, soit un marché de 53 milliards d'euros (chiffres 2011) La production européenne pesait environ 20 % de la production mondiale avec une production de l'ordre de 4 Mt en 2011 (dont 250 kt avec un marché de 326 kt pour la France) Les polyuréthanes représentaient alors 8 % de la production mondiale de polymÚres synthétiques et sont utilisés dans un trÚs grand nombre de domaines tels que le bâtiment, l'emballage, l'habillement, l'automobile, le biomédical, les cosmétiques, etc La synthÚse des adhésifs polyuréthanes a le plus souvent recours à des polyéther-polyols et/ou des polyester-polyols Or la majorité des polyols d'origine naturelle (ou NOPs pour « Natural Oil Polyols ») présentent un coût à la fonction défavorable comparativement aux polyols d'origine fossile Dans ce contexte, qui vise à trouver des alternatives renouvelables fonctionnellement avantageuses et économiquement viables, la fabrication de polyols biosourcés répondant à l'ensemble des cahiers des charges pour la fabrication d'adhésifs constituait une piste de recherche d'intérêt OBJECTIFS Ce projet visait à développer de nouveaux polyuréthanes à partir de polyols issus de la transformation chimique d'huiles végétales (principalement l'huile de tournesol qui contient une forte teneur en acide oléique et l'huile de ricin) en utilisant des procédés de fabrication ayant les plus faibles impacts environnementaux possibles Pour synthétiser ces nouveaux polyols, les objectifs étaient : 1. d'obtenir des polyols biosourcés difonctionnels aux propriétés nouvelles ou améliorées pour des applications « medium ou hautes performances » ; 2. d'obtenir des polyols renouvelables et compostables de type Estolide ; 3. de valoriser les ressources agricoles pour la synthÚse de nouveaux polymÚres entrant dans la composition d'adhésifs avec un apport significatif de carbone renouvelable ; 4. de synthétiser ces polyols biosourcés à l'aide de procédés respectueux de l'environnement ; 5. se répondre aux attentes de la réglementation REACH Des analyses de cycle de vie ont également été réalisées sur les différentes solutions et procédés étudiés (éco-conception) Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : Bostik (92) [GE] ITERG (33) [centre technique] Université de Bordeaux ­ LCPO (33) [laboratoire public] Coût total : 681 k Aide ADEME : 286 k RÉSULTATS ET VALORISATION Scientifiquement, ce projet a confirmé les études de modélisation et permis de synthétiser plusieurs polyols, issus notamment d'huile de ricin ou de tournesol à forte teneur en acide oléique, comportant de 70 à 100 % (Estolide d'acide ricinoleique et d'alcool gras dimÚre) de matiÚre premiÚres biosourcées Pour obtenir ces composés, plusieurs voies de synthÚse et systÚmes catalytiques ont été étudiés Les caractéristiques des polyols ont été contrÃŽlées en termes d'indice d'hydroxyle, de fonctionnalité et de caractéristiques physico-chimiques (compromis entre masse moléculaire et viscosité) Il a été démontré que : les polyols biosourcés ont montré qu'ils n'étaient pas toxiques vis-à-vis des daphnies et des algues et qu'ils étaient compostables Les résultats d'analyses de cycle de vie ont permis de de mettre en évidence une réduction significative des impacts sur l'air (réduction des émissions atmosphériques et du changement climatique) mais une augmentation significative des impacts sur l'eau ; les polyols développés lors de ce projet devaient pouvoir être commercialisés à moins de 4/kg pour avoir une chance d'être industrialisés S'ils restent encore significativement plus chers que les équivalents fossiles, ils devraient intéresser le marché à moyen terme (5 ou 10 ans) notamment au regard des possibles évolutions réglementaires et techniques sur les emballages souples ; une demande de brevet WO 2014/072629 dans le domaine de l'emballage souple alimentaire a été déposée Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 63 2 GLYVALACR Valorisation du Glycérol en Acroléine et Acide Acrylique et leurs dérivés Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : Arkema (92) [GE] SEPPIC (81) [GE] Coatex (69) [GE] PCAS (91) [GE] Coût total : 551 k Aide ADEME : 266 k CONTEXTE ET ENJEUX En 2007, le prix du baril de pétrole était d'environ 100$, ce qui impactait le coût de tous ses dérivés, dont le propylÚne, utilisé dans la production d'acroléine et d'acide acrylique (composants des caoutchoucs synthétiques, peintures, plastiques...) Inversement le prix du glycérol, issu de la synthÚse des biocarburants, ne cessait de diminuer Ainsi, un procédé utilisant le glycérol pour la production d'acroléine et d'acide acrylique présentait un intérêt économique tout en valorisant l'un des coproduits de la fabrication de biocarburants. la validation des qualités des produits obtenus en fonction des applications visée ; la réduction des émissions GES par rapport à la voie ex-propylÚne OBJECTIFS Ce projet visait : l'élaboration d'un nouveau procédé d'obtention d'acroléine et d'acide acrylique à partir de glycérol, coproduit de la filiÚre biodiesel ; Pilote 1m Acroléine RÉSULTATS ET VALORISATION AprÚs une étude de l'impact des options de procédé, de choix de catalyseur sur les impuretés formées, ainsi que sur leur devenir dans les applications ciblées, un procédé fonctionnel (reposant sur des réactions de déshydratation et d'oxydéshydratation) a pu être développé Arkema a pu produire des lots d'acroléine et d'acide acrylique biosourcés de différents grades afin de définir des qualités acceptables dans les applications visées afin notamment de définir la qualité requise en fonction des applications, tout en minimisant les consommations énergétiques Un procédé complet de production d'acide acrylique ex-glycérol a été simulé pour déterminer le coût de revient du produit, et calculer la diminution des rejets de gaz à effet de serre par rapport à la filiÚre fossile L'acroléine biosourcée a été testée par PCAS (dans des réactions de Diels Alder et d'acétalisation) et l'acide acrylique d'une part par Coatex pour faire des dispersants à faible masse et faible indice de polydispersité (polymérisation radicalaire contrÃŽlée), et d'autre part par Seppic pour des épaississants en cosmétique à trÚs haute masse Enfin, une étude comparative a permis de valider la qualité des produits ex-glycérol obtenus (Vs celle des produits ex propylÚne) en fonction des applications visées Plusieurs impacts environnementaux ont été réduits : diminution de la consommation de matiÚres premiÚres fossiles ; amélioration du bilan carbone du procédé par rapport à la voie ex-propylÚne ; possibilité de construire des unités d'acroléine et/ou d'acide acrylique de petites tailles (procédés développés simples), proche des sites d'utilisation, permettant ainsi de diminuer les risques et les émissions de CO 2 liés aux transports Le développement du procédé de production de l'acroléine et de l'acide acrylique biosourcés nécessitait encore à la fin du projet de nombreuses études ainsi qu'un passage au stade pilote Depuis, l'ensemble de la technologie a été finalisée (trentaine de familles de brevets par Arkema) Le marché de l'acide acrylique étant totalement saturé par la Chine, le marché le plus porteur suite au projet serait la vente de licence pour la construction de petites unités de production d'acroléine, évitant le transport et le stockage de ce produit hautement toxique et inflammable PAGE 64 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées RAFFIBLE Développement d'une raffinerie des sons et pailles de blé pour la production de tensioactifs et de complexant pour la détergence 3 CONTEXTE ET ENJEUX L'industrie chimique utilise les tensioactifs et complexants dans de nombreux domaines comme la détergence, les spécialités chimiques, les produits phytosanitaires, l'agroalimentaire, la cosmétique et la pharmaceutique En 2003, le marché était évalué à 12 millions de tonnes soit un chiffre d'affaires de 13 millions de dollars, avec une croissance moyenne de 3 % par an Il existe par ailleurs une forte demande des consommateurs pour des produits aux impacts sanitaires et environnementaux réduits, issus de ressources naturelles, notamment végétales L'objectif principal du projet était donc de produire des molécules à coûts et impacts environnementaux réduits, en vue d'améliorer leur pénétration du marché de la détergence D'autre part, le projet intégrait une démarche de bioraffinerie, permettant la valorisation non alimentaire de pailles et de sons de blé, résidus agricoles lignocellulosiques Il s'agissait donc in fine de valoriser la plus grande partie des sons et pailles pour trois applications : les tensioactifs, les marchés de l'acide formique (620 000 T/an en 2006, détartrage, industrie pharmaceutique, pesticides, pigments...), et les résines thermodurcissables Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : ARD (51) [GE ­ centre de recherche privé] Université de Reims ­ ICMR (51) [laboratoire public] Coût total : 525 k Aide ADEME : 130 k OBJECTIFS Le projet répondait à une demande des professionnels du secteur de la détergence, en recherche de substituts aux molécules d'origine pétrochimique (comme les alcools gras éthoxylés et/ou propoxylés, ou encore les acides carboxyliques) Réacteur RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet a permis le développement et l'optimisation à l'échelle du laboratoire, d'un nouveau prétraitement efficace de la biomasse lignocellulosique (sons et pailles de blé) pour la conversion directe sélective d'hémicelluloses en tensioactifs glycosidiques Les tensioactifs obtenus sans purification supplémentaire ont montré des propriétés de surface équivalentes aux références. Une étude de validation du procédé à l'échelle du pilote a été réalisée sur le pilote industriel d'ARD confirmant les trÚs bons rendements obtenus au laboratoire. L'estimation du coût de revient (hors investissements) des tensioactifs produits selon ce procédé (1,6 /kg) permet d'envisager leur commercialisation dans le secteur de la détergence où ils entreront en compétition avec les alcools gras éthoxylés dont les prix se situent aux alentours de 2 /kg Les tests de biodégradabilité et d'écotoxicité des tensioactifs produits se sont également révélés identiques aux dérivés commerciaux références. Il n'a donc pas été détecté d'effet lié à la présence d'une éventuelle impureté issue de l'utilisation directe de la matiÚre végétale L'inventaire de cycle de vie a permis d'estimer une diminution de plus de 80 % de l'énergie non renouvelable consommée, par rapport au procédé de production de la solution de référence commerciale d'origine pétrochimique En outre, le procédé génÚre un résidu lignocellulosique potentiellement riche en amidon ou cellulose selon la nature du substrat de départ Enfin, de nombreuses publications ont été réalisées (Industrial Crops and Products, Green Chemistry, Catalysis Letters) ainsi que des communications (2nd International Symposium on Green Chemistry, Renewable carbon and Eco-efficient Processes ; A Greener Chemistry for Industry ; RRB7 Conference ; Woodchem ; 8 th & 9 th International Conference on Renewable Bioresources and Biorefineries ) Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 65 4 BIOBUTYRIQUE Valorisation d'Acide Butyrique biosourcé, coproduit d'un procédé de fabrication de 1-3 Propanediol (PDO) par voie fermentaire Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : METABOLIC EXPLORER (63) [PME] PROCINTECH (69) [PME] Coût total : 786 k Aide ADEME : 393 k CONTEXTE ET ENJEUX L'acide butyrique ex-fossile est utilisé notamment dans les fragrances, la fabrication de polymÚres plastiques, ou encore pour les arÃŽmes alimentaires Son marché mondial est estimé à environ 50 000 tonnes et 75 millions de dollars par an (prix de vente moyen de 1500 $ par tonne) Le procédé d'obtention de 1,3-propanediol (PDO) biosourcé développé par METabolic Explorer (METEX) engendre également de l'acide butyrique, cette fois biosourcé et jusqu'alors non valorisé La valorisation de ce coproduit, possédant d'ores et déjà un marché bien établi, permettrait d'augmenter le gain général du procédé et de se rapprocher du concept de bioraffinerie OBJECTIFS Le projet consistait à développer un procédé industriel d'extraction et de purification de l'acide butyrique, sous-produit du procédé d'obtention de 1,3-propanediol biosourcé développé par METEX D'un point de vue technique, les objectifs étaient : de diminuer la demande chimique en oxygÚne (DCO), de réduire l'apport énergétique, d'atteindre un rendement de 954% pour la production d'acide butyrique, tout en gardant un haut grade de pureté (nécessaire pour répondre aux applications ciblées) CÃŽté industriel, l'ambition était la rédaction d'un Process Book contenant les données permettant le dimensionnement des installations et donnant les coûts opératoires du procédé, pour atteindre une production de l'ordre de 2000t/an Acide butyrique biosourcé RÉSULTATS ET VALORISATION L'étude de conception d'un procédé de purification d'acide butyrique coproduit de la production de PDO par voie fermentaire a été menée à son terme La preuve de la faisabilité industrielle est faite permettant ainsi : de renforcer l'intérêt économique du procédé PDO METEX en valorisant un de ses coproduit de minimiser son impact environnemental en diminuant la demande chimique en oxygÚne dans les rejets aqueux Le procédé développé utilise des techniques robustes permettant d'envisager la phase industrielle avec confiance Les expérimentations faites en continu sur une unité pilote ont permis d'établir les bilans matiÚre et énergie nécessaires, ainsi que de conforter les données technico-économiques et la compétitivité de l'acide butyrique biosourcé par rapport à l'acide butyrique ex-fossile Les paramÚtres de fonctionnement ont été déterminés et validés La qualité des échantillons produits est conforme aux spécifications attendues Le process book qui a été produit fournit les données d'entrée nécessaires au travail d'ingénierie qui va suivre Colonne ABH PAGE 66 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées DAPUBS Dispersion aqueuse de polyuréthanes biosourcés (NIPU) sans isocyanate 5 CONTEXTE ET ENJEUX En 2010, la consommation mondiale de polyuréthanes a été estimée à 14 millions de tonnes Les polyuréthanes possÚdent en effet de nombreuses applications : colles, mousses isolantes dans le bâtiment ou l'électroménager, étanchéité, laques, semelles de chaussures, etc Cependant la voie traditionnelle d'obtention de ces polyuréthanes résulte de la réaction catalysée entre des des polyols et isocyanates, issus de ressources fossiles Les isocyanates sont par ailleurs bien connus pour leur toxicité et leur dangerosité (cf Bhopal 1984) Le développement d'une filiÚre de substitution aux polyuréthanes via une chimie sans isocyanates représente donc aujourd'hui un enjeu majeur D'un point de vue scientifique, ces nouveaux matériaux polyuréthanes, dénommés NIPUs pour « Non Isocyanate PolyUrethane », seront préparés à partir de polycarbonates et de pluri-amines Les NIPUs sont en réalité des poly(hydroxy uréthane)s qui se différencient des PUs « classiques » par la présence de fonctions hydroxyles à chaque unité de répétition De nombreuses applications utilisent déjà des formulations aqueuses de ces matériaux, mais l'un des enjeux du projet consistera à synthétiser ces nouveaux matériaux sous la forme de particules de latex en dispersion aqueuse pour viser de nouvelles applications comme la peinture et les adhésifs Les produits de substitution seront issus de la transformation oléochimique des huiles végétales (tournesol à haute teneur en acide oléique, ricin et soja), ce qui permettra de limiter la consommation en ressources fossiles et de limiter l'utilisation de substances dangereuses visées par la réglementation REACH Les impacts de ces nouveaux produits seront par ailleurs étudiés et minimisés grâce à la réalisation d'Analyses de Cycle de Vie (ACV) Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : Avril ­ OLEON SA (60) [GE] Université Bordeaux ­ LCPO (33) [laboratoire public] ITERG (33) [centre technique] Coût total : 467 k Aide ADEME : 235 k OBJECTIFS Ce projet vise à élaborer des nouveaux matériaux polyuréthanes à partir de polycarbonates et d'amines, tous deux biosourcés, en dispersion aqueuse afin d'éviter l'utilisation des isocyanates et utiliser des ressources renouvelables pour la synthÚse de ces polymÚres Émulsification puis polymérisation en émulsion Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 67 6 SURFACT'ALG Développement éco-responsable de nouveaux tensio-actifs d'origine algale pour des applications en détergence et dans les émulsions de bitume Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : SALVECO (88) [laboratoire industriel] ENSCR (35) [laboratoire public] SOPREMA (67) [GE] INRA (34) [laboratoire public] CEVA (22) [centre technique] Coût total : 824 k Aide ADEME : 467 k CONTEXTE ET ENJEUX Par leur composition, les algues offrent un potentiel d'innovation pour des applications dans l'alimentaire, la production de carburants (dits alors de 3 e génération), ou la fabrication de molécules d'intérêt pour la chimie, la pharmaceutique, ou la cosmétique Les algues contiennent notamment des protéines, des lipides, des fibres, des vitamines, des minéraux et des pigments Elles présentent de plus certains avantages sur les autres biomasses : productivité supérieure aux plantes terrestres (notamment en raison de leur cycle reproductif plus court) ; possibilité de développer de nouveaux usages pour la biomasse sans créer de tension sur les marchés des matiÚres premiÚres alimentaires ; possibilité de cultiver les algues en mer ou sur des terres non arables sans compétition non plus avec l'alimentation pour l'usage des sols ; et enfin possibilité de rendre des services environnementaux parallÚlement à leur production comme le traitement des eaux ou la valorisation du CO 2 OBJECTIFS Le projet Surfact'alg a pour objectifs : de développer des procédés de fabrication de nouvelles compositions à base de tensioactifs 100 % biosourcés, dérivés d'algues (algues brunes et vertes) et d'huiles végétales tropicales/ métropolitaines, et les applications associées d'améliorer les bilans (matiÚre, énergétique et environnemental) ainsi que la productivité de technologies innovantes, notamment en en réduisant les coûts par une diversification des ressources (extraits raffinés, semi-raffinés) et une valorisation dans des domaines hors alimentaires à plus haute valeur ajoutée (détergence et membranes d'étanchéité) de se substituer à des tensioactifs d'origine fossile et/ou de compléter la gamme des tensioactifs via une nouvelle gamme de produits obtenue en croisant les filiÚres algale et oléagineuse © CEVA Laminaria, Chondrus PAGE 68 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PROLUB Développement d'une graisse biodégradable biosourcé et éco-acceptable pour lubrification de galets de presse à bois 7 CONTEXTE ET ENJEUX Depuis quelques années, la fabrication de granulés de bois augmente fortement en France et en Europe En 2011, la production française était de 1,2 millions de tonnes de granulés, et pourrait représenter environ 5 millions de tonnes en 2018 Une presse produit 4 tonnes de granulés par heure, ce qui consomme environ 400 g de lubrifiant (soit 0,01 % en masse) La quantité de lubrifiant nécessaire ne va donc cesser de croitre : le besoin est estimé à 1000 t en France et 10 000 t en Europe à l'horizon 2020 Actuellement, 95 % des lubrifiants fabriqués sont d'origine fossile À l'évidence, ces lubrifiants sont brûlés lors de l'utilisation des granulés, et donc rejetés dans l'environnement. OBJECTIFS L'objectif principal du projet est de trouver des lubrifiants alternatifs, issus de ressources renouvelables, qui répondront aux objectifs des directives européennes et du Grenelle de l'Environnement ConcrÚtement, il s'agit d'une part de remplacer la base pétrochimique par des produits biosourcés, et d'autre part d'améliorer les performances du lubrifiant dans les presses à granulés pour en diminuer la consommation et les éventuelles émissions associées Des recherches sur l'amélioration des performances environnementales, énergétiques et économiques seront également menées afin de proposer un lubrifiant écolabellisable Pour répondre à ces objectifs, seules des matiÚres grasses n'ayant pas de destination alimentaire seront testées telles que les huiles de friture usagées, des matiÚres grasses animales, ou des condensats de désodorisation En parallÚle des tests à l'échelle laboratoire, les analyses permettront ensuite de déterminer la meilleure formulation qui pourra ensuite être testée pour validation en usine en conditions industrielles Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : MOLYDAL SA (60) [PME] ITERG (33) [centre technique] Promill Stolz (28) [PME] Coût total : 597 k Aide ADEME : 299 k Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 69 8 ALGORAFF Développement de produits biosourcés compétitifs et durables grâce au bioraffinage de microalgues Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : AlgoSource (44) [PME] GEPEA (44) [laboratoire public] GeM (44) [laboratoire public] Institut Pascal (63) [laboratoire public] Coût total : 735 k Aide ADEME : 411 k CONTEXTE ET ENJEUX La Spiruline consommée en France sert essentiellement à la production de compléments alimentaires et est à 90 % importée du fait d'un coût de production local trop élevé, de l'ordre de 40 k/tonne en 2013 Il existe cependant de nombreuses autres applications aussi bien alimentaires que non alimentaires : colorants alimentaires (bleu), huiles servant de base en cosmétique, éliciteurs (molécules déclenchant une réaction) de croissance de plantes, protéines végétales, polysaccharides fonctionnels (additifs alimentaires par exemple), émulsifiants, mais aussi des liants hydrophobes pour le bâtiment et les bitumes (à partir des résidus d'extraction) L'utilisation de microalgues, comme la spiruline, pour la production de molécules d'intérêt présente plusieurs avantages : elle n'utilise pas de terres agricoles ; sa productivité à l'hectare est souvent supérieure aux productions agricoles classiques (colza, maïs) ; sa culture peut utiliser de l'eau de mer ou saumâtre ou encore recyclée Cependant, pour obtenir des produits à base de spiruline à des prix abordables, une valorisation totale de la biomasse algale est nécessaire, ce qui signifie que même les résidus issus de la récolte du composé principal doivent être utilisés OBJECTIFS Le projet Algoraff vise à remplacer des produits fabriqués à l'aide de matiÚres premiÚres fossiles par des produits issus de microalgues par bioraffinage Par analogie au raffinage du pétrole, le bioraffinage consiste à convertir 100 % de l'intrant (ici la spiruline) en produits d'intérêt Les marchés applicatifs visés sont la cosmétique, les intermédiaires chimiques, les engrais, l'alimentation humaine et animale, la pharmaceutique, les matériaux pour la construction et l'énergie Pourquoi la Spiruline ? Les marchés existants (ou identifiés) peuvent absorber des quantités significatives de produits issues de la spiruline, si les coûts sont adéquats Les procédés de fabrication sont maitrisés Il existe un savoir-faire embryonnaire de culture de cette microalgue en France, qui peut être développé, rationalisé, et diffusé, notamment dans le monde agricole La culture de spiruline peut encore être optimisée, avec par exemple l'utilisation d'intrants C, N, P, K et de chaleur issus d'effluents industriels ou de méthanisation Une production maitrisée et optimisée procurera ainsi à terme un avantage compétitif à la production Française sur son marché PREMIERS RÉSULTATS La mise en place de protocoles de culture originaux d'Arthrospia platensis a permis de réaliser une orientation métabolique de cette derniÚre vers la production de différentes molécules à forte valeur ajoutée Il est ainsi possible de réaliser la production d'une biomasse adaptée aux besoins du marché De nouveaux procédés ont également été mis au point afin de permettre une extraction plus sélective des composés d'intérêt et d'assurer par la suite une purification plus simple et donc moins onéreuse Ces nouveaux procédés pourront permettre, à termes, la production de nouveaux ingrédients/produits PAGE 70 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées © AlgoSource BIOPAINT Nouvelle génération de peintures biosourcées à l'eau pour applications industrielles substituant les peintures à base de solvants organiques 9 CONTEXTE ET ENJEUX Les fabricants de peintures ont basculé vers une chimie à l'eau sous la pression des nombreuses réglementations européennes visant à réduire les émanations de composés organiques volatils (COV) Cependant de nombreuses peintures industrielles contiennent encore des solvants organiques, du fait de divers verrous technologiques En France, les solvants utilisés dans les peintures représentent environ 260 kT/an, soit 5 000 à 10 000 T de COV émis chaque année Parmi les contraintes à lever, on trouve le besoin de polymÚres à haute masse moléculaire (solidité) et le séchage rapide pour l'industrie Or, les formulations aqueuses classiques limitent la possibilité de réticulation chimique (formation d'un ou de plusieurs réseaux tridimensionnels) pourtant nécessaire aux performances des peintures AprÚs 3 années de recherche, Ecoat a développé un polymÚre totalement biosourcé utilisant un nouveau mode de séchage performant, destiné aux peintures pour bâtiment OBJECTIFS L'objectif du projet consiste à déployer la technologie mise au point par Ecoat aux polymÚres destinés aux peintures industrielles, permettant ainsi de trouver une solution à l'utilisation des solvants organiques sans perdre le haut niveau de performances requis Il s'agit donc de substituer les polymÚres pétrosourcés en dilution dans des solvants organiques, par des polymÚres biosourcés en émulsion dans l'eau, se réticulant avec l'évaporation de l'eau In fine, ces émulsions de polymÚres permettraient le développement de peintures industrielles intégrant 50 % de matiÚres premiÚres renouvelables, provenant de différentes filiÚres végétales (oléagineux, colophane, amidon, dérivés cellulosiques...) Ces développements devraient permettre de réduire les émissions de polluants atmosphériques de 30 % (en supposant un taux de substitution de 30 %) Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : ECOAT (06) [PME] ITECH ENTREPRISES (69) [PME] Coût total : 806 k Aide ADEME : 311 k Performances atteintes Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 71 10 REVA COPPA REcupération et VAlorisation de COmposés Phénoliques d'effluents de PApeterie Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : Norske Skog (88) [GE] Dérivés Résiniques et Terpéniques (40) [PME] INRA Avignon (84) [laboratoire public] LERMAB (54) [laboratoire public] CNRS Strasbourg (67) [laboratoire public] Coût total : 671 k Aide ADEME : 289 k CONTEXTE ET ENJEUX Depuis quelques années, la conjoncture économique et le fort développement des médias numériques conduisent à la baisse de la consommation de papiers et de cartons Les industries papetiÚres cherchent donc à diversifier leur activité en développant de nouvelles voies de valorisation Ainsi, la récupération et la valorisation de coproduits du bois lors de la fabrication de pâte chimique est-elle devenue un schéma économique et technique classique Le procédé de fabrication de la pâte à papier thermomécanique (TMP), n'utilisant pas de produits chimiques, pourrait de surcroît offrir la possibilité de récupérer et valoriser des molécules aromatiques à haute valeur ajoutée contenues dans les effluents Actuellement ces eaux dites « résiduaires » ne sont pas valorisées alors qu'elles sont potentiellement un véritable réservoir de molécules plateformes, pouvant se substituer à leurs équivalentes issues de la filiÚre pétrochimique OBJECTIFS Le projet REVA COPPA a pour but : une démarche d'accompagnement à la mutation des industries papetiÚres pour développer de nouvelles filiÚres de valorisation ; la valorisation spécifique d'acides phénoliques identifiés dans les effluents TMP aprÚs bioconversion fongique Le projet s'articule autour des quatre axes suivants : 1. quantification et caractérisation des ressources disponibles en composés phénoliques dans les effluents TMP ; 2. optimisation d'un systÚme membranaire afin de concentrer et isoler les composés phénoliques cibles ; 3. bioconversion fongique de ces acides phénoliques ; 4. évaluation des marchés cibles potentiels (marchés des détergents et de la cosmétique) ainsi que de l'impact environnemental de la production de la molécule biosourcée Rétentat (hémicellulose,... ) Circuit TMP E luent Flottation Ultrafiltration Perméat Nanofiltration Perméat Usine Fraction lipophile Concentrat riche en composés phénoliques PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS Plusieurs communications orales et posters ont déjà été réalisés (Colloque « Procédés pour la bioraffinerie : enjeux et avancées », 10 th European Congress of Chemical Engineering, Colloque PhytoDay, 1 st International Conference on Sustainable Water Processing...) Bioconversion fongique des composés phénoliques ArÃŽmes à haute valeur ajoutée Membrane servant à la filtration des effluents TMP aprÚs flottation PAGE 72 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées FURACHEM Développement de procédés durables et compétitifs de production de furfural biosourcé 11 CONTEXTE ET ENJEUX Afin de maintenir la rentabilité des filiÚres agricoles, il apparait nécessaire de réaliser une valorisation complÚte des productions agricoles métropolitaines Le furfural peut représenter jusqu'à 10 % des coproduits agricoles lignocellulosiques (pailles, bagasse, sons, rafles de maïs, etc) Sa production mondiale se situe aux alentours de 300 000 tonnes par an Il est actuellement principalement utilisé en pétrochimie (dans certains procédés de raffinage) et pour l'obtention d'alcool furfurylique, élément de la fabrication de résines à destination des cimenteries et des fonderies Dans la plupart des procédés industriels de production du furfural, de l'acide sulfurique concentré est utilisé en tant que catalyseur. C'est un produit trÚs toxique et corrosif mais aussi difficilement recyclable De plus, malgré l'utilisation de ce catalyseur, le rendement de la production de furfural n'excÚde pas 50 % Le développement de nouveaux procédés de production éco-conçus et efficaces du furfural permettra de considérer cette molécule portail dans les bioraffineries de l'avenir et pourrait même constituer un élément clé dans leur réussite OBJECTIFS L'objectif principal de ce projet consiste à développer de nouvelles méthodes de production de furfural qui répondront aux principes de la chimie verte, tout en maintenant la rentabilité économique actuelle du produit Pour cela, des catalyseurs non toxiques et recyclables seront utilisés en milieu aqueux De plus, des recherches seront menées afin d'améliorer le rendement de production du furfural Enfin, une étude technico-économique ainsi qu'une évaluation des flux pour l'obtention d'indicateurs environnementaux sont également prévues Ce projet vise ainsi à valoriser de la biomasse non alimentaire (coproduits agricoles donc sans changement d'affectation des sols [CAS]) afin de : maintenir la rentabilité des filiÚres agricoles co n ce r n é e s ; diminuer certains impacts environnementaux liés notamment à la toxicité des procédés actuels (acide sulfurique) ; réduire à terme les consommations de matiÚres premiÚres fossiles Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : ARD (51) [GE ­ centre de recherche privé] Université de Poitiers ­ IC2MP (86) [laboratoire public] Coût total : 661 k Aide ADEME : 228 k PREMIERS RÉSULTATS La premiÚre année de travail a permis d'obtenir des résultats encourageants : compréhension de l'influence de la température, de la quantité de catalyseur, de la concentration du substrat... Des méthodes de synthÚse de furfural efficaces ont été développées sur des substrats modÚles (xylane du bouleau) La suite du projet se focalisera sur le transfert d'échelle de ce procédé, ainsi que sur l'amélioration de sa productivité Les premiers résultats laissent également présager une amélioration économique notable du procédé notamment en ce qui concerne le recyclage du catalyseur L'étude de différents substrats est actuellement en cours, en vue d'une intégration directe dans l'environnement de la Bioraffinerie d'ARD Le consortium envisage également la publication d'un brevet Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 73 12 ECO-C-REAL Étude Valorisation de sons de céréales et de solvants d'origine végétale puissants alternatifs aux solvants fossiles, pour la production d'ingrédients cosmétiques à forte valeur ajoutée Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : LIMOTECH (03) [PME] ENSCCF/ICCF (63) [laboratoire public] CFR (13) [centre de recherche] Biolandes (40) [GE] Coût total : 693 k Aide ADEME : 306 k CONTEXTE ET ENJEUX Les ventes d'ingrédients et de matiÚre premiÚres Bio sont en hausse de 8 %, reléguant loin derriÚre la croissance des autres actifs en Europe et aux États-Unis, qui plafonnent à 4,5 % (étude Kline & Company) La plus forte croissance est attendue sur le segment des produits « verts » Cela représente un marché mondial de plus de 5 Mds, dont 30 M en France avec des acteurs majeurs tels Aldivia, Gattefossé, Alban Muller ou Cognis En France, on estime le marché annuel des ingrédients cosmétiques et de nutrition issus de céréales à environ 35 M Cependant, les huiles et ces principes actifs obtenus par la méthode actuelle (extraction à l'hexane) sont incompatibles avec les labels Bio (Ecocert, Cosmebio ou AB) et les exigences grandissantes du marché cosmétique pour les ingrédients naturels La PME Limotech, a ainsi conçu (et breveté) un procédé d'extraction alternatif, utilisant les TerpÚnes d'Origine Naturelle (TON) OBJECTIFS Le projet consiste à développer et à optimiser à l'échelle pré-industrielle la méthode d'éco-extraction mise au point par Limotech, pour l'obtention de principes actifs et d'huiles de sons de céréales comme ingrédients cosmétiques En effet, les sons de céréales contiennent des composés à structure phénolique : oryzanol, alkylresorcinols, flavanols et insaponifiables, qui peuvent être extraits grâce à la méthode développée par Limotech Par ailleurs, le projet cherchera à prouver que les tourteaux résiduels sont exploitables en nutrition animale, avec une appétence accrue et une teneur protéique plus élevée pour les animaux Oranges vertes Hall d'extraction PAGE 74 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOCOAT Formulations de peinture poudre renouvelables comprenant de nouvelles résines polyester issues de la biomasse oléagineuse 13 CONTEXTE ET ENJEUX Le marché des revêtements est encore dominé par les peintures solvantées fortement émettrices de composés organiques volatils (COV) nocifs pour la santé des utilisateurs Une forte dynamique de substitution par des peintures à haut extrait sec ou en phase aqueuse a cependant été entamée ces derniÚres années par les professionnels du secteur Une technologie se démarque particuliÚrement par son absence totale de solvant : les peintures poudre. Bien qu'apparues dans les années 50-60, elles se développent rapidement avec une part de marché mondial des revêtements d'environ 6 % (soit 6,5 milliards de dollars) Certains freins viennent pourtant ternir son expansion. Tout d'abord l'absence de solvant entraîne une viscosité importante de la matiÚre à appliquer sur la surface à revêtir, à l'origine d'effets indésirables comme la « peau d'orange » du revêtement ou encore une épaisseur de film trop importante De plus, il n'existe pas à ce jour de formule de peinture poudre (possédant les caractéristiques demandées) issue de ressources renouvelables OBJECTIFS Les objectifs et finalités du projet sont multiples : remplacer la base pétrochimique des formules par des résines biosourcées ; améliorer les performances des peintures poudre ; analyser les aspects environnementaux de la production et de l'utilisation potentielle de la peinture poudre la plus prometteuse Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : LIFCO Industrie (42) [GE] Institut des Corps Gras ­ ITERG (33) [centre technique] Coût total : 600 k Aide ADEME : 300 k DÉROULEMENT Le programme de travail s'articule autour des tâches suivantes : développement de nouvelles résines biosourcées répondant au cahier des charges préétabli par LIFCO Industrie ; formulation et fabrication de lots de peintures en poudre à partir des résines biosourcées ; transfert industriel et fabrication de lots de peintures plus importants ; évaluation des impacts potentiels des produits fabriqués selon la méthode d'analyse de cycle de vie (ACV) Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 75 14 APG 2G SynthÚse de tensioactifs pour la détergence par glycosidation directe de la biomasse lignocellulosique prétraitée par broyage acide Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : ARD (51) [GE ­ centre de recherche privé] IC2MP (86) [laboratoire public] Coût total : 704 Aide ADEME : 230 CONTEXTE ET ENJEUX Les tensioactifs sont présents dans de trÚs nombreux domaines : de la détergence aux spécialités chimiques en passant par les domaines phytosanitaire, agro-alimentaire, cosmétique et pharmaceutique Peu d'applications échappent à la nécessité d'utiliser ces molécules dont les propriétés permettent des formulations de plus en plus élaborées L'industrie de la détergence cherche des produits issus de ressources renouvelables, moins polluants, présentant une toxicité faible et toujours plus biodégradables À l'heure où les aspects environnementaux sont de plus en plus pris en compte lors du choix des technologies, il est primordial d'utiliser toutes les potentialités des produits et surtout coproduits issus des matiÚres premiÚres agricoles et de leurs premiÚres transformations OBJECTIFS Ce projet consiste donc à développer une technologie de production de molécules tensioactives (de type pentosides d'alkyle) par conversion directe des sons et pailles de blé Son originalité repose notamment sur l'utilisation d'une nouvelle technologie de prétraitement de la biomasse, qui pourrait permettre à terme d'exploiter une plus grande part des coproduits agricoles (tous les polysaccharides y compris dans la fraction cellulosique) Prétraitement Glycosylation directe Voie sÚche de la biomasse AlkylPolyGlucosides PREMIERS RÉSULTATS Les essais préliminaires de prétraitement de la paille et de la cellulose ont été réalisés et ont montré qu'il était possible de broyer de la cellulose ou directement de la paille en présence d'un catalyseur acide Il a notamment été montré un effet de synergie entre le broyage et le catalyseur acide conduisant à une modification importante de la macrostructure de la cellulose, produisant une macromolécule beaucoup plus réactive que la cellulose de départ Contrairement au broyage classique qui requiert des dépenses énergétiques importantes, le broyage en présence d'acide permet de diminuer significativement les temps de traitement et d'augmenter ainsi considérablement l'efficacité énergétique du procédé Les conditions optimales de prétraitement en voie sÚche ainsi que les conditions optimales de synthÚse sont actuellement recherchés Le dépÃŽt de brevet et la commercialisation sont d'ores et déjà envisagés PAGE 76 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOVANILLIN Préparation de la molécule de vanilline et de ses deux dérivés à partir de ressources lignocellulosiques pour la fabrication de matériaux epoxy biosourcés 15 CONTEXTE ET ENJEUX Les plastiques sont parmi les matériaux les plus couramment utilisés dans les emballages alimentaires, notamment parce qu'ils peuvent être fabriqués et façonnés trÚs facilement : formes simples comme complexes, transparents ou colorés, rigides ou souples... Parmi les produits chimiques employés par l'industrie des plastiques, le bisphénol A (BPA) dépasse 4 millions de tonnes par an à l'échelle mondiale, dont 700 000 sont produits et consommés dans l'Union Européenne Il s'agit du 5e produit fabriqué au niveau mondial Le BPA sous la forme de polycarbonates (70 % du BPA produit) est utilisé pour fabriquer divers produits en plastique rigide dont 3 % ont un contact avec l'alimentaire (bombonnes d'eau, bouteilles, biberons, récipients de conservation, etc) Le BPA sous la forme de résines époxy (30 %) sert principalement de protection contre l'oxydation : environ 11 % de ces résines ont un contact avec l'alimentaire (futs, boîtes de conserve, canettes, etc) L'exposition de la population au BPA se fait majoritairement via l'alimentation dû au phénomÚne de migration de la molécule de l'emballage vers les aliments, et également par son exposition aux papiers thermiques (ticket de caisse), ou encore du fait de la contamination de l'environnement lors de la production ou de l'utilisation des produits contenant du BPA ou lors de la dégradation physique et chimique en fin de vie de ces produits Le bisphénol A est aujourd'hui reconnu comme étant cancérogÚne, mutagÚne, et reprotoxique et considéré comme perturbateur endocrinien ; de nombreux pays ont ainsi pris des mesures contre son utilisation En France, depuis le 1er janvier 2015, la présence de bisphénol A dans tous les contenants à usage alimentaire est interdite Cette suspension devrait être à l'avenir étendue à tous les dispositifs médicaux des nouveaux nés Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : CIMV (Compagnie Industrielle de la MatiÚre végétale) (31) [PME] PROTEUS (30) [PME] PCAS (91) [ETI] IAM (Ingénierie et architectures macromoléculaires) (34) [laboratoire public] SPECIFIC POLYMERS (34) [PME] Coût total : 733 k Aide ADEME : 355 k OBJECTIFS Ce projet vise ainsi la préparation d'une molécule, la vanilline, à partir de biomasse lignocellulosique et plus spécialement à partir de la lignine (BiolignineTM) issue du procédé Organosolv, développé par la société CIMV Il s'inscrit dans une recherche plus large qui cherche à utiliser de la biomasse (bois, paille, déchets verts) pour la préparation de résines époxy biosourcées sans Bisphénol A Bois Bioraffinerie CIMV Procédé unique au monde 1 BioligninTM Laboratoire IAM SynthÚse chimique Société PROTEUS SynthÚse enzymatique Vanilline SPECIFIC POLYMERS 1Úre extrapolation PCAS 2Úme extrapolation Résine époxy Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 77 16 SOLVCOV Nouveaux SOLVants de lavage biosourcés pour l'absorption des COV CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : CORTEA 2014 Partenaires : Université du Littoral CÃŽte d'Opale ­ UCEIV (59) [laboratoire public] Université d'Artois ­ UCCS (62) [laboratoire public] Coût total : 253 k Aide ADEME : 140 k La qualité de l'air constitue l'une des préoccupations majeures des citoyens, en raison d'impacts sanitaires et environnementaux avérés Les industriels cherchent donc à traiter leurs émissions de composés organiques volatils (COV) Les procédés de traitement proposés actuellement sont soit destructifs (oxydation thermique, oxydation catalytique, photocatalyse, et traitement biologique), soit récupératifs (absorption, adsorption et condensation) L'absorption, correspondant au lavage de gaz par une solution liquide, peut être une solution efficace pour la récupération des COV à partir d'effluents gazeux Mais pour être utilisé en milieu industriel, le solvant doit respecter un cahier des charges préci : notamment ne pas être toxique, inflammable, corrosif ou encore explosif... avec par ailleurs, un coût raisonnable Les recherches en cours consistent ainsi à élaborer des solvants de lavage ayant une bonne affinité pour les COV, tout en répondant à ces critÚres D'autre part, les méthodes de lavage actuelles emploient principalement l'eau ou des solutions aqueuses mettant en oeuvre des bases, des acides ou des réactifs oxydants Cette méthode restreint donc son champ d'application aux COV hydrosolubles Mais la plupart des COV étant hydrophobes (hydrocarbures aromatiques et aliphatiques, solvants chlorés), il faut recourir à des solvants de lavage alternatifs possédant de fortes capacités d'absorption mais également un faible impact environnemental OBJECTIFS Le projet vise à développer une nouvelle génération de solvants de lavage pour le traitement des composés organiques volatils (COV) dans le but de mettre à disposition des industriels un nouveau procédé leur permettant de réduire leurs émissions Capacits absorptionstatique. PREMIERS RÉSULTATS De nouveaux solvants de lavage issus de composés biodégradables ont été testés pour le piégeage de composés organiques volatils (COV) Le potentiel de piégeage des COV dans ces nouveaux solvants a été mesurée (chromatographie en phase gazeuse) par le biais d'une méthode spécialement développée et adaptée aux caractéristiques particuliÚres de ces solvants L'affinité de trois COV modÚles (toluÚne, dichlorométhane et acétaldéhyde) a été déterminée pour une série de solvants à différentes températures De même, l'influence de la présence d'eau sur la capacité d'absorption a été évaluée Les solvants testés se sont avérés être des absorbants efficaces pour les trois COV étudiés : entre 70 % et 99 % de la quantité initiale de COV ajoutée aux solvants a ainsi été absorbée Par ailleurs, les capacités d'absorption restent inchangées aprÚs 5 cycles de recyclage du solvant Une demande de brevet a été déposée PAGE 78 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOPROCHEMBB Étude des réponses au stress induites par la production d'intermédiaires chimiques à partir de matiÚres premiÚres renouvelables et construction de souches de C. glutamicum résistantes 17 CONTEXTE ET ENJEUX La production à l'échelle industrielle de molécules d'intérêt agro-alimentaire et de synthons par C glutamicum est une réalité déjà longuement éprouvée C. glutamicum est un microorganisme GRAS, robuste au niveau industriel, aisément manipulable de maniÚre contrÃŽlée par Génie Génétique, totalement adapté ou adaptable à l'utilisation Eco-compatible de sources de carbone 2G Certains acides organiques di-carboxyliques (succinate, fumarate, malate, aspartate et itaconate) sont d'excellents synthons bio-sourcés comme précurseurs de de produits chimiques de spécialité, de commodité et de polymÚres OBJECTIFS De par ses caractéristiques métaboliques et industrielles remarquables, C. glutamicum a été choisi par les équipes du consortium BioProChemBB comme châssis idéal pour le développement d'une « Biotechnologie blanche », à bas pH de ces acides di-carboxyliques Par une démarche itérative et rationnelle, la production biotechnologique à pH faible de ces acides di-carboxyliques par C. glutamicum a été développée Des souches de C. glutamicum adaptées à la production de ces acides dicarboxyliques onr été construites par Génie Moléculaire, des procédés de production et de purification efficaces, industrialisables, économiquement rentables et Eco-compatibles ont été mis au point Dans ce cadre, l'équipe du LRGP (ex-LSGC) est intervenue sur la construction de souches de C. glutamicum productrices d'acide itaconique, l'équipe de l'I2BC (ex-IGM) sur l'adaptation de C. glutamicum au stress acide-dicarboxylique Appel à projets : ERAnet IB 2008 Partenaires : University of Ulm (Allemagne) [laboratoire public] Delft University of Technology (Pays Bas) [laboratoire public] Université Paris Sud ­ IGM (91) [laboratoire public] ENSAIA ­ LRGP (54) [laboratoire public] Westphalian Wilhelms University MÃŒnster (Allemagne) [laboratoire public] Universidade Nova de Lisboa (Portugal) [laboratoire public] Forschungszentrum JÃŒlich (Allemagne) [laboratoire] INBIOTECH (Pays Bas) [PME] Coût total : 2,7 M Coût total partenaires français : 493 k RÉSULTATS ET VALORISATIONS LRGP (ex-LSGC) : En introduisant et en modifiant chez C. glutamicum une aconitate décarboxylase hétérologue, le LSGC et le Forschungszentrum JÃŒlich ont mis au point une souche de C. glutamicum produisant jusqu'à 125 mg/L d'acide itaconique Ce niveau de production n'est certes pas encore concurrentiel par rapport à un producteur Eucaryote usuel (Aspergillus terreus), mais montre la capacité de C. glutamicum à produire de l'itaconate I2BC (ex-IGM) : Le comportement global de C. glutamicum à pH 4,5 en présence des acides dicarboxyliques-cibles a été testé par protéomique et transcriptomique Des approches moléculaires et Bioinformatiques ont permis de montrer l'existence d'un régulon trÚs spécifique à la présence des seuls acides succinique et itaconique AprÚs analyse, sept mutants ont été construits, les mutants argR et hrcA ayant montré une résistance accrue au stress succinique Les résultats obtenus au cours de ce projet ont permis la parution d'une premiÚre publication en 2010 (Applied Microbiology, and Biotechnology 2010), une a été soumise au Journal Bacteriol en 2016, une est actuellement en révision (BMC systems Biology) et enfin une nouvelle en préparation Aide ADEME : 316 k Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 79 18 EPOS Optimisation de la production d'enzymes par Streptomyces (Enzyme Production in Optimized Streptomyces) Appel à projets : ERAnet IB 2008 Partenaires : Leiden University (Pays-Bas) [laboratoire public] Universidad de Salamanca (Espagne) [laboratoire public] ProteoNic B.V. (Pays-Bas) [PME] Katholieke Universiteit Leuven (Belgique) [laboratoire public] Université Paris Sud (91) [laboratoire public] Institut Pasteur (75) [laboratoire privé] Coût total : 1,1 M Coût total partenaires français : 1,1 M Aide ADEME : 190 k CONTEXTE ET ENJEUX En biotechnologie industrielle, la production d'enzymes est un objectif majeur pour le développement durable, car elle permet l'essor de la chimie verte dans des domaines tels que la production des textiles, du papier, des biocarburants... Les bactéries du genre Streptomyces produisent une large gamme d'enzymes à usage industriel : amylases, protéases, cellulases, xylanases, estérases, etc Toutefois, l'utilisation des Streptomyces pour la production industrielle d'enzymes est restée limitée D'autres micro-organismes hÃŽtes sont actuellement utilisés dans l'industrie pour la production d'enzymes, par exemple Escherichia coli ou Bacillus subtilis et des enzymes de Streptomyces peuvent être exprimées de maniÚre hétérologue chez ces hÃŽtes Toutefois, certaines protéines nécessitent des machines spécifiques de l'hÃŽte pour leur repliement correct, leur modification et/ou leur sécrétion et ne peuvent donc pas être produites sous une forme active dans des hÃŽtes trop éloignés de l'organisme d'origine L'objectif de l'ensemble des partenaires du projet était de modifier Streptomyces lividans pour optimiser dans cette souche la production d'enzymes industrielles par des procédés biotechnologiques efficaces et respectueux de l'environnement OBJECTIFS Le projet avait pour objectif l'élaboration d'un ensemble composé d'une souche et de vecteurs pour produire et sécréter des protéines à un niveau industriel Les vecteurs devaient être optimisés pour la transcription des gÚnes codant les enzymes d'intérêt, pour la traduction des ARN messagers correspondants et pour la sécrétion de ces enzymes La souche de production devait avoir un comportement optimal en fermentation, avec une phase de croissance et de production prolongée, une production de protéines et une capacité de sécrétion accrues, ainsi qu'une baisse de l'activité des protéases endogÚnes pour éviter la dégradation des enzymes produites C'est sur ce dernier point du projet qu'a porté le travail effectué par les partenaires français RÉSULTATS Les différents partenaires ont caractérisé de nouveaux promoteurs pour une transcription efficace des gÚnes d'intérêts, de nouveaux signaux de traduction et de sécrétion pour produire en grande quantité et sécréter dans le milieu de culture les enzymes Des mutations ont été introduites dans la souche hÃŽte de S. lividans afin d'optimiser sa croissance en conditions industrielles Peu aprÚs le début du projet EPOS, une découverte majeure a été faite dans le domaine de la protéolyse chez les bactéries Un nouveau systÚme de marquage des protéines pour leur dégradation par le protéasome a été découvert chez Mycobacterium tuberculosis Ce systÚme, appelé pupylation, implique la protéine Pup (Prokaryotic Ubiquitin-like Protein) et d'autres enzymes Ces différentes protéines ont des homologues chez les Streptomyces En accord avec l'ensemble des partenaires, nous avons décidé de déterminer si ce systÚme était fonctionnel chez les Streptomyces et de le caractériser Nous avons montré que la pupylation était effective chez Streptomyces, que son absence affectait à la fois la différenciation morphologique et métabolique et nos résultats suggÚrent que la pupylation pourrait avoir d'autres rÃŽles que celui de marquer les protéines pour leur dégradation par le protéasome L'étude de la pupylation et de son impact sur la production de protéines hétérologues se poursuit Deux publications récentes ont notamment été réalisées et sont parues en 2015 et 2016 respectivement (J Bacteriol ; MicrobCell Fact) PAGE 80 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOSURF Nouvelles stratégies de production de tensioactifs biosourcés biodégradables (Novel Production Strategies for Biosurfactants) 19 CONTEXTE ET ENJEUX Avec une production mondiale d'environ 18 millions de tonnes par an, les tensioactifs partagent notre quotidien Des part leurs applications dans les domaines aussi variés que celui de l'hygiÚne, de la cosmétique, des additifs et de la pharmacie en tant que détergents, agents de solubilisation, moussants, mouillants, dispersants, émulsifiants ou encore antiseptiques, les tensioactifs touchent des marché de volumes et de valeurs différents, incluant des produits simples de masse aussi bien que des produits complexes issus de la chimie fine Bien que les tensioactifs biosourcés aient souvent des propriétés comparables aux tensioactifs issus de la pétrochimie, ils sont principalement trouvés dans des applications ciblées dues à leurs prix plus élevés Afin de développer des processus de production plus efficaces pour les tensioactifs biosourcés, il est nécessaire de revoir l'ensemble de la séquence de fabrication en se concentrant sur des principes « verts » de production à partir de matiÚre renouvelable, ainsi que l'obtention de produits biodégradables De nombreux micro-organismes sont connus pour produire des tensioactifs Cependant, trop peu de ceux-ci ont été adaptés pour des applications industrielles De plus, de maniÚre générale, les tensioactifs biosourcés connus ne peuvent pas être efficacement produit dus aux effets d'inhibition de ces composés, exigeant ainsi des technologies originales de bioprocédé, permettant leur séparation in situ D'autre part, la production enzymatique de tensioactifs biosourcés biodégradables était encore en 2010 un domaine en plein essor Appel à projets : ERAnet IB 2010 Partenaires : Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (Allemagne) [laboratoire] Karlsruhe Institute of Technology (KIT) (Allemagne) [laboratoire] c-LEcta GmbH (Allemagne) [PME] Flemish Institute for Technological Research (VITO) (Belgique) [PME] Tormans Engineering Noord bvba (Belgique) [PME] Ecover Belgium NV (Belgique) [GE] LISBP ­ INRA/ CNRS/INSA (31) [laboratoire public] Coût total : 1,91 M Coût total partenaire français : 238 k Aide ADEME : 195 k OBJECTIFS Ce projet visait le développement industriel de tensioactifs biosourcés biodégradables économiquement concurrentiels et écologiquement viables, par des approches de fermentation et enzymatique, en remplacement des tensioactifs d'origine pétrochimiques Les thématiques principales du projet concernaient : l'identification d'enzymes et de micro-organismes originaux pour une nouvelle production efficace de tensioactifs; la compréhension des processus de régulation cellulaires impliqués dans la production de tensioactifs et qui permettront une amélioration des micro-organismes par ingénierie métabolique; la conception d'enzymes par ingénierie rationnelle et/ou aléatoire pour la synthÚse et la modification enzymatiques de tensioactifs (tâche dans laquelle était impliqué le partenaire le LISBP); l'adaptation de ces bioprocédés à une échelle industrielle RÉSULTATS ET VALORISATIONS Ce projet a permis d'identifier des micro-organismes et enzymes pour la synthÚse de nouveaux bio-tensioactifs et de produire efficacement des tensioactifs biosourcés biodégradables nouveaux et déjà connus Pour cela, une meilleure compréhension des phénomÚnes de régulation cellulaires de souches microbiennes était nécessaire Ainsi, la voie de biosynthÚse de production de lipides de mannosylerythritol (MEL) a été identifiée dans la souche microbienne Pseudozyma aphidis et la production de lipides de cellobiose et sophorose a été étudiée De plus, la conception d'enzymes de synthÚse paringénierie semi-rationnelle et la mise en oeuvre de voies chimio-enzymatiques ont été réalisées avec pour objectif la synthÚse et la modification enzymatiques de bio-tensioactifs Globalement, des approches d'ingénierie métabolique et enzymatiques, ainsi que des traitements de purification, en utilisant des technologies membranaires et le recyclage des biocatalyseurs, ont été abordés Les partenaires du projet BioSurf ont ainsi réussi à développer des méthodes de production pour une série de nouveaux glycolipides Par exemple, pour la production de MEL, des rendements de production supérieurs à 100 g/L ont été atteints par fermentation Des étapes de modifications chimiques et enzymatiques (en utilisant des lipases et glysoside hydrolase) ont été appliquées à ces bio-tensioactifs pour créer un arsenal de glycolipides De nouveaux procédés de purification à l'échelle du gramme et à l'aide de membranes ont également été développés aboutissant à des produits suffisamment purs pour des essais dans le domaine des détergents Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 81 20 LIGBIO Biologie synthétique pour la bioconversion bactérienne de lignines en intermédiaires chimiques renouvelables Appel à projets : ERAnet IB 2014 Partenaires : Université de Warwick (Royaume-Uni) [laboratoire public] CIB-CSIC (Espagne) [Institut de recherche] INRA ­ IJPB AgroParisTech (78) [laboratoire public] Biome Bioplastics Ltd (Royaume-Uni) [PME] Coût total : 1 313,4 k Coût total partenaire français : 269 k Aide ADEME : 99 k CONTEXTE ET ENJEUX Les lignines (un des principaux composants du bois avec la cellulose et les hémicelluloses) représentent une source renouvelable attractive de composés chimiques aromatiques obtenus actuellement à partir du pétrole On les trouve en grande quantité (> 50 MT/an) en provenance de l'industrie papetiÚre Par ailleurs, la production de biocarburants pourrait en générer jusqu'à 225 MT/an Cependant, les lignines sont actuellement surtout brulées comme source d'énergie Malgré les efforts de recherche internationaux pour valoriser les lignines en utilisant la catalyse chimique, la recherche de méthodes chimiques efficaces de conversion n'a trouvé que peu de succÚs À l'opposé de la catalyse chimique, la bioconversion par des micro-organismes offre la possibilité de développer des procédés surs et économes en énergie satisfaisant les principes de la chimie verte, ce qui ouvrirait un marché émergeant de valorisation des lignines en composés aromatiques de valeur commerciale OBJECTIFS Le projet vise ainsi à convertir les lignines en composés aromatiques de valeur pour l'élaboration de plastiques biosourcés L'approche choisie par le consortium académique consiste à améliorer par ingénierie métabolique, c'est à dire en reprogrammant génétiquement la bactérie, les performances de bactéries (Pseudomonas putida) dégradant les lignines pour développer la production d'intermédiaires chimiques d'intérêt La démarche générale consiste à : 1. développer des biocatalyseurs à activité élevée visà-vis de l'oxydation des lignines ; 2. mettre en oeuvre une approche de biologie des systÚmes pour comprendre les réseaux métaboliques et de régulation impliqués dans la dégradation des lignines au sein de la bactérie, et développer un modÚle métabolique chez cet organisme ; 3. utiliser des outils de biologie moléculaire pour reprogrammer P. putida pour la conversion des lignines en bioproduits d'intérêt ; 4. développer des procédés fermentaires de production des bioproduits cibles et les convertir en plastiques renouvelables, dont les performances seront évaluées PREMIERS RÉSULTATS Les premiers résultats ont confirmé que la bactérie P. putida est capable de croitre en utilisant des lignines industrielles comme unique source de carbone La présence des lignines induit l'expression de certains gÚnes codant pour des enzymes du métabolisme des composés phénoliques Les travaux en cours consistent à faire exprimer par P. putida des enzymes d'oxydo-réduction impliquées dans la dégradation des lignines chez d'autres micro-organismes Une fois mises au point, les nouvelles souches seront testées pour évaluer leur efficacité à dégrader diverses lignines industrielles. PAGE 82 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOCOPOL Amélioration des propriétés du bois par traitements avec des molécules biosourcées (Enhancing wood durability and physical properties through innovative bio-based sustainable treatments) 21 CONTEXTE ET ENJEUX L'emploi du bois en extérieur nécessite un apport de traitements à ce matériau naturellement sujet à la biodégradation Ainsi, pour les traverses de chemin de fer ou encore pour les terrasses ou bardages, l'utilisation d'essences ayant une faible longévité nécessite la mise en oeuvre de procédés de traitement et de préservation efficaces Les procédés actuels, souvent à base de sels organiques ou de créosote, présentent des inconvénients majeurs : un impact environnemental important dû notamment à leur lessivage, et une utilisation de plus en plus limitée par la réglementation (Directives Biocides et REACH) Si le traitement thermique apporte une amélioration au bois en terme de résistance aux attaques fongiques, son efficacité reste moindre que les traitements chimiques vis-à-vis des insectes et des micro-organismes du sol, et ne permet pas de l'utiliser en classe d'emploi 4 (ex : traverses de chemin de fer en contact avec le sol) De plus cette technique affaiblit largement les propriétés mécaniques du matériau OBJECTIFS Le but de ce projet est la mise au point d'un procédé alternatif pour le traitement du bois L'idée consiste en une imprégnation du bois par des molécules biosourcées faiblement ou non impactantes pour la santé humaine et l'environnement, suivie d'une fixation durable de ces molécules dans les parois cellulaires au moyen d'une activation thermique modérée Cette derniÚre étape ayant pour effet la polymérisation in-situ des molécules afin de conférer une résistance au lessivage, à l'absorption d'eau, aux variations dimensionnelles, et à la biodégradation, sans amoindrir les propriétés mécaniques initiales du bois Le concept doit être validé sur le hêtre, une essence disposant d'une faible longévité à l'état naturel et facilement imprégnable, qui présente un intérêt économique de valorisation (essence feuillue, abondante localement, et sous exploitée) Appel à projets : WOODWISDOM- NET 2013 Partenaires : BFH ­ Bern University of Applied Science (Suisse) [laboratoire public] LERMAB ­ Université de Lorraine (54) [laboratoire public] BioWooEB ­ Cirad (34) [laboratoire public] FHS-Wood Technology Department (Autriche) [laboratoire public] Corbat Holding SA (Suisse) [PME] Pongauer JÀgerzaun (Autriche) [PME] Coût total : 729 k Coût total partenaires français : 390 k Aide ADEME : 112 k PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATION Chaque partenaire formulateur a pu mettre au point plusieurs variantes de traitement du bois répondant aux exigences définies, à l'échelle d'échantillons de laboratoire Certaines formulations ont déjà démontré un traitement trÚs efficace : absence de lessivage de produits ; efficacité anti-gonflement voisine de 60 % ; pas de perte de résistance mécanique ; une perte de masse inférieure à 1 % selon les essais biologiques de type Sur le plan académique, des communications et posters lors de congrÚs internationaux ont été réalisées (3rd Biopolymers 2015 International Conference, Nanocellulose and Wood Functional Materials NFZ meeting (2016), 47th annual meeting of the International Research Group on Wood Protection (2016), Journées scientifiques du GRD Bois (2015), Séminaire RP2E (2016)...) D'autre part, Clément l'Hostis, doctorant, a reçu le Ron Cockroft Award lors du congrÚs annuel de l'International Research Group on Wood Protection, dans le cadre du projet BioCoPol Perforation scalariforme Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 83 22 HEMICELL Utilisation d'hémicellulose dans l'amélioration des propriétés des acétates de cellulose Appel à projets : WoodWisdom-Net 2013 Partenaires : Fraunhofer Institute for Environmental, Safety, and Energy Technology (Allemagne) [institut de recherche] Innventia AB (SuÚde) [laboratoire public] Nova-Institut GmbH (Allemagne) [PME] SÖDRA (SuÚde) [GE] FKuR Kunststoff GmbH (Allemagne) [PME] ARMINES/Mines ParisTech ­ CEMEF (75) [laboratoire public] OrganoClick AB (SuÚde) [PME] Coût total : 1 127 k Coût total partenaire français : 262 k Aide ADEME : 157 k CONTEXTE ET ENJEUX Les esters de cellulose comme par exemple l'acétate de cellulose (CA), ont été parmi les premiÚres matiÚres plastiques mises au point Leur développement s'est arrêté à la fin des années 60, lorsque les polymÚres dérivés du pétrole sont arrivés sur le marché avec des prix bas, une grande facilité de transformation et de bonnes propriétés L'acétate de cellulose est un excellent plastique pour ses propriétés, mais il nécessite l'utilisation de pâtes de bois au coût de production élevé, présente une faible teneur en matiÚres renouvelables, et son point de fusion élevé empêche son utilisation comme matrice pour des renforts en fibres naturelles. DÉROULEMENT Le programme de travail est articulé autour des tâches suivantes : développement de nouvelles méthodes de conversion du bois afin de préparer un ensemble de molécules capables d'être des additifs d'esters de cellulose ; création de nouvelles formulations de plastiques pouvant améliorer les propriétés d'esters de cellulose ; tests en laboratoire, puis à l'échelle semi-industrielle des nouvelles formulations passage à l'échelle industrielle et production de démonstrateurs ; analyse du cycle de vie et Évaluation technico-économique OBJECTIFS Le projet consiste à collecter et fractionner par ultrafiltration des hémicelluloses dissoutes dans les hydrolysats produits au cours de la fabrication de pâte de bois, pour les utiliser comme plastifiant dans l'acétate de cellulose D'un point de vue économique et écologique, le développement de nouveaux composés plastiques compétitifs à base d'esters de cellulose de bois et de dérivés chimiques à base de bois pourrait donner de nouveaux débouchés à des coproduits de l'industrie papetiÚre PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS Aucune formulation d'hémicellulose n'a permis de plastifier correctement l'acétate de cellulose Les travaux ont donc été réorientés vers des composites acétate de cellulose/acétate de cellulose (la matrice est renforcée par des fibres de même nature chimique) et des dérivés cellulosiques trÚs élastiques solubles dans l'eau D'autre part, les recherches ont démontré la capacité à utiliser des outils de mélangeage de trÚs petite taille afin de prévoir les propriétés d'acétates de cellulose préparés dans des outils semi-industriels Ce travail a conduit à la rédaction d'un article scientifique soumis à une revue de référence dans ce domaine (Polymer Engineering and Science) PAGE 84 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées BIOBUTTERFLY Création d'une filiÚre de production de caoutchoucs synthétiques à partir de biomasse 23 CONTEXTE ET ENJEUX Le butadiÚne est un important réactif chimique d'origine fossile utilisé en particulier dans la fabrication des caoutchoucs synthétiques, dont 60 % de la production mondiale sont destinés au secteur des pneumatiques En 2011, la consommation mondiale du butadiÚne s'élevait à 104 Mt/an La production de butadiÚne est fortement liée à celle de l'éthylÚne car la quasi-totalité (environ 96%) est coproduite lors de la fabrication d'éthylÚne par vapocraquage de charges d'origine fossile, essentiellement du gaz naturel ou des naphtas (coproduit de la distillation du pétrole) Or, en raison de son faible prix dans certaines régions du monde, le gaz est actuellement préféré aux naphtas, ce qui maximise la production d'éthylÚne au détriment du butadiÚne, dont l'approvisionnement connaît par conséquent de fortes tensions Les prévisions tendancielles s'inscrivent dans la durée. La diversification des ressources et des modes de production du butadiÚne est donc devenu un enjeu stratégique pour ses utilisateurs Ce projet vise ainsi à mettre en place une filiÚre de chimie verte de production de butadiÚne biosourcé sur le territoire français, pour la production de caoutchoucs « écologiques » Il fédÚrera les acteurs majeurs de la filiÚre depuis les producteurs de matiÚres premiÚres biosourcées jusqu'aux producteurs des intermédiaires chimiques et des polymÚres La construction d'une premiÚre unité de production est visée à l'horizon 2020, créant ainsi plusieurs emplois directs et indirects Commercialement, la technologie de production de butadiÚne biosourcé à partir de la transformation de la biomasse sera commercialisée par AXENS (licence du procédé, fourniture des catalyseurs et d'adsorbants associés) Appel à projets : PIA 2011 Partenaires : MICHELIN (63) [GE] IFP Énergies Nouvelles (92, 69) [EPIC] Axens (92) [GE] Coût total : 52,1 M Aide ADEME : 14,7 M OBJECTIFS Le projet BIOBUTTERFLY vise à : développer et commercialiser une technologie innovante et performante (intégration énergétique, investissement limité, viabilité économique) de production de butadiÚne biosourcé à partir des intermédiaires alcools issus de la biomasse par fermentation ; ouvrir de nouvelles voies et sécuriser les approvisionnements en butadiÚne pour les prochaines années ; diminuer l'impact environnemental de la production de butadiÚne en substituant à des produits d'origine fossile des produits d'origine renouvelable ; développer sur le territoire français des expertises de haut niveau, notamment dans le domaine de la chimie du végétal PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS À l'issue de l'étape d'exploration du projet, des premiers résultats ont été obtenus : sur la base de résultats expérimentaux acquis à l'échelle laboratoire, la définition d'un procédé de production de butadiÚne biosourcé innovant et économiquement viable ; prÚs de 700 formulations catalytiques ont été testées en haut débit, et 300 tests catalytiques réalisés à l'échelle du pilote ; la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre de cette voie de production innovante sont inférieures à celles de la voie fossile ; déjà 8 brevets de référence ont été publiés et plusieurs demandes sont en cours Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 85 24 BIOMA + Procédé de production d'acide méthacrylique biosourcé CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : PIA 2011 Statut : projet en cours Partenaires : Global Bioenergies (91) [PME] Arkema (69) [GE] IRCELYON (69) [laboratoire public] UCCS (62) [laboratoire public] Coût total : 10,5 M Aide ADEME : 5,2 M L'acide méthacrylique est un produit de commodité utilisé dans les peintures, les vernis, les ciments, etc C'est aussi une molécule plate-forme dérivable en produits de spécialité à haute valeur ajoutée Or il existe aujourd'hui en Europe une pénurie d'acide méthacrylique, qui appelle l'installation de nouvelles capacités de production Par ailleurs, Global Bioenergies développe un procédé permettant la conversion de ressources renouvelables en isobutÚne, l'une des briques élémentaires de la chimie utilisée pour la synthÚse de divers produits de commodités et de carburants En particulier, l'isobutÚne peut être converti en acide méthacrylique par oxydation catalytique Enfin, Arkema, l'IRCELYON et l'UCCS détiennent un savoir-faire rare sur l'oxydation des alcÚnes et des alcools, ainsi que sur la caractérisation des catalyseurs nécessaires dans ce type de réaction Les enjeux techniques sont à la fois scientifiques (adaptation d'un procédé actuel d'oxydation de façon à ce qu'il puisse accepter de l'isobutÚne répondant à des spécifications différentes) et opérationnels (industrialisation du process) D'un point de vue environnemental, le nouveau procédé permettra la substitution d'une ressource fossile par une ressource renouvelable, ainsi qu'une amélioration des bilans énergétique et environnemental de l'isobutÚne et de l'acide méthacrylique, par rapport à la voie fossile de référence Le développement d'une technologie, d'un bio-produit français, commercialisable à l'échelle mondiale, et surtout d'une molécule plate-forme, ouvrira potentiellement de nombreux marchés L'installation de ces nouvelles capacités industrielles de production d'acide méthacrylique d'origine biologique permettra également de contribuer à la limitation de la dépendance énergétique française aux ressources fossiles, en utilisant la biomasse comme matiÚre premiÚre De plus, les matiÚres premiÚres renouvelables étant produites localement, et traitées par un réseau d'unités de fermentation implanté au coeur des bassins agricoles, cette filiÚre permettra la création d'emplois industriels non délocalisables dans ces régions On estime ainsi à une trentaine les emplois directs associés, et à environ 300 (directs et indirects) ceux créés en cas de déploiement de la filiÚre OBJECTIFS Le projet BIOMA+ vise à valider le procédé de conversion de sucres fermentescibles en isobutÚne développé par Global Bioenergies au stade démonstrateur de recherche ; puis son utilisation dans un procédé d'oxydation sélective pour la conversion de l'isobutÚne fermentaire en acide méthacrylique PREMIERS RÉSULTATS Le procédé d'obtention d'isobutÚne à l'échelle du pilote industriel a été atteint et un nombre important d'échantillons ont été livrés Ils ont notamment permis de valider la compatibilité de cet isobutÚne fermentaire avec la production d'acide méthacrylique d'une part (cible du projet BIOMA+) mais aussi avec un nombre croissant d'autres applications (carburant et chimie) En parallÚle, des progrÚs trÚs significatifs ont été réalisés sur le procédé de fermentation dont le rendement a atteint 74 % de la cible commerciale à l'échelle du pilote Le projet a également permis le développement de méthodes pour la production d'acroléine à partir d'alcools Plusieurs communications scientifiques et dans la presse ont fait état des résultats du projet PAGE 86 Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées DEINOCHEM Production d'ingrédients industriels à partir de ressources végétales en utilisant des bactéries : les Déinocoques 25 CONTEXTE ET ENJEUX Les caroténoïdes, qui font partie de la famille des isoprénoïdes, et plus précisément d'isoprénoïdes à haute valeur ajoutée, sont naturellement présents chez de nombreux êtres vivants et largement utilisées dans l'industrie pour leurs propriétés colorantes et anti-oxydantes Le marché mondial des caroténoïdes devrait atteindre 1,8 milliards de dollars d'ici 20191 En 2013, l'Europe représentait le marché le plus important, suivie par l'Amérique du Nord Les applications pour ces molécules ne cessent de se diversifier, dans l'alimentation humaine et animale comme dans les cosmétiques ou encore la santé La plus grande part de la production actuelle est issue de dérivés pétroliers ; cependant, les molécules naturelles connaissent la plus forte croissance, bénéficiant notamment de la demande des consommateurs Il existe aujourd'hui plusieurs techniques de production comme l'extraction à partir de tomates (lycopÚne) ou de paprika (capsanthine), la bioproduction à partir d'algues (astaxanthine) ou de micro-organismes (bêta-carotÚne) L'offre en solutions biosourcées reste toutefois limitée par des coûts de production élevés. OBJECTIFS L'objectif de DEINOVE est d'offrir une alternative biosourcée compétitive pour les industriels en développant des caroténoïdes produits par voie biotechnologique et offrant des avantages significatifs en termes de stabilité d'approvisionnement et de qualité, de préservation des ressources naturelles et enfin de coûts Le projet Deinochem vise la validation au stade pilote de laboratoire (réacteur de 20 litres) du procédé de conversion de sucres fermentescibles en caroténoïdes, en utilisant un procédé fermentaire innovant mettant en oeuvre des bactéries, les Déinocoques Les Déinocoques sont naturellement dotées de capacités qui les rendent propices à un tel développement : expression naturelle de certains caroténoïdes, assimilation de diverses sources de carbone, adaptation à l'ingénierie métabolique haut débit, etc Appel à projets : PIA 2011 Partenaires : DEINOVE (34) [PME] Coût total : 15,9 M Aide ADEME : 5,9 M PREMIERS RÉSULTATS Le projet a déjà franchi avec succÚs ses 3 premiÚres étapesclés (l'EC3 a été franchie en décembre 2016), validant les avancées en termes de : ingénierie génétique des souches : d'une part, le débit de construction de souches modifiées a été multiplié par 10 en moins d'un an, permettant ainsi d'accélérer la production et les tests de souches d'intérêt ; d'autre part, les équipes DEINOVE ont également progressé dans l'identification des enzymes limitantes afin d'optimiser la production des caroténoïdes ciblés ; fermentation : 32 conditions de fermentation différentes peuvent être testées en parallÚle Dorénavant 5 caroténoïdes différents ont été produits en laboratoire, ouvrant la voie à différents marchés, et l'un d'eux a été sélectionné pour les prochaines étapes : l'augmentation continue des rendements finaux et des volumes de production ; le développement de procédés d'extraction et de purification de ces caroténoïdes à partir du milieu de fermentation pour obtenir un produit commercialisable ; la validation du bénéfice fonctionnel des molécules produites ; et la poursuite des démarches réglementaires en vue de l'homologation nécessaire à la commercialisation La Société a l'ambition de commercialiser ses premiers lots de composés cibles en 2018. 1 Source : MARZ, U (Juillet 2015) The global market for carotenoids BCC Research Produits biosourcés ­ Molécules biosourcées PAGE 87 projets (dont 2 PIA) 23 MATÉRIAUX BIOSOURCÉS 11 M d'aide Parmi les produits biosourcés, les matériaux ­ plastiques, composites, isolants, etc ­ connaissent une forte croissance car leurs performances techniques (allégement, amortissement des vibrations, etc) s'avÚrent souvent équivalentes, voire parfois supérieures, à celles des matériaux traditionnels De plus, certains matériaux biosourcés montrent d'ores et déjà de réelles performances environnementales illustrées par des analyses de cycle de vie (ACV) CÃŽté marchés, les secteurs des transports, du bâtiment, de l'emballage, de l'éolien, de l'aéronautique, ou encore des sports et loisirs sont particuliÚrement intéressés par ces nouvelles alternatives On y trouve ainsi l'intégration de fibres de lin/chanvre dans les portiÚres de voitures ou les renforts de menuiserie pour leur allégement, l'utilisation de PEF pour les bouteilles d'eau minérale ou de fibres de bois pour les isolants dans le bâtiment et même de la fibre de carbone biosourcée nanostructurée pour l'éolien ! Les matériaux biosourcés représentent avec 23 projets quasiment ÂŒ des projets R&D aidés par l'ADEME entre 2008 et 2015, 11 % du budget R&D total attribué aux produits biosourcés et bioénergies et 28 % du budget de l'appel à projet BIP Différents appels à projets ont permis de financer ces projets : Investissements d'Avenir (6,1 M ; 2 projets) et BIP (4,97 M ; 21 projets) (dont 6,1 M pour PIA) 23,1 M de coût total (dont 12,4 M pour PIA) PAGE 88 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés NOTILIB Optimisation d'un procédé industriel d'application d'un liant d'origine végétale à base de lignine et d'amidon sur des feutres de fibres naturelles (végétales et animales) 26 CONTEXTE ET ENJEUX Les matiÚres biosourcées sont utilisées depuis plusieurs années dans les secteurs de l'automobile, des films de paillage, ou encore des films d'emballage Les transferts dans des domaines plus techniques comme les paillages fibreux, les compounds (matériau composite semi-fini), ou les feutres d'isolation, nécessitent une collaboration entre chimistes, plasturgistes et textiliens Un premier projet, soutenu dans le cadre d'AGRICE et achevé en 2007, a associé l'Institut Français du Textile et de l'Habillement (IFTH), APM et l'INRA/INA PG L'objectif était de valoriser des dérivés de la lignine dans les domaines des textiles techniques (textiles, composites, et compounds) 100 % naturels et biodégradables Dans le cadre de ce projet, une gamme de formulations d'origine végétale a été mise au point et utilisée comme liant de fibres végétales (chanvre) pour le domaine des feutres utilisés pour les secteurs automobile (panneaux rigides pour l'habitacle) et paillages agricoles Les essais préindustriels chez APM à la fin de ce premier projet sont encourageants : plusieurs formulations à base de lignosulfonate de sodium et d'amidon ont été appliquées sur des non-tissés de chanvre Grâce à leurs propriétés liantes, ces formulations améliorent les propriétés mécaniques du non-tissé Un brevet a été déposé par l'IFTH Appel à projets : BIP 2008 Partenaires : APM (ex ­ AFT plasturgie) (21) [PME] BUISSON EFFILOCHAGE (69) [PME] LCA ­ ENSIACET (31) [laboratoire public] IFTH (69) [centre technique] Coût total : 120 k Aide ADEME : 78 k OBJECTIFS Le projet NOTILIB avait pour objectif de transférer industriellement les résultats de ce premier projet et donc d'optimiser les précédents résultats, d'étudier les procédés d'application, puis de les transférer à l'échelle industrielle pour le liage de feutre en fibres naturelles (chanvre et laine) Les domaines visés étaient les feutres en fibres naturelles pour l'isolation des bâtiments (domaine du partenaire Buisson Effilochage), les panneaux rigides pour habitacle automobile, et les feutres pour les paillages agricoles (domaines du partenaire APM) RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet a pu montrer que les performances mécaniques du nouveau compound sont trÚs comparables à celle du compound standard d'APM La bibliographie réalisée par le laboratoire LCA sur le « comportement des produits de paillage et d'isolation au compostage » a permis de mieux comprendre le comportement à la biodégradation de plusieurs polymÚres dits biodégradables, utilisés pour la fabrication de films de paillage agricole ou de composites En l'occurrence, la biodégradation dépend de nombreux facteurs, dont notamment : les conditions environnementales (nature du sol, du compost, température, humidité,...) ; les additifs ajoutés pendant la formulation du matériau ; les associations entre fibres végétales et polymÚres ; le type de fibre, les propriétés de la fibre, la quantité de fibre sont des paramÚtres qui vont influencer la biodégradation du composite Le projet a ainsi démontré que chaque polymÚre ou association possÚde sa propre cinétique de biodégradation, et qu'il est donc possible de réaliser un compromis pour la fabrication de ces matériaux biosourcés entre les propriétés mécaniques, physiques, chimiques, et les propriétés de biodégradabilité afin de répondre aux attentes des industriels Un développement industriel de composites issus du compound PolyPropylÚne/chanvre/lignine-amidon peut être envisagé notamment pour la production des piÚces intérieures dans l'automobile. Par ailleurs, dans l'objectif d'un transfert à d'autres domaines industriels, des essais supplémentaires ont été menés pour obtenir des formulations incolores, à base de réactifs d'origine végétale sans lignine pour les domaines industriels où la couleur du liant est un paramÚtre important Des présentations à des journées techniques ou colloques ont été réalisées Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 89 27 ECOMEMBRANE Développement d'une membrane d'étanchéité composite et durable, à base de ressources végétales Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : SOPREMA (67) [GE] Université de Strasbourg ­ LIPHT (67) [laboratoire public] AVRIL ­ OLEON SA (77) [GE] Coût total : 161 k Aide ADEME : 58 k CONTEXTE ET ENJEUX Depuis quelques années, la prise de conscience des enjeux environnementaux par l'ensemble des acteurs mondiaux du bâtiment a conduit à la création de labels comme « HQE » (pour Haute Qualité Environnementale) Cependant, de nombreux éléments et matériaux de constructions ne remplissaient pas encore les conditions de ces labels en 2009 C'était le cas des membranes d'étanchéité de toiture, composées alors d'un liant bitumineux et d'un renfort, issus de ressources non renouvelables OBJECTIFS Ce projet avait pour but de substituer des produits d'origine non renouvelable alors utilisés dans les membranes d'étanchéité par des matiÚres biosourcées pour la réalisation semi-industrielle d'une membrane d'étanchéité de toiture issue de ressources renouvelables La technique de pose, qui consistait alors à associer par fusion les laies de membranes sur les toits, devait être conservée Par ailleurs, une analyse sur l'introduction de renforts en fibres ligno-cellulosiques et la formation de composites biosourcés devait être réalisée afin d'améliorer les propriétés mécaniques et la manipulation du matériau final In fine, l'objectif était d'obtenir des membranes à 90 % biosourcées RÉSULTATS ET VALORISATION Les travaux ayant été plus long que prévu, le changement d'échelle n'a pas pu être totalement réalisé Cependant, le projet a permis de faire la synthÚse de polyuréthanes afin d'améliorer l'élasticité de résines polyamides De plus, la teneur en matiÚre biosourcée a pu être augmentée en utilisant un isocyanate partiellement biosourcé Des avancées intéressantes pour la réalisation de membranes d'étanchéité de toitures biosourcées ont été obtenues avec le dépÃŽt de plusieurs brevets PAGE 90 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés ISOLVEGE 3D Développement d'un panneau d'isolation thermique et phonique à partir de déchets de coton et de farine de blé 28 CONTEXTE ET ENJEUX La rénovation énergétique des logements, et tout particuliÚrement les travaux d'isolation, est l'un des chantiers phare de la transition énergétique et écologique afin de limiter les consommations énergétiques des bâtimentsActuellement,de nombreux professionnels (et particuliers) utilisent encore des panneaux d'isolation issus de matiÚres premiÚres fossiles : polystyrÚne expansé (associé à du plâtre), laine minérale ou laine de verre... OBJECTIFS Le but de ce projet était de développer un panneau d'isolation thermique et phonique entiÚrement biosourcé et destiné à remplacer les panneaux d'isolations en plâtres, polystyrÚne expansé ou en fibre de verre Les matiÚres premiÚres identifiées étaient des productions végétales (farine de blé) et des produits textiles en fin de vie (coton recyclé) L'objectif était d'obtenir des performances techniques et environnementales supérieures aux produits substitués Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : RAYNAUD INDUSTRIES (14) [PE] Treuil Construction Ingénierie (27) [PE] I.C.I.A.D. (76) [association] Esitpa ­ UniLaSalle (76) [laboratoire public] IFTH (69) [PME] Coût total : 134 k Aide ADEME : 94 k Partie souple coton jeans Plaque rigide coton jeans RÉSULTATS ET VALORISATION Un prototype de panneau d'isolation présentant des performances techniques et environnementales prometteuses a été mis au point par thermocompression La comparaison des performances avec des solutions de référence a montré des résultats intéressants : le matériau obtenu est plus léger, sa résistance mécanique et son isolation phonique sont similaires, et son isolation thermique est meilleure de 30 % Plusieurs présentations orales ont été réalisées afin de présenter les procédés utilisés pendant ce projet Différents produits ont été commercialisés : panneaux d'isolation thermique et phonique ; feutres de sous toiture destinés à l'isolation contre les infiltrations d'eau de pluie ; feutres de paillage écologiques naturels pour culture en plein champs, en jardinerie, ou dans les espaces publics, destinés à être dégradés sur place aprÚs usage (période d'un ou deux ans) ; encollage de fils avant tissage Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 91 29 RICHARB Applications non alimentaires du Ricin CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : Arkema (92, 69) [GE] VALAGRO (86) [centre R&D] OLEON France S.A.S. (77) [GE] Coût total : 241 k Aide ADEME : 143 k Le ricin est une plante non alimentaire cultivée pour son huile et ses coproduits, dont les caractéristiques uniques expliquent le développement de plusieurs applications industrielles Ainsi, l'huile de ricin est-elle utilisée pour la production de lubrifiants, de polyuréthanes, ou encore de polyamides Cependant, cette plante est riche en toxines (ricine, allergÚnes) qui se retrouvent dans le tourteau aprÚs extraction de l'huile, ce qui en limite les utilisations dans l'alimentation, même animale, et même comme engrais naturel du fait de la dispersion de l'allergÚne dans l'environnement Le jatropha, une autre plante oléagineuse non alimentaire, rencontre des enjeux de toxicité similaires, devant être résolus avant d'envisager un développement industriel Pour une meilleure valorisation globale du produit et de ses coproduits, mais aussi pour une plus grande sécurité de la filiÚre, les industriels cherchent donc des solutions qui permettent de détruire les toxines OBJECTIFS Le projet visait à développer des technologies innovantes de conversion des dérivés du ricin (huile, tourteau, coques) en produits chimiques afin de diversifier les usages de cette plante Plus précisément, l'objectif consistait à développer une technologie de trituration réactive du ricin permettant d'obtenir, en une seule étape, de l'ester méthylique, du glycérol et du tourteau ne contenant plus d'allergÚnes ni de ricine Une démarche identique était prévue pour le jatropha, les caractéristiques étant proches de celles du ricin Ricin RÉSULTATS ET VALORISATIONS Le projet a permis d'obtenir des résultats trÚs positifs : un procédé efficace de trituration réactive, permettant la coproduction d'un tourteau de ricin détoxifié ; un produit conforme au procédé conventionnel de transestérification de l'huile de ricin via des essais de craquage de l'ester de ricin ; une analyse économique concluante sur les conditions optimales d'intégration du procédé, soit dans une unité existante, soit dans une nouvelle installation Pour ce qui est du Jatropha, les composés toxiques ne sont pas les mêmes et la présence de curcine (une protéine similaire à la ricine) et d'esters de phorbols expliquent la toxicité de la plante Le tourteau obtenu aprÚs trituration réactive peut être débarrassé de ces esters de phorbol (agent promoteurs de tumeurs) dont la teneur est ramenée à un niveau comparable à celui des espÚces dites «non-toxiques » de Jatropha Plusieurs brevets ont été déposés en 2009 et conduits à la proposition en licensing d'un procédé de trituration réactive appliquée à la graine de jatropha, ainsi qu'à la graine de ricin pour la fabrication d'ester d'huile de ricin, de glycérol et de tourteaux détoxifiés Plusieurs publications (Industrial Crops and Products [2013]; Inform [2014]), communications (European Biomass Conference) ainsi qu'un chapitre de livre (Industrial Biorenewables [2016]) ont été réalisées PAGE 92 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés BIOBAT Développement de profils de menuiserie pour le bâtiment en matériau composite intégralement biosourcé 30 CONTEXTE ET ENJEUX L'utilisation des fibres végétales, en particulier des fibres de lin, pour des applications industrielles est actuellement un véritable enjeu pour la filiÚre du lin La France est en effet un leader de sa culture sans toutefois conserver la valeur ajoutée de sa transformation (la majorité est exportée pour le textile) Par ailleurs, le secteur du bâtiment, souhaite intégrer des matériaux innovants afin de réduire la consommation d'énergie des bâtiments, utiliser des ressources renouvelables, valoriser les déchets, et réduire les déchets non valorisables En 2010, les matériaux traditionnels (bois, PVC, aluminium, composite polyester/verre) ne permettaient de respecter à la fois les futures rÚglementations thermiques 2012 et 2020, les nécessaires performances mécaniques, et les critÚres architecturaux, tout en ayant un impact environnemental réduit OBJECTIFS L'objectif du projet de recherche BIOBAT était de développer une solution alternative pour la réalisation d'huisseries de fenêtres, à performances techniques équivalentes ou supérieures et à impacts environnementaux réduits grâce à l'utilisation de ressources renouvelables Appel à projets : BIP 2009 Partenaires : INNOBAT (34) [PME] École des Mines d'AlÚs ­ C2MA (30) [laboratoire public] École Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (34) [laboratoire public] Coût total : 498 k Aide ADEME : 259 k RÉSULTATS Le matériau biosourcé développé, baptisé PULGREEN®, est un composite (matrice polyester pétrosourcée) renforcé par des fibres végétales (60 % en masse) Obtenu par un procédé de fabrication appelé « pultrusion », il permet notamment la réalisation de renforts structuraux de profilés pour la menuiserie où ils peuvent constituer une solution alternative extrêmement intéressante aux renforts traditionnels en acier dans les fenêtres PVC En effet, les renforts de profilés obtenus ont la rigidité d'un métal tout en étant beaucoup plus légers Ils permettent ainsi de réduire de façon conséquente le poids de la fenêtre tout en améliorant ses caractéristiques techniques (efficacité thermique, rigidité) Le bilan environnemental de ces produits a été évalué par une Analyse du Cycle de Vie (ACV) comparative ayant démontré que l'utilisation de ces renforts de profilés biosourcés à la place de leur équivalent acier permet de réduire de 10 % environ les émissions de gaz à effet de serre associées à la fenêtre VALORISATION Les résultats du projet ont permis à Innobat de développer et mettre sur le marché son premier produit breveté : EcoRenfort® Début 2014, un premier industriel, « Préfal », a mis sur le marché sa nouvelle gamme de fenêtres « Exigence 83 » intégrant l'EcoRenfort® réduisant le poids de la fenêtre de 6 à 8 kg suivant sa dimension Environ 6 000 fenêtres ont ainsi été vendues durant sa commercialisation en 2015 Depuis le 1er septembre 2015, l'entreprise « IsoFrance Fenêtres » commercialise sa gamme de fenêtre PVC « IFF70+ », montrant des performances (thermiques, rigidité, environnementales) supérieures ainsi qu'un poids réduit de 7 kg par rapport au reste de leur gamme de fenêtres PVC grâce à l'EcoRenfort® En 8 mois plus de 600 fenêtres ont été vendues Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 93 31 BIOCER Développement d'une nouvelle méthode de production industrielle de composites à matrice thermoplastique renforcée de fibres naturelles couplées par extrusion réactive Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : APM (ex : AFT plasturgie) (21) [PME] Peugeot Citroën Automobiles (78) [GE] INSA Lyon ­ IMP/ LMM UMR 5627 (69) [laboratoire public] Coût total : 164 k Aide ADEME : 131 k CONTEXTE ET ENJEUX Les matiÚres thermoplastiques en Europe de l'Ouest représentent un marché annuel de plusieurs dizaines de millions de tonnes dont une part non négligeable est dédiée aux transports La part des composites à fibres naturelles y progresse fortement puisqu'elle devrait doubler entre 2010 et 2020 en Europe Contrairement au marché Nord-Américain, où les applications concernent majoritairement la substitution du bois dans le bâtiment, l'Europe s'intéresse au rÃŽle plus technique de renfort des fibres naturelles Les deux principales voies de mise en oeuvre sont la compression-moulage et l'injection (moins utilisée) C'est ce dernier procédé que cible ce projet pour la fabrication de piÚces injectées : garniture intérieure et structures pour l'automobile, éléments techniques pour l'électroménager ou pour le mobilier de jardin... Enfin, à titre d'exemple, le remplacement de 1 kg de polypropylÚne (PP) par 1 kg de chanvre entraine une diminution à la production de la consommation d'énergie de 97 %, l'émission de CO2 de 79 %, l'émission d'oxydes de Soufre de 94 %, l'émission d'oxydes d'Azote de 67 % et la demande biologique en oxygÚne de 99 % La culture du chanvre ne nécessite aucun produit phytosanitaire et est peu consommatrice d'eau L'étude d'un procédé d'injection d'un composite renforcés de fibres de chanvre présente donc des intérêts multiples OBJECTIFS Ce projet avait pour but principal de substituer une partie de la matrice polymÚre, d'origine fossile, par des fibres végétales Les principaux objectifs étaient ainsi : d'améliorer les propriétés mécaniques de la matrice ; de baisser le prix du matériau ; de diminuer sa densité globale ; de baisser les coûts de gestion en fin de vie par rapport à des composites traditionnels ; dans une certaine mesure, de réduire certains impacts environnementaux grâce à l'utilisation de ressources agricoles Pour répondre aux besoins des principaux marchés des composites « thermoplastiques + fibres naturelles », l'optimisation des interactions entre les fibres et la matrice est primordiale Le projet devait ainsi identifier des silanes (composés chimiques spécifiques) fonctionnalisés pour renforcer l'interface polymÚre/fibre, et améliorer in fine les propriétés de ces matériaux AprÚs traitement RÉSULTATS ET VALORISATION La méthode de couplage par deux silanes (au lieu d'un seul) sur les matériaux composites élaborés par voie d'extrusion réactive améliore significativement les propriétés mécaniques et thermiques du matériau, et en réduit le caractÚre hydrophile Elle permet en outre de réduire l'effet de dégradation des propriétés au cours du recyclage de la matiÚre (cycles de broyage et injection successifs) Les conditions opératoires de compoundage (procédé d'extrusion-granulation) sont validées, en particulier sur le plan de l'ordre et du mode d'introduction des constituants Le projet a été présenté en colloque, une publication est parue dans Polymer Degradation and Stability en 2012, et un brevet a été déposé en 2011 par PSA Enfin un procédé de couplage fibres végétales/matrice par greffage de deux silanes fonctionnalisés a été mis au point et validé par APM Le projet n'a cependant pas eu d'issue industrielle à ce jour mais les résultats obtenus sont valorisés à travers d'autres projets PAGE 94 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés CREABIOM Conception Raisonnée d'Emballages Alimentaires Biodégradables biosourcés Multicouches 32 CONTEXTE ET ENJEUX L'utilisation de ressources renouvelables, ainsi que la production de matériaux biodégradables à durée de vie raisonnée, pourraient constituer des pistes pour réduire l'impact écologique de la filiÚre plasturgie Par ailleurs, le marché est demandeur de produits éco-responsables, la condition préalable à leur commercialisation étant l'obtention de performances égales ou supérieures à celles des matériaux synthétiques actuellement utilisés Une stratégie flexible permet de répondre à ces exigences techniques : la création de structures multicouches (6 à 15 couches dans l'alimentaire) associant avantageusement les propriétés de différentes matiÚres plastiques Mais le recyclage des matériaux s'avÚre alors difficile : la biodégradabilité de l'ensemble est donc une propriété pertinente et bienvenue OBJECTIFS Les objectifs de ce projet étaient : la valorisation des coproduits de l'huilerie en tant qu'additifs ; la conception de matériaux multicouches biodégradables PLA/PHAs ; la production et valorisation de PHAs à partir de sources de carbone issues de l'assainissement des eaux municipales et industrielle et des déchets ; l'amélioration des propriétés mécaniques et barriÚres à l'aide d'un matériau multicouche ; l'évaluation de la sécurité, de la qualité alimentaire, de la biodégradabilité, de l'impact écologique, et de la faisabilité industrielle Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : BRODART PACKAGING (10) [PME] Institut des Corps Gras ­ ITERG (33) [centre technique] Veolia Recherche et Innovation (78) [GE] LNE (78) [EPIC] INRA (91) [laboratoire public] Cnam ­ Conservatoire national des arts et métiers (75) Coût total : 848 k Aide ADEME : 415 k Extrusion cast Extrusion filiÚre plate RÉSULTATS Deux produits ont été développés : une composition biodégradable augmentant d'un facteur 20 la ductilité (capacité à se déformer) de films fins de PLA à base de coproduits de l'huilerie avec une transition vitreuse supérieure à la température ambiante ; un film de PLA thermostable, imprimable, et apte au contact alimentaire, en mélange avec un PHA et les coproduits de l'huilerie Ce film peut être produit aussi bien par extrusion cast que par soufflage de gaine Un brevet a été déposé et plusieurs publications scientifiques dans différents journaux ont récemment été publiées : J Applied polym Sci (2015), Express Polymer Letters (2015), Bioresource Technology (2015), Poymer international (2016) Un montage d'un projet H2020 est en cours visant à valoriser le brevet déposé et en réunissant tous les partenaires de la chaine de valeur Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 95 33 FILTEXCOL Dépollution d'un effluent industriel complexe par filtration membranaire et propriétés et applications du nouveau latex naturel concentré (adhésion, allergie) Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : TIA ­ Techniques Industrielles Appliquées (84) [PME] Cirad (34) [centre de recherche] Rescoll (33) [centre de recherche] CTTM (72) [PME] Université de Haute Alsace ­ IS2M (68) [laboratoire public] Coût total : 455 k Aide ADEME : 264 k CONTEXTE ET ENJEUX Pour ses nombreux avantages techniques, le latex naturel est préféré au latex de synthÚse Les produits à base de polyisoprÚne naturel sous forme latex représentaient ainsi en 2010 un marché de 1,3 Mt/an Sa solidité et de sa perméabilité aux agents pathogÚnes en font un matériau adapté aux gants chirurgicaux et aux préservatifs Lors de la fabrication, la concentration du latex naturel par centrifugation engendre un effluent appelé « skim », contenant environ 10 % du polyisoprÚne initial dont la récupération par coagulation à l'acide sulfurique, qui, en plus de produire un caoutchouc de basse qualité, pollue les riviÚres, et induit un risque sanitaire (dégagement de H2S ­ Sulfure d'HydrogÚne) Faute d'un procédé performant et non polluant de récupération, le skim reste donc un coproduit à faible valeur marchande. OBJECTIFS Le projet visait à créer un procédé permettant de concentrer le skim à l'aide d'ultrafiltration ou microfiltration pour récupérer le polyisopropÚne(PI) sous forme de latex concentré réutilisable par l'industrie En effet, ne contenant plus de protéines allergisantes, il pourrait être utilisé à nouveau dans la fabrication de gants, préservatifs ou encore comme composant de colles en substitution de colles « formaldéhyde » cancérigÚne D'autre part, il s'agissait de réduire la demande chimique en oxygÚne (DCO) et de diminuer la pollution présente dans les rejets grâce à l'absence de sulfates dans l'effluent RÉSULTATS Les recherches ont conduit à un procédé robuste, testé avec succÚs sur plusieurs milliers de litres de skims d'origine diverse Les objectifs techniques ont été atteints : la DCO du perméat (sans sulfates) est fortement réduite, ce qui en facilitera l'épuration, et le skim concentré, produit biosourcé, possÚde des propriétés favorables à des applications industrielles en substitution de produits, notamment en tant qu'adhésif Par ailleurs, des contacts commerciaux ont été établis en Thaïlande, aux Philippines et en Malaisie afin de trouver un partenaire industriel susceptible de réaliser des essais pré-industriels Sur le plan académique, une thÚse a été conduite au cours du projet et plusieurs publications ont été préparées (Industrial Plants and Crops et Colloids and Surfaces) PAGE 96 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés FLEXOFIB Élaboration d'un matériau élastomérique renforcé par des fibres végétales pour produits extrudés de l'automobile et du bâtiment 34 CONTEXTE ET ENJEUX Depuis 1999, Cooper Standard Automotive (CSA) travaille sur l'amélioration du bilan environnemental et économique des systÚmes d'étanchéité automobile en ciblant le remplacement des caoutchoucs synthétiques traditionnellement utilisés par des élastomÚres thermoplastiques Ce changement permet de réduire le coût et le poids des produits, ainsi que la consommation d'énergie nécessaire à leur production (-30%), d'augmenter la résistance au vieillissement tout en permettant un recyclage en fin de vie Ces recherches ont abouti en 2007 à la commercialisation d'étanchéités thermoplastiques lisé par CSA dans ses systÚmes d'étanchéité, tout en améliorant son bilan environnemental Le gain environnemental était attendu d'une part via la substitution de renforts en fibres de verre par des fibres végétales (chanvre), dont la production est moins consommatrice d'énergie, et d'autre part par le recyclage de rebuts de caoutchouc disponibles sur le site industriel (jusqu'alors envoyés en cimenterie pour y être brûlés) en poudrette pour la ténacité et la résistance à la déchirure Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : Cooper Standard Automotive (35) [GE] APM (ex ­ AFT plasturgie) (21) [PME] Université de Bretagne Sud ­ IRDL (56) [laboratoire public] Coût total : 248 k Aide ADEME : 145 k OBJECTIFS Pour continuer à innover et à améliorer le bilan environnemental des systÚmes d'étanchéité, l'étape suivant cette transition du caoutchouc synthétique vers le thermoplastique était l'incorporation de ressources renouvelables et de composés issus de recyclage afin de répondre à la demande et aux contraintes des constructeurs automobiles, en attente de matériaux plus respectueux de l'environnement à iso-coût L'objectif était de développer un matériau aux performances techniques et économiques similaires au compound thermoplastique actuellement utiCoulisse RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet a permis la mise au point d'un nouveau procédé permettant de réaliser, en une passe, un compound élastomÚre contenant 20 % en masse de fibres de chanvre Une premiÚre piÚce prototype a ainsi été réalisée Des travaux d'amélioration de la viscosité du compound et d'optimisation du procédé de compoundage sont encore nécessaires avant d'envisager l'extrusion d'un profilé industriel Le développement des piÚces d'étanchéité renforcées par des fibres végétales se poursuit chez Cooper Standard Une thÚse CIFRE a été réalisée sur le sujet à l'IRDL (ex LIMATB) L'évaluation environnementale du produit a permis d'estimer à 30 % la réduction des émissions de GES grâce à la substitution d'une coulisse thermoplastique classique par une coulisse intégrant 20 % de fibres de chanvre et 10 % de poudrette de caoutchouc recyclé Par ailleurs, des piÚces d'étanchéité produites avec les matériaux élaborés par APM (ex AFT plasturgie) sont déjà commercialisées Ces piÚces renforcées par des fibres de chanvre équipent en particulier les actuelles Peugeot 308 Plusieurs communications nationales et internationales des résultats obtenus ont été réalisées ainsi que plusieurs publications (Materials Letters (2016), Composites (2013), Polymer Degradation and Stability (2011), ICCS 16 (2011), MODEST 2012, Colloque sur la Déformation des PolymÚres Solides (2010)) Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 97 35 VEGECOMP Composites biosourcés pour l'injection thermoplastique : incorporation de fibres végétales dans les matrices biosourcées Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : VEGEPLAST (65) [PME] LCA/CATAR (31) [laboratoire public] Coût total : 209 k Aide ADEME : 195 k CONTEXTE ET ENJEUX Afin de réduire l'impact environnemental des matiÚres plastiques, il peut notamment être envisagé d'utiliser des matiÚres premiÚres renouvelables, augmenter la longévité des produits ou encore travailler sur leur valorisation en fin de vie DÉROULEMENT Cinq sources différentes de fibres ont été sélectionnées à partir de trois critÚres différents : la disponibilité industrielle, la composition chimique, et le degré de raffinage de la fibre Il s'agit des fibres de rafle de maïs, de son de blé, de coques de fÚve de cacao, de bois et écorces de châtaignier et enfin cellulosiques L'originalité du projet résidait notamment dans la mise au point d'un nouveau procédé de compoundage (procédé d'extrusion-granulation) de ces fibres dans une matrice plastique biodégradable, pour l'obtention de mélanges-maîtres, dont le dosage lors de l'injection thermoplastique a été étudié en relation avec les propriétés des objets moulés Ce procédé vise à coupler en une seule étape d'extrusion bi-vis la thermoplastification de bioressources et leur mélange à des polyesters biodégradables et/ou divers additifs L'objectif est d'étudier et d'optimiser ce procédé (dispersion des fibres) ainsi que celui d'injection thermoplastique au stade pilote industriel Le projet s'est articulé autour des phases suivantes : sélection et préparation des fibres végétales pour le compoundage avec les matrices thermoplastiques biosourcées ; étude du procédé de compoundage des fibres végétales avec les matrices thermoplastiques et caractérisation des composites biosourcés moulés par injection ; mise au point du moulage par injection thermoplastique des composites biosourcés ; transfert à l'échelle pilote industriel des procédés et produits OBJECTIFS Le projet avait pour but la création d'une nouvelle gamme de matériaux composites biosourcés (matrice thermoplastiques biodégradable/fibres végétales) permettant de produire des piÚces moulées par injection Les améliorations ciblées pour ces nouveaux composites biosourcés étaient nombreuses : résistance mécanique, stabilités dimensionnelle et thermique, tenue au choc et rigidité, processabilité lors du moulage par injection, aspect et finition des piÚces formées (en particulier leur perception « d'origine naturelle ») RÉSULTATS ET VALORISATION Le projet a permis d'identifier des fibres végétales intéressantes pour élargir significativement les propriétés mécaniques, les stabilités thermique et dimensionnelle ainsi que de réduire le coût de production des matériaux proposés par la société VEGEPLAST Grâce à la meilleure compréhension des phénomÚnes contrÃŽlant les propriétés physico-chimiques des composites biosourcés et au dépassement des contraintes technologiques, un procédé complet, industriellement viable, a pu être validé à l'échelle pilote de 50 kg/h VEGEPLAST a ainsi pu accroitre sa capacité de réponse aux cahiers des charges de clients potentiels, ce qui lui permet de viser de nouveaux marchés et de nouvelles perspectives de développement (création d'un poste R&D) Le procédé reste à valider à des débits de production plus élevés (200 kg/h) Les résultats obtenus pourraient également être étendus à l'utilisation de nouvelles fibres végétales ou matrices ayant des caractéristiques similaires à celles étudiées D'un point de vue académique, plusieurs publications (thÚse G Gamon, 2013 ; Industrial Crops and Products, 2013) et communications (WPC 2011 ; Biopol 2011) ont été effectuées PAGE 98 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés POLYPLAST Les esters de polyglycérols (EPG) comme plastifiants biosourcés de plastiques 36 CONTEXTE ET ENJEUX Les plastifiants ont pour rÃŽle d'augmenter la flexibilité et d'améliorer la mise en oeuvre de matériaux thermoplastiques Ce ne sont pas de simples additifs car ils déterminent les propriétés finales de ces matériaux Il en existe plus de 300 familles, presque exclusivement issues de la synthÚse pétrochimique Certaines de ces familles de plastifiants, les phtalates par exemple, présentent par ailleurs une toxicité potentielle. Il a été montré dans un projet AGRICE (2008-2009) que les esters de polyglycérols (EPG) présentaient un trÚs fort effet plastifiant sur des matériaux biosourcés de type acide polylactique (PLA) chargé en fibres de bois ou en farine amylacée Ces EPG sont par ailleurs des produits biodégradables issus du glycérol et sont connus pour être non toxiques L'effet plastifiant de ces molécules n'a cependant pas été vérifié sur d'autres polymÚres (polymÚres biosourcés ou pétrochimiques de commodité) D'autre part, il a été constaté que l'utilisation d'EPG permet d'extruder le PLA chargé en farine amylacée à des températures supérieures à celle de la décomposition habituelle des charges végétales, ce qui pourrait autoriser l'utilisation dans les plastiques chargés en fibres végétal, des polymÚres encore non utilisés comme ceux présentant une haute température de fusion tels que les polyamides, l'ABS... Appel à projets : BIP 2010 Partenaires : FuturaMat (86) [PME] VALAGRO (86) [Centre R&D] CINQ MC (16) [PME] Coût total : 161 k Aide ADEME : 97 k OBJECTIFS Les objectifs du projet étaient de : valider l'effet plastifiant des EPG sur des matériaux biosourcés chargés en farine végétale destinés à être transformés par moulage injection Les familles de polymÚres utilisés dans ces matériaux biosourcés devaient être les suivantes : polymÚres biosourcés (PBAT et PHA), polymÚres de commodité (polyéthylÚne, polypropylÚne), polymÚres techniques (ABS, polyamide 6, polyamide 6-6, polyamide 11, polyester ; comprendre l'effet d'inhibition de dégradation des charges végétales à des températures élevées lors de la phase d'extrusion/compoundage de polymÚres biosourcés chargés ; comparer les résultats obtenus avec ceux du projet AGRICE précédent (avec du PLA) RÉSULTATS 5 formulations ont été validées aux niveaux technique et économique ; les fiches techniques de ces formulations ont été établies et utilisées pour la présentation des produits à la clientÚle du partenaire industriel ; l'effet plastifiant à trÚs basse teneur de certains EPG a pu être validé sur des formulations aptes à l'injection en haute cadence et également sur des formulations destinées à l'extrusion feuille thermoformage L'effet plastifiant s'accompagne malheureusement d'une diminution de la valeur HDT (Heat Temperature Deformation) ; à plus haute teneur, les EPG agissent comme des lubrifiants externes qui permettent de limiter les phénomÚnes de dégradation thermique par friction Il est ainsi possible de charger des polymÚres techniques tels que les PA, ABS, PC avec des fibres végétales en limitant la dégradation de ces derniÚres Les piÚces sont alors d'un aspect homogÚne et les phénomÚnes de traces (flash) à leur surface disparaissent Comparaisons couleur compound PiÚce de gauche sans EPG : compound dégradé (couleur trÚs brune) + odeurs + traces PiÚce de droite avec EPG : compound clair non dégradé, plus de traces Des teneurs trop élevées empêchent la mise en forme des compounds élaborés (dosage délicat voire impossible de la matiÚre) Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 99 37 AUTOFLAX AllÚgement des véhicules par l'emploi de résines thermoplastiques chargées avec de la paille de lin Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : TEILLAGE VANDECANDELAERE (14) [PME] CERA ­ Centre d'Études et de Recherche Automobile (51) [GE] CSF ­ COOPER STANDARD FRANCE (35) [GE] Université de Bretagne Sud ­ IRDL (56) [laboratoire public] PDCL ­ Produits Chimiques de Lucette (53) [PME] Coût total : 503 k Aide ADEME : 267 k CONTEXTE ET ENJEUX Afin de réduire l'impact environnemental de ses véhicules, l'industrie automobile a défini deux axes de travail prioritaires : l'incorporation de matériaux recyclés, et le gain de masse (réduction des émissions de CO2 lors des phases de construction et d'utilisation de ses produits) Dans le but d'améliorer les propriétés mécaniques des plastiques dans l'automobile, des charges (généralement la fibre de verre) sont incorporées en tant que renfort Afin de répondre simultanément à ces deux objectifs, la filiÚre cherche ainsi à substituer les charges traditionnelles en fibre de verre dans les matériaux recyclés par des fibres végétales, dont la densité est plus faible afin de diminuer le poids des piÚces Au-delà des problématiques de mise en oeuvre, se posent également les questions de la disponibilité de la ressource végétale, de son coût, et de l'impact environnemental lié à sa production C'est pourquoi l'utilisation de coproduits de filiÚres végétales existantes (anas de lin [textile ou oléagineux],...) sous-valorisés a été envisagée DÉROULEMENT Les grandes étapes des recherches ont été : le choix de la ressource végétale : lin oléagineux ainsi que paille, anas, et fibres de lin textile, ou encore étoupes cardées (bourre peignée) ; la préparation de la matiÚre premiÚre : coupe de précision et broyage de paille puis traitement physique pour augmenter la faculté d'adhésion ; l'étude et réalisation de nombreuses formulations incorporant les matiÚres biosourcées, traitées ou non, afin de vérifier dans un premier temps la faisabilité de ce type de compoundage et dans un second temps, d'en évaluer les performances mécaniques ; des essais de production de piÚces finales : par extrusion et par injection ; la caractérisation des matériaux et évaluation des piÚces réalisées ; l'analyse du cycle de vie OBJECTIFS Ce projet avait pour but la mise sur le marché d'un nouveau matériau composite à base d'une matrice pétrosourcée recyclée, renforcée par des coproduits de la filiÚre lin (pailles, anas...) pour le marché de l'automobile RÉSULTATS ET VALORISATION Les principaux verrous identifiés pour la réalisation des compounds ont été la maîtrise de l'homogénéité du mélange, le bon dosage des dérivés du lin, et la maîtrise des taux d'humidité de ces produits hygrophiles La préparation par extrusion des différents compounds n'a pas posé de problÚmes majeurs (à l'exception des formulations à base d'étoupes cardées) La mise en oeuvre sur extrudeuse industrielle a permis de démontrer la difficulté d'exploitation industrielle des compounds par ce procédé. En revanche, les essais d'injection ont présenté de bons résultats jusqu'à 20 % de fibres naturelles. Cependant, toutes les formulations ont généré des hétérogénéités incompatibles avec un déploiement industriel à ce stade Écran sous moteur Treves Granulés de compound à base de pied le lin micronisé PAGE 100 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PANOVEGE Conception et étude de nouveaux matériaux issus des coproduits de matiÚres végétales pour des applications dans le bâtiment et l'emballage 38 CONTEXTE ET ENJEUX Pour répondre à une demande croissante des marchés du bâtiment et de l'emballage pour les panneaux de particules agglomérées, l'entreprise De Sutter FrÚres, seul fabricant de panneaux à base de lin en France, est à la recherche de nouvelles matiÚres premiÚres végétales L'expertise du laboratoire Esitpa dans le domaine des matériaux biosourcés l'a conduit à proposer à De Sutter la valorisation d'un nouveau coproduit de culture : l'écorce de tournesol Ce coproduit est issu d'une culture trÚs rentable et la quantité valorisable est trÚs importante car les cannes de tournesol ne sont pas exploitées actuellement DÉROULEMENT Le projet PANOVEGE comprenait : une phase de recherche finalisée à l'échelle laboratoire, réalisée par l'Esitpa et par le CRT Analyses et Surface (caractérisation du comportement, vieillissement des matériaux) ; une phase d'expérimentation préindustrielle sur la ligne de production de l'entreprise De Sutter FrÚres pour réaliser des prototypes taille réelle des nouveaux panneaux biosourcés Par ailleurs ce projet devait ouvrir la voie d'une filiÚre agricole pour la récolte et la valorisation des cannes de tournesol Appel à projets : BIP 2012 Partenaires : DE SUTTER FRÈRES ­ SANOPAN (76) [PME] ESITPA ­ UniLaSalle ­ AGRI'TERR (76) [laboratoire public] CRT Analyses & Surface (27) [laboratoire privé] Coût total : 814 k Aide ADEME : 270 k OBJECTIFS Le projet PANOVEGE consistait à démontrer la faisabilité d'un nouveau panneau aggloméré à base d'écorces de tournesol Pour cela, devaient être étudiés : la conception des panneaux (formulation, procédé) ; leurs propriétés physiques (mécaniques, thermiques, tenue au feu et à l'eau,...) ; leur durabilité La commercialisation des nouveaux panneaux biosourcés devant permettre à l'industriel d'augmenter sa production tout en apportant une nouvelle valeur ajoutée à la culture du tournesol Panneaux à base de tournesol à gauche et de lin à droite. RÉSULTATS ET VALORISATION Un premier verrou technique a été levé concernant la séparation des deux fractions constituant la canne de tournesol : l'écorce (utilisée dans ce projet) et la moelle (ressource de trÚs faible densité, valorisable dans d'autres types de matériaux biosourcés innovants) Les premiers résultats issus du projet PANOVEGE sont encourageants : les panneaux agglomérés à base d'écorce de tournesol fabriqués en laboratoire présentent des propriétés physiques au moins égales à celles des panneaux 100 % à base d'anas de lin (tige centrale brisée en petits fragments) Cependant, l'industrialisation n'est pas encore viable économiquement du fait de coûts de transport élevés (éloignement des gisements de tournesol), et de l'absence de filiÚre organisée pour la récolte et le traitement des cannes de tournesol L'utilisation de l'écorce de tournesol dans des matériaux pour le bâtiment reste cependant une voie de valorisation intéressante, à continuer de développer Pour valoriser ces ressources renouvelables dans des matériaux 100 % biosourcés, les recherches vont ainsi s'orienter vers l'élaboration d'une colle biosourcée Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 101 39 ECOMATFIB Écoconception et optimisation multi-objectif de matériaux isolants à base de fibres de bois Appel à projets : BIP 2013 Partenaires : FINSA France (40) [PME] Université Bordeaux, I2M (33) [laboratoire public] FCBA (38) [centre technique industriel] STEICO Casteljaloux (47) [PME] École Supérieure du Bois (44) [laboratoire public] CNRS, Institut PPrime (86) [laboratoire public] Coût total : 748 k Aide ADEME : 321 k CONTEXTE ET ENJEUX En France, les matériaux isolants biosourcés (à base de fibres végétales ou d'origine animale [ex : plumes de canards]) sont encore peu utilisés dans la construction : en 2012 ils représentaient 5 % du marché des isolants, les principaux isolants restant la laine de verre, le polystyrÚne expansé et la laine de roche Parmi ces nouveaux matériaux, les isolants à base de fibres de bois présentent de fortes potentialités de développement : leurs performances environnementales sont déjà intéressantes (stockage CO 2, procédés peu gourmands en énergie,...) et devraient porter leur part de marché de 2,3 % en 2012 à 10 % en 2020 Cependant ces matériaux isolants à base de fibres de bois restent en moyenne encore deux fois plus coûteux que les isolants à base de laine minérale, dont les performances techniques sont équivalentes voire parfois supérieures OBJECTIFS Les objectifs de ce projet sont d'optimiser les performances techniques, économiques et environnementales des matériaux à base de fibres de bois pour l'isolation afin de les rendre plus compétitifs Pour cela tous les facteurs influents seront étudiés : la matiÚre premiÚre (essences de bois, provenance, conditions de culture... ; les procédés de fabrication et de traitement (voie sÚche ou humide, liants...) ; la structure (fibres, forme, mono ou multicouches,...) les performances techniques (résistance et inertie thermique, propriétés mécaniques, compressibilité, inflammabilité,...) ; la fin de vie des produits finis PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATION La ressource bois et chanvre disponible en aquitaine a été analysée, et toutes les fibres nécessaires au projet ont été produites et caractérisées 33 matériaux différents en termes d'essences, granulométrie et densité apparente, ont été fabriqués et leur caractérisation initiée (compression sous imagerie, propriétés thermiques et mécaniques) Les travaux sur l'optimisation sont en cours Les recherches ont déjà permis de mieux connaitre les relations entre les matiÚres premiÚres, le procédé, la structure et les propriétés nécessaires à la production de matériaux optimisés Sur le plan académique, plusieurs communications et posters, y compris à l'international, ont été effectués (34 e Rencontres Universitaires de Génie Civil de l'AUGC, 17th International Conference on Experimental Mechanics, 19 th ESAFORM Conference on Material Forming, 4th Forum of wood building Nordic, 3rd Conference PTFBPI,...) PAGE 102 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés BLUECOPHA Développement éco-responsable de la production industrielle de PHA à partir de bactérie marine 40 CONTEXTE ET ENJEUX Selon l'European Bioplastics association et l'Institute for Bioplastics and Biocomposites (2013), les capacités globales de production de plastiques biosourcés (tous types confondus) devraient atteindre 6,2 millions de tonnes à l'horizon 2017, soit une multiplication d'un facteur supérieur à 4 par rapport à 2012 Parmi tous les polymÚres biosourcés utilisés pour la fabrication de plastiques, les polyhydroxyalcanoates (PHA), polyesters d'origine bactérienne, sont trÚs prometteurs, tant pour leurs propriétés d'usage que pour leur qualités environnementales Le projet BLUECOPHA, accompagné par le réseau breton des industriels de l'emballage « Breizpack », et celui des acteurs des biotechnologies « Capbiotek », s'inscrit dans ce contexte Il est le fruit d'un travail préliminaire conduit depuis 2009 dans le cadre de deux projets de recherche (Biocomba et PHApack) OBJECTIFS ET DÉROULEMENT Le projet BLUECOPHA vise à valoriser des déchets et coproduits alimentaires, évitant ainsi les concurrences avec les ressources agricoles dédiées à l'alimentation, pour la production de PHA à partir de souches bactériennes d'origine marine Les travaux se déroulent en 3 grandes phases : 1. étude de faisabilité et de mise au point de la production de PHA : approfondissement des connaissances sur les matiÚres premiÚres utilisables, la production des PHA et le développement de méthode pour caractériser les productions ; 2. choix technologiques, écologiques et mise au point de prototypes (validation et impact des procédés pour le changement d'échelle) ; 3. développement d'emballages : évaluation des performances des PHA et de la mise en forme des différents emballages via des essais semi-industriels, vérification de la biodégradabilité et étude de cycle de vie, validation du modÚle économique, etc Si les performances visées aux niveaux technique, économique et environnemental sont atteintes, ce projet pourra aboutir à la mise en place d'une filiÚre locale de production de PHA biosourcés avec création de valeur sur le territoire Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : Europlastiques (53) [PME] Triballat (35) [GE] Séché Environnement (54) [GE] CAP OUEST (56) [PME] UBS, LIMATB (56) [laboratoire public] ENSCR (35) [laboratoire public] Coût total : 1 118 k Aide ADEME : 443 k Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 103 41 CAPONE Fibre de Carbone à base de PolyOléfine biosourcée et Nanostructurée pour le marché de l'Éolien Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : EPSILON COMPOSITE (33) [PME] ADERA/CANOE (33) [PME] Université de Bordeaux ­ LCTS (33) [laboratoire public] APESA (33) [centre technologique] Coût total : 988 k Aide ADEME : 367 k CONTEXTE ET ENJEUX Le marché de l'éolien se dirige vers des pales de plus en plus grandes : soit pour des turbines d'une puissance supérieure à 5MW en offshore, soit pour étendre les plages de fonctionnement de turbines de 2MW à 3MW dans des zones dont les vents restent modérés Or la fibre de carbone est typiquement utilisée pour la réalisation des raidisseurs longitudinaux de pales (sparcap) Le marché des composites carbone va donc naturellement enregistrer d'ici 2020 sa plus forte croissance dans le secteur de l'éolien (+ 16 % par an) L'éolien deviendra ainsi le premier secteur utilisateur de fibres de carbone dans les années à venir, devant l'automobile, avec 60 % du marché La principale limitation à l'utilisation du carbone dans l'éolien restant son coût, la filiÚre cherche à identifier des solutions de fibres économiques, d'abord pour l'éolien « standard » (pour des piÚces composites actuellement déjà renforcées par des fibres de carbone), puis à moyen terme pour l'éolien off-shore/on-shore de grande dimension, ou même le marché des piÚces de carrosserie ou de structure automobile (traverse, longeron, berceau, renfort de tunnel, élément de porte, plancher, passage de roue...) une réduction de coût de 25 % comparé à celui de la fibre de carbone obtenue à partir de PAN (polyacrylonitrile) textile, actuellement la moins chÚre du marché ; des performances mécaniques conformes aux spécifications attendues par le marché de l'éolien, c'est-à-dire comprises entre celles de la fibre de carbone à base de lignine pure et celle de la fibre de carbone HR ex PAN textile ; un compromis optimal en termes de coût du précurseur, de processabilité de la fibre, de rendement de carbonisation, de cristallisation et de propriétés mécaniques de la fibre de carbone ; montrant des performances environnementales intéressantes notamment grâce à l'utilisation de matiÚres premiÚres d'origine renouvelable DÉROULEMENT Les principales étapes du projet sont : la création d'un compound prêt-à-l'emploi de précurseur lignine/polyéthylÚne biosourcé dopé par des matériaux nanocarbonés d'origine biosourcée, additivé par des polymÚres fonctionnels et adapté au procédé de filage et de carbonisation de la fibre de carbone ; la mise au point d'un procédé de filage du mélange de précurseur biosourcé par voie fondue, respectueux de l'environnement, notamment sans solvant ; la mise au point d'un procédé de stabilisation/oxydation et de carbonisation permettant une réduction des coûts énergétiques et du temps de cycle de fabrication ; la fabrication d'un démonstrateur pultrudé carbone répondant aux exigences du marché de l'éolien (coût, performances, constance, contrÃŽle qualité) OBJECTIFS Le projet CAPONE vise à développer une nouvelle fibre de carbone bas coût pour le marché de l'éolien, obtenue à partir d'un mélange de précurseur lignine/polyéthylÚne biosourcé et dopé par un matériau nanocarboné d'origine biosourcée (nanotube de carbone, graphÚne, nanocellulose) Plus précisément, la fibre de carbone recherchée devra présenter : PREMIERS RÉSULTATS Les premiers travaux de formulation du précurseur ont porté sur la mise en compatibilité de la lignine et du polyéthylÚne biosourcé au moyen d'additifs à base de polymÚres fonctionnels La ligne pilote de carbonisation qui permet de carboniser de façon continue les fibres de précurseur est opérationnelle depuis mai 2016 PiÚce composite pour pale d'éolienne PAGE 104 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés BIP COLZA Bétons Industriels Préfabriqués à base de granulats de paille de COLZA 42 CONTEXTE ET ENJEUX Le secteur du bâtiment représente 10 % du PIB mondial, et pointe à la premiÚre place économique en France avec 1,4 millions de salariés directs Sa contribution aux objectifs et engagements nationaux et internationaux de réduction des émissions de CO 2 peut prendre deux formes principales : la réduction des émissions liées à la production de matériaux de construction d'une part et l'amélioration des performances énergétique des bâtiments d'autre part Au cours des derniÚres années, de nombreux projets ont permis l'émergence de matériaux biosourcés pour la construction et la rénovation Cependant cette filiÚre s'est relativement peu industrialisée, et les produits disponibles s'avÚrent encore assez rares et chers Par ailleurs, la paille de colza est une ressource trÚs abondante, éligible à la transformation en granulat biosourcé utilisable dans des systÚmes industriels compétitifs OBJECTIFS Ce projet envisage le développement de produits industriels préfabriqués, isolants thermiques et isolants porteurs, en bétons de colza S'il existe quelques produits de construction de type béton biosourcé, leur présence sur le marché reste marginale La massification de l'utilisation de ces matériaux ne pourra se faire que via l'industrialisation de certains procédés Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : NOVHISOL SA (80) [PME] CoDEM Picardie (80) [association ­ centre technique] Laboratoire des Technologies Innovantes ­ UPJV (80) [laboratoire public] COOPENERGIE (80) [association ­ Union de Coopératives Agricoles] Coût total : 660 k Aide ADEME : 320 k DÉROULEMENT Trois types de produits seront developpés : blocs de bétons (parpaing) isolants ; blocs de bétons isolants porteurs ; panneaux préfabriqués autoporteurs en bétons de colza Pour cela il sera notamment indispensable de : caractériser les gisements de granulats de colza afin de satisfaire à un cahier des charges industriel tanttechnique,environnemental,qu'économique ; développer et caractériser des formules de bétons intégrant ces granulats ; élaborer des séries prototypes, nécessaires au développement de projets démonstrateurs intégrant ces nouveaux matériaux au cadre bâti tant en construction neuve qu'en rénovation PiÚce composite pour pale d'éolienne Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 105 43 BOPA Panneaux sandwiches Oméga Biosourcés pour l'Aéronautique (Biosourced Omega Panels for Aircrafts) Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : VESO concept (31) [PME] Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (31) [laboratoire public] CIRIMAT (31) [laboratoire public] Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (31) [laboratoire public] Coût total : 664 k Aide ADEME : 321 k CONTEXTE ET ENJEUX Le secteur aéronautique se voit imposer de nombreuses réglementations visant la réduction des gaz à effet de serre Ainsi, au niveau européen, the Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe (ACARE) a présenté les objectifs à atteindre en 2050 sur le plan environnemental dans son rapport « Flightpath 2050 » : réduire les émissions de CO 2 de 75 %, de NOx de 90 % et le bruit de 65 % Afin d'atteindre ces objectifs, les industriels se tournent vers des matériaux composites, plus légers que les matériaux métalliques Les matériaux composites à base de fibres naturelles sont une option intéressante, puisque la densité et le bilan carbone des fibres naturelles sont inférieurs à ceux de la fibre de verre (pour le lin par exemple : 1,3 kg CO 2/kg de fibres produite, contre 2,1 CO 2/kg pour la fibre de verre, ou 5 CO 2 /kg pour l'aluminium) Le remplacement de la fibre de verre par des fibres de lin permettrait, non seulement, des gains considérables en termes de réduction d'émissions de CO2, mais aussi une réduction des NOx et des économies de carburant grâce à l'allégement des avions. En effet, dans un avion civil, la masse des parties intérieures (aménagement cabine) est estimée à 6 tonnes, dont 4 tonnes environ faites de panneaux sandwiches : le remplacement de ces panneaux classiques par des panneaux sandwiches biosourcés engendrerait un gain de poids de 25 %, ce qui permettrait d'économiser 3 millions d'euros en carburant sur la durée de vie de l'appareil biosourcée Le développement du composite s'effectuera selon une démarche d'éco-conception Le panneau éco-conçu répondra au cahier des charges des industriels, domaine dans lequel Airbus apporte son concours au projet (lauréat 2015 de l'appel à idée Airbus-Aerospace Valley) : procédés, poids, isolation acoustique et thermique, tenue mécanique, comportement à l'impact, tenue au feu, etc) Enfin, ce projet devrait permettre à la société partenaire VESO concept de lancer sa production de panneaux et de créer 5 emplois à l'horizon 2020, tout en consolidant le développement de la filiÚre lin française par de nouveaux débouchés à l'international DÉROULEMENT Le projet suivra les phases suivantes : travaux sur la substitution des matiÚres utilisées actuellement dans les panneaux de type GLARE et issues de ressources fossiles (fibre de verre, d'aramide, aluminium) par des fibres de ressources renouvelables, à commencer par le lin ; identification de la matrice (résine + durcisseur) thermodurcissable (biosourcée si possible) la plus adaptée pour le renfort à base de lin ; optimisation de l'adhérence entre le renfort et la matrice de façon à limiter le recours aux prétraitements des fibres (si des prétraitements devaient être mis au point, ils devraient être respectueux de l'environnement) ; optimisation du procédé d'assemblage du panneau sandwich pour faciliter sa transposition à l'échelle industrielle et réduire la toxicité de mise en oeuvre pour l'opérateur (en limitant les COV notamment) OBJECTIFS L'objectif global de ce projet est de produire un panneau structurel sandwich innovant, qui grâce à son architecture et sa composition, affichera un poids de 25 % inférieur aux panneaux actuels Dans l'aéronautique, ce panneau pourra ainsi servir en tant que plancher ou comme cloison murale, en remplacement de panneaux de type GLARE (Glass Laminate Aluminium Reinforced Epoxy) ou d'autres types en fibres de verre Le panneau développé sera biosourcé avec des fibres de lin (plante à fort rendement et faible taux d'intrants) et une matrice à base de résine époxy de préférence Concept panneau PAGE 106 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés ELASTOIL Huiles de dilution renouvelables issues de ressources oléagineuses pour les formulations de mélanges d'élastomÚres 44 CONTEXTE ET ENJEUX L'industrie de transformation du caoutchouc contribue à la fabrication de piÚces techniques répondants à des cahiers des charges extrêmement complexes, des spécifications, des normes, exigeant un large ensemble de propriétés : comportement aux températures d'utilisation ; inertie vis-à-vis des fluides agressifs et des produits chimiques ; résistance à l'ozone et aux intempéries ; propriétés mécaniques (rupture, déchirement, abrasion, etc)... Or il est souvent compliqué de satisfaire simultanément un ensemble de propriétés parfois incompatibles, tout en respectant le rapport qualité/prix lié à l'utilisation envisagée L'industrie de la transformation du caoutchouc et des élastomÚres utilise de nombreuses matiÚres premiÚres : des élastomÚres bruts, mais aussi des charges (noirs de carbone, silice...), des plastifiants, des agents de protection (anti-oxydant, anti-UV...) et des agents de vulcanisation (soufre, peroxyde...) Parmi les additifs utilisés, les plastifiants (ou huiles de dilution) représentent une part importante de la formulation (jusqu'à 30 % en poids) Les plastifiants et huiles de dilution sont essentiellement des dérivées du pétrole dont certaines présentent une toxicité avérée (teneur élevée en HAP) ayant conduite à la mise en place d'une nouvelle réglementation (directive européenne) Les industriels du secteur sont donc désireux de disposer de nouvelles huiles de dilution non toxiques, disponibles, et de préférence biosourcées OBJECTIFS Le projet ELASTOIL ambitionne de développer de nouvelles huiles de dilution d'origine renouvelable, non-toxiques et potentiellement disponibles tout en garantissant un gain de performances des formulations d'élastomÚres au niveau technique et environnemental Les objectifs sont donc multiples : remplacer les huiles issues du pétrole par des huiles de dilution issues de corps gras ; améliorer sensiblement les propriétés des matériaux formulés à l'aide de ces nouveaux additifs ; étudier la viabilité technico-économique des huiles de dilution développées à partir de productions pilote et semi-industrielle ; analyser les aspects environnementaux de la production et de l'utilisation potentielle des huiles de dilutions les plus performantes Des coproduits de l'huilerie européenne, insuffisamment valorisés dans des applications industrielles seront utilisées La valorisation de déchets tels que les huiles alimentaires usagées sera également abordée Cette stratégie facilitera la structuration d'une filiÚre Française de valorisation de coproduits en molécules biosourcées innovantes Plusieurs clients d'EMAC ont été contactés et ont donné un retour positif sur la possibilité de tester des formulations optimisées durant le projet Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : EMAC (64) [PME] Institut des Corps Gras ­ ITERG (33) [centre technique] LCPO (33) [laboratoire public] Coût total : 802 k Aide ADEME : 288 k Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 107 45 RIGHTLAB Ouverture de nouveaux marchés matériaux pour le chanvre par la maîtrise en situation industrielle (du champ au défibrage) des qualités de chanvre rouis Appel à projets : BIP 2015 Partenaires : La ChanvriÚre (10) [Coopérative agricole] Fibres Recherche Développement (10) [PME] Université Bretagne Sud ­ IRDL (56) [laboratoire public] INRA (51) [laboratoire public] Coût total : 1,1 M Aide ADEME : 468 k CONTEXTE ET ENJEUX Afin de satisfaire une demande croissante en matériaux performants et éco-conçus, l'utilisation du chanvre, et plus particuliÚrement des fibres de chanvre, constitue une réelle opportunité Premier producteur européen, la France possÚde un gros potentiel industriel dans la valorisation de cette plante Aujourd'hui principalement utilisées en papeterie, ces fibres possÚdent des propriétés d'intérêt exceptionnelles pour de nombreuses applications à forte valeur ajoutée pour des marchés divers (piÚces thermoplastiques à base de non-tissés, piÚces injectées à base de fibres, textile...) Toutefois, l'accÚs à ces marchés majeurs nécessite une matiÚre premiÚre (les fibres) de qualité, répondant à un cahier des charges strict, impliquant la transformation des pailles avant le défibrage appelée « rouissage » Effectuée aujourd'hui dans les champs, en laissant les pailles sur le sol pendant plusieurs semaines, cette étape reste trÚs empirique, difficilement contrÃŽlable, et méconnue pour le chanvre (contrairement au lin) Il est ainsi trÚs difficile non seulement pour les producteurs de chanvre de fournir des pailles avec un niveau de rouissage maîtrisé, mais aussi pour les chanvriÚres d'anticiper les qualités et les volumes disponibles pour telle ou telle application Une situation totalement incompatible avec les logiques économiques et contractuelles des industriels Le développement de nouveaux marchés pour le chanvre implique ainsi la capacité de mesurer objectivement les taux de rouissage afin de gérer/organiser la qualité des pailles selon les applications visées. DÉROULEMENT Le consortium étudiera les relations entre le rouissage des pailles de chanvre aux champs et les propriétés clés des fibres issues des cahiers des charges « fibres rouies » des marchés applicatifs cibles Cette stratégie inclut un suivi du rouissage sur le terrain au travers de mesures de différents paramÚtres Compte tenu de la finalité du projet, une attention particuliÚre sera apportée sur la complexité des méthodes utilisées et leur déploiement potentiel dans un dispositif de terrain Techniquement il s'agira de : étudier et qualifier (méthodes spectrométriques, chimiques, physico-chimiques et mécaniques) les pailles de chanvre rouies aux champs ; caractériser et qualifier les fibres en vue de relier leur qualité à un degré de rouissage : impact du rouissage sur le fractionnement des pailles, méthode de mesure de la cohésion des éléments fibreux avec les autres constituants des tiges, caractérisations morphologiques, physico-chimiques et mécaniques ; valider au niveau applicatif la qualité des fibres rouies via la fabrication de semi-produits ; identifier les indicateurs de mesure du niveau de rouissage et définir un cahier des charges de l'outil permettant leurs mesures sur le terrain (incluant une base de données globale associant l'ensemble des données de caractérisation générées à partir des pailles aux champs, des fibres extraites jusqu'aux matériaux finis) ; réaliser une Analyse de Cycle de Vie du rouissage aux champs du chanvre OBJECTIFS Le projet a pour objectif principal la création d'un outil d'aide à la décision, basé sur des indicateurs fiables et pertinents du niveau de rouissage des pailles et des fibres de chanvre Tiges chanvre rouies (foncées) et non rouies PAGE 108 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés IBIS Isolants biosourcés pour la rénovation du bâti ancien 46 CONTEXTE ET ENJEUX Le bâti ancien est une source importante de déperdition énergétique Les constructions antérieures à 1950 présentent par ailleurs des contraintes architecturales (esthétiques et techniques) pas toujours compatibles avec les matériaux isolants habituels, avec un impact environnemental souvent insatisfaisant Des mortiers isolants biosourcés ont été développés ces derniÚres années mais leur diffusion se fait pour le moment avec difficulté, pour des raisons diverses (coûts liés à des investissement lourd du matériel de mise en oeuvre, produits non certifiés et absence de garantie de durabilité, délais de durcissement et performances thermiques non optimisées) Il sera ainsi possible de réduire la consommation énergétique et les émissions de CO2 du bâti ancien, d'améliorer le bilan environnemental des rénovations tout en améliorant le confort des habitants À l'échelle de la filiÚre, les artisans façadiers pourront ajouter la projection de l'isolant à leurs prestations de rénovation IBIS contribuera également à la pérennité des emplois générés dans les filiÚres végétales (chanvre et plus généralement dans les filiÚres granulats végétaux) Le projet vise aussi une dimension sociale puisque le rapport qualité/prix des produits conçus devra permettre à des ménages modestes de réduire leur budget chauffage Enfin, grâce à la présence internationale du partenaire ParexGroup, aprÚs un premier terrain d'application en France, le concept pourra être étendu dans d'autres pays. Appel à projets : PIA 2013 Partenaires : ParexGroup (92) [GE] ENTPE (69) [laboratoire public] ESITPA (76) [laboratoire public] Coût total : 4,4 M Aide ADEME : 2 M OBJECTIFS Le projet IBIS a pour ambition la conception de solutions d'isolation biosourcées durables, économiques et à faible impact environnemental, pour la rénovation des constructions antérieures à 1950 Il s'agit en particulier de développer à l'échelle industrielle, et jusqu'à son application sur chantier, une filiÚre pérenne de mortiers composites isolants biosourcés mis en oeuvre par projection en voie humide pour l'isolation en intérieur ou extérieur, en garantissant leurs performances énergétiques et acoustiques AprÚs application PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS L'originalité de la formulation développée dans le projet IBIS permet la projection par voie humide d'un mortier biosourcé en couches de 3 à 5 cm successives (recouvrabilité de 24h) à l'aide d'une machine de façadier Les performances thermiques garanties sur chantier sont de 0,075 W/mK et la couche continue de mortier permet de traiter l'étanchéité à l'air du bâtiment Ses propriétés hygrothermiques améliorent par ailleurs le confort d'été La performance au global ne se limite donc pas à la valeur de conductivité thermique Les murs du bâti ancien présentent une bonne inertie et du fait de leur forte épaisseur, un complément d'isolation permet d'atteindre des niveaux tout à fait convenables Les tests de vieillissement accélérés, les évaluations des performances thermiques et les simulations de performances ont été réalisées pour des épaisseurs de 10 cm Dans ces conditions, l'application de mortier biosourcé IBIS permet de diminuer de maniÚre trÚs significative le flux de chaleur U dÚs les premiers centimÚtres d'épaisseur Deux prototypes ont pu être développés et déjà testés sur une premiÚre phase de chantiers Ils amÚnent des performances similaires: Un mortier à base de « Chênevotte label bâtiment » mis en oeuvre avec une pompe à mortier du type B100 de BUNKER Un mortier à base de Chênevotte fine mis en oeuvre avec une pompe à façadier classique (matériel utilisé par les façadiers) Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 109 47 ENAFILIA Enhanced Natural FIbers for Lite Interior Automotive (Fibres naturelles avancées pour les habitacles automobiles) Appel à projets : PIA 2015 Partenaires : Faurecia (60) [GE] APM ­ Automotive Performance Materials (21) [PME] FRD (10) [PME] Mines AlÚs (31) [laboratoire public] Coût total : 8 M Aide ADEME : 4,1 M CONTEXTE ET ENJEUX Les trois quarts de la consommation de carburant d'un véhicule sont directement liés à son poids, ainsi l'allÚgement des véhicules est naturellement devenu l'un des objectifs majeurs des constructeurs automobiles Dans son activité, FAURECIA est le premier utilisateur de matiÚres thermoplastiques en Europe La part de matiÚre plastique dans le prix de ses produits étant de l'ordre de 50 %, la compétitivité du groupe est donc directement liée au prix de la matiÚre FAURECIA, en partenariat avec la société APM, a déjà développé une matiÚre composite biosourcé recyclable permettant un allégement jusqu'à 25 % par une optimisation d'architecture et la diminution de la densité intrinsÚque du matériau : le NAFILean (pour Natural FIber for Lean design) matiÚres plastiques d'usage dans le domaine de l'intérieur véhicule Les produits ciblés sont les composants plastiques de la planche de bord, de la console centrale et des panneaux de portes Le projet permettra d'étendre significativement l'utilisation de composants à base de fibres végétaleset de générer un gain de masse jusqu'à 3 kg sur un périmÚtre de 15 kg (avec en association, une réduction des émissions de CO 2 de 0,3 g/km et une réduction de l'empreinte environnementale jusqu'à 25 %) Il sera également nécessaire de structurer une filiÚre d'approvisionnement en fibres végétales techniques pour piÚces injectées d'envergure internationale (valorisation jusqu'à 25 000 tonnes de fibres végétales à l'échelle mondiale) DÉROULEMENT Trois nouvelles matiÚres techniques allégées seront développées Deux démonstrateurs à partir des matiÚres développées seront réalisés : une planche de bord (insert de corps de planche haut de gamme et conduits d'air dans un cas et corps de planche grainé, façade et conduits d'air dans un autre cas) ; un panneau de porte avec un porteur grainé OBJECTIFS Le consortium désire, sur la base du concept NAFILean et via de nouvelles technologies, franchir une nouvelle étape en développant de nouvelles matiÚres afin de substituer jusqu'à 90 % des matériaux plastiques utilisés dans l'intérieur automobile Elles devront être transformables par des procédés traditionnels d'injection et présenter un prix compétitif avec les PAGE 110 Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés Produits biosourcés ­ Matériaux biosourcés PAGE 111 projets 3 VALORISATION EN FIN DE VIE 0,78 M d'aide de coût total Prévention, réemploi, recyclage, autre valorisation, puis élimination : voici l'ordre de préférence, du point de vue environnemental, établi par l'Union européenne (directive 2008/98/EC) pour le traitement des déchets. Lorsque le réemploi est exclu, et afin d'éviter au maximum l'élimination (incinération sans valorisation énergétique ou enfouissement), plusieurs options de fin de vie peuvent se présenter pour les produits, biosourcés compris, en fonction de leurs propriétés : le recyclage mécanique ou chimique (solvolyse, hydrolyse...) la valorisation ou recyclage organique (biodégradation/compostage, méthanisation), uniquement pour ceux dont les propriétés le permettent ; l'incinération avec valorisation énergétique DÚs la conception d'un produit biosourcé ou non, il est important d'étudier les options permettant la valorisation en fin de vie la plus pertinente en fonction de ses propriétés (recyclabilité, biodégradabilité, pouvoir calorifique...), de ses utilisations, ainsi que des filiÚres qu'il pourra emprunter, dans un but d'économie circulaire On pense souvent à tort que les produits biosourcés sont également biodégradables, mais cela est loin d'être systématique avec par exemple le polyéthylÚne (PE) biosourcé qui n'est absolument pas biodégradable Cependant, si beaucoup de produits biodégradables sont également (partiellement ou totalement) biosourcés (ex : acide polylactique ­ PLA), certains sont aussi d'origine fossile (ex : PolyButyrate Adipate Téréphtalate ­ PBAT) Il est important de noter que la grande majorité des objets biodégradables et/ou compostables ne le sont qu'industriellement (encadré par la norme EN13432 pour les emballages), au sein de plates-formes de compostage dédiées et dans des conditions précises et contrÃŽlées de température et d'humidité, etc Quelques-uns peuvent être également biodégradables et/ ou compostables en composteur domestique (encadré par la norme NF T 51800 pour les plastiques) Enfin, l'ADEME rappelle que l'appellation biodégradable, compostable ou plus généralement dégradable ne peut en aucun cas être prétexte à l'abandon du produit dans la nature. Ainsi, afin de développer davantage de connaissances sur la valorisation des produits biosourcés en fin de vie, l'ADEME participe au financement de projets sur le recyclage des matériaux biosourcés (chutes de production, en fin de vie) ou encore sur la biodégradabilité de certains s'ils en présentent les propriétés (compostage, écotoxicité, pouvoir fertilisant...) 3 projets sur la valorisation en fin de vie des matériaux biosourcés ont été aidés entre 2008 et 2015 dans le cadre de l'appel à projet BIP pour 780 k 1,6 M PAGE 112 Produits biosourcés ­ Valorisation en fin de vie BIOPLASTOX Évaluation de la dégradation et de l'écotoxicité de matériaux d'emballage en plastique biodégradables en compostage industriel 48 CONTEXTE ET ENJEUX La part mondiale de polymÚres biodégradables en compostage industriel a décuplé entre 2000 et 2005 (passant de 0,03 % à 0,3 %) Cependant l'innocuité de ces produits en pleine expansion sur le marché était encore à vérifier 1 OBJECTIFS Il s'agissait d'une part de compléter les informations déjà connues par la communauté scientifique sur la biodégradation et l'impact environnemental des polymÚres biodégradables (selon la norme EN13432 2)3 introduits dans un compostage de déchets verts. D'autre part l'écotoxicité du compost obtenu a été évaluée avec plusieurs bio-indicateurs de différents niveaux trophiques (position dans la chaine alimentaire) ainsi que l'impact de son usage en culture maraichÚre Appel à projets : BIP 2011 Partenaires : RITTMO Agroenvironnement (68) [centre de ressource technologique] CRITT Matériaux Alsace (67) [centre de ressource technologique] Coût total : 294 k Aide ADEME : 147 k RÉSULTATS ET VALORISATION Des difficultés ont été rencontrées pour suivre les dégagements de CO2 et le compostage (pilotes de 6L), en partie dues à l'absence d'apport externe de chaleur (pour laisser le procédé biologique se mettre en place seul). De plus, les quantités importantes de matériaux apportées (bien supérieures aux 1 % en masse humide préconisés dans la norme) ont pu, dans certains cas, perturber physiquement le procédé de compostage, par exemple en perturbant les flux d'air dans les pilotes. Le projet a néanmoins pu apporter des éclairages significatifs Le procédé de compostage (température et flore bactérienne) ne semble pas impacté par l'apport des plastiques biodégradables L'analyse des condensats n'a pas mis en évidence de différence majeure du fait de la présence des sacs de collecte L'analyse des composts indique que la biodégradation de polymÚres a bien eu lieu mais s'est produite à des stades différents : si l'amidon présent dans les sacs de collecte a pu être digéré lors du compostage, d'autres composés, notamment ceux appartenant à la famille des polyesters, semblent se décomposer à des vitesses différentes donnant lieu à la présence de composés organiques de nature chimique variée L'évaluation de l'écotoxicité des composts sur les bioindicateurs terrestres (plantes, vers de terre, champignons et bactéries nitrifiantes) a montré des effets biologiques faibles qui ne peuvent pas être considérés comme écotoxiques vis-à-vis des organismes exposés De plus, aucun effet génotoxique n'a été mesuré, quel que soit l'échantillon testé En culture maraichÚre, l'apport des composts, obtenus en compostage industriel, n'a pas eu d'effet négatif sur la croissance des cultures (à l'exception de la diminution du nombre de gousses de haricots aprÚs 56 jours de culture) En conclusion, dans les conditions expérimentales de cette étude, la présence des emballages étudiés n'a pas eu d'effet marquant sur le procédé de compostage et l'écotoxicité des composts D'autre part, la comparaison des résultats obtenus avec la norme EN 13432 a montré que, même si ces deux produits sont bien biodégradables en compostage industriel d'aprÚs la norme (minéralisation quasi totale du carbone et désintégration), les matériaux sont encore tout à fait identifiables aprÚs un compostage industriel dans des conditions réelles de température et d'exposition des matériaux 123 1 L'ADEME rappelle que les appellations « biodégradable », « compostable » ou plus généralement « dégradable » ne peuvent en aucun cas être prétexte à l'abandon du produit dans la nature 2 La norme EN 13 432 encadre les caractéristiques des emballages valorisables en fin de vie par compostage et biodégradation en milieu industriel (plateformes industrielles de compostage) 3 Dans ce projet, « plastique biodégradable » réfÚre systématiquement à la norme EN 13 432, donc biodégradable en milieu industriel, où les conditions de biodégradation sont contrÃŽlées (humidité, température, retournements, etc) Exemple : la température à l'intérieur des andains atteint 70°C, dans un composteur individuel, seulement 20-25°C lorsque le compost est fait selon les rÚgles de l'art Produits biosourcés ­ Valorisation en fin de vie PAGE 113 49 ENOLIBIO Composites biosourcés et fin de vie CONTEXTE ET ENJEUX Appel à projets : BIP 2011 Partenaires : AG Plast (01) [PME] IPC (01) [centre technique industriel] ARMINES AlÚs (30) [laboratoire public] PELLENC ST (84) [GE] Coût total : 640 k Aide ADEME : 328 k AprÚs plusieurs années de développement, des composites biosourcés sont aujourd'hui disponibles sur le marché, pour des applications concrÚtes dans l'automobile, l'emballage, l'ameublement ou encore les sports et loisirs Cependant le traitement en fin de vie de ces matériaux n'est encore pas clair et de nombreuses questions restent sans réponses. Quelle orientation « fin de vie » est la plus avantageuse pour ces matériaux ? Quelles sont les solutions applicables ? DÉROULEMENT Trois familles de composites biosourcés ont été sélectionnées parmi les plus représentatives des produits commerciaux actuels ou à venir dans les prochaines années : des composites à matrices biosourcées (acide polylactique, PLA) ou non (polypropylÚne, PP) renforcées par des fibres de verre ; des composites à matrices biosourcées (polyamide 11, PA11) renforcées par des fibres végétales (lin, chanvre) ; des composites à matrices non biosourcées (polypropylÚne, PP ; polyéthylÚne, PE ; polychlorure de vinyle, PVC) renforcées de fibres végétales (lin, chanvre, farines et fibres de bois) Le choix de ces matériaux s'est fait en référence aux deux secteurs industriels dans lesquels les composites biosourcés sont présents, à savoir le secteur du bâtiment (avec essentiellement les bois composites) et celui de l'automobile (avec des piÚces d'intérieur) Trois scénarii de fin de vie de ces composites biosourcés ont été évalués et comparés : la régénération matiÚre en intégrant des opérations préalables de tri des composites ainsi que la dégradation éventuelle des propriétés des matériaux au cours de cycles de transformation successifs ; le compostage individuel et industriel pour les composites à matrice PLA uniquement ; l'incinération en vue d'une valorisation énergétique des composites OBJECTIFS Ce projet s'inscrit donc dans une démarche d'économie circulaire en ayant pour objectif d'apporter des éléments permettant d'éclairer les choix de gestion de ces produits en fin de vie Son but est de fournir les éléments nécessaires à la constitution d'une analyse de cycle de vie comparée de différents composites biosourcés ciblés, en quantifiant entre autres les principaux impacts sur les ressources, le changement climatique, la santé humaine et la qualité des écosystÚmes RÉSULTATS ET VALORISATION L'analyse de cycle de vie qui a été menée de maniÚre complÚte pour les composites biosourcés PP/farine de bois 70/30 et le PLA/fibres de lin 80/20 a montré que le scénario de régénération matiÚre permettait de minimiser les impacts environnementaux du traitement de fin de vie de ces composites biosourcés L'incinération est ensuite l'option préférable La présence de renforts naturels ou la biodégradabilité de la matrice ne semble donc pas modifier cette tendance En ce qui concerne le tri préalable à l'étape de régénération, l'étude a montré sa robustesse en se basant sur du tri par proche infrarouge, en particulier pour les composites biosourcés à matrice PP, PE et PVC, que ceux-ci soient vieillis ou non Le potentiel de régénération aprÚs tri a été évalué aprÚs des cycles de vieillissement mécanique (matériau subissant jusqu'à 5 cycles successifs de transformation) et des cycles de vieillissement environnemental (naturel et artificiel) Il a été mis en évidence une « régénération » des performances mécaniques aprÚs retransformation des composites biosourcés vieillis et ce que quel que soit le vieillissement et quel que soit le composite Observations visuelles du vieillissement artificiel PAGE 114 Produits biosourcés ­ Valorisation en fin de vie RECYTAL Étude des voies de valorisation des chutes de production de composites biosourcés thermocomprimés dans l'industrie automobile 50 CONTEXTE ET ENJEUX L'industrie automobile cherche à aller de plus en plus loin dans la réduction de l'empreinte environnementale durant les phases d'utilisation mais aussi de production et de fin de vie de ses véhicules Cela passe par une évolution significative des matériaux utilisés pour leur fabrication En 2012, la production européenne de non-tissés en fibres naturelles à destination de la thermocompression automobile était évaluée à 10,8 kT/an (source Nova Institut) et le taux de chutes générées par les équipementiers de rang 1 s'élevait à 25 % (source EcoTechnilin), ce qui représente une quantité de déchets de 2,7 kT par an Or ces déchets de production trÚs volumineux ne peuvent être revalorisés car ils ne rentrent pas dans les circuits classiques de recyclage : ils sont des combinaisons de plusieurs matériaux polluant les lignes de recyclage classiques Le coût de traitement de ces chutes est inévitablement répercuté sur le prix des piÚces De plus, d'un point de vue réglementaire, la mise en décharge des déchets est pénalisée, et la revalorisation en matiÚre premiÚre recyclée privilégiée par l'Europe Enfin, la Directive 2000/53/CE sur les véhicules hors d'usages (VHU) impose un taux de 95 % de réutilisation et de valorisation avec un taux minimum de 85 % de réutilisation et de recyclage depuis 2015 Afin de palier à l'ensemble de ces freins pouvant limiter l'utilisation, le développement et la pérennisation des non-tissés dans l'automobile, il apparait absolument nécessaire de travailler sur le recyclage de ces chutes de production OBJECTIFS Le projet RECYTAL a pour premier objectif de mettre en place une filiÚre de récupération et de tri des chutes de fabrication venant des différentes usines des équipementiers de rang 1, afin de les orienter vers la fabrication de non-tissés et/ou de compounds (matériau composite semi-fini) Le consortium a pour but de valoriser au moins 50 % des déchets de fabrication Le deuxiÚme objectif consiste à développer une formulation économiquement et techniquement viable pour la fabrication de semi-produits incorporant des chutes de fabrication Deux voies de revalorisation de ces chutes seront étudiées et développées : la premiÚre voie consiste à les réincorporer dans de nouveaux non-tissés destinés à l'automobile La seconde consiste à fabriquer des granulés d'injection qui pourront être utilisés pour la fabrication de piÚces plastiques Ce travail devrait déboucher sur une baisse de l'ordre de 10 % du prix de revient du produit final à iso performances Enfin, une analyse de cycle de vie sera effectuée afin d'évaluer la pertinence environnementale des solutions développées Appel à projets : BIP 2014 Partenaires : EcoTechnilin (76) [PME] APM (21) [PME] Université Bretagne Sud ­ IRDL (56) [laboratoire public] Coût total : 693 k Aide ADEME : 306 k Portiere PREMIERS RÉSULTATS ET VALORISATIONS Une corrélation a pu être établie entre la densité des chutes et le diamÚtre de broyage adapté à leur réincorporation dans les non-tissés Ainsi, à l'avenir, cela permettra de cibler rapidement à quelle granulométrie une chute doit être broyée Des premiers essais sur ligne ont été réalisés et ont permis de vérifier la faisabilité du process de réincorporation des chutes (10 à 50 %) Jusqu'à 30% de chutes incorporées, la technologie testée permet d'obtenir des non-tissés adaptés aux exigences client L'incorporation de chutes à différents taux à l'intérieur des non-tissés a permis également d'étudier les propriétés mécaniques en flexion des différents complexes formés : il n'y a pas de dégradation mécanique par rapport à un non-tissé standard jusqu'à 30 % de chutes (en masse) Produits biosourcés ­ Valorisation en fin de vie PAGE 115 PROJETS PAR ORDRE ALPHABÉTIQUE ACTRAFERM 49 AFAC 36 AFFAM 26 ALGORAFF 70 ALGOSTEP 52 APG 2G 76 AUTOFLAX 100 BIOBAT 93 BIOBUTTERFLY 85 BIOBUTYRIQUE 66 BIOCER 94 BIOCOAT 75 BIOCOPOL 83 BIOFLUX 32 BIOHEALTH 28 BIOMA + 86 BIOPAINT 71 BIOPLASTOX 113 BIOPROCHEMBB 79 BIOSURF 81 BIOTFUEL 58 BIOVANILLIN 77 BIP COLZA 105 BLUECOPHA 103 BOPA 106 CAB-QAI 39 CAPONE 104 CARBIOVAL 50 CBTHP2E 16 CELLULECT 56 CERACENDRES 17 CESBIC 55 CHAMPROBOIS 34 CIMENTALGUE 54 CREABIOM 95 DAPUBS 67 DEINOCHEM 87 ECO-C-REAL 74 ECOMATFIB 102 ECOMEMBRANE 90 ELASTOIL 107 EMIPAR 25 EN-PME-TEST 42 ENAFILIA 110 ENOLIBIO 114 EPOS 80 ESPACE BOIS 35 F3 27 FIBERFUEL 57 FILTEXCOL 96 FLEXOFIB 97 FURACHEM 73 GABOREC 19 GAYA 59 GAZEOTHERM 24 GLYVALACR 64 HEMICELL 84 IBIS 109 IDENTECH 37 ISOLVEGE 3D 91 LIGBIO 82 MIDIPER 47 PAGE 116 NAPAPI 63 NOTILIB 89 OPTI SCREEN 20 ORENOX 15 PANOVEGE 101 PEREN2BOIS 43 POLYBIOM 21 POLYPLAST 99 PREPABOIS 40 PREPILPAT 48 PROLUB 69 QAI ARVE 41 QUALICOMB 38 RAFFIBLE 65 RECYTAL 115 REVA COPPA 72 RICHARB 92 RIGHTLAB 108 SERECO 18 SIMBIOSE 14 SOLALE 51 SOLVCOV 78 SURFACT'ALG 68 TACFEP 33 TURMIQUE 13 VALOCENDRES 22 VASCO2 53 VEGECOMP 98 WACER 23 WOODUCT 31 BIOMASSE ÉNERGIE BIORAFFINERIE/ BIOCARBURANTS PRODUITS BIOSOURCÉS PAGE 117 LES COLLECTIONS DE L'ADEME L'ADEME EN BREF L'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie (ADEME) participe à la mise en oeuvre des politiques publiques dans les domaines de l'environnement, de l'énergie et du développement durable. Elle met ses capacités d'expertise et de conseil à disposition des entreprises, des collectivités locales, des pouvoirs publics et du grand public, afin de leur permettre de progresser dans leur démarche environnementale. L'Agence aide en outre au financement de projets, de la recherche à la mise en oeuvre et ce, dans les domaines suivants : la gestion des déchets, la préservation des sols, l'efficacité énergétique et les énergies renouvelables, la qualité de l'air et la lutte contre le bruit. L'ADEME est un établissement public sous la tutelle conjointe du ministÚre de l'Environnement, de l'Énergie et de la Mer et du ministÚre de l'Éducation nationale, de l'Enseignement supérieur et de la Recherche. ILS L'ONT FAIT L'ADEME catalyseur : Les acteurs témoignent de leurs expériences et partagent leur savoir-faire. EXPERTISES L'ADEME expert : Elle rend compte des résultats de recherches, études et réalisations collectives menées sous son regard. FAITS ET CHIFFRES L'ADEME référent : Elle fournit des analyses objectives à partir d'indicateurs chiffrés réguliÚrement mis à jour. CLÉS POUR AGIR L'ADEME facilitateur : Elle élabore des guides pratiques pour aider les acteurs à mettre en oeuvre leurs projets de façon méthodique et/ou en conformité avec la réglementation. HORIZONS L'ADEME tournée vers l'avenir : Elle propose une vision prospective et réaliste des enjeux de la transition énergétique et écologique, pour un futur désirable à construire ensemble. BIOMASSE ÉNERGIE ET PRODUITS BIOSOURCÉS : RECUEIL DE PROJETS DE R&D L'ADEME finance des projets de Recherche et Développement (R&D) visant à réduire l'impact sur l'environnement des produits et/ou procédés développés dans le domaine de la valorisation des bioressources : produits biosourcés pour la chimie et les matériaux, bioraffineries, biocarburants, bois énergie. Les opérations ont été principalement soutenues dans le cadre d'appels à projets tels que Bioressources Industries et Performance (BIP), Performances Biomasse Énergie, CORTEA, différents ERA-NET dont Industrial Biotechnology (ERA-IB), Bioenergy (ERA B), WoodWisdom, ainsi que les programmes Fonds Démonstrateur de Recherche et Investissements d'Avenir. Depuis 2016, le programme BIP a fusionné avec les appels REACCTIF et DOSTE afin de soutenir des projets de R&D sur l'ensemble de la chaîne de valeur via l'appel à projets GRAINE. L'ensemble des projets de Recherche et Développement (R&D), des projets d'installations industrielles ainsi que des études dans le domaine de la valorisation de la biomasse sont disponibles sur le site de l'ADEME via le moteur de recherche : www.ademe.fr/sbio-recherche www.ademe.fr ISBN 979-10-297-0338-6 8744  INVALIDE)