Dix ans d’évolution décryptés dans le panorama international des intermédiaires chimiques biosourcés du pôle Industries Agro-Ressources (IAR). Cette étude est réalisée par le service Intelligence économique du pôle IAR.

Après la publication de l’étude du DOE en 2004 Top Value Added Chemicals From Biomass (1), que l’on peut considérer comme l’une des dates clés dans l’émergence de la chimie du végétal, il a paru indispensable au pôle de compétitivité Industries & Agro-Ressources de fournir un retour d’expérience structuré sur ces dix dernières années, afin de mieux appréhender les tendances à venir de la chimie du végétal et des biotechnologies industrielles associées.

L’étude du DOE avait clairement démontré que le développement des biotechnologies était indispensable pour produire des intermédiaires chimiques biosourcés dans des conditions économiques acceptables pour les marchés. Parmi les dix molécules biosourcées d’intérêt, seules trois ne pouvaient être produites avec des procédés biotechnologiques, tels que la fermentation ou une synthèse enzymatique. Le travail de l’administration américaine reposait toutefois largement sur des données technico-économiques prospectives. Après dix ans, un grand nombre d’actions ont été prises par les acteurs. Celles-ci ont permis de dresser Le panorama international des intermédiaires chimiques biosourcés (2) reposant sur l’analyse de données factuelles : les projets d’industrialisation, de démonstration ou pilote et les partenariats entre acteurs de différents secteurs (approvisionnement en biomasse, développement R&D, accords commerciaux).

Les biotechnologies industrielles ont rempli aujourd’hui une partie de leurs promesses sur un certain nombre de molécules. Les entreprises ont parfaitement réussi à exploiter la diversité microbienne (soit directement comme Deinove, soit indirectement par recombinaison génétique comme Genomatica), afin de produire des molécules avec de meilleures performances :

  • des performances techniques améliorées et/ou de nouvelles fonctionnalités débouchant parfois sur des applications nouvelles,
  • une réduction des coûts de production,
  • une faible empreinte environnementale,
  • de faibles impacts toxicologiques et écotoxicologiques.

Potentiel commercial  comparé des intermédiaires chimiques biosourcés (Source : IAR)

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I. Avantages des biotechnologies dans la chimie du végétal

L’utilisation des micro-organismes permet de réduire la consommation d’énergie et les émissions de GES par la simplification des process. Elle peut également être à l’origine d’une plus grande sélectivité et donc de meilleurs rendements grâce à l’ingénierie métabolique.

a) Réduction de la consommation d’énergie dans les procédés grâce aux biotechnologies

L’acide succinique fait partie des molécules issues d’un procédé pétrosourcé, dont le prix élevé limite son utilisation à des applications à forte valeur ajoutée.

Son industrialisation en cours au Canada sur la base d’un procédé de fermentation permettra une réduction du coût de production et un important développement des applications. Avant et pendant le projet d’industrialisation, de nombreux partenariats pour développer ces nouvelles applications ont été conclus entre les producteurs d’acide succinique biosourcé et les industriels intéressés par les performances de cette molécule. Les producteurs de polyuréthane, de polyamide, mais également les acteurs du secteur agroalimentaires ont ainsi déjà concrétisé leur intérêt pour la molécule et les nouvelles applications sont déjà sur le marché.

Autre exemple, le 1,4 butanediol et le 1,3 propanediol sont deux molécules qui sont la preuve des avantages des biotechnologies pour le développement de nouvelles molécules biosourcées à des coûts de production réduits. On assiste à l’arrivée de nouveaux acteurs (« nouveaux entrants ») sur le marché du 1,3 propanediol (monopole de Dupont Tate & Lyle ces dernières années) qui feront rentrer le marché de cette molécule dans un nouveau cycle plus concurrentiel.

b) Des procédés biotechnologiques pour une plus grande sélectivité

Les biotechnologies industrielles offrent d’autres avantages et elles permettent une meilleure sélectivité des molécules et donc de meilleurs rendements. L’utilisation de la chimie organique classique conduit souvent à la production de coproduits chimiques qui n’ont pas forcément de potentiel économique et peuvent engendrer des coûts importants du fait de leur caractère parfois toxique et/ou polluant (exemple : épichlorhydrine). Les récents développements tendent à montrer que c’est le cas pour des molécules comme la L-méthionine (molécule chirale) dont le procédé de production pétrochimique implique la production de D-méthionine qui a peu d’intérêt industriel.

II. Des développements longs, mais indispensables 

Malgré les avantages en termes de performance des biotechnologies industrielles, les développements en cours ont encore un long chemin à parcourir pour être optimaux. Plusieurs facteurs contribuent à ce qui peut paraître « long » aux yeux des acteurs extérieurs.

Comme souvent, les développements industriels nécessitent des investissements de long terme (entre 20 à 40 ans pour une unité industrielle) dans un contexte où la visibilité souvent ne s’étend qu’à court terme. La mise en œuvre d’un procédé de biotechnologie demande d’abord d’importants développements technologiques et techniques qui vont du génie génétique au génie des procédés, en passant par les étapes de scale-up (« montée en échelle »).

Les développements techniques sont cependant loin d’être suffisants et un projet industriel nécessite une stratégie d’approvisionnement en biomasse appropriée. Il doit être en mesure de prouver un impact environnemental positif sur l’ensemble de la « supply chain » (de la production agricole à la fin de vie du produit) et bien souvent doit obtenir une autorisation de mise sur le marché (frais d’administration et d’expertise très élevés). Si la collaboration entre entreprises de divers horizons permet la réduction des risques associés à ces contraintes, il est indéniable que cette notion de risque freine les industriels qui sont peu enclins à adopter une stratégie de pionnier. Dans les prochaines années, la multiplication des retours d’expérience, ainsi que certains développements technologiques vont permettre d’accélérer les développements.

III – Des perspectives favorables 

Le support des autorités publiques reste indispensable au développement des biotechnologies pour la production d’intermédiaires chimiques et de polymères biosourcés.

L’ensemble des puissances industrielles ont aujourd’hui une stratégie de développement de la bioéconomie, qui comprend un volet de développement des biotechnologies industrielles. Au sein de l’Union européenne, un ensemble d’industriels et de clusters (dont le pôle Industries & Agro-Ressources qui représente les PME) a mis en place avec la Commission européenne un partenariat public privé dont l’un des objectifs majeurs est le financement de l’investissement dans des projets d’industrialisation (PPP-BBI). Les premiers appels à projets ont été lancés en 2014 et vont se poursuivre en 2015.

Le développement des biotechnologies ne connaîtra plus de retour en arrière tant ces dix dernières années ont démontré qu’il est l’une des principales voies (en complémentarité forte avec la chimie) pour faire peu à peu de la bioéconomie une réalité. Rappelons que celle-ci n’est pas un secteur à part, mais qu’elle est aujourd’hui une réponse aux enjeux actuels de l’ensemble des secteurs industriels et, en cela, participe à ce qu’on pourrait appeler une quatrième révolution industrielle, au même titre que le big data ou l’économie partagée.

Nina Quelenis, responsable Intelligence économique IAR et
Louis Tiers, chargé de mission Intelligence économique IAR

(1)En 2004 est publié le volume 1 : Results of Screening for Potential Candidates from Sugars and Synthesis Gas.
(2)Etude IAR.