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Malgré les prévisions les plus pessimistes sur le réchauffement de la planète, les hydrocarbures, et notamment le pétrole, tiendront encore longtemps le haut du pavé en matière
énergétique. Il est cependant un domaine où l’or noir ne paraît pas irremplaçable : celui de la chimie. Glycérol, sucres, acide tartrique,
micro-organismes...le colloque international organisé à Lyon par l’école supérieure Chimie Physique Electronique (CPE) a permis de dresser un panorama presque complet des alternatives
"recyclables " et naturelles à la pétrochimie. Mais pour s’imposer, les molécules issues de la chimie "verte" devront démontrer qu’elle ne sont pas seulement plus propres, mais aussi plus
efficaces que les dérivés du pétrole.
Invité d’honneur de l’école CPE de Lyon, dont il fut l’élève, le climatologue Jean Jouzel a rappelé l’enjeu planétaire de la lutte contre le réchauffement climatique, et donc de la recherche
d’alternatives "vertes " à la chimie du pétrole.
"On
n’enrayera pas le réchauffement de la planète si les Chinois n’assument pas leurs responsabilités", lance l’Américain Jeffrey Beck, directeur de la recherche chez Exxon Mobil. "Vous ne
pouvez pas empêcher les pays en développement de vouloir consommer davantage. De plus, nos émissions de CO2 par habitant sont très faibles par rapport aux vôtres", rétorque le Chinois Can Li, de
l’Académie des sciences chinoises de Dalian.
On pourrait se croire à la conférence de Bali, où, depuis le 3 décembre, Chinois et Américains se rejetent la responsabilité de la catastrophe climatique annoncée. On est à Lyon, le 7 décembre, et le réchauffement climatique s’est tout naturellement invité au colloque "Matières premières du futur : de l’or noir à l’or vert ? ", organisé par l’école supérieure Chimie Physique Electronique (CPE).
Outre Can Li, trois autres chimistes chinois attestent de l’intérêt croissant que l’Empire du milieu accorde aux recherches sur les énergies renouvelables, sécurité énergétique oblige. L’un des intervenants, Zhu Xifeng, de l’Université des sciences et technologies de Chine, se targue même d’avoir produit à partir de la biomasse "un carburant de deuxième génération dont le coût est inférieur à 100 euros la tonne". Belle performance. Mais comme l’a rappelé Jeffrey Beck, "même en intégrant dans nos scénarios de prospective un fort développement des énergies renouvelables, on arrive quand même à la prévision suivante : en 2030, les hydrocarbures, dont le pétrole, représenteront toujours 80 % de la consommation d’énergie mondiale."
Remplacer le pétrole par du sucre
Il semblerait donc que la fin du pétrole ne soit pas encore pour demain, quelle que soit l’ampleur de la menace représentée par le réchauffement climatique. "C’est tout simplement un problème de quantité : la biomasse ne pourra pas se substituer au pétrole et nourrir l’Humanité. En revanche, elle pourrait suffire à remplacer les molécules issues de la pétrochimie par des molécules vertes", estime Jean-François Minster, directeur scientifique de Total. Le groupe pétrolier travaille d’ailleurs à la mise au point de plastiques, colles, résines et autres substances chimiques usuelles à partir de matières végétales.
Des pôles de compétitivité comme Axelera en Rhônes-Alpes, ou Industrie Agro-Ressources (IAR) en Picardie et Champagne-Ardenne, explorent la même piste. Le sucre, par exemple, est l’objet de nombreuses recherches. Très abondant dans la nature, il pourrait notamment servir de base à la production d’acide lévulinique : pour l’instant obtenu à partir du pétrole, ce dernier est présent dans de nombreux lubrifiants, plastiques ou composants électroniques.
L’acide tartrique, présent dans les fruits, et notamment dans le raisin, pourrait pour sa part servir de base à l’élaboration de molécules chimiques complexes. Le glycerol, qui entre dans la composition de nombreux cosmétiques, médicaments, lubrifiants, et dans celle du cellophane, pourrait de son côté occuper une place de plus en plus grande dans la vie quotidienne : " avec le décollage du biodiesel, on obtient de plus en plus de glycerol sous forme de co-produit. En conséquence, son prix est de plus en plus bas", constate Joel Barrault, de l’université de Poitiers.
Les sacs en plastique "vert" ne sont pas encore au point
Aux côtés de la "chimie verte", il existe un domaine de recherche qui pourrait également contribuer à concilier chimie et environnement : ce sont les "biotechnologies blanches". "L’idée, c’est de faire produire par des micro-organismes et des êtres vivants les molécules que l’on cherche à obtenir. C’est comme ça par exemple que l’on fabrique la plupart des vitamines : là où il fallait autrefois 7 ou 8 opérations chimiques successives, on parvient au même résultat par une simple fermentation, c’est-à-dire juste un peu de sucre et d’eau. L’avantage environnemental est évident ", juge Jean Buendia, président du comité de promotion des biotechnologies "Adebiotech". Mais pourra-t-on réellement un jour subsituer intégralement la chimie verte à la pétrochimie ?
"Il faudrait remplacer des centaines de milliers de molécules ! C’est une tâche colossale, mais potentiellement, c’est faisable : on peut trouver dans la nature des molécules non seulement plus propres mais plus efficaces que celles issues du pétrole", estime Jean Buendia. "La flambée des prix du pétrole rend la chimie du végétal de plus en plus concurrentielle. Mais pour justifier l’investissement des industriels dans une molécule verte, il faut que celle-ci soit meilleure que la molécule pétrochimique qu’elle remplace, et pas seulement plus propre. Or, on est encore loin de la coupe aux lèvres : on sait faire des sacs plastiques "verts", mais ils sont cassants et leur durée d’utilisation est trop courte, ce qui signifie qu’ils ne sont pas prêts de remplacer les sacs plastiques existants", nuance Jean-François Minster, de Total.
Yves Chauvin, Prix Nobel de chimie 2005 est encore plus catégorique : "L’essor de la chimie verte dépend des bio-ressources, or les bio-ressources suffiront à peine à nourrir les hommes à l’avenir. On ne peut pas compter sur elles pour remplacer la pétrochimie, pas plus que pour remplacer le pétrole comme carburant. La seule solution, c’est de changer de mode de vie."
On pourrait se croire à la conférence de Bali, où, depuis le 3 décembre, Chinois et Américains se rejetent la responsabilité de la catastrophe climatique annoncée. On est à Lyon, le 7 décembre, et le réchauffement climatique s’est tout naturellement invité au colloque "Matières premières du futur : de l’or noir à l’or vert ? ", organisé par l’école supérieure Chimie Physique Electronique (CPE).
Outre Can Li, trois autres chimistes chinois attestent de l’intérêt croissant que l’Empire du milieu accorde aux recherches sur les énergies renouvelables, sécurité énergétique oblige. L’un des intervenants, Zhu Xifeng, de l’Université des sciences et technologies de Chine, se targue même d’avoir produit à partir de la biomasse "un carburant de deuxième génération dont le coût est inférieur à 100 euros la tonne". Belle performance. Mais comme l’a rappelé Jeffrey Beck, "même en intégrant dans nos scénarios de prospective un fort développement des énergies renouvelables, on arrive quand même à la prévision suivante : en 2030, les hydrocarbures, dont le pétrole, représenteront toujours 80 % de la consommation d’énergie mondiale."
Remplacer le pétrole par du sucre
Il semblerait donc que la fin du pétrole ne soit pas encore pour demain, quelle que soit l’ampleur de la menace représentée par le réchauffement climatique. "C’est tout simplement un problème de quantité : la biomasse ne pourra pas se substituer au pétrole et nourrir l’Humanité. En revanche, elle pourrait suffire à remplacer les molécules issues de la pétrochimie par des molécules vertes", estime Jean-François Minster, directeur scientifique de Total. Le groupe pétrolier travaille d’ailleurs à la mise au point de plastiques, colles, résines et autres substances chimiques usuelles à partir de matières végétales.
Des pôles de compétitivité comme Axelera en Rhônes-Alpes, ou Industrie Agro-Ressources (IAR) en Picardie et Champagne-Ardenne, explorent la même piste. Le sucre, par exemple, est l’objet de nombreuses recherches. Très abondant dans la nature, il pourrait notamment servir de base à la production d’acide lévulinique : pour l’instant obtenu à partir du pétrole, ce dernier est présent dans de nombreux lubrifiants, plastiques ou composants électroniques.
L’acide tartrique, présent dans les fruits, et notamment dans le raisin, pourrait pour sa part servir de base à l’élaboration de molécules chimiques complexes. Le glycerol, qui entre dans la composition de nombreux cosmétiques, médicaments, lubrifiants, et dans celle du cellophane, pourrait de son côté occuper une place de plus en plus grande dans la vie quotidienne : " avec le décollage du biodiesel, on obtient de plus en plus de glycerol sous forme de co-produit. En conséquence, son prix est de plus en plus bas", constate Joel Barrault, de l’université de Poitiers.
Les sacs en plastique "vert" ne sont pas encore au point
Aux côtés de la "chimie verte", il existe un domaine de recherche qui pourrait également contribuer à concilier chimie et environnement : ce sont les "biotechnologies blanches". "L’idée, c’est de faire produire par des micro-organismes et des êtres vivants les molécules que l’on cherche à obtenir. C’est comme ça par exemple que l’on fabrique la plupart des vitamines : là où il fallait autrefois 7 ou 8 opérations chimiques successives, on parvient au même résultat par une simple fermentation, c’est-à-dire juste un peu de sucre et d’eau. L’avantage environnemental est évident ", juge Jean Buendia, président du comité de promotion des biotechnologies "Adebiotech". Mais pourra-t-on réellement un jour subsituer intégralement la chimie verte à la pétrochimie ?
"Il faudrait remplacer des centaines de milliers de molécules ! C’est une tâche colossale, mais potentiellement, c’est faisable : on peut trouver dans la nature des molécules non seulement plus propres mais plus efficaces que celles issues du pétrole", estime Jean Buendia. "La flambée des prix du pétrole rend la chimie du végétal de plus en plus concurrentielle. Mais pour justifier l’investissement des industriels dans une molécule verte, il faut que celle-ci soit meilleure que la molécule pétrochimique qu’elle remplace, et pas seulement plus propre. Or, on est encore loin de la coupe aux lèvres : on sait faire des sacs plastiques "verts", mais ils sont cassants et leur durée d’utilisation est trop courte, ce qui signifie qu’ils ne sont pas prêts de remplacer les sacs plastiques existants", nuance Jean-François Minster, de Total.
Yves Chauvin, Prix Nobel de chimie 2005 est encore plus catégorique : "L’essor de la chimie verte dépend des bio-ressources, or les bio-ressources suffiront à peine à nourrir les hommes à l’avenir. On ne peut pas compter sur elles pour remplacer la pétrochimie, pas plus que pour remplacer le pétrole comme carburant. La seule solution, c’est de changer de mode de vie."
L’usine du futur prend forme
Porté par le pôle de compétitivité Axelera, qui se positionne à la confluence de la chimie et de l’environnement, le projet « intensification des procédés » dessine
les contours de l’usine du futur. Grâce à la miniaturisation de la chaîne de production et à l’optimisation des process, celle-ci sera plus compacte, plus sûre, plus efficace sur le plan
énergétique et environnemental, et moins coûteuse. Enjeu majeur de compétitivité pour la chimie française, l’intensification des procédés pourrait aussi ouvrir de nouveaux marchés aux
équipementiers de ce secteur industriel.
Pour Sophie Jullian, de l’IFP, l’usine du futur sera plus acceptable pour l’opinion publique. DR
Plus compacte, plus sûre, plus « verte » et moins coûteuse : telle est la vision de l’usine chimique du futur qu’esquissent les acteurs du projet de R&D « intensification
des procédés ».
Un programme porté par le pôle de compétitivité rhônalpin « Axelera », qui se situe à la convergence de la chimie et des enjeux environnementaux. Animé par Sophie Jullian, directrice du développement à l’IFP-Lyon(1), le projet « intensification des procédés » doit permettre selon elle de « passer des immenses usines qui jalonnent par exemple le « couloir de la chimie » (2), à des unités plus discrètes de deux ou trois étages, qui pourraient ressembler à de simples hangars. »
Et, ce, tout en maintenant un niveau de production au moins équivalent.
Par quel miracle ? Par la miniaturisation des chaînes de production et la réduction du nombre d’étapes qui séparent la matière première du produit fini.
Utiliser des microsystèmes
Exemple : dans les usines, les réactions chimiques surviennent dans les « réacteurs », c’est-à-dire des enceintes ou des cuves qui, « grâce à l’évolution des techniques d’usinage, pourront évoluer vers une forme « micro-structurée ». En creusant au laser dans de grandes plaques de petits canaux où circuleront les fluides, et en agglomérant plusieurs plaques, on obtiendra un réacteur plus compact, qui évacuera la chaleur en continu, ce qui permettra d’aller plus loin dans la réaction. » Dans l’usine du futur, le stockage des produits chimiques pourra lui aussi être considérablement réduit. Il suffira pour cela « d’intégrer dans une seule et même opération les diverses opérations de mélanges, de réactions et de séparations des produits chimiques, qui impliquent aujourd’hui de stocker à chaque étape les produits intermédiaires. »
D’où à la fois un gain d’espace, mais aussi un progrès en terme de sécurité.
Sans compter que l’intensification et l’optimisation des procédés permettront à l’usine du futur de consommer moins de matière première, moins d’énergie, et d’émettre moins d’effluents.
La qualité des produits (carburants, médicaments…) pourrait même être accrue par le meilleur contrôle des conditions opératoires.
Bref, l’usine du futur sera « plus acceptable pour l’opinion publique », estime Sophie Jullian.
Maintenir la production chimique en France
Par une meilleure occupation de l’espace et une réduction des coûts de production, elle sera aussi plus compétitive. Un enjeu essentiel pour le pôle Axelera, qui « est avant tout à l’interface de la recherche et du business. Ce projet est indispensable pour maintenir la production chimique en France, mais aussi pour développer l’offre technologique des équipementiers et leur ouvrir de nouveaux marchés. Enfin, l’enjeu de l’efficacité énergétique concerne tous les secteurs et pas seulement la chimie. Ce projet fondateur intéresse aussi des industries connexes comme le raffinage, la cosmétique, la pharmacie, ou même l’agroalimentaire. »
Initié en 2006, ce projet, le premier à avoir été lancé par le pôle Axelera, prends déjà corps dans plusieurs pilotes. Les premières démonstrations devraient intervenir entre la fin 2008 et le début 2009.
Un programme porté par le pôle de compétitivité rhônalpin « Axelera », qui se situe à la convergence de la chimie et des enjeux environnementaux. Animé par Sophie Jullian, directrice du développement à l’IFP-Lyon(1), le projet « intensification des procédés » doit permettre selon elle de « passer des immenses usines qui jalonnent par exemple le « couloir de la chimie » (2), à des unités plus discrètes de deux ou trois étages, qui pourraient ressembler à de simples hangars. »
Et, ce, tout en maintenant un niveau de production au moins équivalent.
Par quel miracle ? Par la miniaturisation des chaînes de production et la réduction du nombre d’étapes qui séparent la matière première du produit fini.
Utiliser des microsystèmes
Exemple : dans les usines, les réactions chimiques surviennent dans les « réacteurs », c’est-à-dire des enceintes ou des cuves qui, « grâce à l’évolution des techniques d’usinage, pourront évoluer vers une forme « micro-structurée ». En creusant au laser dans de grandes plaques de petits canaux où circuleront les fluides, et en agglomérant plusieurs plaques, on obtiendra un réacteur plus compact, qui évacuera la chaleur en continu, ce qui permettra d’aller plus loin dans la réaction. » Dans l’usine du futur, le stockage des produits chimiques pourra lui aussi être considérablement réduit. Il suffira pour cela « d’intégrer dans une seule et même opération les diverses opérations de mélanges, de réactions et de séparations des produits chimiques, qui impliquent aujourd’hui de stocker à chaque étape les produits intermédiaires. »
D’où à la fois un gain d’espace, mais aussi un progrès en terme de sécurité.
Sans compter que l’intensification et l’optimisation des procédés permettront à l’usine du futur de consommer moins de matière première, moins d’énergie, et d’émettre moins d’effluents.
La qualité des produits (carburants, médicaments…) pourrait même être accrue par le meilleur contrôle des conditions opératoires.
Bref, l’usine du futur sera « plus acceptable pour l’opinion publique », estime Sophie Jullian.
Maintenir la production chimique en France
Par une meilleure occupation de l’espace et une réduction des coûts de production, elle sera aussi plus compétitive. Un enjeu essentiel pour le pôle Axelera, qui « est avant tout à l’interface de la recherche et du business. Ce projet est indispensable pour maintenir la production chimique en France, mais aussi pour développer l’offre technologique des équipementiers et leur ouvrir de nouveaux marchés. Enfin, l’enjeu de l’efficacité énergétique concerne tous les secteurs et pas seulement la chimie. Ce projet fondateur intéresse aussi des industries connexes comme le raffinage, la cosmétique, la pharmacie, ou même l’agroalimentaire. »
Initié en 2006, ce projet, le premier à avoir été lancé par le pôle Axelera, prends déjà corps dans plusieurs pilotes. Les premières démonstrations devraient intervenir entre la fin 2008 et le début 2009.
4 avril 2008, William Bolle source: Axelera
(1) IFP : Institut français du pétrole (2) Concentration d’usines chimiques dans le Sud de l’agglomération lyonnaise
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