Biocarburants : les secrets de Biométhodes et Virginia Tech

L'entreprise Biométhodes, en s'alliant à Virginia Tech, a fleuré le bon filon. Les deux entreprises ont une méthode de choc pour produire de l'éthanol de seconde génération, dont elles gardent jalousement les brevets. En jeu, le leadership européen sur ce

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Biocarburants : les secrets de Biométhodes et Virginia Tech
Au jeu de la course contre la montre dans la recherche sur les biocarburants non alimentaires plus performants destinés à remplacer le pétrole, le duo Biométhodes-Virginia Tech peut se targuer de son avance. Il assure à la France une place de choix dans la relève des biocarburants.

L'accord de partenariat exclusif et mondial a été officialisé le 16 juillet. cCté français, Biométhodes, basée au Genopole d'Evry en région parisienne, et leader européen en ingénierie des protéines, qui emploie 22 ingénieurs et scientifiques. Côté américain, Virginia Tech Intellectual Properties Inc., issue de l'université de Virginie. En jeu dans ce partenariat franco-américain, l'industrialisation d'une technologie majeure, destinée à convertir la biomasse lignocellulosique non alimentaire en éthanol.

Manuel production de bioéthanol, en 4 étapes

Premier pas : avoir de la biomasse en quantité. Des déchets agricoles non comestibles (paille, enveloppe du blé...) sont récupérés, ou des cultures non alimentaires dédiées à croissance rapide, comme le miscanthus, la jatropha, sont coupées et broyées.
Prétraitement. Il s'agit de séparer les trois composants essentiels de cette biomasse : la cellulose, l'hémicellulose (ce sont des sucres) et la lignine. Ces composants défaits sont plus accessibles par les enzymes pour les transformer en sucres. Pour y parvenir, la biomasse est déstructurée par des techniques à base d'acides ou de vapeur d'eau sous haute pression. Biométhodes opte pour une méthode plus douce, faite de solvants.
Hydrolyse enzymatique. La cellulose et l'hémicellulose sont transformées en sucres (glucose C6 et pentose C5) à l'aide d'enzymes.
Fermentation. Des levures fermentent les sucres en alcool : l'ethanol.
Distillation. L'alcool est chauffé et s'évapore pour être obtenu sous une forme pure.
L'éthanol, fin prêt, peut être introduit dans un mélange à l'essence.


De la douceur. Percival Zhang, professeur assistant au « College of Agriculture and Life Sciences » de Virginia Tech, université tristement célèbre pour le récent massacre du 16 juillet 2007, est à l'origine de la découverte de procédés originaux de conversion de la biomasse d'origine non alimentaire en éthanol de deuxième génération. Contrairement aux procédés couramment utilisés, cette nouvelle technologie ne nécessite ni l'emploi de hautes pressions, ni des températures très élevées pour séparer efficacement la biomasse des déchets agricoles en ses trois composants essentiels.

« Les procédés industriels actuels sont très agressifs pour les enzymes. Lors du prétraitement de la biomasse, ils appliquent un choc thermique de 300 degrés et une très haute pression pour détricoter les trois « fils » que constituent la lignine, l'hémicellulose, et la cellulose», explique Gilles Amsallem, P.D.G. de Biométhodes. « Or les enzymes ne sont pas faites pour travailler à haute température. Cette méthode coûte cher, utilise beaucoup d'énergie. Les acides sulfuriques oxydent les cuves, et laissent des sulfates dans la biomasse. » Problème : les sulfates inhibent l'action des levures qui vont fermenter les sucres. « De plus la cellulose est sous état cristallin, ce qui la rend difficile d'accès aux enzymes. » Des obstacles franchis par le duo franco-américain.

« Depuis l'antiquité on sait faire fermenter et distiller de l'alcool. Les deux goulots d'étranglement de la production de bioéthanol se situent au niveau du prétraitement et de l'hydrolyse enzymatique. Dans notre méthode, la température et la haute pression sont remplacées par un jeu de solvants qui permettent de décomposer la biomasse. Nous utilisons de l'acide phosphorique, moins toxique et plus recyclable : tandis que les sulfates sont toxiques, les phosphates peuvent servir d'engrais. Par ailleurs, dans le cas des traitements actuels, la cellulose et l'hémicellulose sont mélangés. » Ce n'est pas le cas de la méthode « douce ». « Ici la cellulose n'est pas à l'état cristallin mais amorphe, totalement accessible par les enzymes. Cela permet de réduire la quantité et la qualité des enzymes. » En effet, selon les procédures classiques, il fallait soit 4, soit 6 enzymes pour dégrader la biomasse. « Ici il en faut deux. Dont une directement produite par les levures qui fermentent. Ces enzymes n'ont par ailleurs pas besoin d'être surpuissantes. » Voilà qui diminue sérieusement le coût de production de ces enzymes.

Baisse drastique des coûts. Selon le PDG, l'économie de 50 % des enzymes nécessaires réduit le coût de production de l'éthanol de 13 % par rapport à la méthode biochimique classique. « Le coût de production des enzymes variait de 0,33 à 0,5 dollar par litre d'éthanol produit. Nos projections font état d'un coût inférieur à 0, 08 dollar le litre d'éthanol. » Et les gains se font sentir tout au long de la chaîne : les économies de prétraitement réduisent coût de production de 22 %, et la meilleure concentration d'éthanol à la distillation, en bout de chaîne, réduit le coût de 11 %. Un rendement également obtenu grâce à la réduction du taux d'humidité à chaque étape.

« Outre l'excellent rendement, ce procédé permet également de valoriser les produits dérivés à haute valeur ajoutée, tels que la lignine et l'acide acétique. » La capacité à recycler tous les « déchets » produits est en effet un autre point fort de cette technologie. « Nous sommes les seuls à disposer du procédé permettant de récupérer de la lignine dans de bonnes conditions, pour en faire des colles, des revêtements... Nous pouvons également réutiliser le pentose (C5) pour des produits qui rentrent dans la constitution de l'alimentation animale, et jouent par exemple le rôle d'antibiotique naturel pour stimuler les défenses immunitaires. Il ne s'agit pas seulement de produire de l'éthanol, mais une véritable bio-raffinerie. »

Il ne s'agit pas seulement de produire de l'éthanol, mais une véritable bio-raffinerie.


Bataille de brevets. La propriété industrielle est un enjeu important : « Biométhodes possède un savoir-faire sur les enzymes, et Virginia Tech sur certains des process, protégés par des brevets. Pour pouvoir développer notre technologie à l'échelle industrielle, il est important de garantir la liberté d'exploitation. » En d'autres termes, une véritable mine d'or une fois le procédé économiquement viable à l'échelle pré-industrielle, d'ici un à deux ans. « Stratégiquement, nous sommes en mesure d'avoir un leadership européen, et d'être l'un des pionniers sur les biocarburants de deuxième génération en France ».

Compte à rebours


En Virginie. Une unité pilote sera construite en Virginie aux USA dans le courant de l'année 2009. Les fortes incitations locales y sont pour quelque chose, mais pas seulement. « Contrairement à l'Europe, très en retard, qui a plutôt développé les biodiesel, les USA et le Brésil maîtrisent parfaitement les techniques industrielles de production d'éthanol de première génération ». L'intérêt stratégique de cette implantation outre-Atlantique : « C'est le moyen d'apprendre très vite. Nous sommes sur le point de conclure un partenariat avec une société d'ingénierie américaine qui a déjà monté 5 unités de production d'éthanol de première génération. En Europe on commence de zéro : ce sont des projets sur le papier. Les Européens doivent encore se frotter aux problèmes d'analyses de propriété intellectuelle, par exemple. Il y a toute une période de mise en place, qui est longue. » L'implantation en Virginie permet à Biométhodes de gagner 3 ou 4 ans. L'entreprise pourra profiter des unités déjà existantes à très grande échelle de fermentation et de distillation, et fournir en amont les sucres obtenus à partir de ses procédés. « Nous serons le premier sur le marché européen. C'est l'avantage d'être time to market. »

A terme, Biométhodes compte « accompagner les régions pour faire des études de faisabilité d'unités de production d'éthanol en France, en les aidant à définir toute l'ingénierie de la collecte ». Quant à Virginia Tech, elle dispose d'un intéressement dans l'affaire et cette production de biomasse constitue une aubaine pour la région : elle permettrait de reconvertir des agro-industries de tabac sinistrées de Virginie au profit du développement d'espèces végétales produisant beaucoup à l'hectare. Ainsi, le « switch grass » ou le miscanthus, qui ne nécessite pas de grandes quantités d'eau pour pousser, ont le vent en poupe.

L'avenir. Les conditions semblent réunies pour un décollage en trombe. Côté quantités disponibles, le compte est plutôt bon. « Sept milliards de litres de carburant sont utilisés par an dans la communauté européenne. Les ressources agricoles de l'Europe, avec la transformation de la ligno-cellulose, permettraient de produire 4 milliards de litres d'éthanol ». Côté compétitivité, « en se basant sur un pétrole à 120 dollars le baril, nous sommes déjà bien compétitifs ». Le duo franco-américain regarde déjà au-delà : le partenariat concerne également la conversion des sucres en biohydrogène.

Ana Lutzky

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