Des réponses à vos questions

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1Q : Qu’est-ce qu’une enzyme ?

Une enzyme est une protéine qui a pour fonction de catalyser une réaction chimique spécifique, c’est-à-dire la conversion d’un substrat particulier en un produit. Tous les organismes vivants (les bactéries, les levures, mais aussi les plantes et les mammifères) contiennent de nombreuses enzymes différentes (entre 1 000 et 10 000), qui réalisent simultanément et conjointement toutes les réactions chimiques nécessaires à la vie.

Les enzymes fonctionnent le plus souvent au moyen d’une cavité dans laquelle le substrat vient se lier spécifiquement. Le substrat est alors converti en un produit, lequel quitte la cavité enzymatique, libérant ainsi la place pour un nouveau substrat identique.

2Q : Qu’est-ce qu’une voie métabolique ?

C’est une succession de réactions enzymatiques qui permet la synthèse d’un composé en plusieurs étapes, à partir des sucres captés dans le milieu naturel. Les composés nécessaires à la survie et à la multiplication des micro-organismes sont synthétisés au travers de centaines de voies métaboliques.

3Q : En quoi la voie métabolique du procédé isobutène de Global Bioenergies est-elle “artificielle” ?

C’est une voie artificielle parce qu’il ne s’agit pas, comme dans le cas des autres bioprocédés existants ou en développement, de la simple amélioration d’une voie métabolique naturelle. Cette voie mise en place par Global Bioenergies repose sur des activités enzymatiques inédites et sur des intermédiaires métaboliques qui n’existent nulle part ailleurs que dans les souches construites par Global Bioenergies. Ces activités enzymatiques nouvelles ont été identifiées en détournant des enzymes de leur activité naturelle, de façon à leur faire réaliser les réactions d’intérêt.

Par ailleurs, l’isobutène, n’est pas un produit biologique naturel : les micro-organismes n’en synthétisent pas significativement. Il est pour l’instant exclusivement issu du pétrole.

4Q : Quel est le micro-organisme utilisé pour le procédé ?

Plusieurs micro-organismes peuvent héberger la voie métabolique artificielle permettant la conversion de sucres en isobutène, et notamment les bactéries, telles qu’Escherichia coli, ou les levures, telles Saccharomyces cerevisiae. Pour l’instant, la société se concentre sur la construction de souches d’Escherichia coli.

5Q : Ces micro-organismes sont-ils des OGM ?

Ce sont des “MGM” (microorganismes génétiquement modifiés) : leur génome est modifié, de façon à exprimer les enzymes de la voie métabolique. Il ne faut pas faire l’amalgame avec les OGM pris dans leur entendement habituel, décrivant des plantes cultivées en plein champs : les micro-organismes du procédé sont destinés à n’être utilisés qu’en environnement industriel confiné. Même si ils se retrouvaient accidentellement dans la nature (ce qui est très improbable au vu des précautions prises et de l’encadrement règlementaire), ils ne présenteraient pas de danger particulier et ne pourraient pas y survivre.

6Q : Qu’est-ce que la fermentation ?

C’est l’utilisation de micro-organismes pour convertir une matière première en un produit. La levure de bière (Saccharomyces cerevisiae) produit ainsi de l’alcool à partir de différents sucres ; on parle alors de fermentation alcoolique. Dans le cas de notre bioprocédé isobutène, on pourrait parler de “fermentation isobuténique”.

7Q : Qu’est-ce qu’un hydrocarbure ?

Les hydrocarbures sont constitués exclusivement d’atomes de carbone et d’atomes d’hydrogène. Les hydrocarbures sont en particulier caractérisés par leur densité énergétique inégalée (environ 45MJ/kg), ce qui explique qu’ils ont été retenus par l’industrie du transport comme carburants de référence..

8Q : Qu’est-ce qu’une oléfine ?

Les oléfines (aussi appelées “alcènes”) sont une famille particulière d’hydrocarbures, définies par la présence d’une ou de plusieurs doubles liaisons. Ces doubles liaisons sont le siège de la réactivité chimique : les oléfines peuvent donc être converties en de nombreux composés (on parle d’arbre-produits), dans les domaines des carburants et des matériaux. Cette famille comprend notamment l’éthylène (une molécule à deux carbones utilisée pour produire les plastiques d’emballage), le propylène (molécule à trois carbones, utilisée pour produire le plastique dur), l’isobutène (molécule à quatre carbones utilisée dans les carburants et les matériaux), ou le butadiène (molécule à quatre carbones et deux doubles liaisons, principalement utilisée dans le domaine des pneumatiques).

9Q : Quels sont les avantages de ces procédés de fermentation de gaz par rapport aux procédés de fermentation traditionnels, menant à des liquides ?

La fabrication d’oléfines gazeuses par voie biologique présente deux avantages notables :

  • La fermentation des liquides s’arrête dès que le point de toxicité est atteint (13% dans le cas de l’éthanol, et c’est pour cette raison que le vin ne contient pas plus de ce pourcentage). La plupart des produits chimiques ont un point de toxicité bien inférieur (un ou quelques pourcents), ce qui complique le procédé de production, l’extraction devant se faire pendant la fermentation. La fermentation d’un gaz évite l’accumulation du produit dans le milieu réactionnel. Les limites liées à la toxicité du produit pour la souche de production deviennent donc sans objet.
  • Lorsqu’elles quittent le milieu réactionnel, en présence d’air, de vapeur d’eau, et de CO2, les oléfines sont déjà en partie purifiées. Cet environnement est en effet bien moins complexe que celui du milieu de culture, qui contient des milliers de molécules différentes. Les efforts de purification en aval seront donc drastiquement réduits.

10Q : Pourquoi l’isobutène est-il un composé clé pour les carburants ?

La chimie des carburants s’écrit en multiple de quatre carbones : l’essence issue de pétrole est composée principalement d’octane, un composé à 8 carbones. Le kérosène contient beaucoup de molécules à 12 carbones, et le diesel beaucoup de molécules à 16 carbones.

L’isobutène, un composé réactif à quatre carbones, peut aisément être converti en composés à 8, 12, ou 16 carbones, lesquels sont donc compatibles et interchangeables avec les produits actuels d’origine fossile.

L’isooctane, en particulier, est l’étalon pour le calcul de l’indice d’octane : de l’isooctane pur serait du “sans plomb 100”.

L’isooctane présente sur l’éthanol beaucoup d’avantages : c’est un hydrocarbure, qui a une forte densité énergétique (44MJ/Kg environ). Un Kg d’éthanol ne contient que 27MJ, soit un tiers de moins, et la distance parcourue en voiture en utilisant ce Kg d’éthanol est réduite d’autant.

Par ailleurs, l’éthanol nécessite des infrastructures de stockage et de distribution particulières, et est corrosif pour les moteurs et les pipelines (on le transporte donc en camion), alors que les hydrocarbures qui seront issus du procédé de Global Bioenergies pourront être mélangés aux hydrocarbures issus du pétrole sans limite de proportion, et ne nécessitent donc pas de modification des infrastructures, des moteurs, et des comportements des utilisateurs.

11Q : L’isobutène permet-il de faire autre chose que des carburants ?

Oui, l’isobutène trouve nombre d’applications dans le domaine des matériaux : c’est un composé central pour faire des pneus, du verre organique (plexiglas®), des lubrifiants et certains plastiques.

Le premier marché qui devrait être profitable est celui des biomatériaux réalisés à partir d’isobutène, où la pression sur les coûts est moins importante que dans le domaine des carburants.

12Q : Comment fait-on pour convertir l’isobutène en produits finaux ?

L’isobutène est converti en produit final par des procédés chimiques le plus souvent bien établis. Ainsi plus d’un million de tonnes d’isobutène pétrolier est aujourd’hui converti en isooctane. De la même façon, il existe déjà des usines de fabrication de verre organique, de caoutchouc synthétique ou de plastiques à partir d’isobutène. Une unité de fabrication d’isobutène à partir de ressources renouvelables, utilisant le procédé développé actuellement par Global Bioenergies, pourra être accolée à ces installations existantes.

D’autres applications (fabrication de kérosène, de pET), devront encore être industrialisées : ces technologies existent aujourd’hui à l’échelle du laboratoire.

13Q : Comment distingue-t-on les différentes générations de biocarburants ?

C’est une vaste question, aucune nomenclature n’étant officielle. Pour simplifier, on peut estimer que la première génération repose sur l’utilisation de sucres initialement destinés à l’alimentation humaine, c’est-à-dire de sucre (de canne, de betterave), ou d’amidon de céréales que l’on peut aisément convertir en sirop de glucose.

La deuxième génération consiste à utiliser les déchets agricoles ou forestiers, constitués en partie importante de cellulose. La cellulose est, tout comme l’amidon, un polymère de glucose. Ce polymère est cependant très résistant, et le convertir économiquement en sirop de glucose s’avère difficile. De nombreuses sociétés travaillent à l’industrialisation de cette voie, qui devrait aboutir ces prochaines années. Plusieurs usines de pleine taille sont en phase de construction ou de démarrage.

La troisième génération est, tout comme la deuxième, en cours de développement. Il s’agit d’utiliser la photosynthèse pour convertir directement le dioxyde de carbone de l’air (CO2) en carburants. Les micro-algues, micro-organismes photosynthétiques, sont aujourd’hui très étudiés car certains estiment possible de réaliser de telles conversions dans des conditions économiques.

14Q : A partir de quelles ressources naturelles le procédé fonctionne-t-il ?

Aujourd’hui, le procédé fonctionne à partir de glucose de céréales. Le procédé n’est cependant pas lié à une ressource en particulier. Il est possible d’introduire la voie métabolique dans différents micro-organismes, certains adaptés à l’utilisation du saccharose (sucre de canne ou de betterave), les autres à l’utilisation de glucose (obtenu à partir de l’amidon de céréales notamment). Il sera aussi possible d’utiliser les sucres issus de déchets agricoles (deuxième génération), lorsque ceux-ci seront disponibles dans des conditions économiques. On peut également envisager d’utiliser des organismes photosynthétiques (troisième génération), en intégrant la voie métabolique dans des micro-algues par exemple, de façon à directement convertir le CO2 contenu dans l’air en hydrocarbures. Cette dernière application n’est pas encore au point, et prendra donc du temps.

15Q : Est-ce que Global Bioenergies travaille au développement de procédés de dégradation de matériel lignocellulosique ?

Bien entendu, Global Bioenergies s’intéresse de près à la préparation des sucres fermentescibles à partir de matériel lignocellulosique. De nombreux groupes industriels s’investissent aujourd’hui dans la mise au point et l’industrialisation de différents procédés, et les premiers succès à échelle industrielle émergent aujourd’hui. La réussite de ces développements offrira de nouvelles sources de sucres fermentescibles utilisables par notre bioprocédé.

Global Bioenergies ne consacre pas de ressources au développement de ces technologies de dégradation des déchets agricoles et forestiers, et est focalisée sur son cœur de métier : le développement de procédés permettant la conversion de sucres en oléfines.

16Q : L’utilisation de ressources agricoles pour fabriquer des biomatériaux et des carburants ne risque-t-elle pas d’entrer en concurrence avec l’alimentation ?

Dans le cas des biomatériaux, qui représentent des volumes correspondant à des marchés importants, mais qui restent modestes en regard de la production agricole mondiale, il n’y a pas de question de fond. Consacrer quelques pourcents de la production agricole à la fabrication de matériaux s’inscrit dans la continuité de l’agriculture non-alimentaire actuelle (coton, caoutchouc…).

Pour les carburants, c’est une vraie question de fond. A court terme, des marges de manœuvre existent : La FAO (Food and Agriculture Organisation) indique que 40% des ressources agricoles sont gaspillées (www.lemonde.fr/planete/article/…). Réduire ce gaspillage et augmenter la production agricole mondiale sont des objectifs réalisables à court terme.

A plus long terme, l’utilisation de déchets agricoles et forestiers à grande échelle permettra d’augmenter la quantité de sucres disponibles, et de s’affranchir de la concurrence vis-à-vis de l’agriculture à vocation alimentaire.

17Q : Quels sont les pays qui ont le meilleur potentiel au regard des bioprocédés ?

Les zones tempérées d’une part et équatoriales d’autre part ont de belles cartes à jouer dans ce domaine des biocarburants, mais les meilleurs rendements agricoles (calculés en kg de sucre par hectare, et en tenant compte des co-produits (paille, bagasse…)) sont aujourd’hui obtenus par la canne à sucre en zone tropicale. Les pays situés sur le tropique du Cancer (Inde, Pakistan) ou du Capricorne (Brésil, Afrique australe) ont la perspective de devenir l’équivalent pour les biocarburants du Proche Orient pour le pétrole. Les bioprocédés sont une chance unique de développement pour ces pays. Le Brésil a déjà pris une avance considérable dans ce domaine.

18Q : Quel est le stade de développement du procédé isobutène de Global Bioenergies ?

Le développement d’un tel procédé, de l’idée au premier kilogramme commercial, prend environ 7 ans selon les repères disponibles. Il peut être décomposé en plusieurs phases : La première étape consiste à établir la preuve du concept. Dans notre cas particulier, cette étape était particulièrement difficile parce que des résultats scientifiques très nouveaux devaient être obtenus pour construire des voies métaboliques artificielles. Cette phase est maintenant terminée pour certains des programmes de la société. Les procédés sont maintenant dans une phase de développement combinant des activités d’amélioration de la voie métabolique, de construction de souches, et de fermentation à l’échelle du laboratoire. Il reste aussi à industrialiser le procédé, c’est-à-dire à le faire fonctionner dans des fermenteurs de taille croissante, jusqu’à l’échelle finale (centaines de m3).

19Q : Quel sera le coût d’un litre d’ “hydrocarbures biologiques” ?

Le coût de production des oléfines biologiques serait de 1,6$/Kg en utilisant du glucose issus de céréales. Ce coût est inférieur au prix actuel de l’isobutène et du butadiène, et le procédé serait donc rentable dans les conditions actuelles de marché. Ces conditions sont vouées à s’améliorer encore dans les prochaines années, parce qu’il est attendu que le prix de l’isobutène et du butadiène va augmenter plus rapidement que le coût des ressources végétales.

20Q : Quel impact le bioprocédé isobutène, une fois industrialisé, aura-t-il sur l’emploi ?

Les bioprocédés créent des emplois industriels non délocalisables, parce que les usines de production doivent être situées à proximité de la matière première végétale. Ces bioprocédés représentent donc une grande chance pour l’emploi en France, premier pays agricole européen, ainsi que pour tous les pays à fort potentiel agricole.

21Q : Le bioprocédé isobutène aura-t-il un impact positif sur l’environnement ?

Les oléfines produites à partir de végétaux auront un bien meilleur bilan environnemental que leurs homologues dérivées du pétrole. Il faut regarder l’ensemble de la chaîne : à partir de pétrole, le schéma est linéaire. On extrait le pétrole, on le transforme en divers carburant ou comme matériaux, lesquels finissent à plus ou moins long terme, après combustion, comme CO2 dans l’atmosphère.

Les oléfines d’origine végétale, en revanche, suivent un cycle : elles sont produites à partir de plantes, et utilisées comme carburant ou pour fabriquer des matériaux. Après utilisation puis combustion, le carbone se retrouve également sous forme de CO2 dans l’atmosphère, lequel est de nouveau fixé par les plantes qui le convertissent en matière végétale. Cette dernière peut ensuite être utilisée pour fabriquer des oléfines biologiques…

Si le cycle était parfait, les économies en émission de CO2 seraient de 100%. En réalité, elles seront probablement comprises entre 20 et 80% selon le végétal utilisé. Ces premières estimations devront être validées par des analyses de cycle de vie, à mener lors des tests sur le pilote industriel.

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