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Chimie verte et industries agroalimentaires Vers une bioéconomie durable Coll. Sciences et techniques agroalimentaires

Langue : Français

Coordonnateur : BAUMBERGER Stéphanie

Directeur de Collection : BELLON-FONTAINE Marie-Noëlle

Couverture de l’ouvrage Chimie verte et industries agroalimentaires

Aujourd’hui, l’un des principaux enjeux de l’industrie et de l’économie consiste à répondre aux besoins d’une population mondiale croissante tout en préservant l’environnement. En effet, l’utilisation depuis plusieurs décennies des ressources énergétiques fossiles a généré, outre la diminution des réserves de ces ressources, un phénomène de réchauffement climatique dû à la libération dans l’atmosphère de gaz à effet de serre. De plus en plus de secteurs industriels, dont la chimie, s’inscrivent dans une substitution du carbone fossile par le carbone renouvelable ; ainsi se développe la bioéconomie, fondée sur la chimie verte et les biotechnologies, comme levier pour réduire l’empreinte écologique des activités humaines.

L’objectif de Chimie verte et industries agroalimentaires est de présenter une utilisation raisonnée des matières premières renouvelables qui exploite la complémentarité entre filières alimentaires et non alimentaires, sans les opposer. Parmi ces matières premières figurent les ressources agricoles et forestières et les déchets issus de leurs transformations et usages.

L’ouvrage comporte un ensemble de 21 chapitres articulés autour de 6 parties, chacune correspondant à un concept identifié comme clé de voûte de l’interface chimie verte-IAA :

• De la chimie verte aux biotechnologies

• Ressources agricoles et coproduits des IAA : sources de polymères, carburants et molécules pour la chimie

• Chimie verte et matériaux polymères : vers de nouveaux emballages alimentaires

• Vers des systèmes intégrés de bioraffinerie : lien avec le territoire et les autres filières de production

• Apport des biotechnologies végétales à l’élaboration de la qualité de la biomasse

• Les scénarios pour 2050 : comment concilier les différentes filières

Liste des auteurs

Préface (Gilles Trystram)

Avant-propos (Stéphanie Baumberger)

Remerciements

Liste des abréviations

Partie 1

De la chimie verte aux biotechnologies

Chapitre 1

Chimie verte, chimie éco-compatible, bioraffinerie (Stéphanie Baumberger, Marie-Christine Scherrmann)

Chapitre 2

Des bioéconomies entre transformation des procédés industriels et agro-écologie (Martino Nieddu)

Chapitre 3

Biotechnologies industrielles : plaque tournante à la croisée des IAA et de la chimie verte (Cédric Y. Montanier, Michael J. O’Donohue)

Partie 2

Ressources agricoles et coproduits des IAA : sources de polymères, carburants et molécules pour la chimie

Chapitre 4

Huiles alimentaires et lipochimie (Zéphirin Mouloungui, Romain Valentin, Laure Candy, Jean-François Fabre, Éric Lacroux, Othmane Merah, Muriel Cerny, Géraldine Giacinti, Sophie Thiebaud-Roux, Pascale De Caro)

Chapitre 5

Méthanisation : application à la valorisation énergétique de coproduits agricoles et déchets des IAA (Nicolas Bernet, Renaud Escudié, Jean-Philippe Steyer)

Chapitre 6

Production de biocarburants à partir de ressources agricoles (Nicolas Lopes Ferreira, Damien Hudebine, Fadhel Ben Chaabane)

Chapitre 7

Potentiel des microalgues (Hubert Bonnefond, Charlotte Combe, Jean-Paul Cadoret, Antoine Sciandra, Olivier Bernard)

Chapitre 8

Coproduits des IAA : un vivier mondial sous-exploité de biomolécules d’intérêt (Diana García-Bernet, Vincenza Ferraro, Roman Moscoviz)

Chapitre 9

Production d’arômes à partir de coproduits et effluents des IAA (Violaine Athès, Marwen Moussa, Henry-Éric Spinnler)

Partie 3

Chimie verte et matériaux polymères : vers de nouveaux emballages alimentaires

Chapitre 10

Innovation pour des polymères de commodité : qu’attendre de la chimie verte ? (Sandra Domenek)

Chapitre 11

Emballage alimentaire : présentation d’une démarche éco-raisonnée (Hélène Angellier-Coussy, Emmanuelle Gastaldi, Nathalie Gontard, Carole Guillaume, Valérie Guillard, Stéphane Peyron)

Chapitre 12

Potentiel des lignines comme additifs multifonctionnels (Véronique Aguié-Béghin, Nathalia di Loreto Campos, Sandra Domenek, Marie-Noelle Maillard, Paul-Henri Ducrot, Stéphanie Baumberger)

Chapitre 13

Dangers du bisphénol A et de ses analogues : vers de nouvelles alternatives plus durables et moins toxiques (Amandine L. Flourat, Florent Allais)

Partie 4

Vers des systèmes intégrés de bioraffinerie : lien avec le territoire et les autres filières de production

Chapitre 14

Des industries agroalimentaires de première transformation aux bioraffineries : exemple de Bazancourt-Pomacle (Jean-Marie Chauvet)

Chapitre 15

De l’industrie papetière à la bioraffinerie de 2e génération (Christine Chirat)

Chapitre 16

Une future bioraffinerie des insectes (Antoine Hubert, Nathalie Berezina)

Partie 5

Apport des biotechnologies végétales à l’élaboration de la qualité de la biomasse

Chapitre 17

Puissance de l’imagerie dans l’étude des tissus de la biomasse lignocellulosique (Valérie Méchin, Matthieu Reymond, David Legland, Fadi El Hage, Aurélie Baldy, Yves Griveau, Marie-Pierre Jacquemot, Sylvie Coursol, Marie-Françoise Devaux, Hélène Rogniaux, Fabienne Guillon)

Chapitre 18

Identification de marqueurs génétiques impliqués dans le rendement et la composition de la biomasse lignocellulosique (Laetitia Virlouvet, Fadi El Hage, Sylvain Legay, Aurélie Baldy, Yves Griveau, Marie-Pierre Jacquemot, Sylvie Coursol, Valérie Méchin, Matthieu Reymond)

Chapitre 19

Amélioration de la biomasse par ingénierie métabolique : cas des huiles végétales (Amélie Ducloy, Marianne Azzopardi, Jean-Luc Cacas)

Partie 6

Les scénarios pour 2050 : comment concilier les différentes filières

Chapitre 20

Comment concilier approvisionnement en biomasse pour la chimie verte et fourniture de ressources alimentaires ? (Benoit Gabrielle, Chantal Loyce)

Chapitre 21

Analyse critique des exercices de prospectives pour 2050 (Paul Colonna)

Index

Dans un monde en profonde transition, de nombreux enjeux se font jour.

Face à ces enjeux, il faut comprendre les déterminants des transitions et autant que possible proposer des outils, méthodes, démarches de conception et d’ingénierie de solutions, dont notre société a besoin. Dans cette diversité d’enjeux et pour assurer un développement soutenable (on pourra dire durable, mais les entendements du mot sont finalement assez nombreux et variés), la question du carbone et de son caractère renouvelable ou non est centrale. Si l’agriculture est historiquement ancrée dans une approche basée sur l’utilisation du carbone renouvelable, de plus en plus de secteurs industriels, dont la chimie, s’inscrivent dans une substitution du carbone fossile par le carbone renouvelable. On pourrait limiter la question à la production de cette ressource, mais il apparaît rapidement que l’enjeu réside bien dans la capacité à transformer et valoriser cette ressource renouvelable et à en assurer une conversion en quelque chose d’utile, de nouveau, ou se substituant à une voie existante non soutenable.

Maîtriser ces voies de conversion et de valorisation est essentiel. Les leviers d’action sont diversifiés, mettant en œuvre des mécanismes physiques, chimiques, biologiques ou biochimiques. Le plus souvent c’est une combinaison de plusieurs principes qui est nécessaire pour apporter une solution soutenable, tout en ouvrant la voie à des méthodes d’ingénierie innovantes.

La chimie verte s’est installée autour de ces grandes dimensions, proposant depuis longtemps quelques principes essentiels autour desquels se développent des champs d’applications très variés. Progressivement des applications sont proposées, validées, montrent leur compétitivité, permettent la mesure d’impact en termes de durabilité ou d’empreinte écologique et environnementale. Ces réussites en appellent alors d’autres et le champ des possibles se développe.

Les applications existantes, mais aussi les potentiels identifiés, abordent de multiples questions de conversion : obtenir des aliments par des voies nouvelles, valoriser des coproduits des industries alimentaires, source probable de la soutenabilité future des IAA, obtenir de l’énergie à partir de coproduits ou de déchets, fonder ou refonder une conception et une économie circulaire des cycles de transformations, etc.

Nul doute que la liste des enjeux sera plus étendue demain. Finalement, ces approches considèrent la biomasse d’une manière nouvelle, comme une source d’usages multiples où eau, énergie, molécules ou fonctions sont imbriquées et où la mise en œuvre de principes de la chimie verte et des biotechnologies fera exprimer au mieux un potentiel applicatif. Ceci refonde potentiellement fortement les industries alimentaires et, au-delà, positionne les bases de la bioéconomie.

Comprendre et agir dans ces directions nécessitent la maîtrise des déterminants des mécanismes de transformation pour ainsi permettre des voies d’ingénierie de solutions innovantes, appropriées, pertinentes.

C’est certainement fondateur que de mettre en regard l’expérience et les points de vue d’acteurs de la recherche appartenant à différentes communautés et agissant chacun dans son champ propre d’expertise. C’est en effet souvent la complémentarité et la confrontation des points de vue qui conduisent aux solutions les plus innovantes.

L’ouvrage permet d’illustrer des voies possibles, de poser les fondamentaux des méthodes, et d’illustrer des réussites autant que des limites de la chimie verte et des biotechnologies au service des enjeux actuels de l’industrie.

Je suis convaincu que chercheurs, étudiants, cadres d’entreprises trouveront dans cet ouvrage des réponses, des illustrations et l’inspiration pour aborder toutes ces applications et en développer de nouvelles.

Bravo à tous les contributeurs et à la coordinatrice qui, avec son enthousiasme habituel, a su fédérer un panel remarquable de chercheurs, enseignants-chercheurs et ingénieurs. La participation à des projets de recherche collaboratifs d’ampleur nationale et internationale, les formations diplômantes dont ils sont responsables, et les publications scientifiques dont ils sont co-auteurs témoignent de leur expertise et de la reconnaissance vouées par les institutions. Au-delà d’une réalisation technique, cet ouvrage livre une expérience humaine.

Professeur Gilles TRYSTRAM

Directeur général d’AgroParisTech

L’ouvrage s’adresse aux étudiants en chimie, biochimie, génie des procédés, aux ingénieurs de recherche et développement ou de production, aux enseignants des formations d’ingénieur et master dans le domaine des sciences et techniques du vivant et de l’environnement, aux chercheurs dans des organismes publics de recherche.

STÉPHANIE BAUMBERGER est Professeur en chimie verte à AgroParisTech et anime une équipe de recherche à l’Institut Jean-Pierre Bourgin, UMR 1318 INRA-AgroParisTech, INRAE, Centre de Versailles-Grignon, à Versailles. Elle a coordonné le travail de plus de 60 auteurs, tous experts et éminents spécialistes de la chimie verte et de la bioraffinerie.