Les alternatives végétales aux ressources fossiles. Concept et enjeu territorial. Première édition

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1 Les alternatives végétales aux ressources fossiles Concept et enjeu territorial Première édition

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3 Bruno JARRY, Daniel THOMAS, Les alternatives végétales aux ressources fossiles Concept et enjeu territorial Les Entretiens IAR, novembre 2011 à Chantilly Editions Pôle de compétitivité IAR, LAON, septembre 2012

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5 Remerciements Nous remercions tout d abord les quarante experts scientifiques et économistes de renommée mondiale ainsi que les dirigeants de grands groupes industriels pour leur participation active aux «Entretiens IAR 2011 Bioraffinerie Internationale». Ces «penseurs» venus du monde entier (Europe, USA, Asie, Amérique Latine) ont partagé leurs connaissances, confronté leurs points de vue et posé un regard attentif sur les évolutions attendues. Ces Entretiens IAR n auraient pas été possibles sans le soutien constant matériel et moral de l Etat et des deux Régions Champagne-Ardenne et Picardie. Ce soutien a été incarné par : - le Préfet de la région Picardie Michel DELPUECH - le Préfet de la région Champagne-Ardenne Michel GUILLOT - le Président du Conseil régional de Picardie Claude GEWERC - le Président du Conseil régional de Champagne-Ardenne Jean- Paul BACHY - le Président de la Fondation Aga Khan, Son Altesse l Aga Khan Dominique DUTARTRE Nous leur en sommes très reconnaissants. Dominique DUTARTRE Président du Pôle IAR Daniel THOMAS Vice-Président du Pôle IAR Daniel THOMAS remerciements / page 03

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7 Sommaire page 03 / page 05 / Remerciements Sommaire page 06 / Le contexte page 08 / page 11 / Le pôle IAR Préface page 12 / Session 1 : Du charbon au pétrole et à la biomasse page 20 / Session 2 : Pas de chimie verte sans plantes page 25 / Session 3 : La bioraffinerie comme outil industriel de production page 32 / page 38 / page 45 / page 48 / Session 4 : Vers une écologie industrielle Session 5 : Les modèles français et européens Conclusions et recommandations L Etat français soutient le développement de la chimie verte page 50 / L innovation vue par la Région Picardie page 52 / L innovation vue par la Région Champagne-Ardenne page 54 / Lexique page 57 / Mentions légales page 58 / Contact IAR sommaire / page 05

8 Le contexte Le Pôle IAR, soutenu par la région Champagne-Ardenne, la région Picardie et l Etat français en régions, a souhaité approfondir la réflexion sur l essor des bioraffineries sous des angles sociétaux, éthiques, techniques et économiques en proposant un nouveau mode d échanges avec les plus grands experts mondiaux. La première édition des Entretiens IAR - Bioraffinerie Internationale a eu lieu à Chantilly les 15 et 16 novembre Cet événement a ouvert un cycle de rencontres bisannuelles qui a réuni autour du sujet de la Bioraffinerie, les industriels de plusieurs régions du monde impliqués tout au long de la chaîne de valeur, des chercheurs engagés dans les processus de transformation et des représentants de la Commission européenne et de la haute administration française. L ambition des Entretiens IAR est d élargir les prismes de la pensée pour mieux anticiper les défis à relever et suggérer les clés d une action concertée. Les Entretiens IAR 2011-Bioraffinerie Internationale se sont fixés pour objectif de créer le débat autour de questions stratégiques sur le développement de la bioraffinerie en Europe et particulièrement en France. La mise en perspective de ces enjeux sur la scène internationale a permis de faire émerger des premières recommandations. Ce document de synthèse en fait état. Les Entretiens IAR, 15 et 16 Novembre 2011, Chantilly le contexte / page 06

9 Ont participé aux Entretiens IAR 2011 De gauche à droite, de bas en haut. 1 er rang Philippe CHALMIN, Professeur Université Paris-Dauphine, France Yves CHAUVIN, Prix Nobel de Chimie 2005, IFPEN, France Marc VAN MONTAGU, Professeur Gent University, Belgique Dominique DUTARTRE, Président pôle IAR, France Daniel THOMAS, Vice-Président pôle IAR, France Bruno JARRY, Membre de l Académie des Technologies, France Frances ARNOLD, Professeur Caltech, Etats-Unis Jean-Marie LEHN, Prix Nobel de Chimie 1987 Collège de France Marc ROQUETTE, Président Directeur Général, Roquette Frères, France 2 ème rang Thierry STADLER, Directeur Général pôle IAR, France Wim SOETAERT, Professeur InBio.be, Belgique Ajit SAPRE, Research Director Reliance Industries, Inde Chris MALLETT, Corporate Vice-President Cargill, Etats-Unis Christiane LAMBERT, Vice-Présidente FNSEA, France Dehua LIU, Professeur Tsinghua University, Chine Ian HUDSON, President Europe, Middle East & Africa DuPont de Nemours, Suisse Michel BOUCLY, Directeur Général Adjoint, Sofiproteol, France Neftali LOPEZ, Project Development Manager Abengoa Bioenergia Nuevas, Espagne 3 ème rang Antoine SUAU, Agro-économiste FNSEA, France Lars-Peters LINDFORS, Senior Vice-President Technology & Strategy, Neste Oil Oyj Finland Grégoire BERTHE, Directeur Général Céréales Vallée, France John HICKMAN, Director Global University Relations & Life sciences John Deere, Etats-Unis Albrecht SCHAPER, Managing Director Nordzucker, Allemagne Osamu KURAHASHI, Corporate Vice Président, Deputy General Manager Ajinomoto, Japon Peter WALTHER, Senior Vice President BASF, Allemagne Soren Hoed JENSEN, Vice-Président Copersucar, Brésil Denis BABUSIAUX, Professeur Ecole des Mines, Paris, France 4 ème rang Andrew HAGAN, Associate Director World Economic Forum, Suisse Alfredo AGUILAR, Chef de l unité Biotechnologies Direction Générale de la Recherche et de l Innovation, Commission européenne Eric GIRY, Chef du service de la stratégie agroalimentaire et du développement durable DGPAAT, France Jean-François ROUS, Directeur de l Innovation Sofiprotéol, France Pascal BARTHELEMY, Directeur Général Adjoint IFPEN, France Catherine MOLLIERE, Ingénieur Conseil Etudes Industrielles Crédit Agricole, France Etaient également présents : François CARON, Professeur CRHI-Sorbonne, France Philippe DUVAL, Président du Directoire, Tereos, France Ghislain GOSSE, Président Agro-Transfert Ressources et Territoires, France Yves LEMAIRE, Chef de bureau Industries pétrolière et nouveaux produits énergétiques DGEC, France Bernard MARY, Président d Honneur pôle IAR, France Jean-François MINSTER, Vice-Président R&D Total, France Pascal PROT, Président Siclaé, France Anton ROBEK, Senior Vice President Emerging Business Area DSM, Hollande Thierry SOMMELET, Directeur d investissement FSI, France Philippe TILLOUS- BORDE, Directeur Général Sofiprotéol, France Arno VAN DE VEN, Vice-President Strategic Business Development CSM Purac, Hollande le contexte / page 07

10 Le pôle IAR Industries & Agro-Ressources : la bioraffinerie, opportunité de développement industriel pour les territoires La démarche du pôle IAR s appuie sur un modèle de bioraffinerie territorialisée où agriculture et industrie sont intimement liées. Son but est de valoriser de façon optimale tous les composants des végétaux afin de proposer une large gamme de produits biosourcés se substituant aux matières fossiles non renouvelables ou apportant de nouvelles fonctionnalités, pour alimenter de multiples marchés. Le pôle IAR ambitionne ainsi de devenir la référence européenne pour les valorisations des agro-ressources à l horizon Rapidement, trois défis majeurs pour la planète doivent être relevés : défi alimentaire, défi climatique, défi énergétique. Une des clés de réponse réside dans l adaptation et la mobilisation des agro-ressources en faveur d alternatives renouvelables. Passer du carbone fossile au carbone vert est devenu une nécessité. Grâce au pôle IAR, placé au cœur de la chimie du végétal et des biotechnologies industrielles, cela devient une réalité. Dans ce contexte, le pôle IAR a pour objectif de favoriser l innovation végétale, au profit d applications industrielles concrètes. Le point de départ est la biomasse végétale. La finalité est de concevoir autrement les produits et matériaux biosourcés de demain, nécessaires à la fabrication de biens de la vie courante. Les projets du pôle IAR s appuient sur le modèle de la bioraffinerie, ou raffinerie du végétal, qui s inscrit dans une démarche où usages non alimentaires et alimentaires des agroressources se côtoient et se complètent. Elle permet ainsi de développer les produits de base de notre alimentation, mais également de produire des biomolécules, des agromatériaux, des bioénergies. Le pôle IAR, moteur de la compétitivité des entreprises et des territoires Le pôle IAR compte plus de 200 adhérents qui représentent l ensemble de la filière : producteurs de biomasse, agroindustriels, chimistes, clients finaux (BTP, transport, cosmétiques, aliments santé, plasturgie ). Tous sont engagés dans le développement de technologies et de produits substituant des matières premières d origine pétrolière par des productions végétales agricoles, forestières et algales. Le pôle IAR est soutenu par l Etat et les deux Régions dont il est issu: la Champagne- Ardenne et la Picardie. Avec cet ancrage régional, le pôle IAR dispose d un écosystème unique pour développer les bioraffineries et les nouvelles générations de produits biosourcés : des surfaces agricoles importantes facilitant la maîtrise des approvisionnements, la présence d acteurs industriels de premier rang, des politiques régionales volontaristes, des infrastructures de recherche et d innovation impliquées depuis longtemps sur ces sujets et de grands programmes structurants. Le pôle IAR / page 08

11 Fort de sa vocation mondiale, le pôle IAR génère des partenariats entre ses adhérents et des acteurs étrangers, démarche indispensable pour une reconnaissance internationale et l ouverture à de nouveaux marchés. Passer du concept au produit industrialisable De l idée au développement, en passant par la recherche de financements, le pôle soutient les porteurs de projets quelle que soit leur taille. Il leur donne les moyens de développer et de tester de nouvelles technologies et de nouveaux produits. Le pôle IAR permet à ces mêmes entreprises, d unir leurs forces au travers de partenariats opérationnels basés sur la complémentarité des savoir-faire, des technologies ou des stratégies de croissance. Il favorise le dialogue et les synergies entre les acteurs de la formation, de la recherche et de l innovation tout au long de la chaîne de valeur. La démarche du pôle IAR est motivée par le respect d un développement durable. Evaluer objectivement l empreinte écologique, déterminer le cycle de vie d un produit, constituent un choix que le Pôle privilégie pour proposer des solutions responsables. La contribution du pôle à la bioéconomie est aujourd hui une réalité en termes d avancées scientifiques, de création d emplois, d efficacité énergétique et environnementale mais aussi et surtout, de valorisation des ressources locales au profit des territoires de production. Le pôle IAR / page 09

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13 Préface Le pôle IAR a organisé les 15 et 16 Novembre 2011, dans le cadre de ses activités internationales, la première édition des Entretiens IAR centrée sur le thème très actuel de la Bioraffinerie. Cette réunion a regroupé quarante experts scientifiques et économistes de renommée internationale ainsi que des dirigeants de grands groupes industriels venus du monde entier (Europe, USA, Asie, Amérique latine). Ils ont partagé leurs connaissances, confronté leurs points de vue et envisagé l avenir de ce nouveau secteur industriel en pleine évolution. L innovation est un des leviers essentiels du développement de nos sociétés. Toutefois, dans bien des cas, pour passer du concept innovant à la réalisation factuelle une collaboration étroite est nécessaire, qui fait intervenir les industriels, les gouvernements et la société civile. Il faut reconnaitre que ces questions ne peuvent pas être résolues seulement par l industrie ou le gouvernement ; l action doit intervenir à un niveau plus large et plus holistique. Ces questions ne sont pas entièrement nouvelles et l histoire de l innovation tout au long du XIXème siècle nous en donne de nombreux exemples. La rencontre fructueuse entre le monde des savants et celui des industriels n a pu aboutir que dans le cas où une demande sociétale forte préexistait à la construction des usines, rendant de ce fait possible la création des marchés et par conséquent la réussite objective de cette innovation. Le cas de la Bioraffinerie, concept nouveau issu de la rencontre du développement spectaculaire des sciences de la vie au cours des 20 dernières années et d une industrie de la transformation de la matière première végétale en place depuis le demi-siècle précédent, rentre parfaitement dans le cadre de cette constatation. A la croisée de ces deux courants, la protection du climat, le maintien de l environnement, la production d énergie sont quelques uns des domaines pour lesquels la Bioraffinerie pourrait apporter des solutions. La demande sociétale pour la préservation de la planète, longtemps masquée, apparait depuis quelques années au grand jour. Mais les challenges techniques, commerciaux et stratégiques sont tels qu ils nécessitent la collaboration de tous pour atteindre ces objectifs. L innovation collaborative entre plusieurs partenaires devient de plus en plus nécessaire. Les sujets et les technologies, de plus en plus complexes et coûteux, ne permettent plus leur résolution par une seule compagnie, parfois même par une seule industrie. Les gouvernements, en tant que représentants de la société civile, sont demandeurs d innovation industrielle et de solutions, demandes qu ils adressent à l industrie dans son ensemble. Se crée alors une nouvelle dynamique, à charge pour l industrie d agir comme un ensemble, de façon collaborative, pour résoudre cette demande d innovation d une façon noncompétitive comme de vrais citoyens d une entreprise globale. De ces deux jours de discussions intenses est né ce petit livre qui tente d en extraire les points importants. Yves CHAUVIN Prix Nobel de Chimie 2005 Jean-Marie LEHN Prix Nobel de Chimie 1987 préface / page 11

14 Session 1 Du charbon au pétrole et à la biomasse Trois grandes étapes ont marqué l histoire de l industrie chimique depuis le début du XIX e siècle. La première, qui dure jusqu en 1880, voit l invention puis le développement de la chimie organique qui utilise successivement des matières premières d origine végétale puis du charbon. Vient ensuite le développement de la chimie physique suivi de près par celui de la pétrochimie. Enfin, les vingt dernières années voient l essor de la biotechnologie industrielle à partir de la biomasse. Ces développements découlent de trois sources principales d innovation qui apparaissent au cours de ces différentes périodes : la perception des besoins des utilisateurs, la recomposition des savoirs et l adaptation des entreprises. L écoute et les besoins des utilisateurs Au cours de ces 150 ans, l industrie chimique donnera naissance à de nombreux produits répondant, au moment de leur mise en marché, à des besoins particuliers ; ces produits sont devenus aujourd hui des objets quotidiens. Notons par exemple, dans les années 1900, les travaux de James Swinburne 1 et de Léo Baekeland 2 à l origine de l invention de la bakélite utilisée notamment pour la réalisation d ustensiles de cuisine. Au milieu du XX ème siècle, la course à la légèreté, utile en aéronautique ou dans l automobile, a stimulé le développement des matériaux composites. C est ainsi qu en 1989, une étude de l ANVAR (Agence nationale de valorisation de la recherche) constatait que «pour chaque problème technologique, le matériau adéquat peut être fabriqué». L innovation permet donc de répondre à une attente clairement exprimée, en créant une ligne de produits substituant parfois certains objets existants ou engendrant des fonctions et des modes de vie nouveaux. Mais en réalité, les attentes du consommateur ne font que refléter les idéologies de la société. Site industriel de Tereos 1 James Swinburne ( ) était un ingénieur électricien et un fabricant britannique. Il a souvent été appelé le «père des plastiques britanniques.» 2 Leo Baekland ( ) était un chimiste américain d origine belge. Il est à l origine de la mise au point de la bakélite qui fera entrer le monde dans l ère des matières plastiques. session 1 / page 12

15 Du charbon au pétrole et à la biomasse En effet, la majorité des inventeurs a souvent affirmé sa volonté de créer une société nouvelle. Ainsi, le mouvement hygiéniste du XIX ème siècle a, à son époque, amélioré les conditions de vie avec notamment la création à Paris d un réseau de distribution d eau, suivi du tout-à-l égout et du traitement des eaux. Une tendance prolongée par le mouvement écologiste dès le XIX ème siècle. On constate alors que l innovation en chimie est bien le résultat d un aller-retour entre l écoute des consommateurs, les attentes de la société et donc la mise sur le marché de produits innovants qui entraîneront de nouveaux besoins et attentes. François Caron, Professeur au Centre de Recherche en Histoire de l Innovation-Sorbonne Le besoin des consommateurs peut être suscité par la découverte technologique et l innovation.» Recomposition des savoirs Parallèlement, la science pousse ses différents acteurs à construire, malgré quelques désaccords, une relation de coopération, elle-même force d innovation. Le développement de l industrie des polymères illustre parfaitement ces processus d innovation de la chimie dans l entre-deux-guerres. Les relations entre chercheurs industriels et scientifiques n ont en effet pas toujours été cordiales, chacun ayant sa propre vision de l évolution à suivre. La découverte des macromolécules, par exemple, crée des controverses scientifiques d ordre purement théorique et méthodologique. Ainsi, chez DuPont, la mise au point du procédé de polycondensation, à l origine de l invention du nylon, entraîne des tensions entre les chercheurs. Ces derniers ont des avis divergents sur ce qu il convient de faire : continuer la recherche fondamentale ou accélérer le transfert des données vers la conception de nouveaux produits. Dans un deuxième temps, une recherche à caractère applicatif et expérimental va se développer. Elle porte à la fois sur la découverte de nouvelles molécules, leurs modes de fabrication et leur réponse aux attentes des utilisateurs. C est ainsi qu apparaissent des filières, résultat d une approche dite réciproque, entre ingénieurs concepteurs et applicateurs. Ces filières sont alors à l origine de découvertes reconnues aujourd hui comme les bases de l industrie des polymères. Après la seconde guerre mondiale, les trois grands intermédiaires, éthylène, propylène et benzène, favorisent le développement d une gamme de nouveaux matériaux, résultat d une recherche qui associe la mise au point des procédés aux applications des produits. Ce modèle de développement a connu de nombreuses formes, variant entre un système américain plus centralisé, fondé sur des unités de recherche intégrant les deux types de savoirs et celui de l Allemagne, plus décentralisé et fondé sur la division du travail entre le chimiste et l ingénieur. session 1 / page 13

16 L adaptation des entreprises Dans les deux cas, il s agissait d exploiter la complémentarité entre les sciences pures et les sciences de l ingénieur. Qualifié d intégration verticale, ce modèle atteint son apogée dans les années 1950 et C est ainsi qu un partage des compétences s installe entre les grandes entreprises et les PME. Les premières orientent leurs recherches vers les produits de base et les procédés, tandis que les secondes s orientent vers les applications et la conception du produit final. Le phénomène de forte concentration des entreprises n est pas exclusivement dû au coût croissant de la recherche. Il résulte aussi du gigantisme des installations et donc de la nécessité des importants investissements correspondants entraînés par l émergence de la pétrochimie dans les années 1920, une pétrochimie qui se développera essentiellement après la seconde guerre mondiale. On observe d ailleurs des stratégies de développement différentes selon les pays, les initiatives des sociétés pétrolières étant déterminantes en France, et celles des sociétés chimiques prédominantes en Angleterre et aux USA. En Allemagne, le développement de la pétrochimie entraîne une coopération entre les entreprises chimiques et pétrolières, ce qui fut le cas pour BASF et Bayer, ou le résultat d un développement interne dans le cas de Hoeschst. Ce n est qu après l explosion de la pétrochimie, entre 1957 et 1965, que les chimistes européens prennent le risque de dépendre de sources d énergie et de matières premières importées, suivant ainsi une stratégie basée sur la recherche de la compétitivité. À partir des années 1970, le passage de la carbo à la pétrochimie facilite l intégration de la transformation des matières premières vers les intermédiaires chimiques au sein d entreprises de grande taille à structure oligopolistique. Dix ans plus tard, l émergence d une chimie basée sur la science fondamentale, et plus particulièrement sur la connaissance des matériaux, entraîne la création de produits et procédés répondant aux besoins des industries de pointe comme l aéronautique. Et un nouveau modèle fondé sur la recherche collective organisée en réseau, reliée à la recherche interne des entreprises, se met en place. C est dans ce cadre général que se sont développées les biotechnologies. De petites ou moyennes entreprises innovantes se sont créées, souvent par essaimage, et ont été intégrées dans des réseaux de recherche pluridisciplinaire. Certaines d entre elles ont été absorbées par les grandes entreprises. D autres parviennent à survivre et entretiennent avec les grandes entreprises des relations de partenariat. La biomasse, une nouvelle matière première Alors que nous entrons dans le XXI ème siècle, l industrie du pétrole doit faire face à des transformations majeures. Pour certains, elle doit anticiper une restriction de la production des carburants d origine fossile dans une période de forte augmentation de la demande. D autres, comme le groupe Total, sont persuadés que les réserves de pétrole seront encore disponibles au cours des 70 prochaines années. Reste cependant le problème de l augmentation des coûts de l extraction du pétrole qui renchérit son prix. Diversifier les sources des matières premières prend alors toute son importance. Que ce soit le charbon ou la biomasse, les matières premières nouvelles deviennent donc un passage nécessaire voire obligatoire. Simultanément, l industrie se doit de développer des procédés énergétiquement plus efficaces et des produits aux cycles de vie plus longs. Les produits présents sur le marché doivent donc être améliorés et de nouveaux doivent être inventés, privilégiant session 1 / page 14

17 Qu est-ce que la biomasse? La biomasse est composée : des produits, déchets et résidus provenant de l agriculture, y compris les substances végétales et animales, des produits, déchets et résidus provenant de la sylviculture et des industries connexes, des déchets et résidus végétaux de l industrie. La biomasse est principalement utilisée pour produire de l énergie dans trois utilisations spécifiques : les biocarburants pour le transport, le chauffage domestique, la production industrielle d électricité et de chaleur. Mais elle l est aussi dans la fabrication de produits biosourcés. ces nouvelles matières premières, tout en s adaptant à leur utilisation. Mais pour mener à bien cette mutation dans un système économiquement viable, il est nécessaire de prendre en compte l origine de ces nouvelles matières premières. Issues largement des récoltes vivrières, elles sont encore produites et principalement utilisées pour l alimentation. Leur économie est donc très différente de celle du pétrole. En effet, le pétrole, présent dans le sol, est une source d énergie disponible en très larges quantités. Dans le cas de la biomasse, les circuits d approvisionnement et de distribution sont entièrement différents. Pourtant, c est bien la création et le développement de ces circuits qui décideront du succès ou de l échec des produits biosourcés. Cette différence de système économique s affiche en particulier dans les prix. Si l on compare, par exemple, le prix du blé à la tonne et celui du pétrole à la tonne, le pétrole était 6 à 7 fois moins cher que le blé en 1950, en 2011 il est 3 fois plus cher! Une grande partie du prix du pétrole sert à payer des taxes, et donc à abonder le budget des Etats, que ce soit dans les pays producteurs ou consommateurs. Dans le cas des bioproduits, c est exactement l inverse : une large fraction des coûts sert à acheter la biomasse que de nombreuses subventions aident à produire. Reste que si la technologie se développe au même rythme que ces dix dernières années, on peut raisonnablement espérer que les coûts de transformation de cette biomasse iront en diminuant. Des investissements passés à valoriser Etablir un nouveau système économique ne signifie pas rejeter les systèmes existants. Bien au contraire, il s agit de s appuyer sur les installations existantes et les faire évoluer. Les grands groupes chimiques ont lourdement investi dans la mise au point de leurs procédés session 1 / page 15

18 française Roquette Frères a développé un procédé qui permet de la réaliser en une seule étape par fermentation à partir du glucose. Ce développement a nécessité un important investissement en recherche et développement, mais la transition d un procédé à l autre peut être rapidement effectuée pour peu que le coût du procédé et de la matière première devienne compétitif avec celui du procédé conventionnel. Autre exemple, celui du propanediol, autrefois produit par synthèse chimique par la société DuPont de Nemours. Ce produit est utilisé dans la cosmétique et comme intermédiaire pour la production de fibres pour moquettes. Après 10 ans de collaboration avec la société de biotechnologie américaine Genencor, aujourd hui intégrée dans le groupe américain, DuPont a développé le microorganisme capable de réaliser cette synthèse à partir du glucose, lui-même extrait de la biomasse. Il est donc aujourd hui fabriqué de façon rentable par fermentation à partir du glucose. Une première usine a été construite en 2004 dont l augmentation de capacité est actuellement en cours. issus de la pétrochimie, des investissements qui, par conséquent, ne peuvent pas être abandonnés avant les dix ou vingt années à venir. De nouveaux investissements en R&D dans les domaines couverts par les bioraffineries et les biotechnologies sont indispensables. Ils doivent être réalisés en recherchant un équilibre entre valeur économique et impact environnemental. Certains ont déjà été lancés, d autres continueront. Deux exemples illustrent ce fait. Celui de la méthionine, un acide aminé utilisé dans le secteur de la nutrition animale. Sa synthèse chimique conventionnelle est actuellement réalisée en cinq étapes à partir du propylène. En partenariat avec l entreprise française de biotechnologie Metex, la société Un marché en devenir Avec 7 milliards d individus sur notre planète, nous utilisons chaque année une fois et demie nos ressources, une situation qui ne pourra durer éternellement. Réduire la pollution devient un impératif incontournable. La chimie verte et les biotechnologies ne résoudront pas entièrement cette problématique, mais elles aideront à en pallier quelques effets avec des matières premières renouvelables permettant la synthèse de produits biodégradables. Les 27 états membres européens ont décidé que, d ici à 2020, 10% des carburants automobiles seraient fabriqués à partir de matières premières d origine renouvelable. Ils montrent ainsi l exemple. session 1 / page 16

19 Jean-François Minster, Vice-Président Recherche et Développement chez Total Nous ne devons pas nous limiter à remplacer les produits existants, mais devons créer de nouvelles familles de produits.» Plusieurs années seront sans doute nécessaires pour voir réellement émerger cette chimie verte. En effet, les transitions d aujourd hui sont différentes de celles du passé qui s inscrivaient dans des périodes de croissance. Il est clair que le développement des plastiques biodégradables, par exemple, n est pas tiré par la demande des consommateurs mais uniquement proposé par l offre technologique, d où des difficultés à s imposer depuis vingt ans. Ce type de scénario est connu. En , années du grand boom des polymères, les consommateurs ne connaissaient pas les produits de notre quotidien actuel. Pourtant la nouveauté attire encore et toujours, preuve en est le succès récent des produits comme les i-pad ou les tablettes de lecture. Cependant, l attrait de la nouveauté a ses limites et, entre deux mêmes produits, personne n est prêt à payer plus cher pour le produit vert. Les seuls produits qui se maintiendront sur le marché seront ceux offrant des propriétés supérieures à celles d un produit d origine fossile, si possible meilleur marché! Doit-on pour autant laisser le consommateur décider de ce qu il veut? Le philosophe Jean- Jacques Rousseau affirmait qu il est «très bien d être libre et de réussir à rester libre, mais c est parfois utile d être forcé à rester libre». Et par conséquent il est utile de conserver des forces marketing. Les résultats obtenus par Steve Jobs, le créateur d Apple, en sont un parfait exemple. Il avait l habitude de dire «je veux que cela arrive et soit un succès». Nul ne mettra en doute sa réussite. Le rôle des gouvernements Laisser le développement des biotechnologies aux seules forces du marché ne suffira donc pas. Pour le grand public, un bioproduit est identique au produit comparable fabriqué à partir de matière première d origine fossile. Toutefois, à ce jour, le coût de production du premier est supérieur à celui du second. D où l importance du soutien des gouvernements qui doivent encourager le développement de ces nouveaux produits, notamment en favorisant leur émergence. Dans une économie stagnante, comme c est le cas en Europe, l innovation spontanée est peu présente et doit donc être stimulée. La faible demande en biocarburant, par exemple, a poussé les gouvernements à les imposer sous forme d une substitution partielle aux carburants d origine fossile. C est la raison du changement de nom du «Commissariat Européen à la Recherche» en «Commissariat à la Recherche et à l Innovation». Les objectifs donnés à ce Commissariat aussi ont été modifiés, conférant une part plus importante aux questions liées aux changements sociétaux. Ceci a des implications non seulement sur la façon dont la recherche est menée mais aussi sur les décisions politiques prises. De la même façon, en Allemagne, au Ministère de la science et de la technologie, la biotechnologie est déjà traitée dans une unité baptisée «Bio-économie». Christopher Mallett, Vice-Président Corporate chez Cargill Personne n est prêt à payer un coût supplémentaire pour un produit vert.» session 1 / page 17

20 Si certaines politiques économiques passées (subventions, droits de douane) ont créé des distorsions sur les marchés et doivent être amendées, de nouvelles, définies au cas par cas, peuvent être positives et incitatives. Ainsi, au niveau européen, les programmes de recherche ont aidé le développement des biotechnologies avec un budget de plusieurs centaines de millions d euros dans la période La Commission européenne a récemment présenté au Conseil européen une communication sur la «bio-économie» qui inclut bien sûr la biotechnologie en l introduisant dans une série de mesures beaucoup plus générales que la seule recherche, destinées à favoriser son développement économique. Une nouvelle organisation des sociétés Mais les biotechnologies ne verront le jour qu à condition qu un nouveau paradigme soit mis en place. Il concernera aussi bien les matières premières et les procédés de production que les modèles économiques. Ce nouveau paradigme passera par une évolution du système global : approvisionnement, production et distribution doivent s organiser selon les structures des différentes sociétés tout en s adaptant aux infrastructures existantes. Ce changement passe non seulement par l intégration de petites sociétés innovantes dans de grands groupes, mais également par le développement de petites entreprises qui proposent des modèles économiques entièrement nouveaux. De l université à l industrie Frances Arnold, Professeur à Caltech (California Institute of Technology) En tant que professeur d engineering au California Institute of Technology, plus connu sous le nom de Caltech, Frances Arnold s intéresse aux applications de la biologie génétique et synthétique dans les industries chimiques et pétrolières. Parallèlement, elle est consultante pour la société Gevo qu elle a elle-même créée en «Si l on veut progresser, il faut démontrer que toute technologie s applique également hors des laboratoires. C est pourquoi nous avons créé Gevo, une société spécialisée dans les hydrocarbures renouvelables destinés aux industries chimiques et pétrolières. Le but était de prouver que ce que nous développions en laboratoire pouvait être utile aux industries chimiques. Au début des années 2000, le besoin en énergie renouvelable se fait déjà sentir. Le prix du pétrole croît alors au même rythme que la technologie. Un réel besoin et la mise au point d une technologie qui pouvait répondre à cette demande nous persuadèrent de démarrer industriellement. Aujourd hui située dans le Colorado, Gevo emploie un peu plus de 100 personnes. Après le rachat d une usine d éthanol d une capacité de tonnes (18 millions gallons), une unité de production d alcool isobutylique est en cours de construction dans le Minnesota. Une unité de production d isobutyle est prévue pour l année 2012 et la construction d une unité d alcool isobutylique est prévue dans le Dakota du Sud dans les années à venir. Aujourd hui, il est nécessaire de se diversifier et de produire différents produits en utilisant tout ce qu il est possible d utiliser dans une plante. Ces raffineries de petite échelle permettent de concrétiser rapidement de nouvelles idées. La société Gevo s est construite dans un contexte favorable, attirant ainsi de nombreux investisseurs.» session 1 / page 18

21 Ces sociétés de biotechnologie de petite taille développent l ensemble des innovations nécessaires à l essor de cette nouvelle chimie. Toutefois, si la substitution des technologies existantes doit avoir lieu, dans un certain nombre de cas c est la combinaison des deux sources de matières premières (pétrole et biomasse) qui doit être recherchée. En Allemagne, le site de Leuna abrite une bioraffinerie complètement intégrée dans l usine de produits chimiques, un exemple de la complémentarité des deux approches. Alfredo Aguilar, Chef de l unité Biotechnologies à la Commission européenne Aucune compétition n existe entre la pétrochimie et les biotechnologies, les deux industries vivront côte à côte et seront complémentaires.» Cette stratégie d association simultanée indique de plus en plus qu aucune compétition ne doit exister entre les grandes entreprises chimiques et les entreprises de biotechnologie. Toutes les deux ont un rôle à jouer dans l innovation. Aujourd hui, les industriels doivent penser en «système» en intégrant les biotechnologies, sans pour autant rejeter toutes les technologies basées sur l utilisation de matières premières d origine fossile. Certaines études prédisent que d ici à 2050, 30 à 40% du PIB de l industrie sera «cleantech». Les biotechnologies ont donc un bel avenir devant elles! Site industriel de Futurol session 1 / page 19

22 Session 2 Pas de chimie verte sans plantes La chimie verte ne se développera pas sans plantes. Cette affirmation entraîne de nombreux questionnements quant à l avenir de la chimie verte et de la production agricole. Et donc du lien entre une production destinée à l alimentaire et au non alimentaire. Rappelons tout d abord que la notion de chimie verte englobe une chimie du carbone renouvelable issue du végétal, des algues et de leurs sous-produits et donc une chimie «propre et durable». La bioraffinerie, outil principal de la chimie verte, doit être alimentée par les productions de biomasses agricoles et forestières. Ces biomasses incluent les plantes de grande culture (céréales et oléagineuses), les plantes dédiées (les cultures lignocellulosiques pérennes), les sous-produits agricoles (les pailles), les déchets de bois dans les forêts aussi bien que les coproduits des scieries. Dans l avenir, les productions de micro ou de macro algues pourraient également être utilisées. L approvisionnement en biomasse représente une importante part du coût de la mise en œuvre de la bioraffinerie. C est donc un élément central qui permet d évaluer la viabilité du concept de bioraffinerie. Par ailleurs, investir dans une réalisation industrielle ne pourra être réalisé que dans les cas où l approvisionnement est assuré avec une biomasse durable. Ce besoin renforce la conviction que l accroissement de la production de denrées agricoles, c est-à-dire les matières agricoles végétales, est un enjeu majeur. Alimentaire et non alimentaire La cohabitation entre l usage alimentaire et non alimentaire des productions agricoles a toujours existé. Rappelons qu en France, avant la révolution industrielle, les exploitations agricoles consacraient en moyenne 30 % de leurs surfaces cultivées pour des applications non alimentaires. Il s agissait de l énergie animale pour les transports et les travaux agricoles (chevaux, bovins), mais aussi pour les colorants (garance), les tissus (lin) ou les cordages (chanvre). En effet, 4 millions d hectares étaient alors entièrement et uniquement dédiés à l avoine. On peut ainsi estimer qu il y avait 3 millions de chevaux de traits en 1930, ce qui représentait 6 millions d hectares mobilisés en surface agricole utile sur la France. À l heure actuelle, les applications énergétiques peuvent apporter des coproduits pour l alimentation humaine ou animale. La production de biodiesel à partir du colza a, par exemple, permis d obtenir des quantités importantes de tourteaux (protéines) destinés à alimentation des animaux d élevage. session 2 / page 30

23 La dépendance de la France pour l importation de tourteaux de soja est ainsi passée de 85 % à %, ce qui a eu un impact positif sur le bilan du commerce extérieur. Aux Etats-Unis, en , 130 millions de tonnes de maïs ont été utilisées dans les programmes mis en place sur l éthanol. Ainsi, plus d un tiers de la production américaine de maïs est aujourd hui utilisé pour la production d éthanol, ce qui représente 1/6 ou 1/7ème de la production mondiale de maïs, un des produits ayant une utilisation aussi bien en alimentaire qu en non alimentaire. Mais la demande de matières agricoles végétales est également de plus en plus forte en alimentaire, et particulièrement dans les pays émergeants (Chine, Inde et Amérique Latine). Ces pays ont aujourd hui des moyens financiers croissants et recherchent des produits alimentaires de qualité. Par exemple, en répondant à cette demande d une alimentation de plus en plus occidentalisée, la Chine est devenue en l année 2011 le premier importateur de sucre. Il ne s agit donc pas d opposer les débouchés alimentaires et non alimentaires mais, au contraire, de les considérer comme complémentaires. À l avenir, les produits agricoles seront utilisés pour des besoins alimentaires et le carburant et les produits chimiques seront développés à partir de déchets et de coproduits. Il existe donc un réel challenge pour la production agricole qui doit innover et investir afin de répondre aux critères d utilisation des produits alimentaires et non alimentaires. Un enjeu : augmenter la production Tout le monde s accorde donc à dire que le principal défi des prochaines années est d augmenter la production de matières premières, autrement dit de matières agricoles végétales, pour répondre à la demande croissante en alimentaire et en non alimentaire. C est un véritable enjeu dans le monde et particulièrement dans les zones tropicales et subtropicales. Mais produire plus ne suffit pas, il faut également produire mieux. L objectif est de maîtriser la qualité de la production et de l adapter aux différentes utilisations. Grégoire Berthe, Directeur Général de Céréales Vallée Produire plus et mieux : un enjeu génétique et agronomique.» La société, la communauté scientifique et les politiques se doivent donc en effet de considérer comme une toute première priorité l exigence de produire plus pour satisfaire une demande qui va croître fortement. D après certaines estimations, la population mondiale atteindra 9 à 10 milliards de personnes d ici deux générations. Cette croissance confirme session 2 / page 21

24 le besoin urgent de multiplier par deux la production agricole mondiale en utilisant la surface utile d aujourd hui et en augmentant la productivité unitaire. Cela ne pourra pas se faire sans prendre en compte la nécessité de réduire les déchets et le gaspillage. Car d après la FAO (l Organisation des Nations Unies pour l alimentation et l agriculture), le tiers des aliments produits chaque année dans le monde pour la consommation humaine est perdu ou gaspillé. Toujours d après la FAO, le volume total de nourriture perdue ou gaspillée chaque année est équivalent à plus de la moitié de la production céréalière mondiale. De quoi faire réfléchir Il faut donc pouvoir utiliser le maximum possible de la production de biomasse en évitant toutes les pertes dans les processus «post-récolte». Et cette augmentation de production ne pourra être efficace que si la mise sur le marché est organisée. Une relation étroite entre les producteurs et les organisations de producteurs d un côté et les premiers transformateurs doit se construire. Enfin, l augmentation de la production mondiale ne sera durable que si les prix sont suffisamment élevés. Car il est certain que les producteurs ne continueront à produire que si leurs revenus leur permettent d en vivre. Des prix bas n ont jamais enrichi le monde. Utilisation des sols Bien que limitées, les réserves de nouvelles terres existent. L effort doit être particulièrement important notamment dans les pays du sud où l exploitation de surfaces agricoles est encore possible. Par exemple, au Brésil, il existe encore une disponibilité de l utilisation des sols et cela sans pour autant détruire la forêt amazonienne. Mais également dans des régions comme l Ukraine, de grandes zones céréalières ne sont pas toujours mises en culture. Ce sont autant de réserves agricoles qui pourraient participer au décollage de cette nouvelle chimie verte. Améliorer le rendement Non seulement le rendement en biomasse par unité de surface doit être accru, mais cela doit être réalisé en minimisant les impacts environnementaux négatifs, en optimisant les bénéfices sociaux, économiques et en utilisant des itinéraires agronomiques compatibles avec le développement durable. Cela est particulièrement vrai dans le cas des grandes cultures de biomasse. Améliorer les rendements de ces cultures n a pas encore fait l objet de recherches poussées. Pourtant, il est certain que des gains rapides en découleraient. Schémas de G. Berthe session 2 / page 22

25 Méthodes de culture et itinéraires agronomiques Des systèmes de culture efficaces peuvent également accroître les rendements et permettre une production durable. Ces types de système, en relation avec l approvisionnement des bioraffineries, sont aussi bien de nouvelles plantations forestières, que la mise en place de plantes pérennes, ou des changements de rotation des plantes annuelles ou des cultures mixtes. Ces systèmes peuvent optimiser l utilisation des terres marginales ou des jachères. Les cultures peuvent être terrestres ou le cas échéant aquatiques. Cette démarche comprend les taillis à courte rotation, le miscanthus, le switchgrass ou l eucalyptus. Prix : une volatilité déstabilisante Jusqu en 2006, la Commission européenne fixait les prix pour l année à venir dans le cadre de la politique agricole commune (PAC). Depuis la disparition de ces politiques gouvernementales, les prix du blé, du maïs et des graines en général sont liés aux prix mondiaux et n affichent plus de prix fixes. D où une volatilité très déstabilisante des prix, une situation très préjudiciable aux investissements productifs. Actuellement, les marchés mondiaux n ont jamais été aussi instables. En 6 mois, le cours du blé a varié entre 1 et 3 sur le marché spot. Les politiques agricoles ont disparu et l on assiste à des spéculations sur le prix du blé ou du maïs. À noter, qu en 2009, les prix en dollar des matières premières agricoles ont été multipliés par 7 tandis que, pour information, celui du pétrole était multiplié par 4 ou 5. Aujourd hui, les prix aux Etats-Unis et en Europe sont quasiment les mêmes. Pour la première fois, le prix du maïs est plus élevé que celui du blé. Durant de nombreuses années, sur le marché mondial, le prix du blé était deux fois celui du maïs. Ceci s explique par l établissement de la politique concernant l éthanol aux Etats-Unis qui a permis aux agriculteurs d obtenir des subventions, et cela sans limite imposée par l Organisation mondiale du commerce. Une des différences entre l Europe et les Etats-Unis est qu un lobby de l agriculture existe toujours chez ces derniers. Mais, aucune industrie, la chimie verte ne faisant pas exception, ne peut s établir durablement sur de telles variations de coût de la matière première. Les agriculteurs et les transformateurs ont besoin d une certaine stabilité pour investir à long terme. L instabilité des prix agricoles est en effet un facteur particulièrement défavorable aux investissements nécessaires pour réussir l augmentation de production jugée nécessaire. Des prix suffisamment hauts mais stables seraient la meilleure situation pour favoriser les investissements en agriculture, surtout dans les pays du Sud, avec un effet vertueux sur le développement et les échanges. La reprise de la production agricole en Chine du Nord grâce à la richesse créée par le lancement de production d éthanol en est un parfait exemple. Par ailleurs, une meilleure connaissance de la localisation des productions et donc de leur mobilisation, serait une aide à une certaine stabilisation des prix. À ce titre, la France vient de mettre en place un observatoire de la biomasse. Il n en reste pas moins vrai que la tension sur les stocks, dans le cadre d une demande croissante, est un facteur clef pour fixer les prix. Pascal Prot, Président de Siclaé Le meilleur moyen pour augmenter la production mondiale est que les prix soient élevés.» session 2 / page 23

26 Enfin, le développement des biocarburants de première génération, bien qu ils ne soient pas la cause de l augmentation récente des prix agricoles, n a pas non plus facilité la situation et plus particulièrement celle du maïs. Un effort certain, en ce qui concerne l énergie, doit donc être porté sur l utilisation des coproduits et des déchets pour produire des biocarburants de deuxième génération aussi bien par la voie enzymatique que par la voie thermochimique. Mais pour cela il faut avant tout établir une collecte, aujourd hui diffuse, et mettre au point des procédés, autant d innovations à développer. L innovation, une étape indispensable Tous ces efforts ne sauraient aboutir sans innovation. Cette innovation devrait porter principalement sur l amélioration de la qualité de la plante afin de l adapter à la transformation dans une bioraffinerie. En Europe, le discours de décroissance de la production agricole véhiculé depuis 25 ans a sans doute poussé à une réduction des budgets de recherches dans le domaine de l amélioration de la plante. Mais aujourd hui ce discours change et ce nouveau dynamisme devrait permettre à des organismes comme l INRA de reprendre des recherches sur la plante en général et notamment sur les racines. L innovation est un réel challenge pour les années à venir et toutes les technologies disponibles, y compris biotechnologiques y compris OGM-, doivent être mobilisées que ce soit par les opérateurs académiques ou par les industriels. Les grands instituts académiques devraient donc lancer de nouveaux travaux ambitieux sur l efficacité des racines, sur le fonctionnement photosynthétique des plantes et sur leur aptitude à produire même en conditions brusques et adverses. Avec des espèces modèles, des stratégies potentiellement intéressantes sont étudiées pour améliorer la digestibilité de la lignocellulose ; d une manière générale la recherche sur la biosynthèse et la structure des parois végétales doit être amplifiée. Des approches interdisciplinaires sont nécessaires dans ce domaine. Ghislain Gosse, Président d Agro-Transfert Ressources et Territoires Il faut se tourner vers des cultures végétatives, comme les racines.» La création de nouvelles variétés est un processus lent d innovation qui se compte en dizaine d années et qui nécessite un investissement non seulement en biotechnologies mais aussi en amélioration des plantes. Les autorités réglementaires devront faciliter un accès plus rapide à ces nouvelles variétés en prenant en compte la maîtrise du risque, validée par les millions d hectares déjà produits, tout en expliquant leurs décisions à la société. Trouver de nouvelles terres, améliorer les plantes et leur productivité et accepter des prix élevés sont les principaux défis qui devraient permettre d augmenter la production agricole pour alimenter les ambitions de cette jeune industrie qu est la biotechnologie, d ici 10 à 20 ans. session 2 / page 24

27 Session 3 La bioraffinerie comme outil industriel de production Qu entendons-nous par bioraffinerie? Une bioraffinerie est un ensemble industriel, localisé sur un même site, qui transforme la biomasse agricole et forestière en une diversité de produits biosourcés (alimentation humaine et animale, produits chimiques, biomolécules, agro-matériaux) et de bioénergie (biocarburants, électricité, chaleur) dans le cadre d une stratégie de développement durable. C est donc à la fois la transformation de la plante dans sa totalité en valorisant tous ses constituants et l intégration des composantes d un site industriel pour réaliser un véritable «Métabolisme Industriel». Etat des lieux À ce jour, il existe 34 bioraffineries en Europe, principalement situées dans le nord. Ces bioraffineries peuvent être décrites selon deux modèles que l on retrouve à parts égales dans le monde entier. Elles se caractérisent par deux démarches différentes : - la première consiste en des bioraffineries de quelques milliers de tonnes de capacité utilisant des biomasses peu différenciées venant du monde entier. Elles sont donc installées dans des ports comme aux Pays- Bas, à Rotterdam ou à Gand («Bioenergy Valley»), session 3 / page 25

28 Où sont les bioraffineries en Europe? - 34 bioraffineries - 16 principaux ports maritimes européens - 75 % des sites de bioraffinerie et 70 % des plus grands ports maritimes sont situés dans un périmètre entre la France, l Allemagne, le Danemark, la Belgique, les Pays-Bas et le Royaume-Uni. - la seconde est représentée par des bioraffineries traitant quelques centaines de milliers de tonnes de biomasse par an. Elles sont installées en zone rurale, créant ainsi un lien fort avec les producteurs agricoles. Ces derniers sont donc associés à la répartition de la création de valeur en adaptant la plante à la stratégie de la bioraffinerie, à proximité de la production de la biomasse. Le développement des bioraffineries ne saurait être ce qu il est sans les nombreux projets et soutiens mis en place que ce soit en Europe ou aux Etats-Unis. À ce sujet, il est couramment admis que le soutien à l essor des bioraffineries est 20 fois supérieur aux Etats-Unis qu il ne l est en Europe. En effet, aux Etats-Unis, les pouvoirs publics affichent un soutien conséquent à la recherche et à l innovation ainsi qu à des démonstrations concrètes. Ainsi, en 2009, ce ne sont pas moins de 19 projets de démonstration qui ont été financés par le Département de l Energie (DOE), au titre du développement des bioraffineries pour les biocarburants avancés et les bioproduits. Ils ont représenté 1,3 milliard de dollars, dont près de six projets pilotes représentant chacun de 50 à 80 millions dollars. En Europe, le «FrameWork Programme 7 ( )», le 7 ème programme cadre pour la recherche et le développement technologique, session 2 / page 32 Plan de la zone d activité «Les Sohettes»

29 est un outil de financement pour des projets de recherche et de développement collaboratifs. Dans ce cadre, l Union Européenne a mis en place une action sur les bioraffineries, action au sein de laquelle trois projets ont été retenus : - Eurobioref, un projet de 40 millions d euros piloté par le CNRS (France), - Biocore, un projet de 20 millions d euros piloté par l INRA (France), - Suprabio, un projet de 20 millions d euros piloté par Cambridge (UK). Parallèlement, cette action a soutenu un projet horizontal baptisé «Star Colibri», à l origine de deux rapports sur la stratégie des bioraffineries. Il s agit de : - «Joint European Biorefinery Vision for 2030», pour une vision européenne à l horizon «European Biorefinery Joint Strategic Research Roadmap», un texte qui analyse et identifie les besoins tant d un point de vue industriel que de la recherche. Le but est bien de transformer des produits à faible valeur ajoutée en produits à haute valeur ajoutée. Pour parvenir à cet objectif, les bioraffineries doivent faire face à plusieurs défis qu il est possible de résumer en cinq points : le développement de technologies efficaces et compétitives, l intégration pour un Métabolisme Industriel, la diversification des produits, le dimensionnement de la bioraffinerie, la création et l essor des Clusters entre les acteurs. Principaux défis des bioraffineries Les bioraffineries fractionnent la biomasse en récupérant les principaux constituants de la plante : les lipides, les carbohydrates, les protéines. Plusieurs technologies sont ensuite utilisées pour transformer ces matières premières en divers produits. Mais l innovation se doit d être au cœur des débats pour augmenter et diversifier la production de biomasse. Car si transformer du sucre en éthanol est quelque chose de connu et de maîtrisé, transformer de la lignine en molécules pour la chimie fine l est moins. Pourtant c est ce niveau technologique que les bioraffineries tentent d atteindre. Les étapes de la raffinerie du végétal session 3 / page 27

30 Développement des technologies Les technologies utilisées aujourd hui dans les bioraffineries n ont pas encore atteint le niveau que peuvent revendiquer les technologies matures du raffinage du pétrole. En effet, développées il y a bien longtemps, les technologies de raffinage du pétrole sont aujourd hui toujours efficaces. En revanche, la jeunesse des biotechnologies industrielles leur confère une grande marge de progression.elles doivent trouver leur propre technologie, les matières premières étant différentes de celles des raffineries de pétrole. Divers procédés sont actuellement testés dans le monde entier. Ainsi, par exemple, au Brésil, la production de bioéthanol a pu être considérablement améliorée et son efficacité a été multipliée par dix au cours des 30 dernières années. D où la certitude que des efforts de recherche et d innovation sont absolument indispensables pour permettre l essor de la stratégie des bioraffineries. Des développements sont nécessaires aussi bien en ce qui concerne le prétraitement que les procédés de production eux-mêmes : - en effet, pour le prétraitement, la flexibilité des procédés pour fractionner la biomasse semble impérative. Il permettra, par exemple, de séparer les divers composants à partir de la lignocellulose (la cellulose, l hemicellulose et la lignine), aussi bien par des méthodes physiques, physico-chimiques ou enzymatiques. - d un point de vue production propre, plusieurs améliorations s imposent. Une des premières priorités pourrait porter sur le développement de nouveaux biocatalyseurs (microorganismes et enzymes) en tenant compte des contraintes industrielles et en tirant profit des progrès du génie métabolique. Des recherches devraient également aider à perfectionner les procédés thermochimiques appliqués à la biomasse, tout en améliorant la qualité des produits obtenus. On peut par exemple imaginer une amélioration de la pureté des gaz de synthèse, dits syngas, utilisés pour la conversion catalytique, ou de celle des huiles de pyrolyse. Parallèlement, de nouveaux catalyseurs devraient être développés pour permettre la transformation de la biomasse en milieu aqueux, y compris en utilisant le criblage à haut débit. La conversion des lipides, de la lignine et d autres polymères naturels tels que les polysaccharides pourrait quant à elle être maximisée en associant la catalyse et la biocatalyse en milieu aqueux. Wim Soetaert, Professeur à l Université de Gand, Belgique Nous devons arriver à transformer de la matière première à faible valeur ajoutée en produit à haute valeur ajoutée.» En ce qui concerne l eau, l optimisation de sa gestion devrait être accompagnée d une attention toute particulière quant à son recyclage et sa réutilisation. Enfin, il ne faut en aucun cas négliger les avancées scientifiques réalisées aussi bien en biologie de synthèse qu en biologie des systèmes pour créer et réguler des fonctions biologiques nouvelles utiles pour la bioraffinerie. Intégration pour un métabolisme industriel L intégration de différentes technologies et de l ingénierie devrait amener à l utilisation de la totalité des composants d une plante sans qu il n y ait aucun déchet. En d autres termes, il s agit de valoriser tous les composants de toutes les plantes traitées dans la bioraffinerie et d éliminer les déchets et les sousproduits. Cette avancée passe par plusieurs optimisations de la situation actuelle : - les procédés doivent être décloisonnés ce qui permettra d obtenir une intégration rationnelle session 3 / page 28

31 basée sur la modélisation tout en prenant en compte le recyclage aussi bien que la gestion de l eau. Cette démarche ouvre la voie à des bioraffineries intégrées et flexibles en mesure d utiliser de multiples sources de biomasse à travers différents procédés, et ce dans le but de générer des produits diversifiés. - l évaluation de la durabilité de la bioraffinerie intégrée doit être réalisée de manière rationnelle. Elle passe donc par le développement des analyses des cycles de vie en utilisant les méthodes reconnues. - l intégration de la bioraffinerie c est aussi son adaptation sur son territoire, une notion particulièrement vraie pour les bioraffineries établies en milieu rural. Cette intégration s étend à la région agricole d approvisionnement et aux relations avec le monde agricole, ce qui permettra d optimiser les conditions d accès à la biomasse. Il est donc indispensable d analyser les impacts de l intégration des systèmes agricoles dans les bioraffineries. - cette intégration ne saurait être réussie sans une recherche en sciences humaines et sociales afin de faciliter les coopérations de toutes les parties prenantes dans le cadre de l intégration entre les territoires et la bioraffinerie. Des produits diversifiés La bioraffinerie ne prendra son essor que dans le cadre d une grande diversité de produits. Cela implique donc une cohabitation entre des marchés de masse à faible valeur ajoutée et des marchés de niches générant des valeurs ajoutées élevées. Mais cette diversité a un impact direct sur la structure industrielle ce qui n est pas sans créer certaines difficultés, selon les sociétés, et notamment sur la régularité des approvisionnements. Par ailleurs, les sociétés cotées en bourse subissent bien souvent une pression des marchés qui les poussent à se concentrer sur un seul métier, un frein pour appréhender cette diversité des produits, des matières premières et des procédés. Ainsi, il semblerait que la maîtrise d une telle stratégie appliquée à une bioraffinerie serait plus facile pour les entreprises familiales (Roquette, Cargill) et les groupes coopératifs (Siclae, Sofiproteol). Ian Hudson, Président Europe, Moyen-Orient et Afrique de DuPont de Nemours International Il faut définir les produits chimiques que nous voulons substituer.» session 3 / page 29

32 biopolymères. Dans un autre domaine, l habitat se construit également avec des bétons de chanvre ou de lin, des feutres biosourcés - les bioénergies, dont les biocarburants, utilisées soit pour la production de chaleur et d électricité à partir de biomasse (cogénération), soit pour la production de biocarburants de première génération (bioéthanol, biodiesel), de deuxième génération (éthanol à partir de lignocellulose), ou encore de troisième génération (par exemple à partir de micro algues). - des ingrédients et actifs pour l alimentation humaine et animale ou pour les cosmétiques. Quoiqu il en soit, cette diversité se traduit par un grand nombre de familles de produits et de marchés : - les biomolécules : parallèlement au remplacement des molécules carbonées fossiles par des molécules renouvelables et à la diminution de la production de gaz à effet de serre, l évolution de la réglementation (Reach en particulier) provoque une demande industrielle pour les produits agrosourçés. L intérêt se porte sur les synthons et les molécules plateformes comme l acide succinique ou des molécules en fin de chaînes de production comme les biolubrifiants, les vernis, les bioplastifiants, les bioadhésifs, les solvants verts ou encore les tensioactifs. - les biopolymères et les agro-matériaux : dans le domaine de la plasturgie et des composites, les fibres de carbone utilisées en renfort peuvent être remplacées par des fibres de lin ou de chanvre en utilisant un liant de Quelle dimension? Pour certains, tout ce qui est petit est beau. Mais l efficacité ne saurait être atteinte sans une taille conséquente. Ainsi, l augmentation d échelle des bioraffineries est un passage obligé pour atteindre une réelle compétitivité par rapport à la pétrochimie et à l industrie chimique. Ce point de vue nécessite cependant d être nuancé. En effet, la flexibilité demeure la priorité et la taille dépendra non seulement de cette flexibilité voulue et obtenue mais aussi de l accès aux différents types de biomasse. Un point de vue que la Commission de l Union Européenne soutient. Car on ne peut ignorer l importance de la fiabilité de l approvisionnement en matière premières. Par ailleurs, si cette matière première doit être transportée sur plusieurs milliers de km pour arriver à la bioraffinerie, toute l énergie économisée serait perdue en transport. Ajit Sapre, Directeur Recherche de Reliance L approvisionnement en matières premières sera décisif pour la taille de la bioraffinerie.» session 3 / page 30

33 Ainsi, il est possible d obtenir un effet positif d échelle en associant les activités alimentaires et non alimentaires sur les mêmes sites de bioraffineries. Création de clusters entre partenaires Pour que les bioraffineries perdurent, la création de partenariats est essentielle. Ainsi, le concept de cluster s applique tout particulièrement aux sites de bioraffineries. Il permet de réunir sur un même site des industries pouvant être de nature différente selon les procédés qu elles mettent en œuvre et les produits qu elles fabriquent. On parlera parfois d écosystème industriel, les diverses entreprises présentes sur le site se fournissant de l une à l autre en produits semi-transformés ou en énergie et mettant en commun des moyens de traitement des effluents. C est notamment le cas des sites hollandais de Rotterdam ou de Gand où six sociétés travaillent étroitement ensemble ou, en France, le site de Pomacle-Bazancourt situé en Champagne-Ardenne. La mise en réseau à l échelle régionale est aussi performante pour l essor des bioraffineries, preuve en est le pôle de Compétitivité «Industries & Agro- Ressources». Ces défis et les réponses évoquées montrent la possibilité d amélioration de cette jeune économie qu est la bioéconomie. Les bioraffineries n en sont qu à leur début mais confirment déjà la possibilité d une économie durable. Bioraffinerie et raffinerie de pétrole : différentes mais complémentaires Chacun semble convaincu que le développement de la chimie verte passe par l utilisation des compétences de l industrie chimique et pétrochimique. Les deux types de raffineries semblent différentes de par notamment les matières premières utilisées, à l opposée l une de l autre. Pourtant même si les deux familles de technologies n ont pas du tout la même maturité, elles ont des points communs et des complémentarités. Certaines évidences nécessitent d être réaffirmées : dans le moteur à explosion le carburant (l essence ou le gas-oil) et le comburant (l oxygène) sont tous les deux des produits de la photosynthèse. En effet, l oxygène atmosphérique est le résultat de la lyse de l eau par la photosynthèse en utilisant l énergie lumineuse solaire. Le pétrole brut est une biomasse qui a subi un prétraitement d au moins quelques dizaines de millions d années! Les réserves fossiles générées au cours de plusieurs millions d années vont êtres consommées en moins de deux siècles et représentent donc l absolu contraire du développement durable. Par ailleurs, le niveau énergétique des molécules issues du pétrole est incontestablement plus élevé que celui des molécules venant de la biomasse qui intègrent de l oxygène. Mais si les molécules pétrolières brûlent et explosent très bien, elles doivent franchir de grandes barrières d énergie d activation pour donner des molécules de la chimie fine. Les molécules de la biomasse quant à elles ne se heurtent pas à des barrières d énergies d activation aussi élevées et peuvent ainsi bénéficier plus directement de la biocatalyse. session 3 / page 31

34 Session 4 Vers une écologie industrielle L écologie existe depuis 150 ans! Elle s est développée en même temps que la technologie du monde moderne et de la chimie en particulier. L écologie industrielle, d inspiration plus récente, regroupe l ensemble des actions sociétales mises en place pour garantir la résilience et la durabilité des usines. Les bioraffineries, de par leur fonction même de traitement de la biomasse, sont des usines souvent données en exemple en écologie industrielle. En effet, celle-ci implique entre autre la prise en compte de l environnement. Pour y arriver, elle milite pour l établissement de protocoles de mesures pour définir une situation aussi durable et aussi respectueuse de l environnement que possible et pour en suivre l évolution au cours du temps. Ces mesures permettent ainsi d observer de façon quantitative les fluctuations du procédé et d y remédier en cas de dérive. Ces programmes sont fortement recommandés par la Commission européenne et accompagnent de plus en plus les règlements nationaux qui dérivent de ces directives. La variabilité des matières premières utilisées dans les bioraffineries, inhérente à leur production souvent décentralisée, et la complexité des procédés de transformation forment un tout. Les matières premières et les procédés répondent chacun à un corpus réglementaire particulier qui a tendance à devenir de plus en plus rigoureux que ce soit à un niveau local, régional, national ou, dans le cas de l Europe, communautaire. Le suivi de leur application, par les producteurs mais aussi par les agents de contrôle officiels, devient incontournable, d où la mise en place en amont d études modélisées dont les résultats devront être reconnus par tous. Parallèlement, les groupes de protection de l environnement, souvent à l origine de ces réglementations et donc source de dynamisme, sont fortement motivés mais parfois peu réalistes face aux exigences industrielles du terrain. Mais ce dynamisme ne doit pas pour autant faire abstraction des données économiques souvent génératrices du développement de l emploi et de la valeur ajoutée. Pour tenter de résoudre ces questions, l un des principaux systèmes, aujourd hui avalisé par tous, est l analyse des cycles de vie : une approche standardisée pour mesurer l impact environnemental des émissions de gaz à effet de serre et la consommation d énergie. De nombreuses industries utilisent déjà cette approche en Europe dont les bioraffineries. session 2 / page 30

35 Toutefois il faut reconnaître que son application n est pas uniforme dans tous les pays européens, et à fortiori au niveau mondial. On peut par conséquent légitimement se poser la question de savoir comment l optimiser. Alfredo Aguilar, Chef de l unité Biotechnologies de la Commission européenne Nous avons besoin d avoir un langage commun.» Les analyses de cycle de vie Les analyses de cycle de vie telles qu elles sont pratiquées actuellement ciblent essentiellement les émissions de GES (gaz à effet de serre). Dans le cas des raffineries, elles permettent de répartir les émissions de CO 2 sur les différents produits finis. Il s agit donc d affecter l émission des polluants dans une industrie qui fabrique des produits multiples. Ces analyses pourraient d ailleurs être étendues aux questions liées à la biodiversité, comme le proposent les lois du Grenelle en cours en France. Une vision globale pour une bioraffinerie efficace Michel Boucly, Directeur Général Adjoint de Sofiprotéol «Engagé dans l utilisation et la valorisation des graines oléagineuses en France, en Europe et en Afrique, Sofiprotéol développe une vision globale avec une valorisation multi-usages des graines, source de protéines pour l alimentation animale et pour la fabrication d huiles à usage alimentaire, énergétique ou chimique. En tant qu établissement financier, nous sommes soit actionnaire minoritaire d entreprises partenaires comme Limagrain, Champagne-Céréales, soit majoritaire, comme pour Lesieur, Diester ou Sanders, ce qui nous permet d avoir un rôle décisif notamment dans l industrie de la transformation. Chez Sofiprotéol, nous considérons que l efficacité d une bioraffinerie passe par le développement de plusieurs débouchés. Notre concept est basé sur l utilisation et la valorisation de la plante dans sa totalité. Certains éléments seront destinés à l alimentation animale ou humaine, d autres à l énergie et enfin d autres à la chimie. D où la nécessité d avoir une connaissance des divers marchés pour piloter ces transformations multisectorielles, ce qui implique des équipes marketing diverses et adaptées. Autre condition du succès, la gestion des matières premières, qui pour un certain nombre d applications représente 60 à 70 % de la valeur du produit fini, mais moins pour des produits chimiques plus sophistiqués. Parallèlement, en amont, nous recommandons une gestion contractuelle des approvisionnements afin d en garantir la régularité. Car, malgré la volatilité croissante apparue ces dernières années, l industrie agricole en attend une rémunération conforme au marché. Cela suppose donc d avoir des capacités d arbitrage et de trading, un autre métier complémentaire à la connaissance des marchés avals. D une façon générale, l émergence de la bioraffinerie nécessite une réelle prise en compte des thématiques environnementales, une optimisation de l ensemble des flux allant des pratiques des producteurs agricoles jusqu à l aval afin de maximiser l efficacité énergétique et environnementale du système que constitue la bioraffinerie.» session 4 / page 33

36 Christopher Mallett, Vice-Président Corporate de Cargill Le développement de la chimie verte s imposera par des économies de coût ou les avantages fonctionnels qu elle apporte.» de programmation linéaire. Ces contributions marginales aux émissions de CO 2, définies pour chaque produit, donnent une clé des répartitions particulièrement pertinente et guide plusieurs décisions économiques. On peut aisément conclure que la contribution marginale doit servir de référence lorsque des décisions de fabrication, d importation ou d échanges de produits entre raffineries ou entre zones de raffinage doivent être prises. D après le Professeur Denis Babusiaux, de l Institut Français du Pétrole, son application en raffinerie pétrolière passe par la programmation linéaire. Une programmation linéaire est une méthode qui définit la marche optimale pendant une période donnée, et donc les quantités qui vont circuler au sein même de la raffinerie. Cependant la particularité d une raffinerie réside dans une production de coproduits. Dans ce cas, il existe une infinité de clefs de répartition des émissions de polluants et de gaz à effet de serre d une usine entre les différents produits finis. La plupart des analyses utilisent une comptabilité s appuyant sur des calculs de prorata en masse ou en contenu énergétique. Cependant, si la contribution pondérale moyenne de la fabrication d un produit aux émissions générées n admet pas de réponse unique, la contribution marginale, en valeur, peut être calculée en particulier à l aide des modèles Impact des cycles de production agricole Dans le cas particulier de la durabilité des bioraffineries, l amont agricole et le cycle des cultures prennent toute leur importance et doivent être absolument pris en compte. En effet, l apport des intrants azotés joue un rôle important pour la productivité des cultures, mais est aussi un agent de perturbation très négatif vis-à-vis de la production des gaz à effet de serre. À ce sujet, des travaux en cours depuis vingt ans montrent des résultats très encourageants. Si, il y a 20 ans, on apportait en moyenne en France 200 kilos d azote à l hectare de betterave pour un rendement moyen de 50 tonnes à l hectare, aujourd hui on n apporte que 100 kilos d azote pour des rendements moyens de 100 tonnes. Les rejets de gaz à effet de serre ont pu ainsi être divisés par quatre. Ce résultat met donc en lumière session 2 / page 30

37 l importance des travaux de génétique qui ont permis l amélioration de la photosynthèse des plants de betterave et les travaux de physiologie végétale qui ont permis celle de leur consommation en intrants. L analyse de cycle de vie de la culture betteravière a donc largement contribué à la production sucrière et au deuxième degré à celle de l éthanol. Cet exemple démontre que les écosystèmes doivent être pensés dans leur globalité. Dominique Dutartre, Président d IAR L écologie est le respect du milieu. Il faut intégrer le cycle de production agricole.» Une problématique similaire doit être enclenchée dans le cas de l eau, la disponibilité de l eau étant également un élément important d équilibre du système écologique. Le site agro-industriel de Bazancourt-Pomacle, situé dans la Marne, en est une bonne illustration. Sur ce site, deux usines importantes sont associées : une amidonnerie de blé est juxtaposée à une sucrerie. Cette dernière traite, en automne, deux millions de tonnes de betteraves en 100 jours avec 1,5 million de m 3 d eau. Cette eau de traitement, après épuration, est directement réutilisée dans le procédé amidonnier, diminuant d autant le pompage dans la nappe phréatique. bioraffineries de seconde génération. On conçoit donc clairement qu une certaine rigueur doit s imposer et que l on doit éviter l application trop rapide de concepts non consensuels, comme celui de l utilisation des sols et l effet indirect de cette utilisation qui risquent de pénaliser certaines utilisations. Des exemples de réduction de GES Dans une vision à très long terme, le DOE (Département américain de l énergie) a calculé qu en 2100, 80% de la chimie sera réalisée avec des matières premières renouvelables d origine biomasse. A cet égard la production brésilienne d éthanol à partir de canne à sucre dont l énergie est fournie par la bagasse donne Mais, l analyse de cycle de vie raisonne en produit d où la difficulté des allocations pour chaque élément d une production agricole, les analyses variant d une ferme à une autre. Aux Etats-Unis, par exemple, la société John Deere a établi deux types de modèles : le premier concerne les coûts et les émissions produites par une exploitation agricole classique, le second prend également en compte les éléments nécessaires à la production des matières premières utilisables pour les session 4 / page 35

38 déjà un très bon rapport d émission de GES. Plus près de chez nous, sur le site industriel alsacien du Groupe Roquette, à Blenheim, la mise en route d une chaudière à bois va diminuer de 70% la consommation de gaz naturel et donc des émissions associées. Un projet de géothermie basé sur le pompage d eau chaude à 160 C permettra dans les quatre ans de supprimer les 30% restants. L électricité utilisée sur le site étant d origine hydraulique et par conséquent non génératrice de GES, la bioraffinerie fonctionnera entièrement sans rejet d émission. Ce site produit entre autres tonnes d éthanol. Le site de Lestrem, du même groupe, consomme 120 Mégawatts, dont 80 en autoproduction. Le site devrait augmenter sa consommation pour atteindre 320 Mégawatts en utilisant des chaudières électriques, simples à démarrer, et des réseaux de gestion de la production d électricité actuellement à l étude. Cette augmentation permettra de rajouter à la consommation actuelle l électricité nécessaire pour la production de vapeur qui substituera le gaz naturel actuellement utilisé. Cette électricité étant elle-même produite pour une très large part par la production nucléaire ou hydraulique et demain par les moyens de production renouvelables tel l éolien ou le photovoltaïque, il est tout à fait concevable qu à terme la production de GES soit également très proche de zéro sur ce site. Trouver une harmonisation L Europe fait figure d exemple en ce qui concerne la diminution des gaz à effet de serre et l application des concepts d analyse des cycles de vie pour les bioproduits. Toutefois il devient très urgent de trouver des bases communes d appréciation, non seulement à l intérieur d un secteur industriel donné, mais aussi entre les différents secteurs. À cet égard, les récents objectifs imposés à l industrie du raffinage divergent de ceux auxquels se propose d arriver l industrie automobile. L industrie automobile demande plus de diesel, un produit qui nécessite plus d énergie que l essence pour sa fabrication en raffineries. Une analyse synthétique, basée non pas sur les secteurs industriels mais sur les chaînes de valeur, reste à être engagée. Ce modèle devra être valable non seulement au niveau régional, mais il devra aussi être unifié au niveau mondial. Et ce malgré les légères différences dans son application qui peuvent apparaître et se justifier localement. Car l écologie industrielle ne sera cohérente que si l on atteint une certaine homogénéisation et non une différenciation par région. Des mesures régionales différentes compliqueraient les enjeux industriels. Il est donc impératif d avoir une analyse commune du cycle de vie. Daniel Thomas, Vice-Président d IAR La bioraffinerie ne sera jamais totalement définie sans une connaissance des activités amont et aval.» À ce titre, le pôle IAR développe un programme de recherche sur le concept de métabolisme industriel. Il devrait permettre d impliquer l ensemble des questions liées au développement des bioraffineries. Taxation des GES La problématique des taxations des gaz à effet de serre doit également aboutir à une harmonisation. Ce sujet demeure très sensible même si, d après certains, la taxe permettrait de répartir efficacement les effets de maîtrise des émissions. Certains pays imposent déjà des taxes sur les produits émettant des gaz à effet de serre, et ce malgré la difficulté à estimer ces volumes. D autres réfléchissent session 4 / page 36

39 encore et repoussent leur décision. C est le cas de la France qui a abandonné le projet de taxe carbone en attente d une législation européenne. Mais, à ce jour, aucun accord européen n a pu être entériné en ce qui concerne la taxation de la production d énergie en fonction de sa capacité à émettre des gaz à effet de serre. Albretch Shaper, Directeur Général de Nord Zucker Sans un système de taxation commune sur l énergie fossile, la bioénergie aura du mal à s imposer.» De façon générale, de nombreuses questions environnementales et sociales restent aujourd hui sans réponse, principalement au niveau international. Des travaux de recherche doivent être entrepris afin d éclaircir ces problématiques de l écologie industrielle à la production agricole pour l alimentaire, la production énergétique ou chimique et l importation de la matière première d origine biomasse ou des produits qui en sont dérivés. Une des difficultés à répondre à ces questions est qu elles sont aussi bien d ordres politique, technique que scientifique. Toutefois le développement de cette jeune industrie qu est la bioraffinerie ne doit pas être freiné par des questions dont certaines ne trouveront de réponse qu en progressant. Le raffinage et la chimie organique, des industries qui peuvent être qualifiées de «vieilles», n ont pas toujours d explications à toutes leurs problématiques. Laissons à la jeune industrie le temps de prouver ses compétences premières et les solutions apparaîtront à leur rythme. session 4 / page 37

40 Session 5 Les modèles français et européens Le développement de l utilisation de la biomasse a des incidences sociales et environnementales, rendant le débat complexe et souvent polémique. La croissance démographique, qui amènera d ici à 2050 la population mondiale à 9 milliards d habitants, conduit à s interroger sur la capacité de la planète à nourrir un tel nombre de personnes. Le sommet des chefs d Etat du G20 à Nice fin 2011 s est penché sur le sujet des matières premières alimentaires en cherchant à limiter la spéculation financière. Il a recommandé de produire plus en quantité, mieux en qualité et ce malgré des ressources très concurrentielles. Chaque pays doit donc bâtir un modèle robuste et pérenne sur le plan économique, tout en assumant une responsabilité sociale et environnementale. La politique européenne conduite en matière de développement des biocarburants démontre parfaitement l influence que peut avoir la politique agricole et environnementale de l Europe sur la politique énergétique. Le modèle français La France, premier producteur agricole européen, et dont l agriculture représente environ 15% des emplois français, a voulu apporter une réponse à ces enjeux. L agriculture, via sa participation à la production de biomasse est désormais reconnue comme une source possible de chaleur et d énergie. Le secteur de la forêt apparaît également comme un élément de captation de carbone, d où la nécessité de développer son exploitation. Ces évolutions se sont faites en prenant en compte trois dimensions. Christiane Lambert, Vice-Présidente de la FNSEA L agriculture française nous garantit aujourd hui une auto-suffisance en produits biosourcés.» session 5 / page 38

41 Politique agricole volontariste La PAC (Politique Agricole Commune) a été déterminante pour la production de biocarburant en tant que problématique uniquement agricole, puis énergétique. Les objectifs de réduction d émissions de gaz à effet de serre ont motivé les mesures d aide mises en place, notamment pour les jachères non alimentaires. Parallèlement, la politique fiscale qui s est traduite par une détaxation à la production a eu, et tient encore aujourd hui, un rôle déterminant dans la consolidation des filières. A l époque, la volatilité du prix du pétrole a entraîné de nombreux débats animés, que ce soit au sein du monde agricole ou dans l opinion publique. Malgré ces controverses, des politiques publiques ont pu être maintenues, grâce notamment à la ténacité des filières. Car la question du bouquet énergétique et de la diversification des sources a finalement été reconnue et admise de tous. Toutefois, une certaine vigilance est de mise, les projets de directive européenne ILUC (Indirect Land Use Change, soit changement indirect d utilisation des sols) pouvant remettre en question certaines valorisations de la biomasse. Une politique de filières Dans les années 1990, la construction de filières a nécessité des partenariats étoffés et une prise de risque des industriels. Les agriculteurs ont été amenés à réfléchir sur leur mise en culture en tant qu engagements durables des productions à finalité non alimentaire. Des politiques agricoles ont été adaptées imposant des conditions d octroi des aides afin d inciter à pérenniser ces choix de production. Dans le cas des biocarburants, l outil industriel de transformation existant est également essentiel pour la pérennité des productions. Aujourd hui, de nouveaux contrats gagnantgagnant ont été mis en place. Ces contrats prennent en considération l évaluation des prix des matières premières agricoles par pays et par producteur, des prix qui gardent un réel attrait par rapport à ceux pratiqués dans l alimentaire. Mais la volatilité des cours des matières premières agricoles a suscité une réflexion sur des dispositifs de rémunération adaptés. Outre les mécanismes actuels de régulation peu appréciés, la contractualisation durable entre producteur de denrées agricoles et transformateur pourrait alors conforter les synergies. Les enjeux du développement durable Les questionnements sur les enjeux du développement durable sont plus forts en France qu en Europe, et sans doute plus forts en Europe que dans le monde, chacun devant construire avec son propre environnement politique, associatif et réglementaire. Des argumentaires autour des cultures énergétiques ont pu ainsi être établis offrant au-delà de l aspect du biocarburant, un avantage agronomique. C est le cas du colza et du tournesol qui, avec des rotations culturales tous les trois ou quatre ans, favorisent les raisonnements agronomiques et la biodiversité cultivée tout en améliorant la fertilité des sols. Par ailleurs, ces cultures participent à l approvisionnement en protéines végétales pour l élevage, réduisant ainsi la dépendance en protéine pour l alimentation animale de la France et de l Europe, passant d un taux d autosuffisance en protéine végétale de 25 % il y a 10 ans à 55 % aujourd hui. Mais ces cultures, qu elles soient alimentaires ou non alimentaires, doivent être soumises aux mêmes règles environnementales. Concilier performances économiques et environnementales est une priorité, que ce soit dans les usines ou dans les champs. session 5 / page 39

42 Quand les gouvernements s impliquent Les résultats du G20 Le G20, réuni en 2011, a pour la première fois abordé la question de la sécurité alimentaire au plan quantitatif. Tous les Etats participants ont constaté l obligation de satisfaire les besoins alimentaires tout en recherchant une stabilité des prix dans un contexte de volatilité. Ainsi, il a notamment été décidé d augmenter les capacités de production agricole ainsi que les moyens de la recherche, d où la mise en place en septembre 2011 d une plateforme internationale de recherche sur le blé, une des quatre espèces les plus consommées dans le monde. Par ailleurs, une meilleure information sur les productions et leurs localisations, ainsi qu une meilleure transparence des échanges commerciaux, devraient permettre d améliorer la connaissance de la disponibilité alimentaire, source des fluctuations actuelles. Enfin, des mécanismes ont été évoqués pour limiter les positions dominantes d un certain nombre d opérateurs. Des dispositifs coupecircuit devraient ainsi être mis en place. Mais leur efficacité reste à être prouvée sur le long terme. Toutefois, dans chaque pays, des mécanismes d intervention privée pourraient compenser la faiblesse de l intervention publique. La réforme de la PAC La Commission européenne a présenté en octobre 2011 ses propositions dans le cadre de la réforme de la Politique Agricole Commune (PAC) prévue en La France, au travers de la FNSEA, se félicite du maintien d un budget que la Commission a conforté dans une certaine pérennité. La France soutient, sous réserve de certaines précisions, la proposition que 30 % d aides soit versées sous condition de verdissement supplémentaire. En revanche, les 7% des zones à focus écologique lui paraissent démesurés et ne devraient en conséquence n être que la base de discussions futures. Aussi, une certaine vigilance est préconisée quant aux modalités qui seront appliquées par les différents pays. Alfredo Aguilar, Chef de l unité Biotechnologies à la Commission européenne Les trois piliers d une bioéconomie sont l excellence, les besoins sociétaux et les intérêts industriels.» session 5 / page 40

43 L innovation, une réponse au changement climatique Il est aujourd hui mondialement reconnu qu il est plus urgent que jamais de freiner la croissance de la demande d énergie fossile, de diversifier les sources d approvisionnement et les combustibles, et de réduire les émissions qui déstabilisent le climat. L innovation doit prendre une place privilégiée au cœur des débats pour répondre aux nouveaux impératifs. Andrew Hagan, Directeur au World Economic Forum Il faut prendre en considération l opinion publique et ses émotions.» PGM (Plantes génétiquement modifiées), une solution controversée En 2010, les surfaces cultivées avec des PGM, plus couramment connues sous l appellation générale OGM (Organismes génétiquement modifiés), couvraient 148 millions d hectares, soit près de 10% des terres cultivées dans le monde et cinq fois la surface agricole utile en France. Les premières PGM, ont été cultivées au début des années Cette technique, basée sur l incorporation artificielle de matériel génétique complète un ensemble de technologies à la disposition du sélectionneur pour l amélioration des plantes cultivées. Si la réglementation européenne a mis des barrières importantes au développement des PGM, les grands pays de production agricole, hors Europe, les ont quant à eux rapidement acceptés. Les améliorations apportées par l utilisation de cette technique visent principalement la diminution des coûts de production des grandes cultures comme le soja et le maïs. Cette technique a été aussi employée pour améliorer les qualités nutritionnelles des plantes et leur contenu en matières premières utilisées par l industrie comme les huiles végétales, l amidon ou le sucre. Les impacts des changements climatiques ont des effets directs et/ou indirects variables sur l agriculture. La productivité du carbone et son adaptation deviennent alors un facteur dominant dans de nombreuses industries. Des besoins supplémentaires en solutions durables et efficaces énergétiquement apparaissent. Parallèlement, de nouvelles technologies devraient permettre de substituer les énergies fossiles. C est le cas notamment de la biomasse ou des biocarburants. Ces produits participent par exemple à la réduction de poids des véhicules automobiles en baissant les émissions de CO 2 ou encore à une meilleure isolation des bâtiments. Parallèlement l innovation passe aussi par la mise au point de solutions et de technologies de recyclage, privilégiant l utilisation de ressources renouvelables et développant des matériaux d une durée de vie plus longue. L efficacité énergétique Récemment, les questions énergétiques ont pris le devant de la scène. La demande mondiale continue de croître en raison, notamment, des principales économies émergentes, comme la Chine et l Inde, et de la demande stable mais soutenue des pays industrialisés. Pour faire face à cette croissance, il devient utile de mieux gérer l efficacité énergétique que ce soit dans un contexte industriel en augmentant le ratio rendement/énergie ou dans un contexte privé avec notamment une meilleure isolation de l habitat. Les technologies d extraction du pétrole et du gaz doivent être améliorées afin de renforcer leur rentabilité. Les technologies alternatives au pétrole, comme les nouveaux systèmes à propulsion ou encore l énergie marine, doivent être entérinées. Bien d autres exemples pourraient être cités, toutes les innovations ont un rôle à jouer dans le futur de l économie énergétique.

44 Les bioraffineries, une innovation collective Le développement et l implémentation des procédés de bioraffinerie est une absolue nécessité et constitue l un des fondements majeurs à l établissement d une économie durable basée sur les agro-ressources. C est en août 2010 qu est publié le premier rapport intitulé «le futur des bioraffineries». Force est de constater qu il démontre l intérêt croissant des gouvernements pour ces nouvelles technologies. Des nouvelles technologies qui ont déjà commencé à se développer dans le cadre de projets collaboratifs que ce soit en Europe, aux Etats-Unis, en Chine ou au Brésil. D autres en Inde, au Japon et en Russie sont aujourd hui en développement. Un état des lieux de cette technologie a permis de confirmer que la transformation de la ressource et la logistique d approvisionnement doivent être optimisées tout en améliorant les rendements. Mais les défis sont aussi commerciaux et stratégiques : une production plus durable, la recherche d un financement dans des conditions de plus en plus tendues et l intégration des produits issus de la bioraffinerie dans la chaîne de valeur existante. Quatre raisons en faveur de la biomasse La biomasse est une des réponses aux nouvelles exigences. Elle pourrait remplacer, au moins partiellement, le pétrole et ce pour quatre raisons : Avec l envolée du prix du pétrole, les bioproduits offrent une meilleure rentabilité. Au dessus de 100 dollars US le baril, les biocarburants deviennent rentables. La dépendance des importations de produits pétroliers est une source d inquiétude grandissante pour les perspectives économiques. D où la nécessité d un soutien politique pour inciter fortement à substituer une partie de la demande en pétrole par des biocarburants dont les matières premières, produites localement, améliorent l autosuffisance énergétique des pays. L engagement politique et le besoin urgent d une réduction des émissions de gaz à effet de serre pour un meilleur environnement devraient favoriser l industrialisation des bioproduits. À ce sujet, les protocoles de Kyoto et de Copenhague ont déjà permis d établir des réglementations dans ce sens aux USA et en Europe. Compte tenu de la croissance démographique, la demande en matières premières énergétiques est en constante hausse. Les réserves pétrolières ne sauront à elles seules répondre à cette croissance, d où le besoin de ressources alternatives durables. session 5 / page 42

45 À chaque pays son rythme Le Brésil a connu le succès de la première génération des moteurs hybrides de type flexfuel à base de canne à sucre (éthanol). Mais ces moteurs présentent certains inconvénients notamment de compatibilité et de corrosivité. La deuxième génération apportera-t-elle des solutions? La Chine, malgré le projet d une plateforme bio qui démontre un fort intérêt face à ces solutions alternatives, privilégie encore aujourd hui les débouchés alimentaires. Les Etats-Unis, de leur côté, ont dépassé le stade préconcurrentiel, ce qui rend les alliances difficiles. Le modèle économique américain s est donc créé autour de consortiums concurrents. En Europe, la chimie verte et les bioraffineries sont des axes majeurs d innovation et font partie intégrante des objectifs fixés par l Union Européenne dans leur programme baptisé «L Europe pour les citoyens» Ce programme prend en compte différents types de recherche et développement avec notamment une approche scientifique soutenue par le Conseil Européen de la Recherche (CER), le programme de recherche FET ou encore l Institut Marie Curie. Mais il inclut également les défis sociétaux tels que le développement agricole durable et la bioéconomie ou encore le développement des bioraffineries soutenus par des fonds privés et publics afin de créer un réel leadership industriel. Plus concrètement, il s agit donc de s orienter vers une économie à faible intensité de carbone, guidée par le concept de développement durable, ce qui permettrait de créer 1,5 million d emplois en Europe. Mais la mise en œuvre à grande échelle de bioraffineries intégrées est quelque peu ralentie aujourd hui dans l attente de plusieurs défis à relever. En effet, restent encore à régler les problématiques d approvisionnement de ressources durables, de source de financement, d obtention de technologies (et plus particulièrement de technologies de recherche appliquée en université), mais aussi des aspects plus stratégiques et commerciaux comme la rationalisation de la propriété industrielle et du droit des brevets ou la création de marchés. Enfin, pour qu une production à échelle industrielle puisse voir le jour, les infrastructures et la chaîne d approvisionnement doivent être améliorées et adaptées. En effet, la biomasse nécessite de prendre certaines précautions pour son transport et son stockage si l on veut éviter toute dégradation. Des mesures spécifiques de granulation, de densification et de transport sont donc recommandées. Potentiel économique de la Biotechnologie en Europe dans la chaîne de valeur (milliards ) : Matières premières 0, 63 Conversion : 1,4 Biocarburants 12 Biochimie 360 (18-20% des ventes en 2020) Bioéconomie en Europe : 2 trillions en 2020 (Source: Deloitte, Europa Bio, BTG, EU Commission) Le potentiel économique mondial de la biotechnologie à l horizon 2020 (milliards $) : Agriculture 15 Production Biomasse 89 Biomasse commerce 30 Auxiliaires pour la bioraffinerie 10 Energie pour la bioraffinerie 80 Produits chimiques des bioraffineries 6 Chaleur et énergie produite 65 (Source : Mckinsey) session 5 / page 43

46 À l horizon 2030 Il est aujourd hui possible d affirmer que l industrie chimique ne se développera qu en intégrant les biotechnologies et les nanotechnologies. À l horizon 2030, cette industrie sera la plus importante en termes de chiffre d affaires et en nombre de produits mis sur le marché. D après le cabinet d études McKinsey, c est en Asie qu elle affichera la plus forte croissance dans les ans à venir. Aussi l industrie chimique, qui utilise actuellement 8 à 10 % de matières premières renouvelables, pourrait en utiliser jusqu à 50 % d ici 2030, que ce soit dans les spécialités chimiques, la chimie fine ou les polymères. Mais pour un approvisionnement durable en ressources à base de biomasse, il faut non seulement se tourner vers des solutions alternatives, mais aussi créer des procédés d irrigation, des plans de rotation de cultures tout en améliorant les cultures avec des techniques de reproduction sélective et de modification génétique. Les agriculteurs de tous les pays ont ainsi un rôle à jouer. Le système bio-économique doit donc être construit en collaboration avec des secteurs de production privés : l agriculture, les cultures aquatiques et la forêt. C est de là que naîtront les produits du futur. Et c est à cette condition que la chimie verte pourra, d ici 2030, contribuer à hauteur de % aux ventes globales de la chimie. Eric Giry, Chef du service de la stratégie agroalimentaire et du développement durable au Ministère de l Agriculture Nous devons faire attention à ne pas créer une autre dépendance avec les produits bio-sourcés.» De façon générale, les bioraffineries seront un des principaux moteurs de la croissance de la chimie verte en Europe. Les débouchés seront divers, les biocarburants en étant un des principaux. Mais le contexte international de concurrence très vive dans lequel ils évoluent incite fortement à réaffirmer un volontarisme industriel et à poursuivre des stratégies collectives. Site industriel de Pomacle Bazancourt session 5 / page 44

47 Conclusions et recommandations Les Entretiens IAR ont permis des échanges très riches entre les participants en s appuyant sur leur diversité et leurs complémentarités. Plusieurs continents étaient représentés et la comparaison entre plusieurs modèles de bioraffinerie a pu sous-tendre les débats. Une caractéristique nécessaire pour la bioraffinerie a été mise en avant par tous les participants : la Flexibilité. La Flexibilité concerne la diversité des biomasses alimentant la bioraffinerie et les fluctuations des demandes des marchés en produits. De plus, au cours des 40 prochaines années, il y aura une évolution permanente de l utilisation de la biomasse pour donner de l énergie indifférenciée, des carburants liquides et des molécules pour la chimie. Le déplacement se fera de l énergie de base vers les carburants liquides puis vers la chimie qui sera dominante en Ces trois domaines d application sont en train de se singulariser comme le montre le décrochage du prix du gaz naturel par rapport à celui du pétrole, en particulier aux Etats- Unis. En effet le gaz est une source d énergie de base mais contribue peu aux carburants liquides et à la chimie. Les Entretiens IAR ont fait un bilan de l état de la science, des tendances de la recherche et des innovations technologiques en cours. L évolution industrielle dans la chimie, la pétrochimie et l agro-industrie a été discutée en confrontant les points de vue de toutes les parties prenantes. La demande des marchés boursiers pour «une marque, un Les Entretiens IAR, 15 et 16 novembre 2011, Chantilly métier» ne semble pas adaptée au «polymorphisme» de la bioraffinerie. Dans ce contexte, les groupes coopératifs et familiaux prennent une place très significative dans l essor des bioraffineries, pas uniquement en France. Les débats ont posé les problèmes de la relation entre le champ (l agriculture) et la bioraffinerie (l industrie) avec deux courants : L un fait l hypothèse de l existence d une biomasse indifférenciée produite au niveau mondial avec des transports sur toute la planète. La bioraffinerie sera dans les grands ports sans proximité avec l agriculteur. L autre souhaite une relation harmonieuse entre le monde agricole et la bioraffinerie avec des productions végétales adaptées et une répartition tout au long de la chaîne de valeur produite. La bioraffinerie sera rurale avec une proximité entre tous les acteurs qui se regroupent dans des clusters (comme le Pôle IAR). CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS / page 45

48 1. La réflexion a été alimentée par des études historiques. Avant la révolution industrielle, les exploitations agricoles consacraient une part significative de leurs surfaces cultivées (30% en France) pour des applications non alimentaires : énergie animale, colorants, tissus ou cordages. La problématique actuelle n est donc pas nouvelle. La transition en cours du pétrole vers la biomasse, donc de la pétrochimie vers la bioraffinerie a été très utilement éclairée au cours des Entretiens IAR par l analyse du passage du charbon au pétrole (de la carbochimie à la pétrochimie). La pétrochimie a émergé dans les années 1920, mais la carbochimie a perduré, et son développement ne s est fait qu après la seconde guerre mondiale avec un grand essor entre 1957 et 1965, c est-à-dire relativement récemment. Cet exemple nous montre que les transitions, même quand elles sont évidentes, ne sont pas rapides et qu il faut en tenir compte. 2. Tous les participants se sont accordés pour dire que le principal défi des prochaines années est l augmentation de la production agricole pour répondre aux demandes humaines croissantes. D après les estimations, la population mondiale dépassera 9 milliards d habitants d ici deux générations. Cette croissance confirme le besoin urgent d augmenter nettement la production agricole, les participants au débat pensent qu elle devra être multipliée par un facteur compris entre 1.5 et 2 (une majorité se prononçant pour le facteur 2). Aucune politique agricole n est possible avec une volatilité déstabilisante des prix. L augmentation de la production mondiale ne sera durable que si les prix sont stables et à un niveau suffisamment élevé : les agriculteurs ne continueront à produire que si leurs revenus leur permettent. 3. L innovation génétique végétale est un réel challenge pour les années à venir et toutes les technologies disponibles doivent être mobilisées par les opérateurs académiques, agricoles et industriels. La génétique végétale peut bien sûr permettre l amélioration des plantes pour leur comportement au champ, mais aussi pour les préparer à la transformation technologique dans la bioraffinerie (par exemple avec le génie enzymatique endogène). La bioraffinerie est la transformation de la plante dans sa totalité, en valorisant tous ses constituants, en faisant disparaître non seulement les déchets mais même les sous-produits. La bioraffinerie est aussi un ensemble industriel, localisé sur un même site suffisamment intégré pour réaliser un véritable «Métabolisme Industriel» 4. Ce métabolisme industriel est une composante de «l Ecologie Industrielle», branche relativement récente de l Ecologie. L Ecologie Industrielle regroupe l ensemble des actions sociétales mises en place pour garantir la résilience et la durabilité des installations industrielles. Les bioraffineries, de par leur fonction même de traitement de la biomasse, sont des usines souvent données en exemple en Ecologie Industrielle. Pour tenter d évaluer l empreinte écologique des bioraffineries (concernant l eau, les gaz à effet de serre ou les bilans énergétiques), les participants aux «Entretiens IAR» ont avalisé le rôle clef de l Analyse des Cycles de Vie (ACV). De nombreuses industries utilisent déjà cette approche, en particulier les bioraffineries. Toutefois, il faut reconnaître que son application n est pas CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS / page 46

49 uniforme dans tous les pays européens, à fortiori au niveau mondial. Une approche standardisée commune est nécessaire, il devient très urgent de trouver des bases communes d appréciation, non seulement à l intérieur d un secteur industriel donné, mais aussi entre les différents secteurs. 5. Le développement de l utilisation de la biomasse a des incidences sociales, environnementales, rendant le débat complexe et souvent polémique. Chaque pays doit bâtir un modèle robuste et pérenne sur le plan économique, tout en assumant une responsabilité sociale et environnementale. Les questionnements sur les enjeux du développement durable sont plus forts en France qu en Europe, et sans doute plus forts en Europe que dans le reste du monde, chacun étant amené à élaborer son propre modèle tenant compte des environnements politiques, associatifs et réglementaires locaux. Les bioraffineries devront être très flexibles, parfaitement intégrées dans les territoires, en mesure d atteindre le métabolisme industriel et en harmonie avec la production agricole. Si ces objectifs sont atteints, l essor des bioraffineries provoquera un changement de paradigme dans les activités humaines. Recommandations La flexibilité est le critère clef pour le choix d un modèle de Bioraffinerie. L essor de la Bioraffinerie doit être pensé comme un changement de paradigme dans les activités humaines. La production agricole devra être multipliée par un facteur 2 à l horizon Toutes les technologies disponibles doivent être mobilisées pour atteindre cet objectif. L augmentation de la production agricole mondiale n est possible que si les prix sont stables à un niveau suffisamment élevé. Une approche standardisée commune est nécessaire pour les Analyses des Cycles de Vie. La mise en place d un «Partenariat Public Privé» Bio dans l «horizon 2020» de l Union Européenne doit être une priorité. CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS / page 43

50 L Etat français soutient le développement de la chimie verte Les Entretiens IAR confortent la stature internationale du Pôle de compétitivité IAR dans le domaine de la bioraffinerie. En cofinançant cet événement, l Etat confirme son intention de soutenir le développement de la chimie verte, dans la continuité de sa politique menée dans le cadre du Grenelle de l Environnement. L évolution de l industrie chimique française dans cette voie, notamment en Picardie et en Champagne-Ardenne, lui permettra de diminuer sa dépendance aux ressources fossiles : la filière s est ainsi engagée, en 2007, à utiliser d ici % de matières premières d origine végétale dans ses procédés industriels, tout en diversifiant les ressources utilisées. Cette évolution assurera une meilleure valorisation de déchets organiques, qui manquent à l heure actuelle de débouchés, ce qui devrait également bénéficier à terme au secteur agricole. Le récent déplacement, le 27 septembre 2011, du Président de la République à Compiègne (Oise), sur le site industriel de Novance où il a défendu le développement du recours à des produits agrosourcés dans les processus chimiques, illustre l importance accordée par l Etat à cette thématique. Ainsi, à Compiègne, va être construite une bioraffinerie dans le cadre du projet P.I.V.E.R.T. (Picardie Innovations Végétales Enseignement Recherche Technologie), porté par le groupe Sofiprotéol et par le pôle IAR. Le projet P.I.V.E.R.T. est spécialisé dans le développement de bioraffineries de troisième génération pour la valorisation de la biomasse oléagineuse et forestière vers de multiples applications. Les capacités de recherche publique et privée seront rassemblées dans un même site constituant un Campus d innovation technologique mobilisant de nombreux enseignants et chercheurs, et permettant ainsi à P.I.V.E.R.T. de se mesurer aux meilleurs instituts dans le domaine de la chimie verte. Le Commissariat Général à l Investissement a labellisé ce projet au titre des Instituts d Excellence en matière d Energies Décarbonées en apportant un co-financement de 65 M, le coût total du projet étant de 219 M sur dix ans. D autre part de nombreuses autres aides publiques ont également été mises en place par l Etat afin d accompagner l émergence de la filière chimie verte, notamment via le Fonds Unique Interministériel (FUI) qui a permis le cofinancement de projets labellisés par les Pôles de compétitivité. Le FUI a ainsi soutenu dix-sept projets labellisés par le pôle IAR, (tels que Chiomiosub, Acosite, Finather 3 en Champagne-Ardenne ; BioTfueL ou BioH2 en Picardie), pour un montant total de 60 millions d euros. Enfin, l Agence de développement de la maîtrise de l énergie (ADEME), opérateur d Etat, a été dotée en 2010 d une enveloppe de 1350 M afin d appuyer le déploiement de démonstrateurs énergie renouvelable et chimie verte. Le secteur de la bioraffinerie présente un intérêt d autant plus grand qu il est destiné à avoir un impact extrêmement positif sur l attractivité des territoires - et notamment des territoires ruraux, sur lesquels cette industrie pourra être amenée à s implanter. En contribuant à la structuration d une filière complète autour de cette thématique, l Etat vise ainsi à la fois la ré-industrialisation des territoires concernés et la pérennisation de leur agriculture. C est dans cet esprit qu un soutien a par exemple été apporté au projet l ETAT / page 48

51 de plate-forme Bioraffinerie Recherches et Innovations (BRI), en Champagne-Ardenne. En permettant le rapprochement du monde de l enseignement supérieur et de la recherche, d acteurs privés dans le domaine de la Recherche Développement (R&D), d industriels, et d acteurs du monde agricole en mesure d assurer l approvisionnement en matière première, ce projet a permis de créer un vivier apte à conduire à l émergence d une filière nouvelle. C est avec le souhait qu une telle filière parvienne à se développer, qu elle permette une juste répartition des retombées économiques entre les différents acteurs impliqués, et qu elle puisse ainsi garantir un développement des territoires harmonieux et durable, que l Etat se réjouit d accompagner le pôle IAR dans l organisation de ces Entretiens de haut vol sur le thème de la bioraffinerie. l ETAT / page 49

52 L innovation vue par... La Région Picardie La Picardie a souhaité avec le Pôle IAR ouvrir le débat, aux plus hauts niveaux scientifique, industriel et institutionnel sur les enjeux et les conditions de développement des bioraffineries, alternatives industrielles à la raréfaction des ressources fossiles. Le succès de cette première édition des Entretiens IAR à Chantilly nous conduit à renouveler l opération tous les deux ans, pour faire un point régulier sur les avancées mondiales dans le domaine de la bioraffinerie et poursuivre cette réflexion commune engagée en novembre 2011 sur son avenir. Le rendez-vous est donc pris en Picardie à la fin 2013 pour de nouveaux Entretiens IAR, toujours à Chantilly. Sous l impulsion de pionniers et grâce à des choix stratégiques très précoces et partagés, la Picardie a su prendre le virage des agroressources, en réinventant son identité agricole et industrielle dont le poids dans l économie picarde est traditionnellement très important. En effet, la Picardie se situe aujourd hui au 2e rang pour le taux d occupation de la surface agricole exploitée et figure parmi les toutes premières régions industrielles en France. L association de ces deux activités donne d ailleurs son nom au pôle de compétitivité Industries et Agro Ressources et s accorde naturellement avec le modèle de bioraffinerie territorialisée défendu par ce dernier où la ressource est produite et transformée directement sur place. Au début des années 80, les Assises de la recherche ont engagé ce mouvement qui a permis de recréer un lien étroit entre le monde agricole et industriel. Très vite, la Picardie a créé des outils pour favoriser l émergence de projets industriels autour des agro-ressources. Le Centre de valorisation des glucides et produits naturels est né en 1984, à l initiative du Conseil régional de Picardie, des ministères de la Recherche et de l Agriculture. Depuis la validation de concept jusqu au transfert industriel, il développe de nouvelles utilisations des productions végétales dans les domaines de la chimie verte, de l alimentaire et de la cosmétique. Les Universités ont également privilégié la recherche dans le domaine des agroressources. En témoignent la création du Laboratoire des Glucides par l Université de Picardie Jules Verne, au début des années 80, le développement de compétences en biotechnologies, chimie verte et génie des procédés à l Université de Technologie de Compiègne, la création d un diplôme en agrosanté à l ISAB, devenue l Institut Polytechnique LaSalle-Beauvais et, plus récemment, l arrivée en Picardie de l Ecole Supérieure de Chimie Organique et Minérale. Aujourd hui, la Picardie est heureuse de voir son pari engagé il y a 30 ans porter ses fruits à travers deux projets déterminants. la RéGION PICARDIE / page 50

53 P.I.V.E.R.T, institut d excellence dans la chimie du végétal, a été retenu parmi les investissements d avenir de l Etat avec un budget de 220 Millions d euros sur 10 ans. Porté par des centres techniques et de recherche, des universités, comme l Université de Technologie de Compiègne, des industriels et acteurs privés, notamment Sofiprotéol et le Pôle IAR, il sera le premier centre européen visant à transformer la biomasse oléagineuse en produits chimiques renouvelables, destinés à de multiples applications : alimentation, santé, cométique, matériaux de construction, etc Ce prototype mondial de la raffinerie du végétal, qui utilisera les ressources agricoles et forestières de la région Picardie, renforcera le tissu agricole et industriel local. Pour mettre sur pied ce modèle de bioraffinerie, des solutions mécaniques sont nécessaires. Ici encore, la Picardie peut compter sur son savoir-faire avec l entreprise Maguin qui vend ses équipements pour l agro-industrie partout dans le monde. IMPROVE, lauréat de l appel à projet national «Plateformes Mutualisées d Innovation» est une plateforme d innovation pour la valorisation des protéines végétales. Blé, maïs, colza, pois, féverole, lupin, luzerne, pomme de terre garderont leur place dans l alimentation humaine et animale. Avec Improve, ils entreront, via de nouvelles applications, dans la composition des matériaux (colles, résines ou composites), des bioplastiques, et des peintures et cosmétiques. Elle associe d une part, les grands acteurs français de la transformation agricole : Tereos Syral, Siclaé, Sofiprotéol, Soufflet, et d autre part, ceux de la recherche et du transfert pour la valorisation des végétaux : INRA, Université de Picardie Jules Verne, Centre de valorisation des glucides et produits naturels. Chaque partenaire pourra ainsi insuffler des thématiques de recherche et apportera ses connaissances et compétences afin de lever les verrous scientifiques et techniques. Imaginer, innover, produire : l engagement partagé de la Picardie en faveur des agroressources laisse présager un développement prometteur du secteur! Ainsi, depuis 2006, plus de 30 millions d euros ont été alloués par le Conseil régional de Picardie en faveur de projets liés à la valorisation des agroressources (projets de recherche universitaires, projets de recherche collaboratifs, soutien aux centres techniques et de transfert, etc.), dans l optique d une utilisation de la plante entière et à terme d une substitution à terme de la pétrochimie. Site industriel de Novance la RéGION PICARDIE / page 51

54 L innovation vue par... La Région Champagne-Ardenne La Région Champagne-Ardenne s est toujours attachée à réaffirmer l importance de l innovation comme levier d un développement durable garant d emplois pérennes. Le soutien à la recherche, l intensification des processus de transfert technologique en direction du tissu économique, la consolidation des fonctions de recherche & développement dans les entreprises sont autant de moyens que la Région met en œuvre pour susciter l innovation, renforcer l attractivité du territoire, anticiper les mutations économiques et fonder le socle d une nouvelle économie basée sur la connaissance. La vocation agricole de notre territoire est forte et se traduit par un poids de l agriculture particulièrement important (viticulture et céréales notamment), ce qui a favorisé l implantation d industries agroalimentaires. Un actif champardennais sur quinze travaille dans le secteur agricole. La valorisation des agro-ressources, et en particulier le domaine de la bioraffinerie végétale, sont l un des thèmes structurants de l innovation régionale. Porté par le pôle de compétitivité à vocation mondiale «Industries & Agro-Ressources», le secteur de la bioraffinerie irrigue l innovation régionale de l amont recherche fondamentale - vers l aval - développement industriel. La Région accompagne donc les initiatives à forte visibilité permettant d affirmer le territoire régional comme une terre d expérimentation en matière de bioraffineries. Le concept de bioraffinerie est issu d une réflexion visionnaire portée par la profession agricole dans les années 90 : comment trouver d autres valorisations que celles de l alimentation humaine, même si elle est et doit rester prioritaire? Cette réflexion s est traduite par la création de la structure de recherche qui allait devenir ARD (Agroindustrie Recherches et Développements) et fédérer les moyens humains et financiers du monde coopératif agricole tout d abord, pour s élargir ensuite aux autres acteurs. session 2 / page 30

55 Site industriel de Futurol Les quelques exemples qui suivent, permettent d appréhender la mobilisation du Conseil régional et de ses partenaires pour favoriser l émergence de nouvelles valorisations des agro-ressources : la création d un centre d excellence en biotechnologies blanches constitué par les antennes de l Ecole Centrale Paris et d AgroParisTech; la structuration de la plateforme B.R.I. (Bio-raffinerie Recherche et Innovation) qui entend coordonner sur le site de Reims-Pomacle les activités de recherche développées par ARD et par le nouveau centre d excellence en biotechnologies blanches mais également le développement d outils préindustriels comme BIODEMO : unité de démonstration industrielle de procédés de biotechnologies blanches ou encore FUTUROL, pilote pré-industriel de biocarburants de 2ème génération. le soutien à de nombreux programmes de recherches qui vont déboucher sur des réalités industrielles comme la production de synthons, d agromatériaux, de pâte à papier, Ces Entretiens IAR marquent la position stratégique des acteurs du pôle Industries & Agro-Ressources dans la thématique de la bioraffinerie qui est une des voies d avenir en réponse à la raréfaction annoncée des ressources fossiles, à la gestion nécessaire des émissions de gaz à effet de serre et à la substitution du carbone fossile par du carbone biosourcé et renouvelable. la RéGION champagne-ardennes / page 53

56 Lexique Source ADEME ACV - Analyse de Cycle de Vie : Anciennement appelée «écobilan», l ACV est un outil d évaluation des impacts environnementaux (consommation de matières et d énergies, émissions dans l air et dans l eau, déchets), prenant en compte l ensemble du cycle de vie des produits, de leur fabrication à leur élimination finale. Cet outil vise à fournir des éléments d aide à la décision aux politiques publiques ou industrielles. Agro-ressources : Les agro-ressources sont les végétaux qui fournissent des composés de base nécessaires à l énergie, la chimie et les matériaux, notamment : des lipides et protéines obtenus à partir de colza, tournesol, soja, lin ; des glucides obtenus à partir de cultures céréalières (blé, maïs, orge, avoine, seigle...) et betteravières, des fibres lignocellulosiques provenant de résidus de cultures (paille...), de plantes annuelles (chanvre, sorgho...) et de la sylviculture ainsi que des molécules spécifiques issues de coproduits de diverses plantes en particulier médicinales, aromatiques et colorants. Biocarburants : Les biocarburants mobilisent toute matière solide, liquide ou gazeuse d origine végétale ou animale utilisée à des fins de transport. Les formes liquides ou gazeuses sont obtenues à partir des formes solides par extraction (par exemple l huile ou les graisses) ou par transformation de la biomasse (par exemple thermoconversion). Biomasse : La biomasse est composée : - des produits, déchets et résidus provenant de l agriculture, y compris les substances végétales et animales, - des produits, déchets et résidus provenant de la sylviculture et des industries connexes, - des déchets et résidus végétaux de l industrie. La biomasse est principalement utilisée pour produire de l énergie dans trois utilisations spécifiques : les biocarburants pour le transport, le chauffage domestique, la production industrielle d électricité et de chaleur. Mais elle l est aussi dans la fabrication de produits biosourcés. Biomatériaux : Filière agro-industrielle large, regroupant les matériaux à base de polymères biosourcés et les matériaux composites contenant des fibres naturelles. Biomolécules : Les biomolécules regroupent l ensemble des molécules synthétisées par le vivant (monde végétal ou animal). Elles peuvent être regroupées en quatre filières en fonction de leur destination (tensioactifs, lubrifiants, solvants, intermédiaires chimiques et autres). Bioraffinerie : Une bioraffinerie ou raffinerie du végétal est un ensemble industriel, localisé sur un même site, mettant en œuvre des procédés destinés à fractionner les composants de la biomasse issue de la plante : tige, grain, tubercule. en différents éléments constitutifs (fibres, lipides, amidons, sucres ). Biotechnologies : L OCDE définit les biotechnologies comme «l application des principes scientifiques et de l ingénierie à la transformation de matériaux par des agents biologiques pour produire des biens et services». Les biotechnologies Lexique / page 54

57 sont donc l ensemble des méthodes et des techniques qui utilisent comme outils des organismes vivants (cellules animales et végétales, micro organismes ) ou des parties de ceux-ci (gènes, enzymes, ). Elles sont situées au carrefour de trois domaines de compétences : santé, agro-alimentaire et environnement. Elles permettent la mise au point et le développement de nouveaux produits pour la santé de l Homme, pour la qualité et la sécurité de son alimentation, et pour la protection de son environnement. Chimie durable : Né dans les années 1990, le concept de chimie durable ou chimie verte vise au développement d une chimie plus respectueuse de l environnement et de la santé. Chimie végétale : Chimie ayant recours en partie ou totalement à des ressources renouvelables d origine végétale (céréales, oléagineux, cellulose, algues, bois ) Coproduit : Produit annexe issu d un processus industriel, dont la fabrication n est pas directement recherchée, mais qui est valorisé économiquement. Par exemple : la glycérine, un produit issu de la fabrication d huiles végétales, qui est valorisée comme matière première en chimie du végétal. Écologie industrielle : L écologie industrielle est une notion et une pratique récente du management environnemental visant à limiter les impacts de l industrie sur l environnement. Basée sur l analyse des flux de matière et d énergie, l écologie industrielle cherche à avoir une approche globale du système industriel en le représentant comme un écosystème et à le rendre compatible avec les écosystèmes naturels. Énergie fossile : Ce sont les énergies (gaz, pétrole, charbon) extraites du sol et du sous-sol, qui se sont constituées par fossilisation de végétaux pendant des millions d années. Leur combustion émet des gaz à effet de serre, dont principalement du dioxyde de carbone. GES ou Gaz à Effet de Serre : Ensemble des gaz qui retiennent le rayonnement infra-rouge émis par les surfaces, ce qui contribue ainsi à réchauffer la planète. Issu notamment de la combustion des énergies fossiles (charbon, fioul...), le dioxyde de carbone (CO²) représente plus de la moitié des émissions des gaz à effet de serre. Depuis 1750, sa concentration dans l atmosphère a crû de 30 %. Il peut y perdurer de 50 à 200 ans. Aujourd hui, le secteur des transports est le premier émetteur de CO² dans nos régions. Il y a d autres émissions de gaz à effet de serre, telles que les oxydes d azote, l ozone, le méthane, etc. Matière première renouvelable : Matière première dont le stock peut se reconstituer sur une période courte à l échelle humaine. En chimie du végétal les ressources végétales sont des matières premières renouvelables par opposition aux ressources fossiles, dont les stocks sont déterminés et ne peuvent se reconstituer. Métabolisme industriel : Le métabolisme industriel est l analyse des flux de matières sous-jacents à toute activité, les bilans matière-énergie. Plastiques biodégradables : Les plastiques biodégradables sont constitués de polymères d origine totalement ou partiellement renouvelable (sucre, cellulose, amidon ). Selon les cas, la part de matière Lexique / page 55

58 renouvelable dans un plastique biodégradable peut représenter une proportion très variable du matériau, aucun seuil minimum n étant spécifié aujourd hui pour l utilisation des dénominations Produits biosourcés ou bioproduits : La Commission Européenne les désigne comme des produits non alimentaires, partiellement ou totalement issus de la biomasse, i.e. de matières premières renouvelables (plantes, algues, cultures, arbres, organismes marins et déchets biologiques produits par les ménages, la production alimentaire et la production animale). Les produits biosourcés incluent les produits à haute valeur tels que ceux issus de la chimie fine (pharmaceutiques, parfums, additifs alimentaires, etc...), ainsi que les produits de spécialité (lubrifiants, détergents, etc...), ou encore les produits de commodité (polymères, intermédiaires chimiques, etc...). Le concept exclut les produits biosourcés traditionnels, tels que ceux qui proviennent de la pulpe et du papier, du bois et de la biomasse, utilisés comme source d énergie. Protocole de Kyoto : Conclu en 1997, le protocole est une étape essentielle de la mise en œuvre de la Convention. Entré en vigueur en février 2005, il est aujourd hui ratifié par 175 pays dont la Communauté Européenne. Il fixe dans son annexe B des engagements chiffrés de réduction ou de limitation des émissions de GES pour les pays industrialisés concernés pour la première période dite d engagement, soit (- 5,2% par rapport à 1990). Pour y parvenir, ces pays sont tenus d élaborer des politiques et mesures nationales de lutte contre le changement climatique. Le Protocole de Kyoto prévoit le recours possible à des mécanismes de flexibilité. Ressources agricoles : Il s agit de l ensemble des ressources issues de l agriculture. La chimie du végétal associe quatre grandes filières agricoles : les céréales, les oléagineux, le bois et les algues. Lexique / page 56

59 Mentions légales IAR Marvin Simchen - Fotolia.com Andrei Merkulov - Fotolia.com Pefkos - Fotolia.com Xavier Renoux jcsdu14 - Fotolia.com Rob Bouwman - Fotolia.com Sandra Cunningham - Fotolia.com Antonevich Anastasia - Fotolia.com Shawn Hempel - Fotolia.com Futurol focus finder - Fotolia.com Kybele - Fotolia.com tlorna - Fotolia.com vvoe - Fotolia.com SXC - 123dan321 SXC - bicycle arenysam - Fotolia.com Gino Santa Maria - Fotolia.com vipaladi - Fotolia.com Kamaga - Fotolia.com SXC - Spekulator SXC - Spekulator Canon-Procéthol2G SXC - diritter Andrey Armyagov - Fotolia.com Olivier - Fotolia.com Novance paolo toscani - Fotolia.com Jan Felber - Fotolia.com Luis Ceifao - Fotolia.com pitrs - Fotolia.com Stefan Körber - Fotolia.com Ecrit avec Bénédite Topuz ISBN : Septembre 2012, Reims Les Entretiens IAR Création et impression : Imprimerie Blond Reims mentions légales / page 57

60 Contact IAR Pôle de compétitivité IAR (Industries & Agro-Ressources) Boulevard Brossolette BP Laon CEDEX Tél : Fax : [email protected] contact / page 58

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