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Biotech blanche: quand les micro-organismes entrent en usine

Date de publication
9 mars 2017
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biotech blanche

La biotech blanche produit durablement des substances biochimiques, des biomatériaux et des biocarburants à partir de ressources renouvelables.

 

biotech blancheIls sont microscopiques mais compensent leurs (très) petites tailles par leurs présences démultipliées sur une zone extrêmement réduite. « Ils », ce sont les micro-organismes. Pêle-mêle, on regroupe sous ce vocable des levures, des moisissures, des champignons, des bactéries, des algues microscopiques. Par exemple, dans un gramme de sol de forêt tempérée, on peut compter jusqu’à 1 milliard de bactéries et 1 million de champignons et de protozoaires.

 

Les micro-organismes « récupèrent » les métaux dispersés dans leur environnement mais ce processus est naturellement très lent. L’industrie voudrait l’intensifier pour qu’il soit rentable. C’est là que nous intervenons avec nos technologies et notre savoir-faire

 

« La vie, notre vie sur terre serait tout simplement impossible sans les micro-organismes, explique Philippe Gabant, docteur et chercheur en biologie moléculaire, patron de l’entreprise Syngulon, leader dans le domaine. Les micro-organismes sont des catalyseurs capables de créer des réactions chimiques, de façonner la vie sur terre, de la modifier et de s’adapter très vite à toutes les situations ».

Les micro-organismes, comme les bactéries par exemple, règnent en effet sur terre en maîtres absolus. Ces cellules primitives sont capables de recycler des nutriments, de décomposer des déchets, de fixer et de transformer l’azote, de produire et d’oxyder le méthane. C’est une véritable usine de vie. Une unité de production primitive qui a créé l’atmosphère et qui fournit une source de carbone et de nutriments aux autres organismes microscopiques qui sont à la base du réseau alimentaire.

Les bactéries constituent également le type cellulaire le plus abondant de la planète. Même notre propre corps contient plus de cellules bactériennes que de cellules humaines. Il a été estimé que le nombre total de bactéries sur Terre est de 5 millions de trillions de trillions.

 

Pour les différencier des autres biotechnologies. Et on parle bien « des » biotechnologies car elles présentent différents domaines d’application, respectivement symbolisés par une couleur.

  • La biotechnologie verte touche à l’agriculture et l’alimentation. Elle utilise le génie génétique pour transférer certains gènes d’une espèce de plante à une autre et améliorer de façon ciblée la résistance aux insectes, aux champignons, aux virus, aux herbicides.
  • La biotechnologie rouge est liée à la médecine et concerne la conception d’organismes pour produire des antibiotiques, le développement de thérapies à travers les manipulations du génome, le diagnostic à l’aide de puces à ADN ou de bio capteurs, etc.
  • La biotechnologie bleue se concentre sur l’utilisation des processus et des organismes de la biologie marine à des fins techniques.
  • La biotechnologie blanche ou industrielle a pour objet la production et les processus à l’échelle industrielle, ainsi que l’utilisation de la biomasse comme matière première renouvelable.

La biotech blanche quitte les labos et entre en usine

« A la fin du 20e siècle, poursuit Philippe Gabant, on a découvert que le code de toute structure vivante apparaissait sous la forme d’une molécule d’ADN. Quelques années plus tard, les chercheurs ont créé des outils qui sont capables de manipuler ces codes. Au début du 21e siècle, la communauté scientifique est même devenue capable de réécrire ces codes, y compris ceux des micro-organismes. Et de les rendre capables de s’adapter aux exigences industrielles, d’être plus performants ».

arbre hiverC’est que ces micro-organismes, s’ils sont capables de tout faire,  le font… à leur aise. « Le micro-organisme, comme la nature,  n’a pas besoin d’aller vite », dit Philippe Gabant. La nature prend son temps. Le charbon, par exemple, a commencé à se former il y a… 360 millions d’années.

Mais dans l’industrie, on ne peut pas se permettre d’attendre les quelques millions d’années qu’il faut à la nature pour réaliser certaines réactions chimiques. « Par exemple, les micro-organismes « récupèrent » les métaux dispersés dans leur environnement mais ce processus de récupération est naturellement très lent. L’industrie voudrait intensifier ce processus pour qu’il soit rentable. C’est là que nous intervenons avec nos technologies et notre savoir-faire », poursuit Philippe Gabant (lire plus bas).

Aujourd’hui, la biotech blanche sort des laboratoires et entre à l’usine. Elle va devenir peu à peu un secteur particulier de la production industrielle, avec des applications aussi variées que le sont celles de l’industrie actuelle.

De premiers résultats empiriques: la bière, les alcools, la choucroute

biotech blancheOn connait depuis des siècles les propriétés de certaines bactéries, celles par exemple qui portent sur les fermentations alimentaires. « Au départ, poursuit Philippe Gabant, l’homme agissait de manière empirique. Pour créer la bière, il a testé toutes les plantes qu’il avait à sa disposition. Il a fini par tomber sur le houblon, qui est un antibiotique et qui a bien mieux réagit que les autres plantes lors du processus de fermentation. Par essais-erreurs, nos ancêtres ont choisi de conserver le houblon malgré son amertume. Et il s’y est habitué. Et pourtant, faire de la bière, c’est un processus microbiologique extrêmement compliqué, comme d’ailleurs produire de la choucroute ou des alcools ».

Mais aujourd’hui l’usage massif de la biotech blanche comme substitut ou comme appui à la chimie ouvre des horizons nouveaux. Finis les processus par essais-erreurs. Une connaissance de plus en plus pointue des capacités de transformations de ces micro-organismes a convaincu l’industrie chimique par exemple de faire une place à ces alliés inattendus. Par rapport à la chimie traditionnelle, les biotechnologies offrent plusieurs avantages :

  • elles sont beaucoup plus économes en énergie;
  • elles sont beaucoup plus précises.

 

Des plastiques pétrosourcés aux plastiques biosourcés

biotech blancheEt puis, la pression du public pour une industrie propre est toujours plus importante. De plus en plus de consommateurs exigent par exemple des industriels qu’ils passent des plastiques pétrosourcés aux plastiques biosourcés. Coca-Cola, Lego, Ikea, parmi d’autres, … ont déjà franchi le pas.

« Même chose pour l’énergie: le bioéthanol qui naguère était fabriqué à partir de dérivés du pétrole, est aujourd’hui totalement issu du vivant », dit Philippe Gabant.

Énergie: les micro-organismes  à la manœuvre

L’énergie est un élément clé pour toute la production industrielle. Les hommes ont découvert l’énorme potentiel du carbone dans la fabrication de cette énergie.

Mais en allant le puiser là où il se trouvait enfermé, ils ont interrompu un processus naturel millénaire, ce qui a notamment conduit aux changements climatiques.

La nature avait bien fait les choses. Comme le charbon, le pétrole se forme sur des millions d’années à partir de micro-organismes. Tout le processus démarre avec une phase d’accumulation de matière organique dans les profondeurs (de la terre ou des océans) lors de la sédimentation. Cette matière est essentiellement d’origine végétale.

Après une seconde phase de maturation de ces sédiments en hydrocarbures, la terre, qui fonctionne selon un processus circulaire, passe à une troisième phase, celle de la migration et du piégeage. Sous la pression croissante, une partie des hydrocarbures migre vers la surface de la terre, où elle s’oxyde ou subit une biodégradation.

L’autre partie migre jusqu’à rester piégée dans une roche poreuse et perméable, source d’un futur gisement de pétrole, si le piège est fermé. En allant chercher ce carbone, les hommes ont donc ouvert la boite de pandore.

Le défi de la biomasse comme matière première industrielle

Dans le contexte actuel de réchauffement climatique et de moindre disponibilité du carbone fossile (pétrole, hydrocarbures…) le défi est donc d’utiliser directement la biomasse, source gigantesque de carbone renouvelable, comme matière première au service d’un très grand nombre d’applications industrielles, de la chimie aux biocarburants, en passant par le papier, les produits alimentaires et non alimentaires, ainsi que le textile, les détergents, etc ».

 Biotech blanche : le plus grand potentiel de croissance

biotech blanche« La biotech blanche présente le plus gros potentiel de croissance aujourd’hui, notamment pour la production de produits chimiques, de polymères et de carburants », explique Michael O’ Donohue, directeur de recherche à l’Inra.

Selon une étude du l’Université de Gand, datée de 2013, le biosecteur (la biotech blanche et la chimie verte) représente déjà 9 % de l’industrie belge et représente 6 % de l’emploi du secteur. Il offre donc de réelles opportunités de croissance dans notre pays. On prévoit que le marché mondial sera multiplié par 5, voire 10, d’ici à 2020.

Materia Nova développe de nouveaux matériaux avec l’aide de micro-organisme

biotech blancheEn Wallonie aussi, avec notamment le pôle Greenwin, la biotech blanche suscite de grands espoirs industriels. Ainsi, au centre de recherche Materia Nova, installé à Mons et à Enghien, on développe de nouveaux matériaux, notamment avec l’aide de micro-organismes. « On développe des matériaux anti-microbiens ou anti-algues (antifouling), en utilisant des composés les moins toxiques possibles, afin de remplacer des biocides conventionnels (parfois interdits), explique Guillaume Wégria, R&D Program Leader. Nous basons une grande partie de nos recherches sur des composés de type quorum sensing . Il s’agit d’un mode de signalisation bactérien qui repose sur la production de petites molécules médiatrices: certaines ont un effet attractant pour les bactéries, d’autres l’effet inverse ».

Voici quelques projets publics au sein desquels Materia Nova intervient:

https://www.sintef.no/projectweb/byefouling

http://matching-project.eu

http://www.cornet-actipoly.eu

Biotech blanche: des recherches importantes à l’UMons aussi

biotech blancheNos universités francophones sont également à la pointe de la recherche en microbiologie environnementale et industrielle. A l’UMons, le service de Protéomie et de Microbiologie s’évertue à mieux comprendre les bactéries photosynthétiques. La biodégradation des plastiques pétrosourcés par le monde microbien est également au centre de ses recherches. « On développe des précurseurs de bioplastiques à partir de résidus des stations d’épuration et ce grâce à des bactéries photosynthétiques pourpres. Ces recherches dérivent directement des études que l’on mène avec l’Agence Spatiale Européenne (ESA) dans la mise au point d’un écosystème viable basé sur des bactéries que les astronautes pourraient embarquer au cours de longs voyages spatiaux (Projet MELiSSA) », explique Ruddy Wattiez, Directeur du laboratoire.

Les bactéries pourpres recèlent des trésors…

A l’UMons, leurs pigments, intéressant le monde des cosmétiques, sont aussi étudiés dans le cadre du développement des cellules solaires photovoltaïque à pigments.

« Nous étudions également la capacité d’utiliser les plastiques dits « non biodégradables » comme source de carbone pour « in fine » élaborer des bioplastiques. En partenariat avec Gembloux Agro-Bio Tech (ULg), nous exploitons l’énorme capacité d’adaptation du monde microbien pour sélectionner des bactéries capables de dégrader les plastiques pétrosourcés les plus utilisés actuellement », a ajouté Ruddy Wattiez.

 

Quand les micro-organismes recyclent des métaux

biotech blancheMateria Nova produit aussi différents monomères biobasés pour la génération de nouveaux plastique (fermentation), des travaux réalisés pour le compte d’industriels. Le centre de recherche travaille également dans le recyclage de métaux et récupération sous forme de nanoparticules. « Ici nous travaillons sur la production de nanoparticules métalliques en utilisant des micro-organismes spécifiques, poursuit Guillaume Wégria. Pour le moment, il s’agit principalement de développements au niveau du laboratoire mais des essais positifs ont déjà été effectués sur des effluents industriels d’entreprises belges ».

Valorisation de matériaux recyclés

Par ailleurs, depuis plusieurs années, le laboratoire GeMMe de l’Université de Liège, avec le groupe Comet Traitements qui recycle des véhicules hors d’usage, travaille sur les résidus de broyage. Une part de ces résidus est valorisée sous forme de carburants (électricité et chaleur). Une partie du solde restait difficile à valoriser: les concentrés polymétalliques. Pêle-mêle, on y recensait cuivre, zinc, étain, plomb, or et argent. C’est une fois encore grâce à un consortium de bactéries présentes dans des milieux naturels et adaptés à un environnement industriel qu’il a été possible de procéder à une valorisation optimale de cet amas de métaux.

Des industriels wallons actifs dans les biotech blanche

Plusieurs entreprises wallonnes sont déjà actives dans ce métier:

biotech blancheSyngulon: l’entreprise liégeoise développe des technologies génétiques afin d’améliorer l’efficacité des micro-organismes utilisés dans la bioproduction industrielle.Les industries cibles sont l’environnement (épuration des eaux usées, captation du CO2), l’énergie (production de biofuels), l’industrie chimique (produits chimiques biosourcés).

biotech blancheSymbiose Biomaterials: cette start-up liégeoise est active dans le domaine du biomimétisme moléculaire, c’est-à-dire le développement de nouveaux produits et procédés inspirés de la nature à l’échelle moléculaire. En pratique, des molécules présentes dans la nature sont identifiées et sélectionnées pour répondre aux besoins industriels. Elles sont ensuite modifiées en laboratoire et/ou couplées à des matériaux synthétiques via des procédés de mise en œuvre respectueux de la santé et de l’environnement et ce, afin de répondre au cahier des charges de l’industrie.

biotech blancheGalactic: depuis plus de 20 ans, l’entreprise d’Escanaffle est considérée comme l’un des leaders mondiaux de la biotechnologie au service de l’alimentation, des aliments pour animaux, des soins de santé et des marchés industriels. Son activité principale est centrée sur la production d’acides lactiques et de lactates par fermentation. Elle se positionne clairement dans la chimie verte issue de procédés naturels.

biotech blancheBiorem Engineering: opérateur depuis plus de 20 ans dans le secteur de l’assainissement du sol et des eaux souterraines pollués par des hydrocarbures, l’entreprise installée à Neuville-en-Condroz a développé un portfolio de technologies brevetées dans le domaine de la chimie verte qui se définit par la conception de produits et procédés de synthèse permettant de réduire ou d’éliminer l’utilisation et la génération de substances dangereuses ou toxiques pour l’environnement et la santé humaine.

biotech blancheGreen2Chem: l’entreprise de Ghislenghien développe des bioréacteurs innovants, qui peuvent cultiver n’importe quelle sorte de racines (notamment le ginseng) avec les normes de qualité les plus élevées. Les principaux marchés finaux et applications pour les racines aujourd’hui sont dans les nutraceutiques, les cosmétiques et les produits pharmaceutiques.

biotech blancheKitozyme: l’entreprise, basée à Liège, est leader mondial dans la production de chitosane végétal. Les propriétés uniques du chitosane végétal ont permis de développer des produits dans les domaines de la gestion du poids, de la santé digestive et cardiovasculaire. Au départ de ses bio-polymères brevetés, KitoZyme conçoit, fabrique et commercialise des dispositifs médicaux, des compléments alimentaires et des ingrédients aujourd’hui distribués dans plus de 20 pays à travers le monde.

Le sujet vous intéresse? En mai 2017,  le pôle Greenwin organisait un évènement sur ce thème. Objectif: faire le point sur ces technologies innovantes dans les domaines de la chimie verte et de la biotechnologie blanche à travers le monde, partager des connaissances et encourager la création de nouveaux projets de R & D impliquant le monde académique et les acteurs du secteur.

 

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