| Titre : | Chimie verte et industries agroalimentaires : vers une bioéconomie durable | | Type de document : | texte imprimé | | Auteurs : | Stéphanie Baumberger, Coordinateur ; Gilles Trystram, Préfacier, etc. | | Editeur : | Paris : Lavoisier-Tec & Doc | | Année de publication : | 2020 | | Collection : | Sciences et techniques agroalimentaires | | Importance : | 1 vol. (XXXVII-515 p.) | | Présentation : | ill. en coul., couv. ill. en coul. | | Format : | 24 cm | | ISBN/ISSN/EAN : | 978-2-7430-2513-7 | | Prix : | 125 EUR | | Note générale : | Bibliogr. Index | | Langues : | Français (fre) | | Catégories : | Liste Plan de classement
17.4 (VALORISATION DES SOUS-PRODUITS-UTILISATION NON ALIMENTAIRE DES PRODUITS AGRICOLES ET ALIMENTAIRES) [Classement Massy]
RAMEAU
Écologie chimique ; Biotechnologie ; Déchets ; Matières premières -- Transformation ; Énergie de la biomasse ; Polymères ; Industrie agro-alimentaire -- Sous-produits ; Corps gras comestibles ; Méthanisation ; Ressources agricoles ; Microalgues ; Aromatisants ; Aliments -- Emballages ; Lignine ; Insectes ; Huiles végétales ; Chimie de l'environnement -- Manuels d'enseignement supérieur ; Lignocellulose ; Biomatériaux ; Bioéthanol ; Biomasse ; Fermentation ; Enzymes -- Applications industrielles ; Biocarburants ; Papier -- Industrie et commerce
| | Résumé : | Aujourd’hui, l’un des principaux enjeux de l’industrie et de l’économie consiste à répondre aux besoins d’une population mondiale croissante tout en préservant l’environnement. En effet, l’utilisation depuis plusieurs décennies des ressources énergétiques fossiles a généré, outre la diminution des réserves de ces ressources, un phénomène de réchauffement climatique dû à la libération dans l’atmosphère de gaz à effet de serre. De plus en plus de secteurs industriels, dont la chimie, s’inscrivent dans une substitution du carbone fossile par le carbone renouvelable ; ainsi se développe la bioéconomie, fondée sur la chimie verte et les biotechnologies, comme levier pour réduire l’empreinte écologique des activités humaines.
L’objectif de Chimie verte et industries agroalimentaires est de présenter une utilisation raisonnée des matières premières renouvelables qui exploite la complémentarité entre filières alimentaires et non alimentaires, sans les opposer. Parmi ces matières premières figurent les ressources agricoles et forestières et les déchets issus de leurs transformations et usages.
L’ouvrage comporte un ensemble de 21 chapitres articulés autour de 6 parties, chacune correspondant à un concept identifié comme clé de voûte de l’interface chimie verte-IAA :
• De la chimie verte aux biotechnologies
• Ressources agricoles et coproduits des IAA : sources de polymères, carburants et molécules pour la chimie
• Chimie verte et matériaux polymères : vers de nouveaux emballages alimentaires
• Vers des systèmes intégrés de bioraffinerie : lien avec le territoire et les autres filières de production
• Apport des biotechnologies végétales à l’élaboration de la qualité de la biomasse
• Les scénarios pour 2050 : comment concilier les différentes filières | | Type de document : | Livre | | Table des matières : | Partie 1 De la chimie verte aux biotechnologies
Chapitre 1 Chimie verte, chimie éco-compatible, bioraffinerie (Stéphanie Baumberger, Marie-Christine Scherrmann)
1. La chimie verte : une chimie respectueuse de l’environnement et de la santé de l’homme
1.1. Les douze principes de la chimie verte
1.2. Réglementations en lien avec les principes de la chimie verte
2. La chimie verte, moteur d’innovation
2.1. Voie physique : procédés sans solvants, sans catalyseurs et sans déchets
2.2. Exploitation des structures natives et déconstruction ménagée
2.3. Biomimétisme
3. De la chimie verte à la bioraffinerie
3.1. Les différentes échelles d’application de la chimie verte
3.2. Utilisation de matières premières renouvelables
3.3. Réduction de la production de déchets
3.4. Conception de procédés plus sûrs
4. Conclusion
Chapitre 2 Des bioéconomies entre transformation des procédés industriels et agro-écologie (Martino Nieddu)
1. Non pas une, mais des bioéconomies
2. Une bioéconomie de la biomasse fondée sur la bioraffinerie
3. Deux bioéconomies face aux défis de la durabilité
3.1. Bioéconomie et driver des technologies
3.2. Bioéconomie et driver des marchés
4. Conclusion
Chapitre 3 Biotechnologies industrielles : plaque tournante à la croisée des IAA et de la chimie verte (Cédric Y. Montanier, Michael J. O’Donohue)
1. Introduction
1.1. Définitions et rappels historiques
1.2. Biotechnologie moderne
2. Outils de la biotechnologie industrielle
2.1. Enzymes
2.2. Souches microbiennes
2.3. Fermentation industrielle
3. Perspectives de développement et leviers
3.1. Eau et biocatalyseurs
3.2. Valorisation des déchets
3.3. Biologie de synthèse
3.4. Microalgues
4. Conclusion
Partie 2 Ressources agricoles et coproduits des iaa : sources de polymères, carburants et molécules pour la chimie
Chapitre 4 Huiles alimentaires et lipochimie (Zéphirin Mouloungui, Romain Valentin, Laure Candy, Jean-François Fabre, Éric Lacroux, Othmane Merah, Muriel Cerny, Géraldine Giacinti, Sophie Thiebaud-Roux, Pascale De Caro)
1. Introduction
2. Compétitivité des oléagineux et usages alimentaires versus non alimentaires
3. Plateformes des huiles végétales de spécialité et des huiles de commodité
3.1. Huiles multi-usages
3.2. Huiles à usage non alimentaire
3.3. Micro-organismes
3.4. Plateforme des constituants mineurs des huiles végétales : les bioactifs
5. Technologies de production et transformation des huiles végétales
5.1. Expression de l’huile végétale en extrudeur réacteur bi-vis
5.2. Ultrasons adaptés à la démucilagination et à l’hydrolyse enzymatique
5.3. Induction thermique appliquée aux cas d’études des réactions de rupture et de formation de liaison O-métal
5.4. Réacteur/séparateur à court trajet adapté à la synthèse et à la purification des molécules biosourcées thermosensibles
6. Applications
6.1. Solvants issus de l’oléochimie
6.2. Biotensioactifs totalement biosourcés
6.3. Polyols naturels oléochimiques : polyuréthanes versus polyhydroxy-uréthanes
6.4. Éco-conception
7. Conclusion
Chapitre 5 Méthanisation : application à la valorisation énergétique de coproduits agricoles et déchets des IAA (Nicolas Bernet, Renaud Escudié, Jean-Philippe Steyer)
1. Définition de la méthanisation
1.1. Étapes de la méthanisation
1.2. Micro-organismes de la méthanisation
1.3. Mise en œuvre de la méthanisation
2. Développement de la méthanisation en lien avec le contexte national et international
2.1. Historique de la méthanisation
2.2. Méthanisation en Europe
2.3. Méthanisation en France
3. Technologies de méthanisation
3.1. Traitement des effluents
3.2. Méthanisation de la biomasse
4. Valorisation des produits
4.1. Biogaz
4.2. Digestat
4.3. Vers des produits à plus haute valeur ajoutée
Chapitre 6 Production de biocarburants à partir de ressources agricoles (Nicolas Lopes Ferreira, Damien Hudebine, Fadhel Ben Chaabane)
1. Introduction
2. Contexte
2.1. Énergies fossiles versus énergies renouvelables
2.2. Spécificité liée au transport et importance des énergies alternatives
2.3. Contexte environnemental
2.4. Incitations normatives et fiscales
3. Filières industrielles de biocarburants (biocarburants 1G)
3.1. Ressources mobilisées pour les biocarburants 1G
3.2. Procédé de production de bioéthanol 1G
3.3. Procédés de production de biodiesels 1G
3.4. Conclusions sur les filières industrielles de biocarburants 1G
4. Biocarburants de seconde génération (biocarburants 2G)
4.1. Ressources mobilisées pour les biocarburants 2G
4.2. Procédé biochimique de production de bioéthanol 2G
4.3. Procédés thermochimiques de production de biocarburants 2G
4.4. Conclusions sur les biocarburants de seconde génération
5. Bilan et perspectives pour les filières biocarburants
Chapitre 7 Potentiel des microalgues (Hubert Bonnefond, Charlotte Combe, Jean-Paul Cadoret, Antoine Sciandra, Olivier Bernard)
1. Introduction
2. Microalgues : des micro-organismes à macropotentiel
3. Un réservoir de molécules innovantes pour de nombreuses applications
4. Systèmes de culture de microalgues
4.1. Systèmes ouverts, à grande échelle
4.2. Systèmes fermés
5. Stockage de carbone de réserve : des lipides aux carbohydrates
6. Stockage de carbone et d’énergie
6.1. Stockage de polysaccharides
6.2. Production de polyhydroxyalcanoates (PHA)
7. Lipides : des molécules abondamment produites par certaines espèces
7.1. Lipides : une famille de molécules très hétérogènes
7.2. Métabolisme des lipides chez les microalgues
7.3. Structures de stockage des triglycérides et du β-carotène
7.4. Pigments : des molécules aux multiples propriétés
8. Facteurs stimulant l’accumulation de carbone de réserve
8.1. La lumière comme facteur de modification de la teneur en lipides
8.2. Température
8.3. Dioxyde de carbone
8.4. Carence en azote, déclencheur de la synthèse des lipides
8.5. Autres carences, mêmes résultats
9. Conclusion
Chapitre 8 Coproduits des IAA : un vivier mondial sous-exploité de biomolécules d’intérêt (Diana García-Bernet, Vincenza Ferraro, Roman Moscoviz)
1. Introduction
2. Sous-produits, coproduits et déchets dans l’industrie agroalimentaire
2.1. Définitions
2.2. Données sur la production des déchets, coproduits et sous-produits des IAA en France
3. Valorisation de déchets et coproduits des principales filières des IAA
3.1. Industrie de la viande
3.2. Industrie du poisson et des produits de la mer
3.3. Industrie des fruits et légumes
3.4. Industrie laitière
3.5. Industrie des céréales
3.6. Industries du vin, distillerie et brasserie
3.7. Industrie des corps gras
3.8. Valorisation des effluents par fermentation
4. Synthèse des composés d’intérêt (familles de produits versus sourcings)
Chapitre 9 Production d’arômes à partir de coproduits et effluents des IAA (Violaine Athès, Marwen Moussa, Henry-Éric Spinnler)
1. Introduction
2. Extraction directe à partir de coproduits des IAA
2.1. Extraction de composés d’arôme à partir de coproduits solides
2.2. Extraction de composés d’arôme à partir d’effluents liquides ou gazeux des IAA
3. Transformation des coproduits des IAA pour l’obtention de composés d’arôme
3.1. Transformation par voie chimique ou thermochimique
3.2. Transformation par voie biologique
4. Conclusion
Partie 3 Chimie verte et matériaux polymères : vers de nouveaux emballages alimentaires
Chapitre 10 Innovation pour des polymères de commodité : qu’attendre de la chimie verte ? (Sandra Domenek)
1. Polymères et environnement
2. Principaux représentants des bioplastiques
3. Adjuvants pour la formulation de matériaux polymères
4. Analyse de cycle de vie des polymères biodégradables et/ou biosourcés
5. Conclusion : pistes d’innovation pour des polymères de commodité – Apport de la chimie verte
Chapitre 11 Emballage alimentaire : présentation d’une démarche éco-raisonnée (Hélène Angellier-Coussy, Emmanuelle Gastaldi, Nathalie Gontard, Carole Guillaume, Valérie Guillard, Stéphane Peyron)
1. Introduction
2. Outils d’aide à la décision et définition du cahier des charges
2.1. Un cahier des charges multicritères et multi-acteurs
2.2. Modélisation et identification des perméabilités optimales
2.3. Un outil d’aide à la décision pour le choix et le dimensionnement de l’emballage
3. Mise-en-œuvre de matériaux composites polymères-fibres à partir de sous-produits des industries agroalimentaires
3.1. Préparation de charges de renfort à partir de résidus lignocellulosiques
3.2. Mise en œuvre de matériaux biocomposites
3.3. Propriétés fonctionnelles des biocomposites PHBV/fibres de paille
4. Réglementation et aptitude au contact alimentaire
5. Fin de vie
5.1. Traitement des déchets d’emballages : les différentes options de fin de vie
5.2. Nature du carbone biosourcé ou fossile et caractère biodégradable
5.3. Cas des PHA et des composites à base de PHA
6. Conclusion
Chapitre 12 Potentiel des lignines comme additifs multifonctionnels (Véronique Aguié-Béghin, Nathalia Di Loreto Campos, Sandra Domenek, Marie-Noelle Maillard, Paul-Henri Ducrot, Stéphanie Baumberger)
1. Structure et origine des lignines
1.1. Lignines natives
1.2. Lignines industrielles
2. Propriétés d’intérêt pour l’emballage
2.1. Propriétés antioxydantes des lignines
2.2. Films thermoplastique-lignines : exemple des films PLA-lignines
2.3. Nanocomposites cellulose-lignines
2.4. Lignines et emballages piégeurs d’oxygène
3. Variabilité des lignines : frein ou atout ?
4. Conclusion
Chapitre 13 Dangers du bisphénol A et de ses analogues : vers de nouvelles alternatives plus durables et moins toxiques (Amandine L. Flourat, Florent Allais)
1. Contexte
1.1. Définitions
1.2. Synthèse
1.3. Applications
1.4. Problèmes sanitaires
2. Alternatives
2.1. Nouvelle donne : la durabilité
2.2. Retour sur la définition et périmètre de l’étude bibliographique
2.3. Bisphénols biosourcés : de potentielles alternatives durables au BPA
2.4. Utilisation des bisphénols biosourcés pour des alternatives aux polymères issus du bisphénol A et de ses analogues
3. Conclusion et perspectives
Partie 4 Vers des systèmes intégrés de bioraffinerie : lien avec le territoire et les autres filières de production
Chapitre 14 Des industries agroalimentaires de première transformation aux bioraffineries : exemple de Bazancourt-Pomacle (Jean-Marie Chauvet)
1. Introduction
2. Bioraffinerie : un terme devenu générique en l’espace de quelques années
3. Histoire singulière de la bioraffinerie de Bazancourt-Pomacle
3.1. Des agriculteurs visionnaires avec une forte capacité à se rassembler
3.2. De la période des « excédents agricoles » à celle du « moins de fossile et plus de renouvelable »
3.3. Un schéma d’ensemble qui se dessine dès le début des années 1990 et un fort développement dans la dynamique du pôle de compétitivité
4. La bioraffinerie à l’heure de la bioéconomie
4.1. Stratégie européenne
4.2. Stratégie nationale française
4.3. Bioraffineries : pierre angulaire de la bioéconomie
5. Bioraffineries et écologie industrielle
5.1. Synergies et symbioses
5.2. Intégration et interaction avec le territoire
5.3. Question de la gouvernance d’un site multi-acteurs
5.4. Reproductibilité du modèle
6. Bioraffinerie et biotechnologies industrielles
6.1. Les biotechnologies industrielles au cœur des bioraffineries
7. En amont des bioraffineries, la bioéconomie commence dans les champs
8. En aval et au-delà de la bioraffinerie
9. Conclusion
Chapitre 15 De l’industrie papetière à la bioraffinerie de 2e génération (Christine Chirat)
1. Introduction
2. Composition du bois
3. Les usines de production de pâtes à papier fonctionnent comme des bioraffineries depuis plus de 100 ans
3.1. Procédé au bisulfite acide
3.2. Procédé kraft
4. Évolution du procédé kraft vers des bioraffineries plus complètes
4.1. Extraction et valorisation des hémicelluloses : la plateforme sucres
4.2. Production de lignine sans soufre
4.3. Exemple de valorisation de lignine non soufrée par liquéfaction hydrothermale de la liqueur noire
5. Conclusion
Chapitre 16 Une future bioraffinerie des insectes (Antoine Hubert, Nathalie Berezina)
1. Enjeux de la bioraffinerie des insectes
2. Historique de l’élevage et de l’utilisation des insectes
2.1. Vers à soie
2.2. Abeilles
2.3. Lutte biologique
2.4. Autres usages
3. Quelques rappels sur les insectes
3.1. Cycles de vie
3.2. Sociabilité
3.3. Adaptabilité
4. Différentes espèces
4.1. Coléoptères
4.2. Orthoptères
4.3. Diptères
4.4. Autres
5. Différents produits
5.1. Protéines
5.2. Lipides
5.3. Chitine et chitosan
5.4. Autres
6. Défis et perspectives
Partie 5 Apport des biotechnologies végétales à l’élaboration de la qualité de la biomasse
Chapitre 17 Puissance de l’imagerie dans l’étude des tissus de la biomasse lignocellulosique (Valérie Méchin, Matthieu Reymond, David Legland, Fadi El Hage, Aurélie Baldy, Yves Griveau, Marie-Pierre Jacquemot, Sylvie Coursol, Marie-Françoise Devaux, Hélène Rogniaux, Fabienne Quillon)
1. Introduction
2. Digestibilité du maïs fourrage, une dégradabilité des parois vue du côté de la vache
2.1. Estimation in vivo ou in vitrode la digestibilité
2.2. Critères d’inscription au catalogue officiel français et impact sur la sélection variétale
3. Production de bioéthanol à partir de résidus de culture du maïs, une dégradabilité vue du côté des processus EZ
3.1. Biomasse et bioraffineries de 2e génération
3.2. Prétraitements de la biomasse lignocellulosique en vue de la production de bioéthanol
4. Comment l’amélioration de la répartition des tissus lignifiés peut permettre d’améliorer la dégradabilité de la biomasse
4.1. Techniques d’imagerie
4.2. Extraction des informations morphologiques et de distribution des polymères
4.3. Utilisation des outils d’imagerie et d’analyse d’images pour étudier la répartition des tissus et son impact sur la qualité de la biomasse
5. Conclusion
Chapitre 18 Identification de marqueurs génétiques impliqués dans le rendement et la composition de la biomasse lignocellulosique (Laetitia Virlouvet, Fadi El Hage, Sylvain Legay, Aurélie Baldy, Yves Griveau, Marie-Pierre Jacquemot, Sylvie Coursol, Valérie Méchin, Matthieu Reymond)
1. Introduction
2. Identification des régions génomiques impliquées dans la variation de la composition pariétale et la conversion de la biomasse dans des procédés industriels
2.1. QTL de rendement, de composition pariétale et de potentiel de saccharification chez les salicacées
2.2. QTL de dégradabilité et de composition pariétale chez les graminées
3. Utilisation des marqueurs en sélection
3.1. Identification des polymorphismes causaux sous les QTL identifiés
3.2. Sélectionner des génotypes par sélection génomique
4. Conclusion
Chapitre 19 Amélioration de la biomasse par ingénierie métabolique : cas des huiles végétales (Amélie Ducloy, Marianne Azzopardi, Jean-Luc Cacas)
1. Introduction
2. Principes et finalités de l’ingénierie métabolique
2.1. De la biologie de synthèse à l’ingénierie métabolique
2.2. Cas d’école en ingénierie métabolique
2.3. Quelques exemples marquants d’ingénierie métabolique
3. Stratégies et méthodologies en ingénierie métabolique
3.1. Stratégie générale et démarches expérimentales
3.2. Exploitation de la biodiversité et code génétique
3.3. Assemblage et construction génétiques
3.4. Connaître le métabolisme à modifier pour être efficace
4. Huiles végétales
4.1. Éléments de marché
4.2. Procédés industriels d’extraction des huiles issues de graines protéo-oléagineuses et valorisation des coproduits
4.3. Propriétés et diversité des huiles végétales
5. Amélioration des huiles végétales par ingénierie métabolique
5.1. Voie de biosynthèse des triglycérides constitutifs de l’huile
5.2. Mise en évidence et contournement des contraintes métaboliques
5.3. La cameline, un outil translationnel de choix en ingénierie métabolique des huiles
6. Quel avenir pour l’ingénierie métabolique ?
Partie 6 Les scénarios pour 2050 : comment concilier les différentes filières
Chapitre 20 Comment concilier approvisionnement en biomasse pour la chimie verte et fourniture de ressources alimentaires ? (Benoit Gabrielle, Chantal Loyce)
1. Méthodes d’analyse du développement de la production de biomasse
1.1. Approches locales (bottom-up)
1.2. Approches descendantes (top-down)
1.3. Approche prospective versus rétrospective, et méthodes d’évaluation de la durabilité des scénarios associés
2. Études de cas – Exemples de résultats sur différentes sources de biomasse
2.1. Au niveau des cultures et des systèmes de culture
2.2. Études de cas territoriales
2.3. À grande échelle : les études prospectives
3. Conclusion
Chapitre 21 Analyse critique des exercices de prospectives pour 2050 (Paul Colonna)
1. Contributions actuelles des biomasses à la satisfaction des besoins chimiques et énergétiques
1.1. La chimie dans l’UE27 (UE28 moins la Croatie)
1.2. Énergie
1.3. Mosaïque des biomasses mobilisées par l’agriculture et les forêts
1.4. Biomasses mobilisables
1.5. Durabilité
2. Scénarios pour l’alimentation
2.1. À l’échelle mondiale
2.2. À l’échelle européenne
2.3. À l’échelle française
3. Prospectives chimiques
4. Prospectives énergétiques
4.1. Objectifs européens
4.2. Objectifs de l’aéronautique
4.3. Objectifs français
4.4. Prospectives énergétiques abordant les bioénergies
5. Conclusions
5.1. À l’échelle mondiale
5.2. À l’échelle nationale
5.3. À l’échelle des territoires
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Chimie verte et industries agroalimentaires : vers une bioéconomie durable [texte imprimé] / Stéphanie Baumberger, Coordinateur ; Gilles Trystram, Préfacier, etc. . - Paris : Lavoisier-Tec & Doc, 2020 . - 1 vol. (XXXVII-515 p.) : ill. en coul., couv. ill. en coul. ; 24 cm. - ( Sciences et techniques agroalimentaires) . ISBN : 978-2-7430-2513-7 : 125 EUR Bibliogr. Index Langues : Français ( fre) | Catégories : | Liste Plan de classement
17.4 (VALORISATION DES SOUS-PRODUITS-UTILISATION NON ALIMENTAIRE DES PRODUITS AGRICOLES ET ALIMENTAIRES) [Classement Massy]
RAMEAU
Écologie chimique ; Biotechnologie ; Déchets ; Matières premières -- Transformation ; Énergie de la biomasse ; Polymères ; Industrie agro-alimentaire -- Sous-produits ; Corps gras comestibles ; Méthanisation ; Ressources agricoles ; Microalgues ; Aromatisants ; Aliments -- Emballages ; Lignine ; Insectes ; Huiles végétales ; Chimie de l'environnement -- Manuels d'enseignement supérieur ; Lignocellulose ; Biomatériaux ; Bioéthanol ; Biomasse ; Fermentation ; Enzymes -- Applications industrielles ; Biocarburants ; Papier -- Industrie et commerce
| | Résumé : | Aujourd’hui, l’un des principaux enjeux de l’industrie et de l’économie consiste à répondre aux besoins d’une population mondiale croissante tout en préservant l’environnement. En effet, l’utilisation depuis plusieurs décennies des ressources énergétiques fossiles a généré, outre la diminution des réserves de ces ressources, un phénomène de réchauffement climatique dû à la libération dans l’atmosphère de gaz à effet de serre. De plus en plus de secteurs industriels, dont la chimie, s’inscrivent dans une substitution du carbone fossile par le carbone renouvelable ; ainsi se développe la bioéconomie, fondée sur la chimie verte et les biotechnologies, comme levier pour réduire l’empreinte écologique des activités humaines.
L’objectif de Chimie verte et industries agroalimentaires est de présenter une utilisation raisonnée des matières premières renouvelables qui exploite la complémentarité entre filières alimentaires et non alimentaires, sans les opposer. Parmi ces matières premières figurent les ressources agricoles et forestières et les déchets issus de leurs transformations et usages.
L’ouvrage comporte un ensemble de 21 chapitres articulés autour de 6 parties, chacune correspondant à un concept identifié comme clé de voûte de l’interface chimie verte-IAA :
• De la chimie verte aux biotechnologies
• Ressources agricoles et coproduits des IAA : sources de polymères, carburants et molécules pour la chimie
• Chimie verte et matériaux polymères : vers de nouveaux emballages alimentaires
• Vers des systèmes intégrés de bioraffinerie : lien avec le territoire et les autres filières de production
• Apport des biotechnologies végétales à l’élaboration de la qualité de la biomasse
• Les scénarios pour 2050 : comment concilier les différentes filières | | Type de document : | Livre | | Table des matières : | Partie 1 De la chimie verte aux biotechnologies
Chapitre 1 Chimie verte, chimie éco-compatible, bioraffinerie (Stéphanie Baumberger, Marie-Christine Scherrmann)
1. La chimie verte : une chimie respectueuse de l’environnement et de la santé de l’homme
1.1. Les douze principes de la chimie verte
1.2. Réglementations en lien avec les principes de la chimie verte
2. La chimie verte, moteur d’innovation
2.1. Voie physique : procédés sans solvants, sans catalyseurs et sans déchets
2.2. Exploitation des structures natives et déconstruction ménagée
2.3. Biomimétisme
3. De la chimie verte à la bioraffinerie
3.1. Les différentes échelles d’application de la chimie verte
3.2. Utilisation de matières premières renouvelables
3.3. Réduction de la production de déchets
3.4. Conception de procédés plus sûrs
4. Conclusion
Chapitre 2 Des bioéconomies entre transformation des procédés industriels et agro-écologie (Martino Nieddu)
1. Non pas une, mais des bioéconomies
2. Une bioéconomie de la biomasse fondée sur la bioraffinerie
3. Deux bioéconomies face aux défis de la durabilité
3.1. Bioéconomie et driver des technologies
3.2. Bioéconomie et driver des marchés
4. Conclusion
Chapitre 3 Biotechnologies industrielles : plaque tournante à la croisée des IAA et de la chimie verte (Cédric Y. Montanier, Michael J. O’Donohue)
1. Introduction
1.1. Définitions et rappels historiques
1.2. Biotechnologie moderne
2. Outils de la biotechnologie industrielle
2.1. Enzymes
2.2. Souches microbiennes
2.3. Fermentation industrielle
3. Perspectives de développement et leviers
3.1. Eau et biocatalyseurs
3.2. Valorisation des déchets
3.3. Biologie de synthèse
3.4. Microalgues
4. Conclusion
Partie 2 Ressources agricoles et coproduits des iaa : sources de polymères, carburants et molécules pour la chimie
Chapitre 4 Huiles alimentaires et lipochimie (Zéphirin Mouloungui, Romain Valentin, Laure Candy, Jean-François Fabre, Éric Lacroux, Othmane Merah, Muriel Cerny, Géraldine Giacinti, Sophie Thiebaud-Roux, Pascale De Caro)
1. Introduction
2. Compétitivité des oléagineux et usages alimentaires versus non alimentaires
3. Plateformes des huiles végétales de spécialité et des huiles de commodité
3.1. Huiles multi-usages
3.2. Huiles à usage non alimentaire
3.3. Micro-organismes
3.4. Plateforme des constituants mineurs des huiles végétales : les bioactifs
5. Technologies de production et transformation des huiles végétales
5.1. Expression de l’huile végétale en extrudeur réacteur bi-vis
5.2. Ultrasons adaptés à la démucilagination et à l’hydrolyse enzymatique
5.3. Induction thermique appliquée aux cas d’études des réactions de rupture et de formation de liaison O-métal
5.4. Réacteur/séparateur à court trajet adapté à la synthèse et à la purification des molécules biosourcées thermosensibles
6. Applications
6.1. Solvants issus de l’oléochimie
6.2. Biotensioactifs totalement biosourcés
6.3. Polyols naturels oléochimiques : polyuréthanes versus polyhydroxy-uréthanes
6.4. Éco-conception
7. Conclusion
Chapitre 5 Méthanisation : application à la valorisation énergétique de coproduits agricoles et déchets des IAA (Nicolas Bernet, Renaud Escudié, Jean-Philippe Steyer)
1. Définition de la méthanisation
1.1. Étapes de la méthanisation
1.2. Micro-organismes de la méthanisation
1.3. Mise en œuvre de la méthanisation
2. Développement de la méthanisation en lien avec le contexte national et international
2.1. Historique de la méthanisation
2.2. Méthanisation en Europe
2.3. Méthanisation en France
3. Technologies de méthanisation
3.1. Traitement des effluents
3.2. Méthanisation de la biomasse
4. Valorisation des produits
4.1. Biogaz
4.2. Digestat
4.3. Vers des produits à plus haute valeur ajoutée
Chapitre 6 Production de biocarburants à partir de ressources agricoles (Nicolas Lopes Ferreira, Damien Hudebine, Fadhel Ben Chaabane)
1. Introduction
2. Contexte
2.1. Énergies fossiles versus énergies renouvelables
2.2. Spécificité liée au transport et importance des énergies alternatives
2.3. Contexte environnemental
2.4. Incitations normatives et fiscales
3. Filières industrielles de biocarburants (biocarburants 1G)
3.1. Ressources mobilisées pour les biocarburants 1G
3.2. Procédé de production de bioéthanol 1G
3.3. Procédés de production de biodiesels 1G
3.4. Conclusions sur les filières industrielles de biocarburants 1G
4. Biocarburants de seconde génération (biocarburants 2G)
4.1. Ressources mobilisées pour les biocarburants 2G
4.2. Procédé biochimique de production de bioéthanol 2G
4.3. Procédés thermochimiques de production de biocarburants 2G
4.4. Conclusions sur les biocarburants de seconde génération
5. Bilan et perspectives pour les filières biocarburants
Chapitre 7 Potentiel des microalgues (Hubert Bonnefond, Charlotte Combe, Jean-Paul Cadoret, Antoine Sciandra, Olivier Bernard)
1. Introduction
2. Microalgues : des micro-organismes à macropotentiel
3. Un réservoir de molécules innovantes pour de nombreuses applications
4. Systèmes de culture de microalgues
4.1. Systèmes ouverts, à grande échelle
4.2. Systèmes fermés
5. Stockage de carbone de réserve : des lipides aux carbohydrates
6. Stockage de carbone et d’énergie
6.1. Stockage de polysaccharides
6.2. Production de polyhydroxyalcanoates (PHA)
7. Lipides : des molécules abondamment produites par certaines espèces
7.1. Lipides : une famille de molécules très hétérogènes
7.2. Métabolisme des lipides chez les microalgues
7.3. Structures de stockage des triglycérides et du β-carotène
7.4. Pigments : des molécules aux multiples propriétés
8. Facteurs stimulant l’accumulation de carbone de réserve
8.1. La lumière comme facteur de modification de la teneur en lipides
8.2. Température
8.3. Dioxyde de carbone
8.4. Carence en azote, déclencheur de la synthèse des lipides
8.5. Autres carences, mêmes résultats
9. Conclusion
Chapitre 8 Coproduits des IAA : un vivier mondial sous-exploité de biomolécules d’intérêt (Diana García-Bernet, Vincenza Ferraro, Roman Moscoviz)
1. Introduction
2. Sous-produits, coproduits et déchets dans l’industrie agroalimentaire
2.1. Définitions
2.2. Données sur la production des déchets, coproduits et sous-produits des IAA en France
3. Valorisation de déchets et coproduits des principales filières des IAA
3.1. Industrie de la viande
3.2. Industrie du poisson et des produits de la mer
3.3. Industrie des fruits et légumes
3.4. Industrie laitière
3.5. Industrie des céréales
3.6. Industries du vin, distillerie et brasserie
3.7. Industrie des corps gras
3.8. Valorisation des effluents par fermentation
4. Synthèse des composés d’intérêt (familles de produits versus sourcings)
Chapitre 9 Production d’arômes à partir de coproduits et effluents des IAA (Violaine Athès, Marwen Moussa, Henry-Éric Spinnler)
1. Introduction
2. Extraction directe à partir de coproduits des IAA
2.1. Extraction de composés d’arôme à partir de coproduits solides
2.2. Extraction de composés d’arôme à partir d’effluents liquides ou gazeux des IAA
3. Transformation des coproduits des IAA pour l’obtention de composés d’arôme
3.1. Transformation par voie chimique ou thermochimique
3.2. Transformation par voie biologique
4. Conclusion
Partie 3 Chimie verte et matériaux polymères : vers de nouveaux emballages alimentaires
Chapitre 10 Innovation pour des polymères de commodité : qu’attendre de la chimie verte ? (Sandra Domenek)
1. Polymères et environnement
2. Principaux représentants des bioplastiques
3. Adjuvants pour la formulation de matériaux polymères
4. Analyse de cycle de vie des polymères biodégradables et/ou biosourcés
5. Conclusion : pistes d’innovation pour des polymères de commodité – Apport de la chimie verte
Chapitre 11 Emballage alimentaire : présentation d’une démarche éco-raisonnée (Hélène Angellier-Coussy, Emmanuelle Gastaldi, Nathalie Gontard, Carole Guillaume, Valérie Guillard, Stéphane Peyron)
1. Introduction
2. Outils d’aide à la décision et définition du cahier des charges
2.1. Un cahier des charges multicritères et multi-acteurs
2.2. Modélisation et identification des perméabilités optimales
2.3. Un outil d’aide à la décision pour le choix et le dimensionnement de l’emballage
3. Mise-en-œuvre de matériaux composites polymères-fibres à partir de sous-produits des industries agroalimentaires
3.1. Préparation de charges de renfort à partir de résidus lignocellulosiques
3.2. Mise en œuvre de matériaux biocomposites
3.3. Propriétés fonctionnelles des biocomposites PHBV/fibres de paille
4. Réglementation et aptitude au contact alimentaire
5. Fin de vie
5.1. Traitement des déchets d’emballages : les différentes options de fin de vie
5.2. Nature du carbone biosourcé ou fossile et caractère biodégradable
5.3. Cas des PHA et des composites à base de PHA
6. Conclusion
Chapitre 12 Potentiel des lignines comme additifs multifonctionnels (Véronique Aguié-Béghin, Nathalia Di Loreto Campos, Sandra Domenek, Marie-Noelle Maillard, Paul-Henri Ducrot, Stéphanie Baumberger)
1. Structure et origine des lignines
1.1. Lignines natives
1.2. Lignines industrielles
2. Propriétés d’intérêt pour l’emballage
2.1. Propriétés antioxydantes des lignines
2.2. Films thermoplastique-lignines : exemple des films PLA-lignines
2.3. Nanocomposites cellulose-lignines
2.4. Lignines et emballages piégeurs d’oxygène
3. Variabilité des lignines : frein ou atout ?
4. Conclusion
Chapitre 13 Dangers du bisphénol A et de ses analogues : vers de nouvelles alternatives plus durables et moins toxiques (Amandine L. Flourat, Florent Allais)
1. Contexte
1.1. Définitions
1.2. Synthèse
1.3. Applications
1.4. Problèmes sanitaires
2. Alternatives
2.1. Nouvelle donne : la durabilité
2.2. Retour sur la définition et périmètre de l’étude bibliographique
2.3. Bisphénols biosourcés : de potentielles alternatives durables au BPA
2.4. Utilisation des bisphénols biosourcés pour des alternatives aux polymères issus du bisphénol A et de ses analogues
3. Conclusion et perspectives
Partie 4 Vers des systèmes intégrés de bioraffinerie : lien avec le territoire et les autres filières de production
Chapitre 14 Des industries agroalimentaires de première transformation aux bioraffineries : exemple de Bazancourt-Pomacle (Jean-Marie Chauvet)
1. Introduction
2. Bioraffinerie : un terme devenu générique en l’espace de quelques années
3. Histoire singulière de la bioraffinerie de Bazancourt-Pomacle
3.1. Des agriculteurs visionnaires avec une forte capacité à se rassembler
3.2. De la période des « excédents agricoles » à celle du « moins de fossile et plus de renouvelable »
3.3. Un schéma d’ensemble qui se dessine dès le début des années 1990 et un fort développement dans la dynamique du pôle de compétitivité
4. La bioraffinerie à l’heure de la bioéconomie
4.1. Stratégie européenne
4.2. Stratégie nationale française
4.3. Bioraffineries : pierre angulaire de la bioéconomie
5. Bioraffineries et écologie industrielle
5.1. Synergies et symbioses
5.2. Intégration et interaction avec le territoire
5.3. Question de la gouvernance d’un site multi-acteurs
5.4. Reproductibilité du modèle
6. Bioraffinerie et biotechnologies industrielles
6.1. Les biotechnologies industrielles au cœur des bioraffineries
7. En amont des bioraffineries, la bioéconomie commence dans les champs
8. En aval et au-delà de la bioraffinerie
9. Conclusion
Chapitre 15 De l’industrie papetière à la bioraffinerie de 2e génération (Christine Chirat)
1. Introduction
2. Composition du bois
3. Les usines de production de pâtes à papier fonctionnent comme des bioraffineries depuis plus de 100 ans
3.1. Procédé au bisulfite acide
3.2. Procédé kraft
4. Évolution du procédé kraft vers des bioraffineries plus complètes
4.1. Extraction et valorisation des hémicelluloses : la plateforme sucres
4.2. Production de lignine sans soufre
4.3. Exemple de valorisation de lignine non soufrée par liquéfaction hydrothermale de la liqueur noire
5. Conclusion
Chapitre 16 Une future bioraffinerie des insectes (Antoine Hubert, Nathalie Berezina)
1. Enjeux de la bioraffinerie des insectes
2. Historique de l’élevage et de l’utilisation des insectes
2.1. Vers à soie
2.2. Abeilles
2.3. Lutte biologique
2.4. Autres usages
3. Quelques rappels sur les insectes
3.1. Cycles de vie
3.2. Sociabilité
3.3. Adaptabilité
4. Différentes espèces
4.1. Coléoptères
4.2. Orthoptères
4.3. Diptères
4.4. Autres
5. Différents produits
5.1. Protéines
5.2. Lipides
5.3. Chitine et chitosan
5.4. Autres
6. Défis et perspectives
Partie 5 Apport des biotechnologies végétales à l’élaboration de la qualité de la biomasse
Chapitre 17 Puissance de l’imagerie dans l’étude des tissus de la biomasse lignocellulosique (Valérie Méchin, Matthieu Reymond, David Legland, Fadi El Hage, Aurélie Baldy, Yves Griveau, Marie-Pierre Jacquemot, Sylvie Coursol, Marie-Françoise Devaux, Hélène Rogniaux, Fabienne Quillon)
1. Introduction
2. Digestibilité du maïs fourrage, une dégradabilité des parois vue du côté de la vache
2.1. Estimation in vivo ou in vitrode la digestibilité
2.2. Critères d’inscription au catalogue officiel français et impact sur la sélection variétale
3. Production de bioéthanol à partir de résidus de culture du maïs, une dégradabilité vue du côté des processus EZ
3.1. Biomasse et bioraffineries de 2e génération
3.2. Prétraitements de la biomasse lignocellulosique en vue de la production de bioéthanol
4. Comment l’amélioration de la répartition des tissus lignifiés peut permettre d’améliorer la dégradabilité de la biomasse
4.1. Techniques d’imagerie
4.2. Extraction des informations morphologiques et de distribution des polymères
4.3. Utilisation des outils d’imagerie et d’analyse d’images pour étudier la répartition des tissus et son impact sur la qualité de la biomasse
5. Conclusion
Chapitre 18 Identification de marqueurs génétiques impliqués dans le rendement et la composition de la biomasse lignocellulosique (Laetitia Virlouvet, Fadi El Hage, Sylvain Legay, Aurélie Baldy, Yves Griveau, Marie-Pierre Jacquemot, Sylvie Coursol, Valérie Méchin, Matthieu Reymond)
1. Introduction
2. Identification des régions génomiques impliquées dans la variation de la composition pariétale et la conversion de la biomasse dans des procédés industriels
2.1. QTL de rendement, de composition pariétale et de potentiel de saccharification chez les salicacées
2.2. QTL de dégradabilité et de composition pariétale chez les graminées
3. Utilisation des marqueurs en sélection
3.1. Identification des polymorphismes causaux sous les QTL identifiés
3.2. Sélectionner des génotypes par sélection génomique
4. Conclusion
Chapitre 19 Amélioration de la biomasse par ingénierie métabolique : cas des huiles végétales (Amélie Ducloy, Marianne Azzopardi, Jean-Luc Cacas)
1. Introduction
2. Principes et finalités de l’ingénierie métabolique
2.1. De la biologie de synthèse à l’ingénierie métabolique
2.2. Cas d’école en ingénierie métabolique
2.3. Quelques exemples marquants d’ingénierie métabolique
3. Stratégies et méthodologies en ingénierie métabolique
3.1. Stratégie générale et démarches expérimentales
3.2. Exploitation de la biodiversité et code génétique
3.3. Assemblage et construction génétiques
3.4. Connaître le métabolisme à modifier pour être efficace
4. Huiles végétales
4.1. Éléments de marché
4.2. Procédés industriels d’extraction des huiles issues de graines protéo-oléagineuses et valorisation des coproduits
4.3. Propriétés et diversité des huiles végétales
5. Amélioration des huiles végétales par ingénierie métabolique
5.1. Voie de biosynthèse des triglycérides constitutifs de l’huile
5.2. Mise en évidence et contournement des contraintes métaboliques
5.3. La cameline, un outil translationnel de choix en ingénierie métabolique des huiles
6. Quel avenir pour l’ingénierie métabolique ?
Partie 6 Les scénarios pour 2050 : comment concilier les différentes filières
Chapitre 20 Comment concilier approvisionnement en biomasse pour la chimie verte et fourniture de ressources alimentaires ? (Benoit Gabrielle, Chantal Loyce)
1. Méthodes d’analyse du développement de la production de biomasse
1.1. Approches locales (bottom-up)
1.2. Approches descendantes (top-down)
1.3. Approche prospective versus rétrospective, et méthodes d’évaluation de la durabilité des scénarios associés
2. Études de cas – Exemples de résultats sur différentes sources de biomasse
2.1. Au niveau des cultures et des systèmes de culture
2.2. Études de cas territoriales
2.3. À grande échelle : les études prospectives
3. Conclusion
Chapitre 21 Analyse critique des exercices de prospectives pour 2050 (Paul Colonna)
1. Contributions actuelles des biomasses à la satisfaction des besoins chimiques et énergétiques
1.1. La chimie dans l’UE27 (UE28 moins la Croatie)
1.2. Énergie
1.3. Mosaïque des biomasses mobilisées par l’agriculture et les forêts
1.4. Biomasses mobilisables
1.5. Durabilité
2. Scénarios pour l’alimentation
2.1. À l’échelle mondiale
2.2. À l’échelle européenne
2.3. À l’échelle française
3. Prospectives chimiques
4. Prospectives énergétiques
4.1. Objectifs européens
4.2. Objectifs de l’aéronautique
4.3. Objectifs français
4.4. Prospectives énergétiques abordant les bioénergies
5. Conclusions
5.1. À l’échelle mondiale
5.2. À l’échelle nationale
5.3. À l’échelle des territoires
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