Agriculture

Le virage post-alimentaire

Quasi tous les dérivés du pétrole peuvent, théoriquement, être obtenus à partir de plantes de grande culture. Face au réchauffement climatique et à la nécessité de réduire le recours et la dépendance aux hydrocarbures fossiles, les agriculteurs peuvent-ils devenir aussi des producteurs de matières premières industrielles ? Le consortium euro-américain Epobio analyse les promesses et les limites de cette "reconversion".

Colza en Lorraine. Colza en Lorraine.
© Michel Adiran/INRA
Emulsion de gouttelettes lipidiques entourées d'une gaine de tensioactifs protéiques entièrement biodégradables (obtenus à partir du tourteau de colza). Emulsion de gouttelettes lipidiques entourées d'une gaine de tensioactifs protéiques entièrement biodégradables (obtenus à partir du tourteau de colza).
© Alain Riaublanc/INRA
Section d'une aiguille de pin montrant la paroi végétale. Section d'une aiguille de pin montrant la paroi végétale.
© CNAP (UK)
Graines de melon et de souci, plantes utilisables pour la fabrication d'huiles végétales. Graines de melon et de souci, plantes utilisables pour la fabrication d'huiles végétales. Graines de melon et de souci, plantes utilisables pour la fabrication d'huiles végétales.
© CNAP (UK)

Depuis 1993, la réforme de la PAC (Politique agricole commune) a encouragé le développement des cultures non alimentaires. Si l'appellation est récente, la pratique est ancienne. De tout temps, les agriculteurs ont, par exemple, cultivé des plantes produisant des fibres (lin, chanvre...) à usage textile ou industriel. Les équipements des automobiles Ford des années trente étaient en plastique de soja. Qui s'en souvient? Les "années pétrole", dont il faut s'habituer à parler au passé, ont fleuri depuis lors. 97% des produits chimiques en sont dérivés actuellement, contre 4% en 1950. Un énorme effort de recherche et développement est donc nécessaire pour que la chimie verte, utilisant les produits de l'agriculture, rivalise avec sa noire concurrente.

Mais dans quelles directions orienter ces travaux? Quels produits sont-ils aujourd'hui au point? À quels goulots d'étranglement technologique se heurtent les ingénieurs et les scientifiques? Et à quelles conditions ces innovations deviendront-elles compétitives? C'est à ces questions que compte répondre Epobio, consortium de douze laboratoires européens et américains.

Une task force UE/USA

L'idée de ce projet, financé par le sixième programme-cadre, est née dans le cadre de la taskforce UE/États-Unis pour les biotechnologies (1). Des deux côtés de l'Atlantique, une même préoccupation commune s'est dessinée pour accompagner par un effort de recherche multidisciplinaire le développement des productions agricoles non alimentaires apportant un bénéfice au consommateur autant qu'à l'environnement. Comme l'explique Dianna Bowles, professeur au Centre for Novel Agricultural Products à l’université de York (UK) et coordinatrice d'Epobio, "ces recherches méritent une priorité. Notre dépendance vis-à-vis des ressources en hydrocarbures fossiles et les changements climatiques menacent particulièrement notre société. Or, les plantes sont capables de nous fournir des substituts à de très nombreux dérivés du pétrole."

Les cibles principales de cet effort de recherche sont donc les produits intéressant le secteur industriel, mais qui restent néanmoins des défis scientifiques et nécessitent des évaluations sur le plan de la viabilité économique et des risques. Trois thèmes répondant à ce cahier des charges ont été retenus pour être soumis à une tentative de prospective à l'horizon 2020: les biopolymères, notamment pour produire des plastiques, les huiles végétales et, enfin, les produits dérivés du traitement de la paroi végétale.

Des polymères naturels

Les matières plastiques, dans toute leur diversité, ont en commun le fait d'être des polymères, c''est-à-dire de longues molécules formées par la répétition d'un même motif chimique. Peut-on utiliser les nombreux polymères végétaux à cet effet? L'amidon est à ce jour le seul exemple viable et rentable, même si les plastiques d'amidon souffrent encore d'une grande sensibilité à l'humidité. L'utilisation d'autres polymères végétaux reste peu explorée, et les plastiques obtenus sont de qualité souvent inférieure à ceux issus de la pétrochimie. De plus, le réel intérêt écologique des bioplastiques mérite un examen attentif.

En première analyse, ils semblent particulièrement respectueux de l'environnement car entièrement biodégradables. Mais leur bilan écologique est-il toujours satisfaisant si l'on prend en compte l'ensemble de la chaîne de production, incluant les engrais (qui larguent d'autres gaz à effet de serre), les pesticides et les transports? Ne faut-il pas plutôt favoriser le recyclage des plastiques existants? Ne serait-il pas préférable, dans l'avenir, de réserver le pétrole à la production de matières plastiques, puisque cette activité absorbe moins d'un vingtième de la production mondiale et fournit des produits donnant toute satisfaction?

La réponse dépendra des résultats des recherches qui visent à améliorer le rendement de la filière biopolymère. Parmi les pistes envisagées : la manipulation du métabolisme végétal pour accroître la teneur en polymères, l'amélioration de leurs procédés d'extraction, ou encore l'étude de nouvelles sources de biopolymères, comme l'inuline (que l'on trouve dans la chicorée), ou les polymères protéiques.

Les promesses des huiles végétales

Si la recherche sur les applications industrielles des biopolymères reste encore balbutiante, la valorisation des huiles végétales a déjà quelques beaux succès à son actif. Comme le rappelle le Suédois Anders Carlsson, chercheur impliqué dans Epobio, "les huiles végétales ont une structure chimique similaire aux hydrocarbures pétroliers". Entre 15 et 20% de la production d'huile végétale sont déjà destinées actuellement à des usages non alimentaires. Il ne s'agit donc que d'adapter les procédés industriels existants à de nouvelles matières premières. Des exemples? Le biodiesel, produit à partir d'huile de colza, au prix de 78 dollars le baril, ce qui le rend presque compétitif par rapport au pétrole. Les encres à base de soja, utilisées dans l'impression de plus d'un tiers des quotidiens américains. Ou encore, l'huile de ricin, un des meilleurs lubrifiants industriels connus. La diversification des débouchés des cultures oléagineuses est donc déjà à l'œuvre. Pour l'accentuer, et obtenir par exemple des solvants, des peintures ou des revêtements de surface, les efforts doivent porter sur la maîtrise des voies de synthèse des acides gras dans la plante, chacun étant plus particulièrement adapté à un type d'application.

Est-il possible, par transgénèse, de modifier la qualité ou la quantité des acides gras produits par une plante oléagineuse? Les experts d'Epobio insistent sur l'importance de lancer un "projet brise-glace", capable de montrer la faisabilité d'une telle approche transgénique. Car l'agronomie traditionnelle a, elle aussi, des défis à relever. L'agriculture européenne se distingue en effet par la "singularité" de ses cultures oléagineuses. En tête des tonnages produits chaque année dans le monde, on trouve les huiles de soja, de palme et de coco. Ces trois plantes sont quasi inconnues dans les champs de l'Union, où le trio de tête est constitué du colza, du tournesol et de l'olive. Il s'agit donc de trouver de nouveaux débouchés non alimentaires aux oléagineux cultivés en Europe, d'accentuer la recherche agronomique sur des plantes prometteuses mais aujourd'hui négligées (lin, ricin...), voire d'envisager la mise en culture de nouvelles espèces productrices d'huiles, comme l'euphorbe ou le souci.

Le pari végétal de la biomasse

L'essor attendu des applications des huiles végétales pourrait, de plus, accélérer le développement encore balbutiant des biopolymères, évoqué plus haut. L'extraction des huiles des plantes oléagineuses laisse, en effet, de côté une bonne part de la biomasse, constituée de polymères protéiques et glucidiques, qu'il deviendrait rentable de valoriser.

Cette logique intégrée, visant à tirer parti de la totalité des substances des plantes, est poussée à l'extrême dans le concept de bioraffinerie, visant à produire des dizaines de produits chimiques à partir des résidus de la paroi végétale. L'enjeu est de taille, car cette paroi rigide entourant les cellules végétales représente 85% de la biomasse produite par l'agriculture. "La paroi végétale a pour fonction de soutenir et protéger la plante, et est de ce fait résistante à la dégradation par les micro-organismes. Il faut donc recourir à des traitements chimiques coûteux en énergie, ou à une dégradation enzymatique complexe, pour dégrader les trois types de polymères qui composent la paroi: la cellulose – molécule organique la plus abondante sur Terre –, l'hémicellulose et la lignine", souligne l'Allemand Ralf Möller, chercheur associé au projet. Cette dégradation chimique ou enzymatique vise à décomposer ces polymères en petites molécules qui pourront ensuite être réassemblées, au gré de l'imagination des chimistes : biocarburants à partir du glucose de la cellulose, résines ou solvants à partir du xylose de l'hémicellulose, ou encore émulsifiants et adhésifs à partir des phénols de la lignine. Un important effort fondamental de compréhension de la structure de la paroi végétale, et en particulier des moyens de la valoriser à des coûts économiquement compétitifs, est cependant nécessaire avant que ce grand dessein de la chimie verte puisse se concrétiser. Les bioraffineries qui succéderont peut-être un jour aux usines pétrochimiques des terminaux pétroliers se préparent aujourd'hui dans les laboratoires fondamentaux de biologie végétale.

  1. Voir RDT info, Spécial Recherche et Coopération, juillet 2005.
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Le guayule, l'autre arbre à caoutchouc

University of Arizona & USDA-ARS. © University of Arizona & USDA-ARS.

On connaît l'hévéa, mais qui sait ce qu'est le guayule? Cet arbrisseau des régions sèches pourrait bien devenir une plante commune des champs du Sud de l'Europe. Tel est en tout cas la conclusion d'un rapport d'experts d'Epobio, rendu public en novembre 2006, qui soulignait les qualités du guayule comme plante élastomère. À l'origine de ce rapport, deux constats. D'une part, l'industrie européenne est très dépendante des importations de caoutchouc d'hévéa en provenance de trois pays d'Asie du Sud-Est, où les gigantesques monocultures sont très sensibles aux attaques de parasites. D'autre part, les allergies au latex, de plus en plus fréquentes, touchent de 1 à 6% des Européens. Trouver de nouvelles sources de caoutchouc répond donc autant aux intérêts stratégiques de l'Union qu'à ceux des consommateurs.

Les experts d'Epobio ont passé en revue différentes plantes élastomères aux noms aussi peu connus que pittoresques (pissenlit russe, verge d'or...) avant de conclure que le guayule réunissait le plus de qualités: adaptation au climat des régions semi-arides du Sud de l'Europe, expérience agronomique de sa culture acquise aux États-Unis et au Mexique, faible besoin en intrants agricoles pour un rendement satisfaisant – de l'ordre d'une tonne de caoutchouc à l'hectare. Resterait, soulignent les experts, à mener des travaux d'amélioration génétique d'une plante délaissée des sélectionneurs et à mettre au point des méthodes d'extraction plus efficaces de sa gomme.


L'avenir du chou d'Abyssinie

Crambe abyssinica Crambe abyssinica © Dr. Win Phippen, Western Illinois University

De l'avis des ingénieurs, les esters cireux sont un des meilleurs biolubrifiants à usage industriel, notamment dans l'automobile. Ils posent cependant un problème de taille: leurs seules sources connues sont le blanc de baleine (un organe situé dans la tête du cachalot) et une plante tropicale appelée jojoba. Or, la chasse à la baleine est interdite et l'huile de jojoba se vend au prix astronomique de 5 000 € la tonne.

Pour permettre aux esters cireux de rivaliser avec les huiles minérales actuelles, obtenues à partir de pétrole, les experts d'Epobio suggèrent une solution audacieuse : la modification génétique du chou d'Abyssinie (Crambe abyssinica), une plante oléagineuse rarement cultivée en Europe. Trois raisons fondent ce choix, qui sont autant d'avantages de la plante par rapport à ses concurrents potentiels (colza et tournesol): ses vertus agronomiques, tout d'abord, car Crambe abyssinica est peu gourmand en eau ou en engrais; ensuite le fait que cette plante ne soit pas utilisée dans l'alimentation humaine – une caractéristique que les experts estiment impérative pour que l'opinion publique européenne accepte des manipulations génétiques sur cette espèce végétale – et, enfin, l'impossibilité de diffusion des gènes introduits vers des plantes sauvages, ce qui évite le risque de pollution génétique souvent dénoncé à propos des cultures d'OGM en plein champ.

Les calculs des économistes du projet ont montré que la production d'esters cireux à partir du chou d'Abyssinie serait économiquement rentable, surtout si la biomasse résiduelle après extraction de l'huile est utilisée pour produire de l'électricité ou de la chaleur. La balle est maintenant dans le camp des biologistes moléculaires, qui doivent insérer dans la plante les gènes nécessaires à la biosynthèse des esters cireux... et des spécialistes de propriété industrielle, car les procédés nécessaires sont protégés par de nombreux brevets.



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