TECHNOLOGIES CLÉS 2010 (novembre 2006)

Matériaux – chimie

21. Biotechnologies industrielles

Description

Les biotechnologies industrielles, ou biotechnologies « blanches », sont l'application de la biotechnologie pour les procédés et la production de produits chimiques, de matériaux et d'énergie. Elles consistent en la mise en œuvre des catalyseurs et réacteurs biologiques que sont les enzymes et les micro-organismes pour ces productions. Les réactions correspondantes ont lieu à des températures généralement proches de la température ambiante, avec comme conséquence des consommations d'énergie réduites par rapport aux procédés traditionnels de l'industrie chimique. Par ailleurs, les réactions sont conduites dans l'eau plutôt que dans des solvants organiques.

Le développement des biotechnologies permet d'envisager l'utilisation, parallèlement à celle d'organismes et des enzymes sauvages, de systèmes aux performances améliorées ou modifiées : enzymes surexprimées (la concentration en enzyme d'intérêt dans le micro-organisme est nettement augmentée) et/ou purifiées obtenues par fermentation ou culture, modification génétique des micro-organismes ... Les conséquences peuvent être de différents types : augmentation de la spécificité, augmentation de la vitesse des réactions, augmentation des rendements ...

Enfin, la biotechnologie industrielle permet l'utilisation de matières premières dérivées des ressources fossiles classiques, mais favorise surtout l'emploi de matières premières renouvelables. Elle accompagne, en particulier, le développement de la chimie des agro-ressources et du bois.

Les biotechnologies industrielles rassemblent, par nature, des technologies qui font appel à des compétences pluridisciplinaires. Cet aspect constitue le principal frein technique à leur développement, renforcé par une communication encore insuffisante entre les mondes de la chimie et des biotechnologies. La disponibilité de matières premières d'origine renouvelable est également une barrière. Sur le plan économique, la mise en œuvre de nouveaux procédés peut nécessiter des investissements importants, ce qui favorise l'utilisation de procédés traditionnels sur des unités existantes. La présence d'un marché pour les produits des biotechnologies industrielles est également un facteur clé. Enfin, le contexte politique et sociétal est important : l'appropriation par le grand public et les décideurs des enjeux du développement durable est favorable. La position vis-à-vis des biotechnologies en général, et des organismes génétiquement modifiés en particulier peut être un frein. Les oppositions au développement des biotechnologies devraient cependant être moins vives dans l'industrie que dans le domaine de l'alimentation.

Les biotechnologies ont aujourd'hui déjà une place dans les secteurs pharmaceutiques et agroalimentaires. Leur pénétration dans d'autres domaines est pour l'instant limitée.

Enjeux, Impact

Ces technologies s'inscrivent dans le cadre plus large de la chimie durable. En permettant une production dans des conditions plus douces, notamment de température, et à partir de ressources renouvelables, les biotechnologies industrielles apparaissent comme une des réponses à plusieurs grands enjeux socio-économiques : énergie, changement climatique et évolution des ressources fossiles.

La R&D et l'innovation sont clairement identifiées comme des facteurs clés pour maintenir la compétitivité de l'industrie chimique, au niveau français et européen. Les biotechnologies industrielles sont, dans ce cadre, un des principaux axes thématiques à privilégier. Ainsi :

• le groupe de réflexion stratégique français présidé par le député D. Garrigue préconise, dans sa proposition n°10 du rapport Avenir de l'industrie chimique en France à l'horizon 2015 (mai 2005) [1], de « développer l'effort de recherche et d'innovation dans le domaine des biotechnologies industrielles pour la chimie ». Il s'agit d'un des trois secteurs à développer ;
• les représentants européens des industries chimiques (Cefic) et des bio-industries (Europabio) ont identifié les biotechnologies industrielles comme un des trois piliers techniques pour la construction de la plate-forme technologique européenne SusChem (www.suschem.org/).

Par ailleurs, les biotechnologies industrielles représentent des facteurs favorables par rapport à certaines menaces qui pèsent sur la compétitivité de la chimie française, notamment l'augmentation du coût des énergies et des matières premières fossiles.

Une croissance significative des applications des biotechnologies industrielles est prévisible à l'horizon 2010 au niveau mondial. En France, l'impact des biotechnologies industrielles se sera fait sentir à l'horizon 2015.

Marché

Le principal marché concerné par les biotechnologies industrielles est celui de l'industrie chimique au sens large, dont l'industrie pharmaceutique et la détergence. D'autres industries sont visées : industrie agroalimentaire notamment, mais aussi les secteurs de la pâte et du papier, du bois, du textile, du traitement des minerais et de l'environnement (biodépollution). Dans le domaine de l'énergie, les biotechnologies industrielles favorisent le développement des biocarburants. Par ailleurs, les biotechnologies industrielles ont également un impact, en amont, sur les marchés susceptibles de fournir les matières premières nécessaires : agriculture et industrie forestière.

Le marché mondial des produits obtenus grâce aux biotechnologies industrielles représenterait actuellement 50 Md$, et pourrait atteindre 160 Md$ en 2010. Les biotechnologies industrielles pourraient représenter à cette date 10 à 20 % de la production sur l'ensemble de l'industrie chimique, et de 30 à 60 % sur le segment de la chimie fine. Tous les segments de l'industrie chimique sont en fait concernés par les biotechnologies industrielles : en chimie de base, la préparation de biocarburants et d'éthanol par fermentation ; en chimie de spécialités, la synthèse de produits naturels (vitamines ...), de polymères, de biopolymères ou de biopesticides ; en chimie fine, comme intermédiaires dans la fabrication de produits pharmaceutiques, mais également d'arômes, de parfums et en agrochimie.

Acteurs

Disciplines scientifiques : biochimie, biologie moléculaire, biologie cellulaire, biologie des organismes, chimie physique, chimie analytique, chimie moléculaire, génie des procédés

Compétences technologiques : biotechnologies, pharmacie – cosmétiques, produits agricoles et alimentaires.

Pôles de compétitivité : Industries et agroressources (Champagne-Ardenne, Picardie).

Liens avec technologies : carburants de synthèse issus de la biomasse, accélération de la dégradation des déchets fermentescibles et valorisation énergétique, transgénèse, procédés catalytiques, microtechnologies pour l'intensification des procédés.

Principaux acteurs français :

Centres de compétences : CNRS (unités membres du Club biocatalyse en chimie organique notamment), ICSN (Gif-sur-Yvette), IFP, Insa Toulouse.

Industriels : Aventis, Biométhodes, Libragen, Proteus, Rhodia, Servier.

Deux initiatives régionales apparaissent particulièrement bien engagées dans le domaine des biotechnologies industrielles :

• en Champagne-Ardenne et Picardie, le pôle de compétitivité à vocation mondiale « Industries et agroressources » ;
• en Midi-Pyrénées, le réseau régional de recherche technologique « Agro-ressources et biotechnologies ».

L'une des trois thématiques prioritaires du réseau de recherche et d'innovation technologique RIB (Réseau innovation biotechnologies) est le « développement de tests environnementaux, de bioprocédés industriels, de technologies alternatives propres ».

Exemples d'acteurs dans le monde : BASF (Allemagne), Cargill (États-Unis), Degussa (Allemagne), DSM (Pays-Bas), DuPont (États-Unis), Genencor (États-Unis), Lonza (Suisse), Mitsubishi Rayon (Japon), Novozymes (Danemark) ...

Commentaires

Deux réflexions stratégiques et prospectives au niveau européen et français identifient les biotechnologies industrielles comme un axe thématique fort pour l'avenir de l'industrie chimique. En France, le rapport Avenir de l'industrie chimique en France à l'horizon 2015 (mai 2005) propose de « développer l'effort de recherche et d'innovation dans le domaine des biotechnologies industrielles pour la chimie ». Les mesures à prendre et les modalités de mise en œuvre de cette proposition sont également exposées dans le rapport et doivent guider les actions des pouvoirs publics sur le sujet. On souligne en particulier l'opportunité d'articuler les actions dans les biotechnologies industrielles avec le pôle de compétitivité à vocation mondiale « Industries et agroressources » en Champagne-Ardenne et Picardie.

Note

[1] Disponible à partir de www.industrie.gouv.fr/portail/secteurs/index_manufacture.html.

© Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie,
Direction Générale des Entreprises, 12/2006