Pour remplacer le pétrole, les micro-algues sont particulièrement prometteuses. Une équipe d'IMT Mines d’Alès s’attache à produire des bioplastiques issus de ces algues, le plus simplement possible.

Nicolas le Moigne, Centre des Matériaux Mines Alès

Le pétrole n’est pas éternel, il faudra un jour le remplacer. Cela concerne non seulement le secteur de l’énergie, mais aussi celui de la chimie, puisque la grande majorité des produits chimiques actuels sont issus de l’or noir. C’est pourquoi de plus en plus de recherches visent à produire des produits chimiques à partir de ressources renouvelables, essentiellement la biomasse (les matières organiques d’origine animale ou végétale). Les micro-algues, déjà utilisées dans les domaines alimentaire et cosmétique, semblent particulièrement prometteuses pour la chimie verte et la fabrication de biomatériaux. C’est l’objet des recherches de Nicolas Le Moigne, enseignant-chercheur au Centre des Matériaux d'IMT Mines Alès, dans le cadre du programme CARNOT AVENEPME et du Labex CheMISyst.

La biomasse peut être intégrée directement dans des matériaux, par exemple en ajoutant des fibres de lin, de chanvre ou de bois pour renforcer les composites. Mais on peut également transformer la biomasse pour en extraire des fragments de molécules, les « synthons », ou des molécules plus grandes, les biopolymères. Cependant, extraire ces synthons et ces biopolymères nécessite de recourir à des procédés chimiques complexes, souvent coûteux et peu écologiques. 

L’un des intérêts des micro-algues est justement de limiter le recours à cette chimie. «  En contrôlant leurs conditions de culture, il est possible d’obtenir des micro-algues plus riches en telle ou telle molécule d’intérêt », souligne Nicolas Le Moigne. Par exemple, dans des conditions de stress contrôlées, les micro-algues peuvent produire davantage d’amidon, un polymère déjà utilisé pour les sacs plastiques biodégradables. Les algues pourraient ainsi à terme remplacer d’autres sources d’amidon (céréales, tubercules) obtenues par culture sur des sols arables dont la destination première est l’alimentation humaine ou animale. Cette recherche vise donc aussi  à apporter des éléments de réponse au débat sur la compétition des usages alimentaires et non alimentaires des biomasses agricoles.

Reportage Vidéo
 

Reportage vidéo au CEA Cadarache et au Centre des Matériaux Mines Alès

Le Centre des Matériaux d'IMT Mines Alès (C2MA) collabore avec Jean-François Sassi et Florian Delrue du CEA de Cadarache, Guilhem Arrachart de l’Institut de Chimie Séparative de Marcoule (ICSM) et Claire Negrell de l’Institut Charles Gerhardt à Montpellier (ICGM) sur ce sujet. Ces équipes dont les compétences sont hautement complémentaires ont bénéficié de financements du Labex CheMISyst et du programme CARNOT AVENEPME. Le CEA se charge de la culture des micro-algues, tandis que les équipes du C2MA, de l’ICSM et de l’ICGM travaillent sur l’extraction, la transformation et la valorisation des biomolécules. Faut-il les sécher ou les utiliser encore humides ? Quels solvants utiliser ? Comment valoriser au mieux les trois familles de composés issus des micro-algues, les protéines, les carbohydrates et les lipides ? « Nous travaillons à valoriser l’ensemble des substances, comme le fait une raffinerie avec le pétrole : c’est le concept de bioraffinerie. Les protéines et les carbohydrates pour les biomatériaux ou les biocarburants (via la fermentation de certains carbohydrates) et les lipides pour le biodiésel ou comme synthons pour la synthèse de biomatériaux », indique Nicolas Le Moigne. 

Quelques chiffres permettent d’appréhender l’immense potentiel des micro-algues. Celles-ci assurent la moitié de l’activité photosynthétique terrestre, en convertissant l’énergie lumineuse du soleil et le CO2 atmosphérique en molécules organique. Les dernières évaluations estiment qu’il existe 1 à 2 millions d’espèces de micro-algues, dont seulement 30 000 sont décrites, et moins d’une centaine réellement étudiées. Cela laisse imaginer le nombre de nouvelles molécules que l’on pourra un jour extraire de ces algues. 

Premiers échantillons de BioPolymères produits au Centre des Matériaux Mines Alès

Pour rendre ces algues encore plus écologiques, l’équipe de Nicolas Le Moigne souhaite s’affranchir des étapes chimiques polluantes, au profit d’une transformation directe. « Ces cellules d’algues peuvent être saturées en polymères. Nous tentons de les utiliser directement comme un microgranulé de bio-polymère, en y ajoutant les plastifiants adéquats. Nous utilisons ensuite les technologies classiques de plasturgie. » Par exemple ces mélanges de biopolymères et de plastifiants sont placés dans des mini-extrudeuses (servant à mélanger et à mettre en forme les polymères). Les chercheurs jouent sur les conditions de mélangeage pour contrôler les propriétés de ces biomatériaux plastiques.

« Nous avons obtenu la preuve de concept : il est possible de produire des matériaux plastifiés directement à partir de micro-algues, se réjouit Nicolas Le Moigne. Nous allons maintenant tester leurs propriétés fonctionnelles (mécaniques, perméabilité, biodégradation...). » Si les résultats sont bons, ces biopolymères pourront être mélangés avec les polymères existants dans les emballages.  Un marché de choix : les emballages représentent la moitié des plastiques produits dans le monde ! Les deux chercheurs seraient ravis de collaborer sur ce sujet avec des industriels motivés.

Article rédigé par Cécile Michaut, journaliste scientifique