1. Le vivant, source d’énergie et de matériaux

Depuis des millénaires, l’humanité dépend des ressources issues du monde vivant, appelées biomasse. Avant l’ère industrielle, cette biomasse constituait la principale source d’énergie et de matériaux :

• le bois pour le chauffage ou la construction ;
• les fibres végétales (lin, chanvre, coton) pour les vêtements ou les cordages ;
• les matières animales comme le cuir ou la laine pour les chaussures et les habits ;
• les huiles et graisses naturelles pour l’éclairage ou les soins.

Le bilan carbone de la biomasse est considéré comme neutre, à condition que la vitesse à laquelle elle se renouvelle soit suffisante pour compenser son utilisation. C’est le cas de la biomasse agricole qui se renouvèle annuellement, en revanche cela est moins vrai pour la ressource forestière qui demande plus de temps pour se régénérer et cela d’autant plus qu’elle est impactée par le changement climatique. Au contraire, l’utilisation d’énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) libère des stocks de carbone accumulés depuis des millions d’années dans des végétaux (pour le charbon) ou du plancton (pour le pétrole) qui ne pourront pas être reconstitués.

Aujourd’hui, la biomasse regagne en intérêt avec le développement des produits biosourcés, fabriqués à partir de matières issues du vivant : végétaux, micro-organismes ou encore déchets organiques.

Utiliser la biomasse c’est substituer les produits d’origine fossile par des alternatives moins émettrices de CO₂ afin de limiter les impacts environnementaux et c’est aussi réduire la dépendance aux énergies non renouvelables.

2. La biomasse aujourd’hui : une ressource renouvelable à redécouvrir

La biomasse désigne l’ensemble de la matière organique (c’est-à-dire qui provient des êtres vivants), dont la première utilisation est l’alimentation, mais qui peut également servir de source d’énergie ou de matière première. Elle se présente sous de nombreuses formes :

• Biomasse végétale : plantes cultivées, résidus agricoles (pailles, tiges), ressources forestières (bois, branches, copeaux, sciure de bois) ou encore algues, etc.
• Biomasse animale : déjections (lisier, fumier), graisses animales ou résidus de la pêche, etc.
• Déchets organiques : restes alimentaires, tontes de pelouse, feuilles mortes, etc.
• Micro-organismes : bactéries, levures, champignons, utilisés dans de nombreux procédés de transformation.
   

Riche en sucres, lipides et protéines, la biomasse offre une large palette de briques moléculaires utiles pour concevoir de nouveaux produits. Cependant, contrairement au carbone contenu dans les ressources fossiles qui est directement exploitable, celui issu du vivant se trouve dans des structures biologiques plus complexes. Les chercheurs et chercheuses travaillent donc à développer des procédés permettant de décomposer ces structures et valoriser chaque composant de la biomasse de manière optimale, sans gaspillage.

Parmi les différentes sources de biomasse, certaines plantes jouent un rôle clé en fournissant des matières premières importantes :

• Les plantes sucrières riches en sucre (betterave, canne à sucre) et riches en amidon (blé, maïs, pomme de terre) ;
• Les plantes oléagineuses riches en huile (tournesol, colza, soja) ;
• Les ressources lignocellulosiques riches en sucre complexes comme la cellulose (bois, paille, lin, chanvre).

3. Transformer le vivant : de la biomasse aux produits biosourcés

La Commission Européenne définit les produits biosourcés comme des produits non alimentaires issus de la biomasse.

La fabrication de produits biosourcés n’est pas nouvelle, mais la recherche actuelle vise à maîtriser la transformation de la biomasse pour créer des produits innovants et durables.

Les applications sont multiples :

• Energie : production de biogaz et biocarburants (pour l’aviation, le transport routier ou maritime). On distingue trois générations de biocarburants selon l’origine de la biomasse utilisée :
  • Biocarburants de première génération issus de cultures alimentaires (betterave, maïs, colza)
  • Biocarburants de deuxième génération produits à partir de résidus et déchets lignocellulosiques
  • Biocarburants de troisième génération produits à partir de microalgues dans des photobioréacteurs, encore en développement.
• Construction : fabrication d’isolants, de peintures et de colles ;
• Emballage : développement de bioplastiques ;
• Textile : création de matériaux biosourcés ;
• Industrie automobile et aéronautique : composites, huiles et lubrifiants ;
• Chimie fine : formulation de peintures, résines, colles, produits d’hygiène, cosmétiques, produits d’entretien et de nettoyage, produits pharmaceutiques.
   

La transformation de la biomasse repose sur des procédés physiques, chimiques et biologiques :

• Pyrolyse : procédé qui consiste à chauffer de la matière organique à très haute température, sans oxygène. Par exemple la pyrolyse du bois pour obtenir du charbon végétal.
• Méthanisation : décomposition de matières organiques, comme les déchets alimentaires ou agricoles, par des micro-organismes en absence d’oxygène. Elle produit du biogaz (CH₄ et CO₂) et un résidu, le digestat.
• Méthanation : c’est une réaction chimique ou biologique, qui consiste à combiner du CO₂ et de l’hydrogène (H₂) pour fabriquer du méthane.
• Fermentation : processus biologique au cours duquel des micro-organismes (comme les levures ou les bactéries) transforment des sucres en absence d’oxygène. Elle est utilisée, par exemple, pour fermenter les sucres de l’orge dans la fabrication de la bière, ou ceux de la betterave et du maïs pour produire du bioéthanol.

Parmi ces méthodes, les biotechnologies jouent un rôle de plus en plus important. Elles utilisent le vivant — micro-organismes ou enzymes — comme de véritables « usines cellulaires » pour produire des molécules d’intérêt. Ces procédés mobilisent des disciplines variées : biologie moléculaire et cellulaire, biochimie, microbiologie, bioprocédés, biologie de synthèse, bio-informatique, etc.

Les biotechnologies offrent un avantage majeur : elles remplacent des procédés chimiques lourds par des réactions biologiques, réduisant ainsi la consommation d’énergie, les déchets et les émissions polluantes tout en valorisant des ressources renouvelables.

Un autre procédé important est la catalyse chimique. Celle-ci repose sur l’utilisation de catalyseurs – des substances généralement métalliques, minérales ou organiques – qui facilitent la conversion des molécules. Ils permettent d’accélérer les réactions chimiques, qui seraient trop lentes ou peu efficaces sans eux. La catalyse chimique permet également de réduire les besoins en énergie, ce qui en fait un procédé clé pour développer des procédés plus économes en ressources.

4. Vers une bioéconomie au service de la transition écologique

Au-delà de la production de produits biosourcés, la transformation de la biomasse s’inscrit dans une dynamique plus large : celle de la bioéconomie. Ce modèle vise à s’appuyer sur les ressources biologiques pour bâtir une économie durable, circulaire et décarbonée. Les ambitions de la bioéconomie sont multiples :

• Réduire la dépendance aux ressources fossiles et renforcer la souveraineté industrielle ;
• Diminuer les émissions de CO₂ et les impacts négatifs sur l’environnement ;
• Développer de nouvelles filières industrielles locales et former de nouveaux professionnels aux métiers émergents du secteur.

Ainsi, la biomasse et les produits qui en sont issus constituent des leviers essentiels pour réussir la transition écologique et construire une économie fondée sur le vivant. Cependant, cette transition vers la bioéconomie nécessite de profondes transformations impliquant les acteurs économiques et les pouvoirs publics, pour soutenir la recherche, accompagner la mise en place de filières et définir des normes favorisant le développement des produits biosourcés.

5. Le rôle central de la recherche

Si l’idée de remplacer le pétrole par le végétal paraît simple, la réalité scientifique et technique est bien plus complexe. La biomasse est une ressource très hétérogène, périssable et difficile à transformer : sa composition varie selon les espèces, les saisons et les conditions de culture, et elle contient un mélange de sucres, lignine, protéines et lipides difficiles à séparer.

La recherche joue donc un rôle clé pour :

• Comprendre la structure de la biomasse et identifier des procédés plus efficaces pour l’utiliser sans la gaspiller ;
• Améliorer les procédés de production, en optimisant micro-organismes et enzymes, et en développant des synergies entre catalyse chimique et biologique afin de lever les verrous scientifiques et techniques pour augmenter les rendements, réduire l’énergie et l’eau utilisées, et garantir une viabilité économique à grande échelle ;
• Développer des produits compétitifs, à la fois économiquement et écologiquement, capables d’être produits sans concurrencer l’alimentation ou d’autres usages qui seraient plus pertinents.

Au-delà du simple remplacement des produits pétrochimiques, la recherche ouvre la voie à de nouvelles molécules et matériaux : plastiques biodégradables, solvants non toxiques, additifs naturels… Ces innovations offrent des propriétés inédites et contribuent à bâtir une bioéconomie durable, inventive et performante.