120920 DGCHEM Biomimetisme Senlis - CleanTuesday · Par des procédés plus propres, plus économes...

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Chimie verte et développement durableDaniel Gronier

Un centre d’excellence en Biomimétisme à Senlis ?

3 constats pour comprendre:Crise et chimie verte ?

Chimie verte et biomimétisme ?Pourquoi maintenant, à Senlis?

20 septembre 2012 Cleantuesday Biomimétisme Senlis D 1


A partir de 1850 : premières utilisations industrielles du Pétrole (Occident) 1850 – 1975 : hégémonie énergétique, économique, militaire de l’Occident sur le

monde. La Chine, l’Inde, l’Afrique, l’Amérique du sud « vassalisées ».

Source: « The World Economy ». A.Maddison 2003

Crise :


Quelle crise ….?

En 1820 l’Asie (Chine, Inde) pèse plus de 50% du PIB mondial ….!

1974 : 1ère crise pétrolière. Premiers embryons de réseaux informatiques

=> début de la globalisation de l’économie mondiale

=> les courbes s’inversent. Retour à la normalité !

5 ou 100 ans ?


1er Constat : économique et géostratégique

Corrélation entre ère Pétrole et vassalisation du monde par l’Occident ?

La « crise » est en fait un retour du monde à la normalité. Elle vaperdurer (2050 ?) tant que la Chine et l’Inde n’auront pas retrouvé leursniveaux historiques de PIB mondial soit ~ 50% à eux deux.

Nous rentrons à peine dans une période de turbulences rare dansl’Histoire. Il faut s’attendre à des soubresauts politiques, économiques,conflictuels à peine imaginables à ce jour (points durs 2020-2025).

Conséquences. En quelques décennies (1990 – 2040) la

consommation mondiale va entraîner la multiplication par 4 de laproduction et donc de l’usage des ressources terrestres (Eau, énergiefossiles, agriculture, pêche, matières premières, etc …) Pression à haut risque sur l’environnement, Risques évidents à court terme de pénuries de toutes sortes, Notamment de l’eau et de l’énergie …!



Ressourcesfossiles

Millions de tonnes debarils de

pétrole/jour

Evolution du cours du barilde pétrole de 1970 àaujourd’hui en US $

Ressourcesrenouvelables

En fait un épiphénomène dans l’histoire de l’Humanité

Rareté future du pétrole et hausse irrémédiable de son prix

10 septembre 2012 ,(Wti crude Oil – 96$,Brent – 114$)


Ressourcesrenouvelables

Durée de vie estimée des ressources en années

Pétrole Charbon Gaz Uranium

Entre 40 et 100 ans 150 ans Environs70 ans

88 ans

Au même moment (heureusement ?) l’ère Pétrole se termine !


2ème constat : « évaporation » du carbone fossile! Où la chimie va-t-elle trouver le carbone dont elle a besoin ?

pour nous habiller (Fibres et Textiles), nous soigner (médicaments etcosmétiques), nous protéger (Habitations et chauffage),nous transporter (avion,voitures, bateaux), nous nourrir (rendement et protection des récoltes), etc .…

La marche vers le Développement Durable n’est pas un vœupieux d’écologistes. C’est une urgente nécessité pour lasurvie sereine de l’Humanité au-delà du 21ème siècle.

Depuis 30 ans la Chimie s’active à trouver des solutions alternatives à cespénuries programmées, Par des procédés plus propres, plus économes en « atomes », Par une optimisation permanente du recyclage, Par le développement de la chimie du carbone « renouvelable», celui tiré de

la production annuelle de biomasse

De la chimie « noire » nous passons à la chimie « verte »avec en autre l’appui fort de la Chimie du végétal

Accélérer la transition ; comment faire ?



Rien de nouveau sous le soleil !La chimie du végétal performe depuis des millénaires.D’abord dans la Nature, puis copiée par l’Homme

Comment faisaient-ils ?


Un cas parmi lesautres: Celui de lapeinture ...


Les ressources renouvelables :une vieille connaissance ….

Source : Musée du Louvre – C2RMF


Résines, solvants, pigments, charges; tous cesingrédients des formulations de peintures

ont été « bio-inspirés »

Ce qui est vrai pour le chimiste de la peinture l’estaussi pour celui des autres branches de l’industrie

Nos ancêtres ont construit et décoréle château de Versailles sans pétrole !

Performer sans pétrole est faisable,un retour vers le futur est possible !


La Chimie du 21ème siècle : un retour aux Sources ?Réinvention du carbone végétal : la bioraffinerie

Raffinage des ressources fossiles : pétrole, charbon ou gaz naturel

Raffinage de la biomasse (bois, maïs, colza, blé, betteraves, etc.….)

gaz/charbon

/ Colza / Acides gras

Biomasse

Source : ACDV



-

-

-

DOE Biomass Program Multi-Year Technical Plan, 2003

Glycerol

Ar

5-Hydroxymethyl-furfural

SG

Ferulic acid

Gallicacid

C6

C5

Higher alcohols

C2

Oxo synthesisproducts

3-Hydroxy-propionate

Lactic

Propionic acid

Malonic acid

Serine

Succinic acid

Fumaric acid

Malic acid

3-Hydroxy-butyrolactone

Acetoin

3-Hydroxy-butyrolactone3-Hydroxy-butyrolactone

Acetoin

Itaconic acid

Furfural

Levulinic acid

Glutamic acid

Xylonic acid

Xylitol/Arabitol

H2

Methanol

Mixed alcoholsBiobased

Syn Gas

DirectPolymers & gums

Textiles

Carpets, Fibers, fabrics, fabric

coatings, foam cushions, upholstery,

drapes, lycra , spandex

Safe Food Supply

Food packaging, preservatives,

fertilizers, pesticides, beverage

bottles, appliances, beverage can

coatings, vitamins

TransportationFuels, oxygenates, anti -freeze, wiper

fluids molded plastics, car seats, belts

hoses, bumpers, corrosion inhibitors

Housing

Paints, resins, siding, insulation,

cements, coatings, varnishes, flame

retardents , adhesives, carpeting

Recreation

Footgear, protective equipment,

camera and film, bicycle parts & tires,

wet suits, tapes -CD’s -DVD’s, golf

equipment, camping gear, boats

Health and Hygiene

Plastic eyeglasses, cosmetics,

detergents, pharmaceuticals, suntan

lotion, medical -dental products,

disinfectants, aspirin

Iso-synthesisproducts

Fischer-TropschLiquids

C3

C4 Aspartic acid

Citric/Aconitic acid

Lysine

Gluconicacid

Sorbitol

Glucaric acid

Ammonia synthesis, hydrogenation products

Linear and branched 1º alcohols, and mixed higher alcohols

Methyl esters, Formaldehyde, Acetic acid,Dimethylether,Dimethylcarbonate, Methyl amines, MTBE, olefins, gasoline

Olefin hydroformylationproducts: aldehydes, alcohols, acids

Iso-C4 molecules, isobutene and its derivatives

a-olefins, gasoline, waxes, diesel

Fermentation products, Propylene glycol, malonic, 1,3-PDO,diacids,propyl alcohol,dialdehyde, epoxides

Acrylates, L Propylene glycol,Dioxanes, Polyesters,Lactide

Acrylates,Acrylamides, Esters, 1,3-Propanediol, Malonic acidand others

THF, 1,4-Butanediol,g butyrolactone, pyrrolidones, esters,diamines, 4,4-Bionelle,hydroxybutyric acid

Unsaturated succinate derivatives(see above)

Hydroxybutyrates, epoxy-g-butyrolactone,butenoic acid

Methyl succinate derivatives (see above), unsaturated esters

Many furan derivatives

d-aminolevulinate, 2-Methyl THF, 1,4-diols, esters, succinate

EG, PG, glycerol, lactate,hydroxyfurans, sugar acids

Amino diols,glutaricacid,substituted pyrrolidones

1,5 pentanediol, itaconic derivatives, pyrrolidones, esters

Numerous furan derivatives, succinate, esters, levulinic acid

Caprolactam, diamino alcohols, 1,5-diaminopentane

Dilactones, monolactones, other products

Gluconolactones, esters

Glycols (EG, PG), glycerol, lactate, isosorbide

Phenolics, food additives

polyhydroxyalkonoates

poyaminoacids

polysaccharides

Hydroxy succinate derivatives (above),hydroxybutyrolactone

Amino succinate derivatives (see above)

Butanediols,butenols

Diols,ketone derivatives,indeterminant

Lactones, esters

Antifreeze and deicers

Fuel oxygenates

Green solvents

Phthalate polyesters

Plasticizers

Polyacrylates

Polyacrylamides

Phenol-formaldehyde resins

PEIT polymer

Polyhydroxypolyesters

Polyhydroxypolyamides

Chelating agents

Amines

Solvents

Nylons (polyamides)

Polyurethanes

BisphenolA replacement

Polycarbonates

Reagents-building unit

EnvironmentWater chemicals, flocculants,

chelators , cleaners and detergents

Reagent,propionol, acrylate

Pharma. Intermediates

Polyvinyl acetate

Polyvinyl alcohol

Specialty chemicalintermediate

Polyethers

Polypyrrolidones

Resins,crosslinkers

pH control agents

Emulsifiers

CommunicationMolded plastics, computer casings,

optical fiber coatings, liquid crystal

displays, pens, pencils, inks, dyes,

paper products

2-amino-1,3-PDO, 2-aminomalonic, (amino-3HP)

ThreonineThreonine

Industrial

Corrosion inhibitors, dust control,

boiler water treatment, gas

purification, emission abatement,

specialty lubricants, hoses, seals

Intermediate

Platforms

Building

Blocks

Secondary

Chemicals

Products/UsesIntermediatesBiomass

Feedstocks

SugarsGlucose

Fructose

Xylose

Arabinose

Lactose

Sucrose

Starch

Starch

Cellulose

Lignin

Veg. Oil

Protein

Hemicellulose



La Biomasse : quel potentiel ?Avons-nous assez de terres ?

L’utilisation mondiale de produits biosourcés pesait 6x109T , à savoir : 62% pour l’alimentation, 33% pour l’énergie 5% pour les applications industrielles.

La production annuelle de biomasse était estimée à 120x109T : 75% d’hydrates de carbone, 20% de dérivés cellulosiques, 5% de divers (Huiles, graisses, protéines)

L’humanité moderne utilise 5% de la biomasse produitechaque année dans le monde

En France 2% des ressources agricoles sont dédiés à la chimie du végétal.Elle réduit de 30 à 40% la consommation d’énergie et les émissions de CO2.

La biomasse est une voie privilégiée pour nous sortirde l'impasse en matières premières carbonées … !



•Semences, eau, engrais, produits phytosanitaires, fuel,..

•Restent sur laparcelle

•COLZA •Pailles

•Graines •Valorisation énergétique

•Alimentationanimale •Tourteau•Trituration •Alimentation

animale

•Phospholipides

•Soap stocks (phospholipides, savons, triglycérides)•Démucilagination

Neutralisation,

•Décoloration,désodorisation

•Huilesacides

•Lipochimie

•Alimentationanimale

•Cosmétique•Phytostérols,Tocophérols•Alcool behénique (filière colza érucique

seulement)

•Pharmacie,Cosmétique

•Huileraffinée

•Bio lubrifiants( colza 00 ou eucerique)•Huilesemi-raffinée

•Esters éthyliques •Trans-estérification•Polyols •Polyuréthanes

•Solvants •(Carburants)•Trans-estérification •Peintures•Résines

alkydes nonsiccatives

•Phytostérols •Distillation •Acides gras et dérivés(esters)

•Cosmétique,Lubrifiants

•Pharmacie, Cosmétique, Indus •Estersméthyliques

•Glycérine brute

•Adjuvantsphytosanitaires

•Dihydroxyacétone, ac.pyruvique, ac. glycérique,

analogues PLA....•Traitement acide

•Alimentaire,Cosmétique

•Distillation

•Hydrogénation,distillation

•pour encresd'imprimerie

•Huile Acides •Glycérol •Esters deglycérol

•Estérification •alcoolsgras

•1,3 propanediol•Biolubrifiants•Tabac, IAA,

cosmétique, indu.•ASA

•Alcools graséthoxylés

ou sulfatés•PTT •valorisation comme

Polyol•Carbonate deglycérol •Polyglycérols et esters•Fibres

•Biodiesel•Traitement du

bois •Tensioactifs(Cosmétique)

•Solvants•Glycidol •Tensioactifs, lubrifiants,

traitement du bois•Carburants

•polyglycidol •Polyuréthanes

•Résines époxy•Résinesalkydes,...

UN EXEMPLELa FILIERE COLZA

Filaires similaires pour le maïs, le sucre, lapomme de terre, etc ….

Source : ADEME


Les diacides peuvent être utilisés dansla synthèse de polyamides, polyesterset polyuréthanes.

PolymèresLes Bio-Résines

Source : Sofiproteol

Les diacides gras du Colza


Les intermédiaires dérivés du Glycérol

Chimie desacryliques

Chimie desEpoxydes

PBS


Les Pigments biosourcés?

Acide Succinique …!

→ Précurseur de la chimie des pigments

organiques de Quinacridones et des DPP(Jaune, Orange, Rouge, Violet)

Les Bio-Solvants: déjà une belle palette

Source : Pole IAR

Etc … Etc ….

Car toute l’industrie se mobilise



Association Chimie du Végétal – ACDV

www.chimieduvegetal.com20 septembre 2012 Cleantuesday Biomimétisme Senlis D 14


Quel intérêt pour la Chimie de formulations et ses clients ?

Un renouveau dans l'offre des spécialités chimiques (Résines et vernis,plastifiants, solvants, additifs, tensio-actifs, pigments (?) etc. …),

Et donc de nouveaux gisements d’innovation pour les peintures, encres,vernis, adhésifs, la cosmétique, les textiles, les biomatériaux, lesmédicaments, les lubrifiants, les détergents, etc. ….

Deux opportunités stratégiques pour nos industries !

Permet de rechercher une cohérence dans l'éco-conception des produits"aval" des filières (emballages, automobile, bâtiment …). Un nouveaupartenariat à inventer ? De nouvelles sources d'Innovationstechnologiques et Artistiques ?

Ouvre la possibilité de reconstruire des barrières d’entrée technologiqueface à la concurrence des Nouveaux Pays Industriels et donc à unerelocalisation compétitive, facteur clé de succès d’un développementdurable de nos industries en Europe.



3ème constat : Urgence à l’innovation !

La Chimie est partout; c’est la mère de nos industries, Le carbone fossile s’épuise, la biomasse nous offre le carbone

renouvelable,

Il n’y aura pas de Développement Durable sans chimie, Il y a urgence à accélérer la transition du « tout pétrole » vers le

« moins pétrole » par le bio-inspiré,

Cela fait 3 Mds d’années que la Nature a tout optimisé, Le pétrole facile nous l’a fait oublier depuis 200 ans mais nous a

permis de trouver les technologies (Biotech) pour undéveloppement durable de masse.

Fermons la parenthèse et observons ….Notamment en nous inspirant du biomimétisme



Le biomimétisme : sourced’innovation

La Nature recycle chaque année95% de sa production

La Nature a optimisé ses chaînesde production depuis 3 Mdsd’années !

Des applications concrètes, vecteurs deRé-industrialisation compétitives en chimie deformulation :

• Alimentation,• Pharmacie, cosmétiques,• Détergences, Lubrifiants,• Plasturgie , textiles,• Papiers, encres , peintures,• Ciment , céramiques, verres,• Adhésifs,• Etc …


Dynamisant l’innovation du développement durabledans tous les secteurs industriels de la Société :

• Bâtiment• Automobile, aéronautique• Electronique• Grande consommation


Pourquoi Senlis ?

Le centre d’excellence en biomimétisme soutient :

La stratégie de Développement Durable de la Région

La mission mondiale du Pôle de compétitivité IAR,

La transition scientifique de progrès des universités,écoles et instituts techniques de la Région (UniversitéJules Verne Picardie. ESIEE (Amiens). UTC (Compiègne).Institut Lasalle (Beauvais). INERIS, CETIM, ESCOM, CVG,etc ….

Les efforts d’innovation des grands industriels voisins:AEROLIA (Airbus / EADS), L'Oréal, Sofiproteol, Arkema.Clariant, Toyo Ink, …

L’Institut d’excellence en énergies décarbonnées lancé àCompiègne en septembre 2011 (Projet PIVERT – LeaderSOFIPROTEOL)

PIVERT

Pôle IAR


A l'échelle de la Région Picardie


Pourquoi Senlis ?

Ce centre d’excellence en biomimétisme aide àpromouvoir un concept de « Biotech Valley », triangleformé par Compiègne Senlis et Beauvais :

Territoire proche de Paris qui concentre une partimportante des activités de R&D et chimie verte dePicardie,

Senlis, pointe Sud du triangle, bénéficie d'unpositionnement très proche de l'aéroport CDG, 2èmeplateforme du continent, sur l'axe A1 Nord Europe,mais aussi des portes de Paris (30 minutes)

Au cœur de la puissance agro-industrielle de la France,atout stratégique en Europe pour la compétitivité du futur


A l'échelle du Pays, de l’Europe

PIVERT

Pôle IAR


ConclusionsLe rééquilibrage mondial de l’économie entre l’Occident et les « BRICS »entraine une concurrence accrue entre les régions du globe avec une pressionenvironnementale inquiétantes car sans précédent dans l’histoire de l’humanité.


Au même moment les ressources énergétiques fossiless’épuisent, forçant à une « réinvention » urgente etincontournable de nos sociétés vers un Développement Durable.

La chimie, mère de toutes les industries, doit accélérer sa révolution verte,notamment avec la chimie du végétal pour les matériaux bio-sourcés.

La chimie change de « champs ». De ceux de l’or noir, elle passe à ceux del’or vert. C’est particulièrement vrai au cœur du parc national des 3 forêts,ici chez les Sylvanectes, au sud de l’Oise!

Le biomimétisme est une source d’inspiration sans limites pour dynamiserl’innovation en chimie verte, notamment celle des biomatériaux.

Bienvenue en cette Renaissance

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