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OpenEdition Books

Le développement durable à découvert

 | 
Agathe Euzen
, 
Laurence Eymard
, 
Françoise Gaill

Sixième partie – Nouvelles approches dans la recherche

13. Des puits de carbone à la bio-économie

Paul Colonna et Hélène Lucas

Texte intégral

1Le cycle biogéochimique du carbone (cf. II.9-14) résulte d’échanges entre cinq compartiments, où le carbone est présent sous différentes formes : la biosphère, qui intègre les organismes vivants marins et terrestres ; la pédosphère, où se trouve le carbone organique du sol ; la géosphère ; l’hydrosphère ; et l’atmosphère (figure). Alors que l’exploitation des carbones fossiles et le déstockage du carbone organique des sols provoqué par les changements d’usage des sols conduisent à une libération atmosphérique de CO2 le, « piégeage » définitif du carbone et sa transformation en CaCO3 (carbonate de calcium) dans les océans et la photosynthèse contrebalancent la production de CH4 (méthane) et de CO2 (dioxyde de carbone) atmosphérique due à la respiration des organismes vivants. À rebours d’une économie fondée sur les usages du carbone fossile, la bio-économie est une stratégie scientifique et économique pour favoriser l’évolution vers une économie fondée sur les matières premières biologiques, en s’appuyant sur les biotechnologies. Elle vise également une croissance durable grâce à des progrès conduisant à la « biologisation » des procédés industriels et la commercialisation de produits bio-sourcés, à la réduction des déchets et aux écotechnologies.

Enjeux

2La bio-économie s’envisage dans un contexte planétaire, où plusieurs défis restent à relever. Il s’agit tout d’abord de répondre aux besoins alimentaires d’une population mondiale d’environ 9 milliards d’individus en 2050, dont une partie est en fort développement économique. Afin d’atteindre un « développement neutre » sur le plan du carbone, les populations et les états doivent contrôler, limiter et réduire leurs émissions de gaz à effet de serre (GES*) dans l’atmosphère. Pour pallier le déclin des réserves en ressources fossiles, il est nécessaire d’élaborer des produits de substitution aux produits pétrochimiques (cf. VI.12). Enfin, les sociétés doivent prévenir les risques sanitaires et environnementaux associés aux substances chimiques, en élargissant le spectre des molécules fonctionnelles.

3Une mobilisation plus forte du carbone biologique, grâce aux progrès de la biologie moderne permettant de modifier les procédés de transformation de la biomasse en direction d’une chimie verte, est un élément de réponse à ces quatre enjeux, mais elle nécessite d’augmenter la biomasse produite pour ces finalités anthropiques. C’est la perspective offerte par la bio-économie, dont l’objectif est la production des biens et services pour réduire la dépendance des populations à l’égard des ressources non renouvelables, en assurant, de manière pérenne, leur sécurité alimentaire, environnementale et économique. Deux perspectives en découlent : d'une part, développer une agro-industrie, l’un des enjeux de la réindustrialisation européenne, et, d’autre part, accompagner les développements des régions à partir de leurs avantages spécifiques (compétences, ressources et localisation géographique).

4Pour aboutir à un bilan neutre du carbone à la surface du globe, trois conditions doivent être satisfaites : ajuster les émissions de CO2 issu du carbone fossile à la somme des fixations nettes de carbone par les écosystèmes marins et terrestres, minimiser le déstockage du carbone organique des sols provoqué par les changements d’usage des sols, et veiller à ce que le prélèvement de carbone sur la biomasse – produits d’origine agricole et leurs résidus, d’origine forestière et aquatique avec les micro et macro-algues, effluents industriels et déchets – n’affecte pas les autres services écosystémiques* (support, régulation, services culturels et sociaux) rendus par certains d’entre eux.

Voies de recherche

5Le doublement de la production végétale attendu pour 2050 repose sur une amélioration des performances de la photosynthèse pour accroître la biomasse produite par unité de sol et de temps, tout en limitant l’utilisation des intrants (eau, minéraux, produits phytosanitaires…) et en préservant l’environnement. Avec les biotechnologies vertes, de nouvelles cibles de recherche sont ouvertes pour augmenter la productivité des cultures par l’amélioration de la capacité et de l’efficacité de la photosynthèse : élargissement du spectre radiatif capté, ingénierie des carboxylases impliquées, concentration du CO2 dans les chloroplastes, optimisation de la distribution de la lumière dans les canopées…

6La déconstruction des matières végétales pour séparer les molécules d’intérêt présentes dans les différents organes constituant la biomasse est un verrou central dans l’utilisation de celle-ci. La bioraffinerie est définie comme une succession de procédés physiques, chimiques et/ou biologiques de déconstruction, séparation et fonctionnalisation, visant à transformer de façon durable la biomasse en produits intermédiaires ou finis. Après la première génération (papeterie, meunerie, huilerie), elle a évolué vers la bioraffinerie de deuxième génération (acides gras, glycérol, polysaccharides, isolats de protéines). Puis, en troisième génération, l’arrivée des outils enzymatiques des biotechnologies blanches a permis l’approfondissement du fractionnement vers les oses et les peptides. La gazéification conduisant au gaz de synthèse (syngaz) est le stade ultime de la bioraffinerie de quatrième génération, avec un éclatement des molécules constitutives en CO (monoxyde de carbone) et H 2 (dihydrogène). Une triple flexibilité est atteinte aujourd’hui par les biomasses mises en œuvre, les technologies employées et les molécules produites. Dans ce paysage, les biotechnologies vertes ont déjà commencé à apporter des améliorations pour l’aptitude à la transformation (lignines*) ou aux usages (amidon, lipides). Les biotechnologies blanches, qui vont des recherches menées sur les enzymes* et les micro-organismes jusqu’à la biologie de synthèse et les consortia microbiens, sont pertinentes pour la déconstruction et la fonctionnalisation.

Stocks et flux de carbone (GtC/an) dans le système Terre. Source GIEC*, Friedlenstein et al., 2010 ; Pan et al., 2011

7La concurrence et la complémentarité avec les produits du carbone fossile constituent une autre grille d’analyse pour évaluer la pertinence d’un système basé sur l’utilisation du carbone biologique. L’adéquation technique et le coût des produits sont des critères importants. Par ailleurs, l’usage final des molécules créées doit être une variable d’analyse pour une société durable. La capacité de recyclage des molécules fait apparaître deux classes particulières, chacune représentant de 25 à 30 % des usages : les molécules dispersives sans possibilité de recyclage (solvants, biocarburants, produits d’hygiène, produits utilisés en agriculture) et les molécules dont la durée de vie est inférieure à un an et qui présentent des possibilités de recyclage très variables (emballages). La conception de produits à cycles courts (de la production de biomasse à la biodégradation) s’inscrit directement dans l’éco-conception. En parallèle, le piégeage de carbone, par exemple par l’utilisation du bois dans la construction et l’ameublement, peut être une option intéressante pour réduire le carbone atmosphérique.

Bibliographie

Références bibliographiques

• P. COLONNA – Le carbone renouvelable dans les systèmes alimentaires, énergétiques et chimiques, Collège de France, Leçons inaugurales, 2012.

• M. LUSSER, C. PARISI, D. PLAN et E. E. RODRIGUEZ-CEREZO – New Plant Breeding Techniques : State-of-the-Art and Prospects for Commercial Development, JRC European Commission, 2011.

Table des illustrations

Légende Stocks et flux de carbone (GtC/an) dans le système Terre. Source GIEC*, Friedlenstein et al., 2010 ; Pan et al., 2011
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10853/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 408k

Auteurs

Biologie végétale, Directrice de Recherche à l’INRA, Présidente du Directoire opérationnel du GIS Biotechnologies Vertes, Coordinatrice scientifique internationale de la Wheat Initiative, Paris.
helene.lucas@versailles.inra.fr

© CNRS Éditions, 2013

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