Introduction aux bioproduits


Fiche technique - ISSN 1198-7138  -  Imprimeur de la Reine pour l'Ontario
Agdex : 80
Date de publication : février 2010
Commande no. 10-014w
Dernière révision : Imprimé en mai 2010
Situation :
Rédacteur : Mahendra Thimmanagari - spécialiste des bioproduits isssus de cultures/MAAARO, Guelph; Ian McDonald - coordonnateur à la recherche appliquée - Grandes cultures/MAAARO, Guelph; Jim Todd - spécialiste des cultures de remplacement/MAAARO, Simcoe.

Table des matières

  1. Définitions
  2. Pourquoi s'intéresser aux bioproduits?
  3. Catégories de bioproduits
  4. Pour plus de renseignements
  5. Renseignements supplémentaires

Définitions

Les bioproduits sont des produits fabriqués en partie à base de matières biologiques ou renouvelables (1). Le préfixe « bio » s'applique aux composantes de ces produits qui sont dérivées de sources biologiques notamment agricoles (p. ex. cultures et résidus de cultures, drèches sèches de distillerie) ou de la transformation des aliments (sous-produits, résidus et matières non conformes). La foresterie est une autre source potentielle de matières biologiques mais ne sera pas traitée dans cette fiche.

Il n'existe pas de définition de « bioéconomie » faisant l'unanimité, mais on peut essentiellement la décrire comme étant une économie fondée sur la fabrication durable de produits à partir, en totalité ou partiellement, de ressources renouvelables. Cela englobe tous les procédés de fabrication, de la production de matières biologiques à la fabrication de produits finis, en passant par les différentes étapes de transformation, sans oublier les procédés de recherche, de développement et de commercialisation.

On divise généralement les bioproduits en trois catégories:

La bioénergie

  • les combustibles liquides tels que l'éthanol et le biodiésel
  • la biomasse solide utilisée aux fins de combustion pour générer de la chaleur et de l'énergie
  • les combustibles gazeux tels que les biogaz et les gaz de synthèse qui sont utilisés pour générer de la chaleur et de l'énergie

Les biomatériaux

  • les bioplastiques fabriqués à partir d'huiles et de glucides végétaux
  • les biomousses et bio-élastomères fabriqués à partir d'huiles végétales et de latex
  • les biocomposites fabriqués à partir de biofibres agricoles (p. ex. chanvre, lin, jute) et forestières, utilisées notamment dans la production de panneaux de portes automobiles et de pièces détachées

Les produits biochimiques

  • industriels - produits chimiques de base et spécialisés et résines, y compris des peintures, des lubrifiants et des solvants
  • pharmaceutiques - anticorps et vaccins produits à partir de plantes-usines ayant été génétiquement modifiées et de sources naturelles de composés médicinaux
  • biocosmétiques - savons, crèmes corporelles et lotions

Pourquoi s'intéresser aux bioproduits?

En général, les agriculteurs de l'Ontario produisent des aliments et des cultures fourragères qui sont souvent l'objet d'importantes fluctuations des cours, de surproduction et de coûts de facteurs de production élevés(comme les engrais), ce qui a pour résultat une faible rentabilité économique.

La bioéconomie émergente présente le potentiel de contribuer de façon significative à l'économie générale de l'Ontario et du Canada. La fabrication de produits de nature biologique donne la possibilité à tous ceux qui prennent part à la chaîne de valeur d'en tirer parti, offrant aux agriculteurs et aux transformateurs de produits alimentaires des débouchés supplémentaires pour les produits de base et les sous-produits. Les producteurs primaires en particulier pourraient réaliser des gains accrus à partir des matières biologiques dérivées de leurs produits, qui ont été pour la plupart considérées jusque-là comme des « déchets ».

Les agriculteurs pourraient tirer davantage parti de la bioéconomie par leur participation à diverses composantes de la chaîne de valeur ou en tant que propriétaires.

Le développement de bioproduits offre des avantages pour l'économie, pour l'environnement et pour la santé.


Quelques avantages des bioproduits

Avantages socio-économiques

  • Un secteur bioéconomique diversifié et stable qui renforce l’économie générale de l’Ontario
  • Une diversification agricole résultant d’utilisations complémentaires des matières premières agricoles
  • Le développement de nouvelles industries et de nouveaux produits
  • Une augmentation des débouchés économiques pour les collectivités rurales
  • Une dépendance moindre aux combustibles fossiles non renouvelables

Avantages environnementaux

  • Une réduction des émissions de gaz à effet de serre durant la fabrication de certains bioproduits, comparé à la fabrication de produits équivalents à base de pétrole
  • Une sécurité accrue pour l’environnement, une toxicité réduite et davantage de produits biodégradables
  • Une production durable de matières premières biologiques renouvelables

Avantages pour la santé

  • La production potentielle de produits médicinaux et de vaccins peu coûteux
  • Le développement de nouveaux médicaments non disponibles à partir des sources traditionnelles

Catégories de bioproduits

Bioénergie

La bioénergie est produite sous forme liquide, solide ou gazeuse durant la transformation de la biomasse par divers processus physiques, biochimiques, thermochimiques et autres.

Éthanol

L'éthanol et le biodiésel sont les deux biocombustibles les plus courants, souvent mélangés, le premier à de l'essence à base de pétrole et le second, à du diésel, en vue de leur utilisation comme carburants de transport ou comme combustible domestique. Actuellement, les grains de maïs et de blé constituent les deux principales matières premières pour la production d'éthanol en Amérique du Nord, le maïs étant la principale matière première pour la fabrication de l'éthanol par fermentation biochimique.

En 2009, l'Ontario affichait une production annuelle d'éthanol d'environ 685 millions de litres. Les mélanges ordinaires essence-éthanol se composent de 5 % à 10 % d'éthanol et portent l'appellation E5 et E10. Il est possible d'utiliser un mélange E85 dans les véhicules polycarburants (VPC). Depuis le 1er janvier 2007, le gouvernement de l'Ontario exige que l'essence contienne 5 % d'éthanol (2, 3).

On évalue actuellement de nouvelles technologies permettant de produire directement de l'éthanol à partir de cellulose ou de gaz de synthèse (un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène). Le coût actuel de la production d'éthanol à base de cellulose ou de gaz de synthèse thermochimique est élevé, comparé à sa production à base de céréales. Au Canada et à l'échelle internationale, plusieurs sociétés mènent des recherches actives sur ces technologies afin d'optimiser les conditions de réaction de l'hydrolyse de la cellulose en sucres fermentescibles, de réduire les coûts généraux de production et de maximiser les rendements en éthanol. Ces technologies suscitent beaucoup d'intérêt en raison de leur adaptabilité à une vaste gamme de matières premières de la biomasse.

de canola destinée au biodiesel

Figure 1. Huile de canola destinée au biodiésel.

Biodiésel

Le biodiésel est couramment produit par transformation chimique des huiles végétales, des matières grasses et des graisses selon un processus qu'on appelle la transestérification. Le soya et le canola (figure 1) sont des exemples de cultures oléagineuses pouvant servir à la production de biodiésel. Les résidus du traitement des aliments tels que les huiles végétales recyclées des restaurants et les graisses résultant de la fonte des graisses animales peuvent aussi être transformés en biodiésel. Les micro-algues sont des plantes aquatiques photosynthétiques qui produisent et accumulent des quantités importantes d'huile pouvant servir à la production de biodiésel. Les recherches se poursuivent pour accroître la production des algues à un niveau industriel (4). En 2009, l'Ontario affichait une production annuelle de 70 millions de litres de biodiésel. Au Canada, le gouvernement fédéral propose de rendre obligatoire l'inclusion de 2 % de diésel renouvelable dans le carburant-diésel et dans le combustible domestique d'ici 2012. Il existe des possibilités de développement de la production du biodiésel à l'échelle industrielle et à petite échelle, au niveau des fermes.

Bio-huile ou huile pyrolytique

La bio-huile est produite selon un processus pyrolytique qui met en jeu une rapide décomposition thermique de matières organiques tels que le bois et la biomasse agricole en l'absence d'oxygène (5).

La qualité de la bio-huile dépend du type de biomasse utilisé. Une bio-huile de qualité contient peu d'eau et elle peut se substituer au diésel, au mazout lourd, au mazout léger ou au gaz naturel employé comme combustible. De plus, certaines bio-huiles contiennent des produits chimiques de grande valeur qui ont des applications industrielles ou médicales.

Plusieurs sociétés ontariennes mènent des recherches sur la technologie à pyrolyse rapide en vue de convertir la biomasse en bio-huile.

Biogaz

La digestion anaérobie est un processus dans lequel les matières organiques telle que le fumier, les résidus de récoltes agricoles, les cultures consacrées à la production énergétique et les résidus de la transformation d'aliments sont digérées par des bactéries en l'absence d'oxygène pour générer des biogaz.

Digesteur anaérobie

Figure 2. Digesteur anaérobie.

Les biogaz contiennent généralement 50-60 % de méthane et de 35-40 % de dioxyde de carbone, et peuvent être brûlés directement dans des moteurs à combustion interne afin de produire de l'énergie et de la chaleur. Les biogaz peuvent également être purifiés pour produire du méthane d'excellente qualité afin de compléter les approvisionnements de gaz naturel.

Pour obtenir des renseignements de nature générale sur le raccordement au réseau électrique et sur les digesteurs anaérobie (figure 2), se référer au site Web du MAAARO à www.ontario.ca/genierural (cliquer sur Production d'énergie verte et Efficacité, conservation et gestion énergétique).

Biochaleur

Les cultures dédiées à la biomasse (panic raide, miscanthus commun), les résidus de cultures agricoles, de foresterie et une vaste gamme de matières organiques peuvent être directement brûlés ou densifiés sous la forme de copeaux, de cubes, de briquettes, de rondelles et d'agglomérés ou granulés (figure 3), en vue de leur combustion directe pour produire de la chaleur et de l'énergie. Le site web du MAAARO fournit un Budget estimatif des coûts de production pour le panic érigé (cliquer sur Outils informatiques pour la gestion, puis sur Outils de budgétisation - Cultures et élevages).

Agglomérés de biomasse

Figure 3. Agglomérés de biomasse.

En général, les agglomérés de biomasse s'utilisent pour le chauffage des immeubles résidentiels et commerciaux ou celui des serres. En raison des fluctuations des prix du gaz naturel et du pétrole, certains cultivateurs spécialisés dans les cultures de serres recherchent des sources d'énergie telles que les systèmes de combustion de biomasse comme moyen de réduire leurs coûts énergétiques. La combustion de la biomasse génère de la chaleur et produit du dioxyde de carbone que l'on étudie actuellement comme moyen de favoriser la croissance des plantes en serre. La fiche technique du MAAARO intitulée Utilisation de la biomasse pour le chauffage des serres en Ontario - Règles* et pratiques de gestion optimales (en ligne uniquement), est également disponible sur le site Web du ministère à l'adresse www.ontario.ca/cultures (cliquer sur Cultures en serre, puis sur le titre de la fiche). Les rendements potentiellement élevés en biomasse des cultures dédiées à la production d'énergie telles que le panic raide et le miscanthus commun ont amené certains producteurs à s'intéresser à ces débouchés en Ontario.

Biomatériaux

Biocomposites et biofibres

Les biofibres sont des fibres renouvelables et biodégradables provenant du bois, des résidus de cultures agricoles et de cultures dédiées telles que le chanvre (figure 4), le lin et le jute. Au Canada, le chanvre industriel est une culture réglementée qui exige un permis de production. On peut obtenir des renseignements sur l'obtention d'un permis de production de chanvre industriel et la réglementation à ce sujet sur le site Web de Santé Canada.

Chanvre cultivé pour la production de biofibres

Figure 4. Chanvre destiné à la production de biofibres.

Les biofibres sont à présent utilisées dans la production d'éléments structuraux (p. ex. escaliers, terrasses en bois, portes et rayonnages ou tablettes), et dans les secteurs de la construction et de l'industrie du meuble, et peuvent s'employer dans la fabrication de papier et de textiles de qualité (6).

On peut mélanger les biofibres à des polymères et résines à base de pétrole pour produire des matériaux biocomposites plus solides et plus durables, pour un ensemble d'applications dans le secteur de la construction automobile (p. ex. panneau de portes), dans l'industrie aérospatiale et dans d'autres secteurs manufacturiers.

En Ontario, plusieurs initiatives sont en place pour favoriser la recherche et la commercialisation des biofibres et biocomposites destinés au secteur automobile (p. ex. le Conseil BioAuto de l'Ontario et l'Initiative BioCar de l'Ontario, à laquelle participent différentes universités).

Bioplastiques

Les bioplastiques sont des polymères produits à base de féculents (p. ex. le maïs, la pomme de terre, le blé) et d'huiles végétales (p. ex. de canola ou de soya), plutôt qu'à partir de matières premières pétrolières. Ainsi, l'amidon du maïs peut être transformé de façon biochimique en acide lactique, qui est ensuite chimiquement converti en acide polyactique en vue de son utilisation dans la production des bioplastiques (6).

Les bioplastiques sont biodégradables et on les adopte actuellement dans nombre d'applications pour l'emballage, les ustensiles, le jardinage et l'industrie pharmaceutique. Le prix des plastiques étant directement lié à celui du pétrole brut, il s'ensuit un intérêt accru pour la production des bioplastiques.

Produits biochimiques

Produits biochimiques industriels

Des substances chimiques industrielles traditionnellement produites à partir du pétrole peuvent être produites à partir de sources végétales. Les huiles végétales de maïs, de soya et de canola peuvent aussi servir de matières premières biologiques pour la fabrication de produits chimiques tels que solvants, lubrifiants (figure 5), cires et adhésifs.

Biolubrifiants fabriqués à partir de l'huile de soya

Figure 5. Biolubrifiants fabriqués à partir de l'huile de soya.

La transformation biologique ou chimique des amidons végétaux tels que l'amidon du maïs peut produire des substances chimiques biologiques telles que l'acide acétique, le glycérol et le méthanol, qui sont tous des matières premières biologiques importantes dans la fabrication de biomatériaux et de produits biochimiques de grande valeur (7).

Produits biopharmaceutiques

Les produits biopharmaceutiques sont des composés dérivés de végétaux, tels que vaccins, antibiotiques et médicaments, qui possèdent une valeur médicinale. Les végétaux peuvent être génétiquement modifiés pour produire un assortiment de composés biopharmaceutiques et d'enzymes industriels intéressants. La production à partir des végétaux de composés actifs au plan médical pourrait réduire considérablement les coûts de production, rendant ces composés plus accessibles au public. Par exemple, on mène au Canada des essais de production commerciale d'insuline à partir du carthame pour le traitement du diabète (6). Si ces essais réussissent, il s'ensuivra une baisse considérable du coût de l'insuline, en particulier pour la population des pays en voie de développement.

Cosmétiques

Divers articles comme les crèmes corporelles, les savons, les lotions à base d'huile végétale et les extraits de plantes peuvent être fabriqués à partir de matières végétales. Les huiles végétales, les amidons, les protéines et leurs dérivés peuvent servir de matières premières brutes pour la fabrication de divers produits de soins personnels du quotidien, tels que les désodorisants, les shampoings, les produits de soins pour la peau, le maquillage, les écrans solaires, les produits de beauté et d'hygiène personnelle. Le marché annuel canadien des cosmétiques et des produits de soin personnels représente environ 5,4 milliards de dollars et on assiste à une augmentation sur le marché de la demande de produits fabriqués à partir de sources naturelles, en particulier pour remplacer des produits actuellement fabriqués à base de dérivés du pétrole.

Pour plus de renseignements

Le site web du MAAARO (www.ontario.ca/cultures) fournit des renseignemetns liés aux bioproduits et à la bioéconomie, traitant de questions telles que la bioénergie, les biocombustibles, les biomatériaux, les produits biochimiques, ainsi que des conférences et réunions sur ces questions et autres sujets connexes.

Renseignements supplémentaires

  1. Notions élémentaires sur les bioproduits (disponible en anglais seulement)
  2. Ministère de l'Environnement de l'Ontario
  3. Canadian Renewable Fuels Association
  4. A Look Back at the U.S. Department of Energy's Aquatic Species Program: Biodiesel from Algae
  5. Biomass Pyrolysis: IEA Bioenergy
  6. Non-Food/Non-Feed Industrial Uses for Agricultural Product
  7. U.S. Department of Energy
  8. Canadian Cosmetic, Toiletry and Fragrance Association

La version anglaise de la présente fiche technique a été rédigée par Mahendra Thimmanagari, spécialiste des bioproduits isssus de cultures, MAAARO, Guelph; Ian McDonald, coordonnateur à la recherche appliquée - Grandes cultures, MAAARO, Guelph; Jim Todd, spécialiste des cultures de remplacement, MAAARO, Simcoe.


Pour plus de renseignements :
Sans frais : 1 877 424 1300
Courriel :ag.info.omafra@ontario.ca