Généralités sur la transformation de la biomasse

Au moment où notre société industrielle commence à entrevoir la fin du pétrole bon marché et où la prise de conscience collective évolue en faveur de la lutte contre l’effet de serre, l’utilisation de la biomasse et des déchets comme source d’énergie et de produits chimiques constitue une alternative particulièrement attrayante. La biomasse, constituée de tous les végétaux qui se développent sur la planète, représente une ressource locale et renouvelable importante appelée à jouer un rôle déterminant dans les prochaines décennies1. Si par ailleurs, certains pays entendent réduire ou limiter l’utilisation de l’énergie nucléaire, le recours à des énergies de substitution n’en sera que plus indispensable, ce qui explique l’engouement nouveau qui se répand en faveur des énergies dites renouvelables.  La biomasse est le produit de la photosynthèse du gaz carbonique et de l’eau, réalisée par le captage de l’énergie solaire par les plantes. Elle représente une ressource abondante qui pourrait potentiellement remplacer les ressources fossiles. Cependant, la transition des technologies basées sur les ressources fossiles vers celles adaptées à transformer la biomasse requiert le développement de stratégies innovantes et des débats éthiques sur l’utilisation de  devrait augmenter à 30% en poids en 2050 (3% en 2010)5. La plupart des produits issus de l’industrie pétrolière pourraient être remplacés à l’identique par des produits issus de la biomasse. Pour qu’une telle substitution prenne place, les produits biosourcés devront être compétitifs au point de vue coût contre les produits fossiles dont les procédés de transformation ont été optimisés depuis longtemps. Dans cette optique, beaucoup d’efforts de recherche et de développement sont faits dans le monde pour rendre les technologies de transformation de la biomasse viables techniquement et économiquement. Le concept de bioraffinerie a été introduit et est défini comme étant un ensemble de procédés permettant la transformation de la biomasse en carburants, énergie et molécules à haute valeur ajoutée. On distingue deux catégories de bioraffineries : celles concernant les filières dites de première génération, valorisant les plantes amylacées (maïs, blé, pomme de terre) et les huiles végétales

issues du colza ou du tournesol et celles concernant les filières dites de seconde génération, traitant l’ensemble de la biomasse lignocellulosique (paille, déchets forestiers, papeterie…). La transformation de la biomasse dite de seconde génération est la meilleure stratégie pour une industrialisation à large échelle puisqu’elle met en jeu l’utilisation de produits non comestibles réduisant considérablement les problématiques éthiques liées à l’utilisation de denrées alimentaires pour la production d’énergie ou de bioproduits. La catalyse hétérogène est au cœur des procédés utilisés dans l’industrie du raffinage pétrolier et de la pétrochimie. Actuellement, les carburants et les grands composés intermédiaires de la chimie sont produits par transformation des ressources fossiles. L’adaptation de ces procédés catalytiques aux problématiques de transformation de la biomasse n’est pas simple. Un gros challenge proposé par la biomasse provient de la non- volatilité de ses composés. Les sucres et autres composés oxygénés ont tendance à se dégrader à des températures bien inférieures à leur température d’ébullition. Ainsi, un procédé en phase liquide semble indispensable pour la conversion des carbohydrates de la biomasse. L’eau est un solvant approprié pour de tels procédés. En effet, en plus de son bas prix, de son abondance et de sa non-toxicité, elle permet de dissoudre efficacement les molécules oxygénées de la biomasse telles que les monosaccharides ou les polyols, comme le sorbitol ou le glycérol.

simplement d’illustrer le fait que le domaine se développe rapidement avec l’apparition de nouvelles opportunités pour produire des molécules clefs à partir des constituants de la biomasse. Il est aussi important de noter que beaucoup de procédés nécessitent des conditions réactionnelles impliquant des réactions en phase aqueuse, en température (conditions hydrothermales dites HT) et des catalyseurs à base de métaux de transition supportés sur des charbons ou des oxydes14–16. Il est facilement compréhensible que la stabilité des catalyseurs utilisés dans ces procédés est un point primordial pour une éventuelle industrialisation. Un grand nombre de publications rapporte des activités remarquables de catalyseurs. Cependant, peu s’attardent sur leur stabilité en milieu aqueux et à des températures supérieures à 100°C. Ce milieu particulier nécessite de nouvelles exigences pour les catalyseurs, initialement développés pour des applications en phase gazeuse anhydre (raffinage pétrolier). Le développement de nouveaux catalyseurs hétérogènes stables en conditions HT a été désigné