LE CONCEPT GENERAL A L’ORIGINE
Les premiers travaux effectués sur le sujet dans mon Laboratoire à l’Université de Toulouse à la fin des années quatre-vingt m’avaient été confié par la société ORGANOCELL qui avait, à partir des travaux de KLEINERT, construit une première unité de démonstration à Pasing près de Munich. Les alcools présents et la température de réaction de l’ordre de 140°C réduisait apparemment la dégradation de la lignine mais pas la déshydratation des hémicelluloses en furfural avec pour finir une pâte aux qualité papetières loin des attentes de l’entreprise qui ne réussit pas le changement d’échelle.
Ces premiers travaux m’incitèrent néanmoins à continuer et à considérer attentivement les acides acétique et formique, comme agents de destructuration, simplement pour éviter de travailler sous pression avec comme objectif premier à l’époque la production de pâte à papier chimique blanchie commercialisable.
L’état de l’art du moment mentionnait des conditions dures pour l’acide formique, au-dessus de 120°C, avec une production de furfural à partir des hémicelluloses qui me dérangeait passablement et une nécessaire addition d’acide sulfurique dans l’acide acétique qui aboutissait aux mêmes effets et conséquences. De plus le mélange des deux était proscrit pour des raisons mal expliquées.
Les premiers essais montrèrent que l’acide formique seul avait un assez bon comportement à une température inférieure à 120°C mais c’est finalement le mélange des deux qui emporta la mise et fut à l’origine de la première technologie car ce fut le premier protocole expérimental qui avait la capacité de répondre aux critères imposés pour une compétitivité directe avec la raffinerie de pétrole. Le premier brevet déposé directement par mes soins en 1997 allait être le socle de construction de la société CIMV.
LA SOCIETE CIMV ET LE DEVELOPPEMENT DE LA TECHNOLOGIE
La société fut créée en 1998 à mon initiative avec 4 partenaires dont Thiéry SCHOLASTIQUE qui fut et est à ce jour son seul Président. Le capital et donc la position relative des actionnaires varia au cours du temps.
Les mouvements les plus significatifs furent les entrées de Robert Louis DREYFUS en 2007 et du groupe financier PIERSON CAPITAL en 2012 pour un investissement privé cumulé de l’ordre de 50 millions d’euros. Les autres financements significatifs vinrent des contrats européens de R&D et du crédit impôt recherche pour près de 30 millions d’euros.Le procédé est donc résumé sur le diagramme ci- dessous :
La matière végétale est mise en contact autour de 105°C avec un mélange acide acétique / acide formique / eau. La phase solide, constituée par la cellulose et la silice quand il y en a, est séparée de la phase hydro-organique par filtration /pressage.
La phase solide est débarrassée de l’excès d’acides organiques et traitée par une solution basique qui va dissoudre la silice qui sera ensuite récupérée par simple précipitation.
Selon que la pâte de cellulose sera destinée à la production de glucose et /ou d’éthanol ou à la production de pâte à papier pour l’impression / écriture, les traitements qu’elle suivra seront tout à fait classique de ces filières.
La phase liquide est concentrée. Les acides acétique et formique sont recyclés. La Biolignineä est séparée du sirop de sucres en C5 par précipitation à l’eau.
Un premier pilote industriel d’une capacité de 1,5 T / J de matière végétale a été construit en 2007 sur le site sucrier de Pomacle près de Reims. Il a permis de collecter l’ensemble des données nécessaires au passage à l’échelle industrielle et fournit pendant 8 ans les échantillons nécessaires de cellulose / glucose ; sirop de sucres en C5/ xylose, Biolignineäet Biosiliceäà la bonne marche, notamment de 7 grands contrats européens, et aux partenaires industriels de CIMV:
*L’unité pilote de Pomacle / Reims 2007 – 2016
*L’unité pilote de Compiègne / Paris CDG succéda au pilote de Pomacle en 2016 et est aujourd’hui en opérations pour assister le passage au stade industriel :
Les brevets et publications qui protègent et décrivent dans le détail le procédé et les produits sont référencées en annexe bibliographique et très facilement accessibles.
LES PROGRAMMES EUROPEENS DE R&D
Ils ont référencé dans le tableau ci-dessous avec sur les sites internet les rapports finaux résumés en libres accès. Ils ont réuni de 2010 à aujourd’hui autour des 4 produits CIMV plus de 50 Entreprises, Centres de recherches et Universités européennes de première importance, établissant la faisabilité industrielle à la fois du procédé et le devenir commercial des 4 produits CIMV : la cellulose, les hemicelluloses, la Biolignine et la Biosilice.
Le projet européen BIOCORE, conçu et coordonné par le Dr Michael O’DONOHUE, Directeur du Département Caractérisation et Elaboration des Produits Issus de l’Agriculture (CEPIA) a donc rassemblé autour de la technologie CIMV et de ses produits, 23 Universités, Centres de recherches et Entreprises européennes de premier plan.
Ils ont analysé dans leur domaine de compétence la faisabilité industrielle du concept de bioraffinerie que j’ai développé avec CIMV permettant la conversion de sous-produits céréaliers (pailles, etc.), de résidus forestiers et de cultures ligneuses à courte rotation en un large éventail de produits incluant les biocarburants de 2ème génération, les polymères et matériaux. Grâce au développement d’une gamme de blocs de construction en polymère, BIOCORE a pu montrer comment 70% au moins des polymères actuels peuvent être dérivés directement de la biomasse.
Le projet européen INNOBITE (Innovative Biocomposites), visait à convertir les déchets agricoles en produits de haute performance pour le secteur de la construction. Ces matériaux ont donc été développés dans le cadre un projet collaboratif FP7 de la Commission Européenne. Il a été coordonné par la société espagnole TECNALIA et a mobilisé 10 Universités, Centres de recherches et Entreprises européennes de premier plan qui ont travaillé à partir de la biosiliceäqui constitue la partie essentielle de la fraction inorganique de la paille de blé et la production de nanocellulose à partir de la fraction cellulosique produite par CIMV. Ces deux composés seront des additifs haute performance dans de nouveaux composites polymériques.
Le projet BIO-MIMETIC, coordonné par la Société PROCTER & GAMBLE Europe a établi et breveté dans le vaste monde des produits ménagers l’intérêt majeur de la BIOLIGNINE.
A partir de différentes sources de biomasse, différents lots homogènes et constants de BIOLIGNINE ont été transformés en nouveaux bio-polymères grâce à des procédés enzymatiques respectueux de l’environnement développés dans le cadre du projet et impliquant les enzymes laccases, tyrosinases, lipoxygénases.
En utilisant les nouveaux bio-polymères, différents produits ménagers et soins de beauté ont été obtenus dans le cadre du projet notamment : un lave-vaisselle, un nettoyant compact pour surfaces dures, une crème pour la peau, un masque pour la peau etc…
Une analyse du cycle de vie a exploré la durabilité environnementale de la production des nouveaux biopolymères et leur utilisation dans plusieurs des nouveaux produits de consommation courante obtenus.
Il s’agit d’un programme de formation à l’échelle européenne qui finance des étudiants européens gradués, préparant leur doctorat sur des sujets de recherche relevant du développement durable.
De cette façon Aikaterina MOUNTRAKI a préparé en collaboration avec l’Université Technique Nationale d’Athènes sa thèse de doctorat sur la modélisation du procédé CIMV sous ASPEN et étudié la possible symbiose entre les procédés actuels de production de bioethanol 1G à partir de céréales ou de sucre et le procédé CIMV qui valorise le support lignocellulosique. La soutenance est prévue en fin d’année 2018.
Le projet est coordonné par l’ Université d’Aberystwith et mobilise une quinzaine d’industriels et universités européennes. Un premier axe, objectif majeur du programme, est la fabrication d’acide succinique à partir de sucres fermentescibles dérivés de la cellulose (sucres en C6).
Cette molécule intermédiaire de la chimie est un précurseur de nombreux produits finis. Les partenaires s’appuieront sur la technologie Biosuccinium™, développée par l’un des industriels du projet. Une étude technico-économique ainsi que l’évaluation du cycle de vie seront effectués. Il s’agira notamment d’évaluer la réduction des émissions de gaz à effet de serre par cette technologie.
Le second axe concerne la valorisation des hémicelluloses (sucres en C5). De nouvelles enzymes multifonctionnelles seront développées afin de simplifier le bioraffinage de ces molécules. Des outils biotechnologiques seront expérimentés puis développés pour fabriquer un édulcorant naturel : le xylitol, puis amener sa production à une échelle commercialement appropriée.
Il s’agissait, de construire, sur la base de la technologie CIMV une unité pré-industrielle de démonstration capable de produire du Bioethanol 2G à partir de la cellulose et des hémicelluloses issues du procédé CIMV dans le cadre de l’appel d’offres Biofuels H2020.
La biolignineäextraite simultanément, doit permettre, par son très fort niveau de valorisation, une production autonome et profitable du bioethanol à des fins de biocarburant, sans subvention d’aucune sorte, ce qui serait une première mondiale.
CIMV a réuni autour de ce programme 7 Sociétés et Centres de Recherches Européens pour valider ensemble à l’échelle pré-industrielle les remarquables résultats obtenus par le programme BIOCORE précedemment évoqué. Elle en assure de plus, compte-tenu de son niveau d’engagement, la coordination. La première étape concernant l’étude d’ingénierie de l’usine a été realisée. La phase de construction qui devait suivre nécessitait une mise de fonds importante de CIMV. Elle a été suspendue dans l’attente de l’aboutissement des pourparlers engagés par CIMV avec différentes grandes Compagnies pétrochimiques qui se proposent de l’acquérir pour développer la technologie
Le projet CARBOSURF vise à développer de nouveaux procédés biosourcés ainsi que des produits et à résoudre les goulets d’étranglement dans la production fermentaire de biosurfactants biosourcés et de glucides de spécialité. Spécifiquement, il cible différents biosurfactants de type glycolipides avec un large éventail de domaines d’application notamment des oligosaccharides complexes du lait humain qui trouvent des applications en tant qu’ingrédients neutraceutiques, pharmaceutiques et cosmétiques.
Les matières premières de base sont le glucose 2G et le Xylose 2G, d’origine lignocellulosique, issus du procédé CIMV. Le projet est coordonné par le Prof. SOETAERT de l’Université de Gand (Belgique).
Le détail de ces programmes, et leurs résultats quand ils sont terminés, peuvent être consultés sur leurs sites Web répertoriés dans le tableau précédent.
LES PRODUITS COMEMRCIAUX
Cellulose et Bioethanol 2G
La cellulose extraite par le technologie CIMV présente les caractéristiques classiques d’une pâte à papier chimique commerciale actuellement sur le marché. Ses caractéristiques techniques ont été établies avec le Centre Technique du Papier de Grenoble et la société ARJO – WIGGINS
Ce type de valorisation de la cellulose dans mon concept de bioraffinerie, bien que d’un intérêt majeur pour les producteurs, arriva au moment où le papier traversa un crise majeure au début de ce siècle.
La crise financière de 2008 s’ajoutant, cette situation n’incita pas les grands groupes papetiers mondiaux à investir dans des usines totalement nouvelles, d’une exceptionnelle rentabilité grace à la biolignineä, pourtant parées des toutes les vertus environnementales requises par le développement durable.
La demande croissante en bioethanol dit de deuxième génération (2G) prit alors le pas. Les fibres cellulosiques obtenues à partir de résidus lignocellulosiques sont aussi de formidables sources de Glucose pour plus de 90% et de Xylose pour la part restante, d’une rare efficacité pour la production de bioethanol 2G.
La séparation préalable de la biolignineäfacilite grandement l’hydrolyse de la cellulose et des oligomères hémicellulosiques. L’absence d’inhibiteurs de fermentation comme le furfural et les résidus ligneux présents dans tous les procédés concurrents et la mobilisation de la totalité des sucres permet d’afficher des taux exceptionnels de production de Bioethanol 2G qui peuvent atteindre 370 – 380 L par tonne de matière lignocellulosique sèche quand la concurrence plafonne à 280 L.
Les milieux sucrés ainsi obtenus, exempts de lignine, sont d’un intérêt majeur identique pour toutes les productions fermentaires de la biologie de synthèse par leur pureté, leur concentration et leur prix particulièrement compétitifs. Les rendements obtenus par des partenaires industriels pour la production d’acides lactique, succinnique ou itaconique confirment le propos.
Sucres C5
Lorsque le Xylose 2G qui en est le composant principal n’est pas mobilisé par la production de Bioethanol, un grand nombre de valorisations industrielles existent.
Le première, fort simple mais rentable, est l’utilisation directe de ce jus sucré concentré, obtenu après précipitation et séparation de la Biolignineäen alimentation animale pour cause de propriétés multi- fonctionnelles.
Le Xylose a la capacité, comme le formol actuellement utilisé, de réagir de façon reversible avec les terminaisons amino des protéines végétales des bovins et de réguler leur digestion d’une part, et d’autre part amener un apport énergétique aux mélasses actuellement utilisées, avec comme conséquence une production accrue de viande et de lait. De plus une petite quantité résiduelle d’acide formique aidera au contrôle bactérien.
Sa deuxième application immédiate est la production de Xylitol qui intéresse particulièrement le groupe DOW – DUPONT DE NEMOURS qui a le quasi monopole de la production de ce remarquable édulcorant sucré.
Ce jus sucré peut permettre également de relancer dans des conditions écologiques et économiques excellentes la production de furfural qui s’est effondrée aujourd’hui à quelques dizaines de milliers de tonnes quand elle dépassait le million à la fin du siècle dernier. C’est la voie d’accès à l’alcool furfurylique, ses résines à la résistance exceptionnele au feu et ses nombreux dérivés.
Biolignine™
La Biolignine est donc un oligomère phénolique naturel dont les fonctions hydroxymethyles ont été partiellement acétylées et formylées. Cette particularité structurale lui confère une réactivité particulièrement intéressante qui la classe au rang de macromolecule réactive là où toutes les lignines présentes sur les marchés à ce jour sont considérées comme des charges de faible valeur marchande, peu ou pas réactives, dans les matériaux polymères susceptibles de les intégrer.
La valeur commerciale de la Biolignine est fort simple à évaluer puisque elle peut remplacer poids à poids le phénol et ses dérivés, sans changer significativement ses conditions de mise en œuvre industrielle, dans l’essentiel de leurs applications.
La production pétrochimique de phénol est actuellement de l’ordre de 8 Millions de tonnes à l’échelle mondiale avec une consommation des produits dérivés en augmentation de 4 à 5 % par an. Comme il n’est plus possible de construire de par le monde de nouvelles unités de production de phénol, eu égard notamment notamment à sa dangerosité, les grands producteurs mondiaux de phénol, avec qui j’ai échangé, voient arriver cette lignine avec bienveillance car venant d’abord en complément vert de leur produit.
Le prix du phénol a, au cours de ces dernières années, varié entre 1200 et 1700 €/T, suivant les cours du pétrole. Ce sera donc le prix de la Biolignine qui devient ainsi l’atout économique décisif de la technologie.
Ainsi la Biolignine pourra, entre autres, remplacer qualitativement et quantitativement:
- Le phenol dans les résines phénoliques de type Résole ou Novolaque à des niveaux de substitution de 50 à 70%
- Le Bisphenol A dans les résines Epoxy, selon l’application, de 10 à 80%
- Le PolyEthylene Glycol (PEG)dans les polyurethanes mousses et films notamment,
- Le Noir de Carbone en tout ou partie dans les élastomères
Biosilice™
C’est un des constituants majeurs de la paille de riz, elle-même matière première de choix pour mes technologies. Il faut savoir en effet, comme indiqué précédemment mais on ne le dira jamais assez en ces temps de transition énergétique, que la paille de riz est systématiquement brulée sur champs précisément à cause de son taux de silice qui avoisine voire dépasse les 10% en poids ce qui la rend parfaitement indigeste pour les animaux et ralentit trop sa décomposition dans le sol au point de perturber la récolte suivante.
C’est donc près d’un milliard de tonnes de résidus lignocellulosiques qui partent en fumée chaque année, sans bénéfice pour personne quand ils pourraient aisément substituer pas loin de la même quantité de pétrole selon mes propos précédents soit 1/5 de la consommation mondiale annuelle !!!
La Biosilice est obtenue très aisément après le lavage basique des fibres de cellulose qui dissout la silice déposée pendant la croissance du riz sur les dites fibres. Il suffit ensuite de neutraliser la solution aqueuse obtenue pour récupérer la silice qui précipite.
C’est à ce jour la seule silice précipitée d’origine végétale dont le coût de production est des plus limité notamment en terme énergétique ce qui constitue un avantage commercial décisif aujourd’hui par rapport à son homologue industriel actuel.
Les marchés de la Biosiliceä, marque déposée de CIMV au même titre que la Biolignineäsont divers, variés et rémunérateur. On la retrouve comme :
- agent de renforts dans les polymères notamment dans les élastomères, plus partulièrement dans les pneumatiques ou elle remplace pour partie le noir de carbone
- agent abrasif dans differents secteurs industriels,
- additif pour peintures, revêtements, etc..
Le marché mondial était en 2015 de 2,2 MM € pour une production dépassant le million de tonnes.
LE DEVELOPPEMENT INDUSTRIEL
Il va passer, à la suite des négociations en cours avec différents groupes pétroliers par la prise de contrôle de CIMV par l’un d’entre eux.
Actuellement le procédé CIMV est le seul procédé existant au Monde avec le potentiel industriel et commercial requis pour produire du bioethanol 2G avec de la Biolignine et de la Biosilice, sans subvention d’aucune sorte, au prix mondial du bioéthanol 2G, dans les conditions requises résumées précédemment pour que la raffinerie végétale CIMV soit en parfaite compétitivité avec les raffineries de pétrole traitant du brut à 40 $ / baril
J’ai cessé mon activité d’Inventeur / Créateur / Consultant avec la société CIMV fin juin 2016 à la demande du groupe PIERSON CAPITAL qui, désirant prendre le contrôle total de CIMV, m’a donc proposé de racheter mes parts.
Un accord satisfaisant entre les deux parties mit fin à mes fonctions contractuelles avec CIMV le 28/06/2016, avec effet immédiat, après 18 ans de bons et loyaux services.
