Arkema veut révolutionner des procédés grâce à la biocatalyse

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Suite à son succès dans la production de biométhionine en Asie, en partenariat avec un acteur local, Arkema cherche à développer de nouveaux procédés durables. Une des voies explorées est de développer l’usage de la biocatalyse grâce à un partenariat avec Protéus.

Article paru dans Formule Verte n°45

Face aux enjeux climatiques, les sociétés désireuses de réduire leur empreinte environnementale se font de plus en plus nombreuses. C’est le cas du chimiste de spécialités français Arkema. « La tendance actuelle est de développer de nouveaux procédés durables », explicite Georges Fremy, expert en thiochimie chez Arkema. Avant d’ajouter : « Conformément à ses engagements sociétaux, Arkema a pour ambition d’apporter à ses clients et partenaires des solutions innovantes et durables en contribuant aux objectifs de développement durable (ODD) définis par les Nations unies ». Afin de satisfaire le douzième ODD de l’ONU – établir des modes de consommation et de production –, et de réduire ses émissions absolues de gaz à effet de serre de 38% en 2030 par rapport à 2015, le chimiste français compte jouer sur plusieurs tableaux. Au programme, la mise au point de solutions à base de matières premières végétales ou renouvelables, le recyclage des déchets, la réduction de la consommation d’énergie et les prélèvements d’eau. Mais le chimiste veut aussi révolutionner ses procédés industriels. Il s’est donc tourné vers la société de biotechnologie industrielle Proteus, filiale du groupe Seqens. Ensemble, les deux sociétés travaillent depuis 2017 au développement de procédés biocatalytiques. « Dans un contexte de développement durable, il est certain que les biocatalyseurs répondent à des critères de biodégradabilité. Ils sont issus de ressources renouvelables et sont souvent non toxiques. Ils peuvent atteindre un niveau de performance et de productivité en adéquation avec les attentes des industriels », explique Juliette Martin, directrice générale chez Proteus. Suite au succès d’un projet de production de biométhionine en partenariat avec CheilJedang débuté en 2011 (voir encadré), Arkema a décidé de prendre en compte les biotechnologies dans le développement de nouveaux procédés. Alors que les biotechnologies étaient initialement utilisées pour les produits à très haute valeur ajoutée tels que la cosmétique ou la pharmacie, il est maintenant possible de synthétiser par voie de biotech des produits à plus faible valeur ajoutée de façon économique et durable. « Il y a plus de 25 ans, il fallait nécessairement adapter le procédé biocatalytique aux conditions d’utilisation et de stabilité d’enzymes déjà disponibles. Depuis, un nouveau paradigme est en place, car les progrès dans le domaine des biotechnologies sont fulgurants », raconte Juliette Martin (Proteus). En plus de pouvoir appliquer la biocatalyse à un plus large spectre de produits, les bénéfices de ce type de procédés ne sont pas négligeables. « Les trois étapes de la biométhionine produite par CheilJedang comportent une étape chimique, une étape de fermentation à environ 35°C et une étape de catalyse enzymatique à environ 35°C, réduisant à la fois le temps de fabrication et son coût. Cette simplification de la synthèse de biométhionine est telle qu’elle nous invite à réfléchir à de nouveaux procédés en s’inspirant de celui-ci », justifie Georges Fremy.

Des enzymes sur mesure

Arkema a construit des laboratoires de catalyse enzymatique au sein du Groupement de recherches de Lacq. -(c)Arkema

« Aujourd’hui, l’accès aux séquençages de génomes microbiens, ainsi que les avancées en synthèse de gènes, permettent d’accéder beaucoup plus rapidement à une large diversité d’enzymes naturelles », précise Juliette Martin. Après 22 ans d’expérience, Protéus sera à même de sélectionner les enzymes candidates pour les procédés que son partenaire veut développer. Ces enzymes seront ensuite produites avant de subir des tests d’activités enzymatiques. Selon les résultats, il sera possible d’optimiser la protéine en utilisant des outils d’évolution dirigée. Ainsi, la thermostabilité, la résistance au pH, aux solvants organiques ou encore aux phénomènes d’inhibition par d’autres composés présents dans la réaction peuvent être améliorés. « Les enzymes sur mesure sont donc délivrables en vue d’industrialiser des procédés biocatalytiques », résume Juliette Martin (Protéus). Protéus fournissant des enzymes sur mesure, Arkema entrevoit la possibilité d’intégrer la biocatalyse dans nombre de ses procédés chimiques. Déjà en 2016, le chimiste de spécialités avait fait appel à la filiale de Seqens pour mettre au point une enzyme très particulière afin de l’intégrer à des travaux de recherche. « A la suite de ces travaux menés avec succès par Protéus, nous leur avons demandé un rapport sur des voies de synthèse biocatalysées, voire fermentaires, que nous avions imaginées pour toute une série de produits actuellement synthétisés par des voies chimiques chez Arkema. Les excellents résultats de cette étude nous ont convaincus que Protéus était le bon partenaire pour une collaboration plus stratégique pour le développement des nouveaux procédés », raconte Georges Fremy. « Nous sommes dans un projet exploratoire, et non pas dans le transfert de technologie. Nous fonctionnons en mode projet et nous établissons ensemble un processus d’étape », confirme Juliette Martin. Dans le cadre de ce partenariat, Arkema établit un cahier des charges concernant les performances que doivent avoir les enzymes que Protéus développe. « L’atout de Protéus est que c’est une société industrielle qui maîtrise l’innovation, les notions de performance industrielle et financière facilitant beaucoup le dialogue entre nos deux sociétés », se félicite Georges Frémy. Avant de poursuivre : « En termes de performances, sur un des projets confiés à Protéus, l’activité de l’enzyme d’intérêt a été multipliée par 50 en deux ans. Activité qui était déjà très encourageante avant son perfectionnement. Des brevets à ce sujet sont en cours d’étude ». Afin de mener ces travaux de recherche à bien, le chimiste a construit cette année 500 m² de laboratoires de catalyse enzymatique au sein du Groupement de recherches de Lacq (Pyrénées-Atlantiques), « avec le matériel approprié, de façon à augmenter la contribution d’Arkema dans ce projet ». Et pour élargir notre recherche en biotechnologie, « la société s’est dotée de moyens en interne et/ou externe avec les universités de Marseille, de Monash, à Kuala Lumpur (Malaisie) ou encore de Delft, aux Pays-Bas », conclut Georges Fremy.

La biométhionine, le début de l’aventure en biotech

En 2011, Arkema s’est associé à CheilJedang, spécialiste sud-coréen des biosciences et de l’alimentation humaine et animale, pour construire la première unité mondiale de biométhionine. La construction de l’usine, dont l’investissement s’est élevé à 400 millions de dollars, a démarré en 2013 pour commencer à produire en 2015, avec une capacité de production annuelle de 80 000 tonnes. Cette capacité a été fortement augmentée en 2020. Il s’agit de la première production à échelle industrielle de ce composé. Pour produire ce composé, une plateforme de thiochimie a été construite dans le complexe, en version biosourcée. Opérée par le chimiste français, cette plateforme permet la production de méthyl mercaptan, le seul élément purement chimique entrant en jeu dans le procédé de bio-fermentation flexible développé par le Sud-Coréen. Sucrose dérivé de canne à sucre, glycérol (sous-produit du biodiesel), ou glucose extrait d’amidon de maïs ou de tapioca, les matières premières permettant la production de biométhionine sont variées. Déjà en 2011, Philippe Chartres, directeur de la plateforme de Thiochimie d’Arkema en Asie, soulevait l’intérêt du groupe pour « participer à l’aventure d’un procédé innovant de chimie verte ». Aujourd’hui, le groupe cherche à développer de nouvelles spécialités de chimie verte.

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