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Les usines propres carburent au dioxyde de carbone

Par Hervé Vaudoit, le 3 mars 2021

Journaliste

Aymeric Fabien et Elisabeth Badens , du Laboratoire de mécanique, modélisation et procédés propres (M2P2) de Centrale Marseille. Elisabeth Badens dirige ce laboratoire CNRS et Aymeric Fabien, doctorant, y travaille sur le fractionnement supercritique de boissons alcoolisées et de mélanges lipidiques riches en vitamine E. Des travaux qui ont des débouchés dans l'industrie des boissons et des nutraceutiques.

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Elisabeth Badens est une des 9 speakers de l’édition 2021 du TEDx Canebière, dont Marcelle est partenaire.

Produire sans déchets ni rejets polluants, c’est désormais possible. Avec les usines 4.0, l’industrie propre devient réalité. Un exploit rendu possible notamment par l’utilisation de CO2 supercritique dans les process de production. C’est la spécialité de la chercheuse marseillaise Elisabeth Badens.

 

La scientifique tord le cou à une idée reçue. Celle selon laquelle l’industrie ne pourrait rien produire sans consommer quantité d’eau, de matières premières et d’énergies. Ni sans rien rejeter comme polluant ou gaz à effet de serre dans l’environnement. Car l’usine propre n’est pas une vue de l’esprit. L’industrie 4.0 est celle qui produit beaucoup avec peu et ne rejette rien.

 

Ni tout à fait un gaz, ni tout à fait un liquide

Le secret de ce que la scientifique décrit comme une branche majeure de la « 4e révolution industrielle », c’est une technologie mise au point il y a une quarantaine d’années, celle des fluides supercritiques. Leur principal vecteur est un gaz que le réchauffement climatique a plus que diabolisé : le dioxyde de carbone, ou CO2.

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Elisabeth Badens

« Quand on l’utilise sous certaines conditions de pression et de température, il n’est plus tout à fait un gaz et pas tout à fait un liquide, explique Elisabeth Badens. Mais le plus intéressant, c’est que dans cet état supercritique, il a les qualités des deux. « Il est dense comme un liquide et aussi diffusable et pénétrant qu’un gaz, » souligne-t-elle.

 

 

Décaféiner et extraire des huiles

Grâce à cela, le CO2 supercritique peut se substituer à de très nombreux procédés industriels utilisant des solvants toxiques, de gros volumes d’eau et beaucoup d’énergie. Comme par exemple la teinture textile. C’est aussi cette technologie qui est utilisée depuis les années 1990 pour la décaféination ou l’extraction d’huiles et de produits naturels.

Les progrès récents de la recherche ont permis de développer de nouvelles applications industrielles très prometteuses à partir de ces fluides supercritiques. Après avoir enseigné les procédés industriels et dirigé pendant 15 ans une équipe de recherche CNRS-Aix-Marseille-Université, Elisabeth Badens y croit elle même très fort. Si fort qu’elle est en train de monter un laboratoire public/privé pour continuer de les développer et favoriser leur multiplication en France.

Car – et c’est rageant -, de nombreuses découvertes ont beau avoir été faites en Europe – et singulièrement en France. Mais ce sont principalement les asiatiques qui les ont fait passer des laboratoires aux usines ces vingt dernières années. Ils ont ainsi pris un temps d’avance sur les européens dans l’exploitation industrielle et commerciale de ces procédés. La Corée du Sud, le Japon et la Chine sont aujourd’hui leaders dans ce domaine.

 

 

Moins de polluants, moins d’énergie

Il n’empêche, beaucoup de laboratoires de recherche restent concentrés en Europe. Il n’est donc pas trop tard pour entrer dans la danse. Même si la réglementation européenne ne facilite pas toujours les choses. Selon Elisabeth Badens, une partie de ce retard tiendrait ainsi au fait que de nombreux solvants toxiques restent autorisés en Europe. Par convenance, mais aussi pour s’éviter des investissements lourds, les industriels européens continuent donc de les utiliser. Ils préfèrent ainsi prolonger la vie de leurs vieilles usines polluantes, plutôt que de passer au CO2 supercritique.

Pour les y contraindre, il suffirait pourtant d’interdire les solvants comme l’hexane, massivement utilisé dans l’extraction d’huile. Avec du CO2 supercritique, on arrive en effet au même résultat, mais sans produits toxiques et pour un coût sensiblement équivalent. Parce que le procédé permet d’économiser une étape très énergivore : la distillation, nécessaire pour séparer l’huile de l’hexane.

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Aymeric Fabien manoeuvre un pilote d’extraction supercritique, l’un des outils de recherche du laboratoire M2P2.

 

Teinture textile sans eau ni solvant

Parmi les applications mises au point plus récemment, on peut citer un traitement du liège qui empêche les bouchons de donner mauvais goût au vin. Plus ambitieux, car touchant une industrie de masse, la teinture textile par CO2 supercritique se développe aussi à grands pas, mais surtout à Taïwan, au Vietnam et en Thaïlande. Pour teindre ses tissus sans solvants ni eau, Nike a ainsi construit sa première usine taïwanaise en 2013, aussitôt suivi par Adidas. Là aussi, beaucoup de pollution, de risques et d’énergie épargnés.

Mais le CO2 supercritique ouvre bien d’autres horizons. Il permet déjà de nettoyer des dispositifs médicaux à sec, sans perchloréthylène, et permettra bientôt de révolutionner d’autres domaines de la médecine. « Nous travaillons actuellement sur de la stérilisation par ce moyen, détaille Elisabeth Badens, mais aussi sur la fonctionnalisation de différents dispositifs médicaux. Par exemple leur imprégnation par un antibiotique, qui va se libérer très progressivement dans l’organisme une fois implanté. »

 

Des prothèses résorbables et « bio »

Cela ouvre des perspectives pour les traitements de certaines maladies, comme la cataracte en ophtalmologie, mais aussi en chirurgie esthétique. ainsi, des travaux sont-ils actuellement en cours avec un industriel pour développer une nouvelle génération d’implants mammaires. Entièrement résorbables, ils gommeraient les plus graves défauts des prothèses en silicone.

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Yasmine Masmoudi, maître de conférences universitaires, et Matthieu Schneider, doctorant (en convention industrielle de formation par la recherche (CIFRE) et salarié des Laboratoires THEA. Avec l’équipe d’Elisabeth Badens, ces deux jeunes chercheurs travaillent au développement de nouveaux implants intravitréens pour le traitement de la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA), une maladie qui entraîne une dégradation irréversible de la vision.

« Dans une enveloppe résorbable, on introduit des cellules prélevées sur la patiente elle-même, explique la scientifique marseillaise. On donne ensuite à cette enveloppe la forme d’un sein, puis on la met en place chirurgicalement. Petit à petit, elle va alors être colonisée par les propres cellules de la patiente. Au bout d’un an, l’enveloppe aura totalement disparu. » Une technique rendue possible par l’imprégnation préalable de l’enveloppe avec un antibiotique, réalisée en milieu supercritique. « Comme cet antibiotique va se libérer très progressivement dans l’organisme, détaille Elisabeth Badens, il va éviter les infections post-opératoires. » 

C’est la promesse d’un nouveau sein 100% organique et 100% personnel. Sans silicone ni sérum physiologique, sans risque de rupture ou de fuite dans l’organisme. Une prothèse bio, en quelque sorte.

Aujourd’hui, l’eau supercritique porte d’autres espoirs de saut technologique. C’est notamment le cas pour la dégradation des matières carbonées et le traitement des déchets industriels. Dans ce domaine là aussi, la recherche européenne reste en pointe. À elle de se donner les moyens d’en tirer profit. ♦

 

Bonus

[pour les abonnés] – Les usines 4.0 – La supercriticité – Le CO2 « fatal » –

  • Les usines 4.0, temples de la 4e révolution industrielle – Si les usines utilisant des procédés supercritiques sont affublées du suffixe 4.0, ce n’est pas un effet de style. C’est bien parce qu’elles matérialisent l’arrivée de la 4e révolution industrielle dans les processus de production.

La 1e s’est produite avec l’invention de la machine à vapeur, qui a remplacé la force musculaire des hommes et des animaux dans le processus de production.

La 2e débute avec l’arrivée du pétrole, qui a permis la production de masse et le développement des échanges internationaux.

La 3e s’enclenche avec l’automatisation et l’informatisation des processus de production, des années 1960/1970 jusqu’aux années 2000.

La 4e, c’est donc l’ère de la « smart production », avec des usines non polluantes, qui ne produisent pas de déchets ou de rejets, sobres en énergies et peu gourmandes en matières premières vierges. 

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  • Supercriticité – On qualifie de supercritique un fluide dont les propriétés sont intermédiaires entre celles d’un liquide et celles d’un gaz. Il devient supercritique quand il est soumis à certaines conditions de pression et de température. Le CO2 le devient ainsi à 74 bars de pression et 31°C de température. L’eau, quant à elle, a besoin d’être comprimée à 221 bars et chauffée à 374°C pour atteindre son point critique.

Dans l’industrie, le CO2 supercritique doit être comprimé à 300 bars pour imprégner les textiles avec des colorants. Et c’est entre 300 et 600 bars pour extraire l’huile des graines de colza, de tournesol, de sésame… 

 

  • Avec du CO² « fatal » – Utiliser du CO2 pour développer de nouvelles filières de productions industrielles, est-ce bien raisonnable par les temps qui courent ? « Celui que nous utilisons est ce qu’on appelle du CO² fatal », précise Elisabeth Badens. En clair, le CO2 produit par des procédés pour lesquels il n’existe actuellement aucune alternative, comme la production de ciment. Ce CO2 « fatal » représente 5% du CO2 total émis chaque année autour du globe.

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