Le futur
de l’économie
est bio.

Les domaines d’applications du Cell-Free

La bioéconomie propose d’utiliser les connaissances en biologie et les biomasses renouvelables afin de relever les grands défis contemporains que sont: la réduction de notre dépendance vis-à-vis des énergies fossiles, la lutte contre les changements climatiques, la sécurité alimentaire, la production de nouvelles molécules pharmaceutiques innovantes. La bioéconomie englobe donc l’ensemble des activités de production et de transformation de la biomasse qui peut être d’origine agricole, forestière, marine ou des biodéchets afin de produire des bioénergies, des aliments, des matériaux biosourcés et des biomolécules. La bioéconomie est guidée par les principes du développement durable et de la durabilité environnementale, et son objectif ultime est de permettre le développement économique et social, en respectant les limites naturelles des écosystèmes terrestres et marins.

Applications

Parmi les bioénergies mises en jeu par la bioéconomie, on retrouve les biocarburants avec par exemple le Superéthanol E85 qui contient entre 65 et 85% de bioéthanol produit à partir de betteraves ou de céréales, la production de gaz et d’électricité par la méthanisation de biodéchets (alimentaires ou agricoles notamment), ou simplement l’utilisation de bois énergie pour le chauffage.

Bien qu’il existe plus de 6 000 espèces de plantes cultivées à des fins alimentaires dans le monde, les 2/3 de notre production alimentaire actuelle sont issus de seulement 9 cultures. L’augmentation de la diversité des cultures est ainsi un aspect important de la bioéconomie afin d’assurer une sécurité alimentaire, en permettant d’une part, une plus grande diversité en apports nutritionnels et d’autre part, une meilleure résistance face aux aléas climatiques, aux insectes ravageurs et aux pathogènes. De plus, l’utilisation de composts issus de biodéchets permet d’améliorer les rendements agricoles en remplacement des engrais chimiques.

La production de matériaux biosourcés concerne un grand-nombre de secteurs parmi lesquels on retrouve :
. la construction avec l’utilisation de fibres végétales telles que le chanvre ou de déchets textiles pour l’isolation,

Et enfin, parmi les biomolécules on retrouve :
. des produits cosmétiques contenant notamment des huiles naturelles, des algues, des minéraux… ,
. des détergents et peintures d’origine végétale, notamment de résines,
. des produits pharmaceutiques synthétisés grâce à des micro-organismes.

Cette économie verte entraine une amélioration du bien être humain et de l’équité sociale tout en réduisant les risques environnementaux et la pénurie des ressources.

Comment cela fonctionne-t-il ?

La bioéconomie implique l’utilisation de la biotechnologie pour développer des processus innovants de fabrication de divers produits, notamment des produits biopharmaceutiques, des vaccins, de nouveaux variants végétaux et animaux et des enzymes industrielles (figure 1). En outre, la bioéconomie nécessite la disponibilité de biomasse renouvelable et de bioprocédés efficaces pour une production durable. La biomasse renouvelable peut être obtenue à partir de diverses sources primaires (herbes, arbres, algues et cultures alimentaires) et de déchets domestiques, industriels et agricoles (pelures de légumes, sciure de bois, huiles végétales usagées, bagasse (résidu de canne à sucre) et la paille de céréales).

À partir de ces matériaux, les bioprocédés permettent de produire une panoplie de produits tels que le papier, les biocarburants, les plastiques et les produits chimiques industriels.

Figure 1 : La biotechnologie est essentielle dans tous les secteurs de la bioéconomie (santé, nutrition, matériaux, énergie et environnement). Reproduit à partir de [1]

Fig1. La biotechnologie est essentielle dans tous les secteurs de la bioéconomie (santé, nutrition, matériaux, énergie et environnement). Reproduit à partir de [1].

Enjeux et tendances

L’Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO) a inclus la bioéconomie dans sa stratégie scientifique la plus récente, et des stratégies nationales en matière de bioéconomie sont mises en œuvre, conformément aux objectifs de développement durable des Nations Unies.
Plusieurs défis persistent, tels que les incertitudes quant aux avantages économiques, sociaux et environnementaux de la bioéconomie émergente et des systèmes d’approvisionnement en biomasse [2], et l’industrie réclame le développement de technologies innovantes en matière de biomasse et des moyens d’augmenter la production [3]. En outre, les investissements dans le secteur de la bioéconomie doivent tenir compte de la durabilité, car les chaînes de valeur fondées sur la biotechnologie ne sont pas intrinsèquement durables. En outre, il est important de permettre l’acceptation du marché et l’éducation des consommateurs sur les produits biosourcés en facilitant le transfert de connaissances et la diffusion des technologies entre les universités, l’industrie et les décideurs politiques [4].

Les tendances de la bioéconomie sont les suivantes :
. le développement technologique, qu’il s’agisse de nouvelles technologies révolutionnaires ou de l’adaptation des technologies existantes aux conditions locales, facilitant l’essor d’une industrie et d’une fabrication fondées sur la biotechnologie, et
. l’intégration de l’intelligence artificielle dans la recherche liée à la bioéconomie, permettant la création de formes innovantes de bio-ingénierie et de biofabrication, particulièrement axées sur l’avancement du secteur de la santé par le développement de la médecine personnalisée, le diagnostic des maladies et la découverte de médicaments [5].

Systèmes acellulaires et bioéconomie

Plusieurs approches acellulaires ont été développées pour la bioproduction de produits chimiques fins, de biocarburants et de matériaux biologiques, conformément aux principes de la bioéconomie. Les systèmes acellulaires permettent de remanier et d’optimiser la biosynthèse de produits chimiques fins ou naturels, mais aussi de produire de novo des matériaux biologiques, notamment des biopolymères, des matériaux cellulosiques et des nanoparticules [6].
Les matières premières locales peuvent potentiellement être utilisées pour remplacer les composants coûteux du mélange énergétique de la réaction, ou pour fournir les cofacteurs enzymatiques et les substrats de la voie de biosynthèse qui sont nécessaires pour produire les matériaux biologiques d’intérêt. De cette manière, la biofabrication de matières biologiques par voie cellulaire peut être réalisée localement, durablement et à la demande (figure 2) [6].

Par exemple, la production acellulaire d’acide lactique à partir de marc de café usagé a été proposée et pourrait devenir une stratégie généralisée pour la bioproduction acellulaire durable de matériaux [7]. Le perméat de lactosérum, un déchet industriel qui a déjà été utilisé pour optimiser la production in vivo de bioplastiques à base de polyhydroxyalcanoates (PHA), a également été utilisé pour développer une production de PHA à partir d’extraits cellulaires [8].  L’inclusion d’une concentration optimale de perméat de lactosérum a permis d’augmenter la production acellulaire d’environ 50 %, faisant du système acellulaire une approche économiquement plus viable que la méthode in vivo.

Figure 2 : Bioproduction durable de matériaux biologiques acellulaires. Reproduit de [6]