1. L’intérêt croissant des consommateurs pour des tensioactifs durables

« La demande globale en biotensioactifs est énorme. On parle aujourd’hui d’une croissance à deux chiffres.
Le constat actuel est que toutes les entreprises ont envie de se positionner en matière de durabilité de leurs produits et d’un meilleur respect de l’environnement. » F. Warzée, DETIC

1.1 Des molécules omniprésentes dans notre vie quotidienne

La chimie du végétal, l’un des axes essentiels de la chimie verte, est actuellement en plein boom. Elle répond à une demande croissante de nombreux secteurs de remplacer des molécules pétrochimiques par leur équivalent d’origine végétale.

Les tensioactifs, appelés surfactants (abréviation de SURFace ACTive AgeNTS en anglais), sont des molécules dont la production annuelle mondiale dépasse les 20 millions de tonnes. En 2019, la production totale au sein de l’Europe des 28 était de 3.149.044 tonnes, soit environ 16% de la production mondiale. Le CESIO1 estime que 59% de cette production totale européenne est partiellement biosourcée2.

D’après le centre de recherche de la Commission européenne (Joint Research Centre), les tensioactifs constituent un secteur stable et mature en Europe. En effet, ces molécules ont de multiples applications dans presque tous les aspects de notre vie quotidienne grâce à leurs nombreuses fonctions : agents de solubilisation, moussants, mouillants, dispersants, émulsifiants… Elles sont donc largement utilisées dans la formulation de médicaments, cosmétiques, produits de nettoyage, additifs pour l'alimentation humaine et animale, produits agrochimiques, peintures, et également dans les technologies de remédiation environnementale, largement étudiées actuellement.

Schéma tensioactifs

Bon à savoir

Les tensioactifs diminuent la tension superficielle entre deux surfaces, ce qui permet de disperser deux phases initialement immiscibles comme par exemple, entre l’air et l’eau ou entre l’eau et l’huile. Ces molécules possèdent une structure amphiphile, c’est-à-dire composée de deux parties : l’une hydrophobe (ou lipophile, qui retient les substances grasses), la « queue », et l’autre hydrophile, la « tête », qui - au contraire - aime l'eau. Un tensioactif est toujours amphiphile ; par contre, un composé amphiphile n’est pas forcément tensioactif3.

Schéma structure tensioactif

Structure amphiphile d’un tensioactif

Structure amphiphile d’un tensioactif

Les tensioactifs sont encore en grande partie produits à partir de ressources pétrochimiques. Toutefois, la prise de conscience environnementale croissante a entraîné un glissement vers des produits dits oléochimiques, en partie dérivés d'huiles végétales, qui représentent actuellement plus de la moitié du marché en Europe. Cependant, ces produits oléochimiques ne sont que partiellement renouvelables et sont majoritairement issus de cultures éloignées de l’Europe4.

Marché des tensioactifs5

Schéma marchés tensioactifs
  • 44% du volume du marché sont entièrement pétrosourcés et d'origine fossile.
  • 52% du volume du marché sont en partie issus de la biomasse (produits oléochimiques). Ces 52% englobent les tensioactifs d’origine biosourcée (40% en moyenne), soit l’ensemble des tensioactifs dont la teneur biosourcée est comprise entre 5 et 95%.
  • 4% du volume du marché sont entièrement issus de la biomasse. Une bonne partie de ces biotensioactifs est produite grâce à des méthodes de production chimique et une faible partie est produite par fermentation et biocatalyse.

A l’échelle mondiale, on constate que les biotensioactifs ne représentent actuellement qu’une très petite partie du marché des tensioactifs. Néanmoins, ce marché attire toute l’attention des industriels et commence à gagner du terrain.

1.2 Les biotensioactifs : appréciés et recherchés

Récemment, parallèlement au développement des bioraffineries, les biotensioactifs entièrement biosourcés ont fait leur apparition et leur développement affiche une belle croissance. En Europe, par exemple, la production de tensioactifs d'origine biosourcée représente environ 1.100 kt/an, tandis que celle d'origine fossile est d'environ 2.400 kt/an, soit plus du double6.

L'enjeu des bioraffineries est majeur puisqu'elles utilisent le carbone renouvelable des plantes et donc limitent les émissions de gaz à effet de serre. Elles proposent des voies alternatives à l'utilisation des ressources fossiles épuisables. L’objectif est de valoriser les constituants des végétaux sous de multiples formes : énergie, matériaux et molécules d'intérêt (ValBiom, 2020).

En termes de propriétés physico-chimiques, il n’y a pas de différence entre un biotensioactif obtenu par voie enzymatique et un biotensioactif obtenu par voie microbienne si les molécules sont équivalentes du point de vue de leur composition. En revanche, les deux technologies présentent différents avantages et inconvénients , repris plus loin dans ce rapport.

Outre le fait qu'ils sont fabriqués à partir de matières premières renouvelables, les principaux avantages des tensioactifs biosourcés sont7 :

  • Leur faible écotoxicité et leur biodégradabilité, qui en font des alternatives respectueuses de l’homme et de l'environnement dignes d'intérêt.

Bon à savoir

La directive 73/404/CE interdit la mise sur le marché de tensioactifs dont la biodégradabilité est inférieure à 90% et certaines molécules tensioactives qui ne répondent pas aux critères de la règlementation REACH8.

  • Leur capacité à respecter la réglementation en matière de sécurité (environnementale).
  • L’utilisation de matières premières à faible coût (graisses, huiles, sucres) pour les produire.
  • Leur grande diversité de structures, permettant de répondre de manière spécifique à une application particulière.
  • Leurs meilleures propriétés moussantes, comparativement aux tensioactifs pétrosourcés.
  • Leur plus large gamme d’utilisation à des températures basses, des pH et des salinités élevés, comparativement aux tensioactifs pétrosourcés.
  • Leurs propriétés antimicrobiennes (antifongique, antibactérienne et/ou antivirale). Bien que tous les biotensioactifs ne soient pas concernés.

La mise sur le marché de molécules d'origine végétale en remplacement de molécules d'origine fossile suscite des enjeux sociétaux importants dont l'acceptabilité des molécules biosourcées par les consommateurs. Cette acceptabilité nécessite plusieurs conditions :

Stake 1

1. que les molécules n'entrent pas en compétition avec l'alimentaire

Stake 2

2. que leur coût ne soit pas supérieur de 10% maximum à celui des équivalents pétrosourcés

Stake 3

3. que leurs propriétés soient au moins équivalentes à celles des équivalents pétrosourcés

Stake 4

4. que leur impact environnemental soit minimal

Les tensioactifs constituent un groupe d'ingrédients polyfonctionnels, lui-même subdivisé en quatre sous-groupes. Cette classification est réalisée en fonction de la charge portée par la partie hydrophile des tensioactifs en milieu aqueux.

1. Tensioactifs anioniques

Les anioniques libèrent une charge négative (anion) en solution aqueuse, leur partie hydrophile est chargée négativement. Les qualités de détergent, mouillant et moussant attribuées aux anioniques en font des ingrédients clés pour les produits d’hygiène.

2. Tensioactifs cationiques

Les cationiques possèdent un ou plusieurs groupements fonctionnels s’ionisant en solution aqueuse pour fournir des ions organiques chargés positivement et responsables de l’activité de surface. Par exemple, les détergents cationiques sont utilisés en milieu hospitalier et dans les industries alimentaires.

3. Tensioactifs non ioniques

Les non ioniques permettent de stabiliser les systèmes multiphasiques comme les émulsions, les suspensions et les mousses et de solubiliser les actifs. Ils possèdent une très bonne tolérance cutanée et, par conséquent, sont les plus utilisés en cosmétique.

4. Tensioactifs amphotères

Le domaine d'application des amphotères dépend du pH des préparations et recouvre celui des autres groupes de tensioactifs.

Icone Biodégradabilité

Biodégradabilité

Icone Faible écotoxicité

Faible
écotoxicité

Icone Faible toxicité pour l’homme

Faible toxicité
pour l’homme

Les propriétés avancées

  • Entraînent souvent une écotoxicité moindre comparativement aux tensioactifs conventionnels.
  • Concentration micellaire critique inférieure.
  • Activités biologiques intéressantes (antibactérien, antifongique, antiviral, activités anticancer et en immunomodulation).

Les freins

  • Faible connaissance du consommateur sur l’utilité et les propriétés des biotensioactifs.
  • Nécessité de la part des concepteurs de produits finis de percevoir la valeur ajoutée du passage des tensioactifs traditionnels aux biotensioactifs.
  • Absence d'une définition standard des biotensioactifs.
  • Développement de nouvelles formulations : souvent nécessaire pour optimiser les performances des biotensioactifs.
  • Coût des biotensioactifs d'origine microbienne : généralement 10 fois supérieur aux tensioactifs d’origine fossile.
  • Rendements de production des biotensioactifs microbiens faibles et sous-produits toxiques problématiques.
  • Traitement en aval des biotensioactifs microbiens : compliqué et nécessitant de l'innovation.

Au niveau mondial, les biotensioactifs les plus consommés sont le sulfonate d'ester méthylique (MES) (33,3 %), les alkyl polyglycosides (25%, plus de 100.000 t/an), les esters de sorbitan et les esters de sucre (environ 6.000 t/an). Ils sont principalement utilisés dans la fabrication de détergents (45%) et de cosmétiques (près de 11%)9.

Part des biotensioactifs dans les produits / applications dans le monde

application 1

Détergents ménagers

44,6%
application 2

Cosmétiques

10,8%
application 3

Produits nettoyants industriels

6,7%
application 4

Industrie agroalimentaire

5,8%
application 5

Additifs pétroliers

4,3%
application 2

Agro-chimie

3,5%
application 3

Textiles

2,2%
application 8

Autres marchés

22,1%

Interview croisée : Jacky Vandeputte, Pôle Industries10 & Agro-Ressources et Frédérick Warzée, DETIC11

Photo de Jacky Vandeputte Jacky Vandeputte Pôle Industries & Agro-Ressources Photo de Frédérick Warzée Frédérick Warzée DETIC

En quoi la production de nouvelles molécules tensioactives répond-elle aux attentes actuelles des consommateurs, et par conséquent, des industriels ?

Jacky Vandeputte : Les tensioactifs entrent dans la formulation de nombreux produits : détergents, cosmétiques, peintures, produits phytosanitaires… Le marché des tensioactifs représente le secteur des spécialités biosourcées le plus développé avec 25% de taux de pénétration. Cette attractivité est liée à leur image positive, leur biodégradabilité supérieure ou encore leur moindre agressivité sur la peau, particulièrement en cosmétique (60-80%). Ils constituent une alternative aux produits pétroliers et permettent de remplacer certaines substances jugées préoccupantes, avec un meilleur profil toxicologique et environnemental.

Frédérick Warzée : Il n’existe actuellement pas de statistique pour la Belgique mais les tendances sont relativement similaires. Je note tout de même qu’il y a un grand dynamisme côté flamand pour le développement de biotechnologies. Mais, dans l’ensemble, le belge est un grand demandeur de produits biosourcés finis. En termes de production, le prix des matières premières biosourcées reste un frein au développement… En particulier dans le domaine de la détergence.
En cosmétique, le consommateur est en général prêt à payer des produits un peu plus chers. En détergence, une fausse idée circule encore : les détergents biosourcés seraient moins performants que leurs équivalents pétrosourcés. Ce qui est faux bien entendu. Le consommateur est donc plus réticent. Néanmoins, il y un changement de mentalité positif dans ce secteur applicatif également.

La chimie du végétal est-elle un secteur à fort potentiel en France, en Wallonie et en Flandre ?

Jacky Vandeputte : Avant même que la chimie du végétal ne devienne à la mode à partir des années 80, les régions Grand Est et Hauts-de-France ont misé sur ce secteur, avec la mise en place de centres techniques comme Extractis (anciennement Centre de Valorisation de Glucides - CVG) ou encore de centres de recherche privés comme ARD, qu’on appelait communément à l’époque les bioraffineries. Au-delà de la chimie du végétal, ces deux territoires ont fait de la bioéconomie un pilier majeur de leur développement économique.

La région Hauts-de-France est riche d’un tissu d’acteurs présents sur l’ensemble de la chaîne de valeur de la bioéconomie (27.000 agriculteurs, semenciers, entreprises leaders sur le secteur, pôles de compétitivité, plateformes technologiques), de ressources abondantes et diversifiées (2 millions d’hectares de terres consacrés à l’agriculture et 450.000 hectares à la forêt, vaste façade maritime…), mais aussi de filières à potentiel pour bâtir un véritable leadership (1ère région agroalimentaire française, présence de leaders mondiaux dans les biotechnologies, 1ère région de transformation et de valorisation des produits de la mer, région pionnière de la filière insectes…).

La bioéconomie pèse de plus en plus lourd dans le développement économique régional puisqu’entre 2014 et 2017, à chaque euro investi par la Région dans le secteur, ce sont 7 euros qui ont été injectés dans l’économie régionale. Par ailleurs, la bioéconomie représente plus de 85.000 emplois en Hauts-de-France.

En Grand Est, les atouts sont également nombreux pour devenir un territoire de référence en la matière. La région possède une biomasse remarquable (+ de 50% du territoire consacré à l’agriculture avec près de 50.000 exploitations, près de 2 millions d’hectares de forêt et 2e région en récolte de bois, des filières d’excellence), un tissu industriel varié et actif (bioraffineries territoriales de Pomacle-Bazancourt, pôle européen du chanvre, grands noms industriels…), des structures R&D innovation reconnues (IAR, CEBB, FRD…), des marchés d’envergure mondiale et en croissance (agriculture/sylviculture/viticulture, agroalimentaire/alimentation animale…). À noter que 111.800 emplois sont liés à la filière agricole/agroalimentaire.

Hauts-de-France et Grand Est visent toutes deux le leadership européen de la bioéconomie. Dans cette optique, la Région Hauts-de-France a adopté son Master Plan de la Bioéconomie en 2018 pour une filière compétitive, durable, créatrice de valeur ajoutée et d’emplois. La Région Grand Est a quant à elle voté sa Stratégie Bioéconomie fin 2019, au service de la croissance et de la compétitivité des entreprises de son territoire.

Frédérick Warzée : Le potentiel est important en Belgique également. Le pays – Bruxelles en particulier – a un atout : il héberge de nombreux sièges européens de multinationales qui opèrent un switch vers le biosourcé. Parallèlement, plusieurs PMEs belges parviennent à concurrencer les grands groupes en se positionnant majoritairement sur le marché de la chimie verte.

En quoi l’approche du projet de recherche ValBran est-elle novatrice ?

Jacky Vandeputte : Il existe déjà toute une gamme de tensioactifs biosourcés (sucroesters, APG, lipo-aminoacides...). La région Grand-est a innové il y a une dizaine d’années avec le développement des premiers tensioactifs à base de son de blé et la mise en place de la société Wheatoleo. Le projet ValBran vise à valoriser les polysaccharides abondants contenus dans le son de blé (cellulose et hémicelluloses) sous la forme de molécules tensioactives.

Son caractère innovant est lié au développement d’un procédé de biotechnologie et l’emploi d’enzymes non seulement pour fractionner les sucres mais aussi pour élaborer les tensioactifs et les fonctionnaliser . Il fait appel à toute une cascade de procédés et notamment de séparation / purification pour aboutir à de nouvelles structures originales au service d’applications telles que l’alimentation (additifs alimentaires), la détergence, la cosmétique ou encore les phytosanitaires.

Frédérick Warzée : Ce projet anticipe les intérêts des industriels. En effet, sur le court-moyen terme (d’ici 5-10 ans), on s’attend à ce que les entreprises belges et françaises quittent le pétrosourcé pour s’orienter vers la biomasse, avec une préférence pour les déchets agricoles et les connexes de l’alimentation. Les industriels sont conscients que l'agriculture se concentre sur la production massive d’aliments pour satisfaire la demande mondiale. Dès lors, produire des tensioactifs à partir des déchets du food devient très intéressant.

Interview : Dr. Boris Estrine, Agro-industrie Recherches et Développements12

Photo de Boris Estrine Dr. Boris Estrine Agro-industrie Recherches et Développements

Pourquoi la production de tensioactifs à partir de coproduits agricoles tels que le son de blé est-elle intéressante ?

Nos travaux sur le sujet de l’utilisation des coproduits agricoles comme le son ou la paille de blé ont débuté vers 1996 et se sont poursuivis jusqu’à la création d’une société filiale pour la commercialisation de nos tensioactifs en 2010.

Face à la demande croissante de tensioactifs durables, ARD s’intéresse fortement à l’utilisation de ressources naturelles peu ou mal valorisées. Les surplus agricoles et coproduits nous permettront de produire des tensioactifs à très faible impact environnemental, notamment du fait de leur provenance (Europe continentale).

Quels sont les enjeux d’innovation dans votre domaine d’activité ?

La production de tensioactifs efficaces et performants est notre priorité. Une fois le tensioactif validé, il faut s’assurer qu’il possède une faible écotoxicité pour satisfaire les attentes actuelles du client. De notre point de vue, la combinaison de ces deux critères constitue nos premiers vecteurs d’innovation.

L’évolution de la règlementation va-t-elle dans le sens d’un essor des tensioactifs biosourcés et vers un développement de nouvelles technologies pour les produire ?

Oui et non. La réglementation CLP13 a permis de faire un pas vers des molécules plus acceptables sur le plan de la toxicité, sans toutefois permettre une orientation vers une origine végétale qui est davantage réalisée grâce aux labels Écocert et ECOLABEL. Le choix final revient de toute façon au consommateur qui, par le choix de produits labelisés, favorise le développement des tensioactifs biosourcés.

Concernant la technologie, c’est plutôt l’entreprise qui décide. C’est elle qui possède les savoir-faire de chimie verte et de fermentation. Elle choisira donc la voie de production, par exemple par fermentation, en fonction de l’estimation économique du coût de production, combiné à l’estimation par ACV (Analyse de Cycle de Vie - voir Chapitre 3) de l’impact écologique de cette technologie.


1 European Committee of Organic Surfactants and their Intermediates (CESIO).

2 De Cooman C, 2020

3 Larpent C, 2020

4 JRC, 2019

5 Roelants S. et Soetaert W., 2021

6 RoadToBio, 2019

7 RoadToBio, 2019

8 L’article 2 de la Directive du Conseil européen du 22 novembre 1973 (73/404/CEE) indique que : « Les Etats membres interdisent la mise sur le marché et l'emploi des détergents lorsque la biodégradabilité moyenne des tensioactifs qui y sont contenus est inférieure à 90 % pour chacune des catégories suivantes : anioniques, cationiques, non ioniques et ampholytes. L'emploi de tensioactifs dont le taux moyen de biodégradabilité est au moins égal à 90 % ne doit pas, dans des conditions normales d'emploi, porter préjudice à la santé de l'homme ou de l'animal. »
REACH (CE) No 1907/2006 : règlement du Parlement Européen et du Conseil concernant l’enregistrement, l’évaluation et l’autorisation des substances chimiques ainsi que les restrictions applicables aux substances chimiques, entré en vigueur le 1er juin 2007.

9 RoadToBio, 2019

10 IAR est le Pôle de la Bioéconomie français, actif en Europe et à l’international.

11 DETIC est l’association belgo-luxembourgeoise des producteurs et des distributeurs de cosmétiques, détergents, produits d'entretien, colles et mastics, biocides et aérosols.

12 Expert en extraction chimique de protéines végétales et proactif dans la valorisation des coproduits, l’entreprise française ARD (Grand Est) travaille principalement sur les plantes de grande culture, les cultures dédiées, les coproduits agro-industriels (e.a. : son de blé) et les résidus de récoltes. En fonction des procédés utilisés et de la plante, les produits obtenus peuvent être utilisés dans des secteurs variés.

13 Le règlement CLP (en anglais : Classification, Labelling, Packaging) désigne le règlement (CE) n° 1272/2008 du Parlement européen relatif à la classification, à l’étiquetage et à l’emballage des substances chimiques et des mélanges.