Solvants biosourcés : réinventer la chimie verte sans faire de compromis

Dans les laboratoires de synthèse organique comme dans les chaînes industrielles, pas de miracle sans solvants. Ils servent à tout : dissoudre, extraire, transporter, nettoyer, catalyser – et ils se glissent dans la fabrication de peintures, encres, détergents, médicaments, parfums ou encore batteries. Leur rôle est si fondamental qu’on estime que de 50 à 90 % du volume d’un procédé chimique industriel peut être constitué de solvant, selon l’Agence américaine de protection de l’environnement (EPA).

Problème : l’immense majorité de ces composés vient du pétrole (acétones, toluène, hexane, dichlorométhane, etc.), ce qui pose doublement question à l’heure de l’urgence environnementale. D’abord parce qu’ils sont issus d’une ressource épuisable, ensuite parce que leur volatilité implique émissions de composés organiques volatils (COV), toxiques pour l’homme et son environnement. Près de 10 millions de tonnes de solvants pétrochimiques sont consommées chaque année en Europe, générant des impacts aussi directs qu’insidieux : pollution de l’air, de l’eau, risques sanitaires, contribution à l’effet de serre…

Le biosourcé, un simple effet de mode ?

À chaque époque ses buzzwords, et « biosourcé » en fait partie. Mais au-delà de la formule, il s’agit d’un véritable changement de paradigme : concevoir des solvants à partir de matières renouvelables (amidon, sucres, huiles végétales, déchets forestiers ou agricoles…), dont le cycle de vie est pensé pour réduire l’empreinte carbone, minimiser la toxicité et favoriser la circularité. Non, un solvant biosourcé n’est pas forcément biodégradable, inoffensif, ni miracle. Mais il offre la possibilité, bien encadrée scientifiquement, de repenser l’équilibre entre performance, sécurité et écologie.

Panorama des principales familles de solvants biosourcés

• Esters d’acide lactique : dont le lactate d’éthyle, produit à partir de la fermentation de sucres (betterave, maïs…). Ce solvant s’impose dans les encres d’imprimerie, peintures, nettoyage industriel, et son profil écologique séduit de nombreux secteurs.
• Terpènes : molécules extraites d’agrumes (le limonène du zeste d’orange, le pinène du pin…). Le limonène commence à remplacer le toluène et autres hydrocarbures dans la formulation de solvants pour le dégraissage, le nettoyage ou la parfumerie.
• Alcools biosourcés : comme le 1,3-propanediol (issu du maïs ou de la glycérine), destiné à la cosmétique, la polymérisation ou même les antigels.
• Gammes de lactones : dont la γ-valérolactone (GVL), dérivée des sucres de lignocellulose, prometteuse en chimie fine et en catalyse.
• Esters d’huiles végétales : utilisés dans les lubrifiants ou les pesticides à faible impact.

La base commune ? Ces molécules ont toutes pour ancêtre la plante plutôt que le baril. Mais leur succès dépend d’un savant dosage entre disponibilité, coût, stabilité et compatibilité avec les besoins industriels.

Pourquoi certains solvants biosourcés parviennent-ils à passer du statut de curiosité de labo à celui d'alternative crédible ? Deux exemples illustrent le chemin possible.

• Lactate d’éthyle : Inodore, biodégradable, au profil toxicologique favorable, il est passé en moins de dix ans de la recherche académique à l’usage industriel dans les secteurs des encres, de la plasturgie et du nettoyage de précision. Son rendement de production (>90 %), sa miscibilité avec l’eau et sa faible inflammabilité lui ont permis de concurrencer l’acétate d’éthyle pétrochimique avec, en prime, une réduction de 40 à 60 % des émissions de COV selon les études de l’ADEME.
• Limonène : Extraite du zeste d’orange (ou du citron), cette molécule à l’odeur ensoleillée a conquis le marché de la formulation de solvants pour le dégraissage (industrie ou grand public), la manufacture de parfums, et comme agent d’extraction dans certains procédés pharmaceutiques. La France, premier producteur d’agrumes d’Europe, y voit aussi une opportunité de valoriser ses coproduits agricoles – « du jus à la chimie », en somme.

Remplacer un solvant, ce n’est pas seulement une question de composition. L’industrie, pragmatique, exige :

• Une efficacité identique, voire supérieure, à celle du solvant pétrochimique équivalent.
• Une compatibilité technique avec les équipements et procédés existants.
• Un coût compétitif, pour éviter une inflation déraisonnable des coûts de production.
• Une conformité réglementaire, très stricte (REACH en Europe par exemple, ou TSCA aux États-Unis).

Or, si certains biosolvants affichent des performances remarquables (extraction, volatilité adaptée, faible toxicité), d’autres peinent encore à convaincre sur toutes les dimensions. Un rapport de l’ECHA de 2022 souligne que seuls 25 % des solutions dites « biosourcées » sont aujourd’hui déployées à échelle industrielle.

Autre enjeu : le surcoût. Les solvants biosourcés restent 1,5 à 3 fois plus chers à la tonne que leur équivalent fossile, en moyenne, malgré des progrès réguliers. L’économie d’échelle et la montée en puissance de la demande devraient progressivement réduire cet écart, mais il persiste encore à ce jour (ADEME, 2020).

Prudence, tout de même, face à la rhétorique enchantée du biosourcé : les solvants issus de la biomasse ne sont pas magiquement exempts de toute conséquence négative. Leur production peut entrer en compétition avec l’alimentation (food vs. fuel), encourager la déforestation ou impliquer des intrants agricoles à la toxicité non négligeable (engrais, pesticides).

En chimie fine, par exemple, la GVL (γ-valérolactone) est prometteuse mais présente encore des incertitudes toxicologiques et une difficile production à grande échelle (cf. Green Chemistry, Royal Society of Chemistry).

Il devient donc crucial de parler d’analyse de cycle de vie (ACV), et non de se contenter d’un « biosourcé » posé en label unique. Il s’agit de mesurer :

• La consommation d’énergie sur l’ensemble du processus (culture, transformation, purification).
• L’utilisation de terres arables et l’impact sur la biodiversité.
• La toxicité potentielle du solvant une fois utilisé (dégradation, produits secondaires, etc.).

La substitution des solvants passe rarement par un simple « plug and play ». Catalyse hétérogène, extraction à pression réduite, énzymatic processing, micro-ondes… Le passage à des solvants biosourcés oblige parfois à repenser entièrement des étapes-clés d’un procédé, pour préserver ou améliorer la rentabilité et la sécurité.

Certains industriels, notamment dans le secteur pharmaceutique, investissent lourdement dans ces innovations : Johnson Matthey, Novartis ou Sanofi annoncent des réductions importantes de solvants pétrochimiques dans leurs sites européens, en testant des substituts biosourcés là où cela est pertinent.

Des exemples pionniers :

(Sources : ADEME, INERIS, Green Chemistry Institute)

Ce qui se joue dans cette « greffe verte », c’est la capacité de la chimie à décloisonner les savoirs. Les industriels créent des pôles mixtes recherche/production ; les financeurs publics encouragent le développement d’écosystèmes locaux ; la réglementation avance (lentement) vers la reconnaissance des critères d’ACV rigoureux et non d’un simple taux de matière biosourcée. C’est le cas du label européen « Ecolabel » ou de la certification « Biobased content » (Norme ISO 16620-2).

• Augmentation du taux de substitution : Certains pays visent d’ores et déjà 30 à 50 % de solvants biosourcés à horizon 2030 dans des secteurs clefs.
• Investissements publics/privés : Le programme Horizon Europe (2021-2027) alloue près de 1,5 milliard d’euros à la « bioéconomie circulaire », dont la substitution des solvants est un pilier.
• Interfaces interdisciplinaires : Les chimistes parlent de plus en plus avec les agronomes, écologues et économistes : la « boucle vertueuse » de la transition n’est possible qu’au prix de cette transversalité stimulante.

L’histoire des solvants biosourcés se joue sur de multiples fronts : avancées scientifiques, réalités économiques, arbitrages réglementaires, et même – mais oui – enjeux de société. Beaucoup reste à faire, c’est certain. Mais chaque tonne de solvant pétrochimique remplacée par son équivalent végétal, chaque procédé repensé pour minimiser l’empreinte carbone, chaque levée de frein technologique rapprochent un peu plus la chimie de sa vocation originelle : comprendre et transformer la matière, sans la détruire. Les laboratoires et industriels qui s’engagent dans cette voie dessinent la trajectoire d’une chimie qui, loin de s’excuser d’exister, s’honore d’être comprise, challengée, adoptée. Une chimie à visage humain, qui n’a pas fini de faire parler d’elle.