Emergence des bioproduits végétaux
Une révolution dans l'industrie et la santé
Depuis des décennies, les plantes jouent un rôle crucial dans la fabrication d'une gamme diversifiée de bioproduits à la fois industriels et pharmaceutiques. Ces bioproduits issus de biomasse renouvelable - lipides, sucres et protéines végétaux - englobent les produits biochimiques, la bioénergie, les biocarburants et les biomatériaux.
Exemples de bioproduits : biodiesel, lubrifiants, solvants, tensioactifs, bioplastiques, caoutchouc, huile bioactive pour la nutrition...
1. Bioproduits à partir des lipides
Un des bioproduits les plus importants des lipides végétaux est le biodiesel.
En effet, les huiles végétales ont été utilisées depuis longtemps comme source de carburant pour les voitures. Parmi les plantes pouvant être utilisées pour la production du biodiesel, on trouve le colza, le canola et le soja.
Le colza
D’autres plantes non alimentaires sont envisagées par les chercheurs comme Pongamia pinnata et Jatropha curcas. D’un autre côté, les micro-algues sont aussi une source alternative de production du biodiesel.
Les tensioactifs (détergents, savons, produits de soins personnels) sont aussi produits à partir des huiles des plantes, grâce à la présence en grand pourcentage des acides gras saturés à chaine moyenne.
Les plantes sont aussi explorées pour la production du bioplastique par le biais de l’ingénierie. En effet, les cultures oléagineuses sont une « usine » potentielle pour la production du PHA (polyhydroxyalcanoates), un bioplastique bactérien. Comme exemple des plantes transgéniques (modifiées génétiquement) utilisées dans la production du bioplastique, on trouve arabidopsis, maïs, coton, pomme de terre et tabac.
2. Bioproduits à partir des sucres
Plusieurs plantes sont cultivées pour la production du sucre consommable. La plus connue est la canne à sucre (Saccharum spp.) riche en sucrose, suivie du maïs, utilisé aussi pour la production de biocarburants et aliments pour animaux. On trouve aussi le panic érigé (Panicum virgatum), qui est une source de cellulose et est utilisé surtout pour la production d’énergie et de l’éthanol.
La canne à sucre
L’une des principales utilisations des sucres des plantes est la production de bioéthanol. Ce dernier a plusieurs utilisations, comme la production d’aliments et boissons fermentés, des cosmétiques, des médicaments, des produits chimiques, des peintures, et surtout comme carburants. Il est produit par fermentation de matières premières agricoles (saccharose, amidon), suivie d'une distillation. Principalement, le saccharose de la canne à sucre est utilisé, mais aussi de la betterave à sucre (Beta vulgaris) et du sorgho (Sorghum bicolor). Aussi, on utilise l’amidon du maïs, de l'orge (Hordeum vulgare), du blé (Triticum aestivum) et d'autres céréales. En revanche, d’autres alternatives à l’utilisation des plantes alimentaires est l'utilisation de résidus agricoles (épis, feuilles et tiges non utilisés après la récolte) et d'autres sources de cellulose (le panic érigé et les arbres à croissance rapide comme le peuplier [Populus spp.]).
Les sucres servent aussi à la production de plusieurs matériaux. Par exemple, les fibres de xylème entrent dans la production du bois de charpente et du papier, alors que les fibres de tégument du coton (Gossypium spp.) et les fibres de phloème des plantes comme le lin (Linum usitatissimum), le chanvre (Cannabis portal) et le jute (Corchorus spp.) servent dans la production du textile et des cordages. Aujourd’hui, des recherches scientifiques ont permis de développer de nouveaux matériaux avancés à partir des fibres végétales. Un des exemples de ces matériaux est les nanocristaux de cellulose (nanocellulose cristalline ou cellulose nanocristalline (CNC)). Ce dernier est extrait des plantes par un processus qui permet d’avoir la cellulose cristalline de la paroi cellulaire (partie forte) sans extraire les composés amorphes faibles. Ceci lui permet d’avoir une grande rigidité et résistance à la traction. Il peut aussi former un gel, une mousse et des cristaux liquides. Grace à ces propriétés, CNC a plusieurs applications comme le renforcement des matériaux composites et des produits en papier.
Les sucres entrent aussi dans l’industrie pharmaceutique pour la production de gélules de médicaments et d'enrobages de comprimés. Aussi, les glucides sont utilisés de nos jours pour le développement de nouveaux produits dans les domaines de la pharmacothérapie et des matériaux biomédicaux.
L'ingénierie tissulaire aussi utilise les propriétés des sucres, à savoir leur capacité d’améliorer l'adhésion et la différenciation cellulaires, et de servir d'échafaudages pour le développement des tissus.
Exemples de bioproduits : films et revêtements, adhésifs, colles, fibres et produits pharmaceutiques (vaccins, enzymes)...
3. Bioproduits à partir des protéines
Les protéines sont utilisées par l’Homme depuis longtemps. A côté de leur rôle dans l’alimentation humaine, les protéines végétales sont sources de plusieurs bioproduits.
Les protéines végétales ont plusieurs avantages, dont leur sureté, leur coût faible, leur biodégradabilité et leur capacité de stockage simple des produits. Aussi, elles permettent d’obtenir des protéines correctement repliées, assemblées et modifiées après la traduction. Pour ces raisons, elles sont utilisées dans la production de bioproduits ayant plusieurs applications, comme emballage alimentaire, encapsulation pharmaceutique, paillage agricole, production de nouveaux textiles, suture médicale, revêtements protecteurs et matériaux de liaison.
Cependant, les protéines végétales présentent des défis liés à leur résistance et élasticité inférieures par rapport aux produits synthétiques. Des recherches intensives sont menées pour surmonter ces limitations, avec un accent particulier sur les protéines de soja, de haricot, de blé et de maïs.
La biotechnologie végétale, notamment la modification génétique des plantes, ouvre de nouvelles perspectives en permettant la production de protéines transgéniques aux applications diverses, comme les vaccins et les anticorps. Cette révolution des bioproduits végétaux offre des solutions durables et innovantes pour répondre aux défis actuels de l'industrie et de la santé.
Source :
Livre : Chen, G., Weselake, R.J. & Singer, S.D. (2018). Plant Bioproducts, Springer.
Pour aller plus loin :
Production de biocarburant à partir des plantes.
Les plantes comme source de caoutchouc.
La production d'huiles par les plantes.
Les fibres végétales naturelles. Leur importance dans notre vie quotidienne.
Les plantes pour la production du bois et du papier.
Les plantes à la base de notre alimentation.
Préserver naturellement nos aliments avec les plantes. Les vertus cachées des plantes dans la conservation alimentaire.
Une plante, c’est des cellules végétales. Comprendre la structure cellulaire des végétaux.