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Vous êtes ici : Accueil > Technique > Mémoires > Production de cellulose bactérienne pure Révision : 10 octobre 2013  
Production de cellulose bactérienne pure
 
             Béatrice VALENTIN et Dylan PERERA

Élèves ingénieurs 2e année
Avril 2013
Mise en ligne - Octobre 2013

Avertissement
Ce mémoire d'étudiants est une première approche du sujet traité dans un temps limité.
À ce titre, il ne peut être considéré comme une étude exhaustive comportant toutes les informations
et tous les acteurs concernés.

       
  Plan  
I - Introduction
II - Cellulose pure fabriquée par des bactéries
III - Analyse économique de la cellulose bactérienne
sur le marché de la pâte de grande pureté
IV - Perspectives
V - Conclusion
VI - Bibliographie - Webographie
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I - Introduction

Plan

   
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            Pellicule de cellulose bactérienne      
  Figure 1 - Pellicule de cellulose bactérienne
[Wikipedia]
 

La cellulose est le polymère le plus abondant sur Terre : principal constituant des végétaux, elle est produite dans les parois de leurs cellules. Elle trouve de nombreuses applications en tant que matière première, notamment dans l’industrie papetière. Isoler les fibres cellulosiques des autres constituants du bois (lignine et hémicelluloses) est une pratique qui requiert des procédés d’extraction chimique, bien connus dans cette industrie.

Depuis peu, la recherche scientifique a découvert que les végétaux ne sont pas la seule source de production de cellulose. Des bactéries, telles que l’Acetobacter xylinum (ou Gluconacetobacter xylinus), ont également la capacité de créer de la cellulose [Figure 1]. Cette cellulose microbienne de synthèse est d'une grande pureté et a des applications dans différents domaines : médecine régénérative, papeterie, agro-alimentaire, cosmétique...

Quelles sont les principales caractéristiques de la cellulose bactérienne et ce qui la différencie de la cellulose végétale ? Sur le marché des pâtes cellulosique de haute pureté, sa production est-elle pertinente à l'échelle industrielle ? Pour quel type d’application ?

II - Cellulose pure fabriquée par des bactéries

Plan

II-1 - Pâte cellulosique de grande pureté

II-1-1 - La cellulose, un biopolymère abondant

La cellulose est le biopolymère organique le plus abondant sur la planète. Sa production dépasse les 1000 tonnes par an. Elle est très recherchée pour des applications industrielles : papier, textile, isolant... Constituées de cellulose pure, les fibres de coton sont obtenues à partir des poils unicellulaires recouvrant les graines de coton (cuticule). Il y a de la cellulose en contact avec de la lignine et d’autre constituants dans les parois cellulaires du bois et des végétaux lignocellulosiques.

Ce polymère est une chaîne linéaire de molécules de D-Glucose (entre 15 et 15 000), de formule chimique (C6H10O5)n. Son degré de polymérisation (DP = nombre d’unités glucose) varie entre 400 et 14000. La cellulose n’ayant subi aucun traitement présente un DP maximum. En moyenne, après traitement de purification, les celluloses possèdent un DP de 2500.

La cellulose est semi-cristalline : le taux de cristallinité de la cellulose est de 40 à 50% pour le bois, 60% pour le coton et supérieur à 70% pour certaines algues marines. Le bois présente 40 à 50 % de cellulose, 20 à 30 % de lignine et 10 à 30% d’hémicelluloses. Pour obtenir une pâte de haute pureté, il faut que la proportion de cellulose soit supérieure à 90%.

Les différents procédés d’extraction de cellulose à partir du bois datent du 19e siècle.

Aujourd’hui, un peu moins de 10 millions de tonnes de pâte bisulfite sont produites annuellement.

II-1-2 - Extraction de la cellulose

Des procédés chimiques permettent d'extraire la cellulose en éliminant la lignine – après cuisson et blanchiment, une pâte chimique ne contient plus les 5% de lignine résiduelle – et d'autres constituants tels que les hémicelluloses, les résines organiques, les cires, etc. Ils permettent de produire des pâtes d'une grande pureté avec plus de 90% de cellulose, contrairement au procédé mécanique où les différents constituants sont préservés.

Procédés de cuisson [Tableau 1].

  Kraft Bisulfite acide
Réactifs Soude NaOH
Sulfure de sodium Na2S
Acide sulfureux H2SO3
Bisulfite d'amonium
NH4(HSO3)
pH lessive 13 1-2
Température de cuisson 170°C-180°C 130°C-140°C
Temps de cuisson 2-4 heures 6-8 heures

Tableau 1 - Différences au niveau des cuissons Kraft et bisulfite
[J. Le Roux]

La pâte Kraft a de bonnes propriétés mécaniques. Elle est utilisée pour l'emballage, pour les papiers impression-écriture lorsqu'elle est blanchie, ou encore en mélange.

Le procédé de cuisson au bisulfite est utilisé industriellement pour obtenir des pâtes cellulosiques de grande pureté, avec un maximum de lignine et d’hémicelluloses éliminés. Elles ont des propriétés intéressantes pour fabriquer des papiers (stabilité dans le temps due à l’absence de lignine), ou pour les pâtes spéciales à usage chimique (haute pureté en cellulose).

II-2 - Production de cellulose bactérienne

Certains types de bactéries peuvent créer de la cellulose très proche de la cellulose végétale. Depuis des siècles, des bactéries participent à la production par fermentation de certains produits alimentaires – vinaigre, kombucha, nata de coco – et forment à cette occasion un matelas de cellulose. C’est A.J. Brown qui, en 1886, identifie un gel lors d'un cours sur la fermentation du vinaigre et le trouve équivalent chimiquement à la cellulose végétale.

II-2-1 - Caractéristiques de la cellulose bactérienne

La cellulose microbienne de synthèse ne possède ni lignine, ni pectine, ni hémicelluloses. Elle est donc considérée comme plus pure que la cellulose végétale qu’il faut traiter pour la considérer comme telle. Parmi les micro-organismes synthétisant de la cellulose (agro-bactéries, sarcine, rhizobium), la bactérie la plus étudiée est l’Acetobacter xylinum qui produit assez de cellulose d’un point de vue commercial [Figure 2].

                Bactéries produisant de la cellulose      
  Figure 2 - Bactéries produisant de la cellulose
[Virginia Tech]
 
     

L’Acetobacter xylinum crée une pellicule de cellulose pure à la surface de son milieu de culture en se procurant du glucose, du glycérol ou d’autres substrats organiques et en les convertissant. Les bactéries vivant dans divers milieux forment de la cellulose pour se protéger de la sécheresse, des ennemis extérieurs, des UV, du manque d’oxygène et de nourriture.

L’Acetobacter xylinum génère des rubans de cellulose cristalline à l’échelle nanométrique (3-4 nm d’épaisseur, 70-130 nm de largeur, 1-20 µm) entre sa membrane extérieure et son cytoplasme, grâce à des pores de 10 nm de diamètre situés en surface. Les microfibrilles ainsi sécrétées forment un réseau 3D dense de nanofibrilles ou une structure réticulée, stabilisée par des liaisons hydrogène. La cellulose native est composée de deux allomorphes cristallins : la cellulose Iα dont les chaînes sont longues [Figure 3] et la cellulose Iβ. On obtient une proportion Iα/Iβ plus ou moins grande selon l’origine de la cellulose. La cellulose bactérienne a pour phase dominante la phase cellulose Iα, alors que la cellulose végétale a pour phase dominante la cellulose Iβ.

                Cellulose Iα avec les liaisons hydrogène en pointillés      
  Figure 3 - Cellulose Iα avec les liaisons hydrogène en pointillés
[Wikipedia]
 
     

Le degré de polymérisation de la cellulose bactérienne va de 2000 à 6000 (contre 13 000 à 14 000 pour la cellulose végétale). Le réseau entremêlé de nanofibrilles de cellulose bactérienne forme une membrane gélatineuse, une pellicule de cellulose pure.

II-2-2 - Culture de la cellulose bactérienne

L'Acetobacter xylinum se trouve là où les sucres et hydrates de carbone du végétal sont fermentés, dans les jus, les fleurs, la décomposition des fruits ou les boissons alcoolisées non pasteurisés ou non stérilisés. Les bactéries grandissent dans des conditions contrôlées (pH entre 4 et 7, température optimale entre 25 et 30°C) et produisent de la cellulose à partir de différentes sources de carbone : monosaccharides, disaccharides, amidon, alcools et acides organiques. La présence d’oxygène est très importante dans le milieu pour la production de cellulose. En effet, les bactéries augmentent leur population en consommant de l’oxygène dissous dans le milieu. Dans les conditions du milieu Hestrin-Schramm (milieu statique à 28°C), les bactéries sont cultivées dans des fioles erlenmeyer pendant 10 à 14 jours. Dans des conditions de culture agitée, la cellulose bactérienne est produite dans des flacons ou des bio-réacteurs. Cette méthode, efficace et productive, est privilégiée pour des productions à large échelle [Vidéo 1].

                     
  Vidéo 1 - Cellulose Biosynthesis in Acetobacter xylinum
[YouTube]
 
     

II-2-3 - Récupération de la cellulose bactérienne

La cellulose récupérée nécessite une purification à l’acide acétique, une neutralisation à la soude pendant 10 à 20 minutes (en fonction de l’épaisseur de la pellicule) et un lavage à l’eau claire afin de retirer les bactéries encore attachées à la cellulose. Le matériau formé se présente comme un gel ayant une bonne résistance à l’état humide. La cellulose n’est pas altérée par les traitements de récupération. Une seule cellule bactérienne peut convertir 108 molécules de glucose en cellulose par heure. Ainsi, un gel peut être formé instantanément si des millions de cellules sont en activité [Figure 4].

                Gel de cellulose bactérienne produite par des bactéries Gluconacetobacter      
  Figure 4 - Gel de cellulose bactérienne
produite par des bactéries Gluconacetobacter
[Angewandte Chemie]
 
     

II-2-4 - Amélioration du rendement

Actuellement, la cellulose bactérienne est formée avec un rendement de 40% (avec le substrat D-glucose) : l’efficacité est donc haute par rapport aux connaissances actuelles sur les procédés en biotechnologies. Cependant, il peut être amélioré. Le mannitol et l’arrabitol (polyols “sucre-alcool”) produisent 3,8 à 6,2 fois plus de cellulose que le glucose. Il est donc intéressant de l’incorporer dans le milieu nutritif des bactéries. De plus, le lactate, le pyruvate, l’aldéhyde, l’acétate, le citrate et le succinate introduits dans le milieu de culture améliorent également le rendement en cellulose. Par ailleurs, l'incorporation de lignosulfonates à une concentration de 1% en masse dans le milieu de culture stimule la synthèse de la cellulose et une augmentation de 57% de productivité est observée.

II-2-5 - Utilisations de la cellulose bactérienne

                     
  Figure 5 - Gel de cellulose bactérienne
a) Film d'hydrogel de cellulose bactérienne
b) Sphères formées par culture agitée
c) Différentes façons de mettre en forme des tubes de cellulose bactérienne
[Angewandte Chemie]
 
     

Facile à modeler [Figure 5], la cellulose bactérienne est utilisée comme traitement médical externe et interne. Se conformant bien à la surface de la peau, sa capacité à retenir l’eau et sa perméabilité à la vapeur d’eau en font un outil intéressant pour la guérison des blessures. D'où son usage comme pansement des plaies notamment liées aux brûlures. Elle a également des applications dans les tissus des cartilages et la greffe de moelle osseuse. En la façonnant en tubes longs et creux, elle peut devenir vaisseau sanguin artificiel [Figures 6&7] voire remplacer le tube digestif ou urinaire. Elle peut aussi aider au traitement des brûlures des ulcères et remplacer des membranes internes telles que la membrane extérieure du cerveau.

                       
  Figure 6 - Tube de cellulose bactérienne
pouvant remplacer un vaisseau sanguin
[Angewandte Chemie]
  Figure 7 - Vaisseau sanguin en cellulose bactérienne
[Angewandte Chemie]
 
         

La cellulose bactérienne a des applications dans le secteur alimentaire. C’est un additif incorporé comme agent épaississant et stabilisant dans certains aliments (glaces, assaisonnements de salade), voire pour faciliter le transit intestinal. Elle sert également d'additif dans des produits alimentaires diététiques (kombucha, glace à basses calories...).

La cellulose bactérienne peut servir à la fabrication d’un papier très résistant. Utilisé comme liant dans la sauce de couchage, son réseau de microfibrilles de cellulose ajoute de la force et de la pérennité au papier.

Grâce à son module de Young élevé et à sa capacité à maintenir une haute vitesse du son sur de larges gammes de fréquences, elle est utilisée comme membrane filtre acoustique pour les hauts-parleurs ou les écouteurs.

L’industrie cosmétique l'ajoute comme additif épaississant et renfort dans des crèmes et vernis.

Enfin, dans le domaine textile, des expériences sont menées afin de réaliser des tissus et des vêtements à base de cellulose bactérienne [Figure 8 & Vidéo 2].

                       
  Figure 8 - Tissu végétal réalisé à partir
de cellulose bactérienne
[ConsoGlobe]
  VIdéo 2 - Bio-couture
[YouTube]
 
         

II-2-6 - Comparaison avec la cellulose végétale

Les photographies ci-dessous issues du microscope électronique montrent la différence de morphologie entre les fibres de cellulose végétale (a) et les fibres de cellulose bactérienne (b).

                     
  Figure 9 - Vues microscopiques de fibres de
a) cellulose végétale - b) cellulose bactérienne
[Angewandte Chemie]
 
     
  Avantages Inconvénients
Cellulose bactérienne
  • Structure plus fine et plus complexe, utilisable à l’échelle nanoscopique.
  • Absence d’éléments à enlever (hémicelluloses, lignine).
  • Plus grande résistance à la traction due à plus haute cristallinité.
  • Peut grandir grâce à une grande variété de substrats et sous différentes formes.
  • Peut être directement modifiée durant son assemblage (retarder la cristallisation en introduisant des colorants dans le milieu de culture, contrôle du poids moléculaire).
  • Possibilité d’orienter la cellulose durant sa synthèse pour obtenir des membranes consolidées uni axiales.
  • Possibilité de modifier génétiquement la cellulose (synthèse directe des dérivés de cellulose tels que l’acétate de cellulose, le carboxyméthylcellulose, contrôle des allomorphes cristallins, du poids moléculaire).
  • Plus grande rétention d’eau.
  • Coût trop élevé à grande échelle dû aux prix élevés des substrats et aux rendements volumiques assez bas.
  • Manque de capacité de production à grande échelle.
  • Le développement des bactéries est long et la maintenance du milieu est difficile pour la production.

Tableau 2 - Avantages et inconvénients de la cellulose bactérienne

Sur le plan environnemental, la cellulose bactérienne dispose d'atouts intéressant par rapport à la cellulose végétale. Elle est produite à partir d’une souche de bactéries non pathogènes et les produits chimiques requis (soude et acide acétique entre autres) pour son lavage et son épuration sont faciles à retraiter.

A contrario, la fabrication de la pâte bisulfite requiert des produits chimiques et son blanchiment peut nécessiter l’utilisation de chlore ou de dioxyde de chlore, source d’ halogènes organiques adsorbables (Adsorbable organic halogen (AOX)) extrêmement dangereux et dont les rejets doivent être contrôlés. Enfin, le procédé au sulfite qui génère du soufre et des composés organiques, est très polluant.

III - Analyse économique de la cellulose bactérienne
sur le marché de la pâte de grande pureté

Plan

Le produit est la pâte dite spéciale de grande pureté (>90 % de cellulose). Les fournisseurs sont les usines produisant de la pâte spéciale grâce au procédé bisulfite. Les clients utilisant des dérivés des pâtes spéciales, comme l’acétate de cellulose, l’éther de cellulose ou la nitrocellulose, sont les industries pharmaceutique, alimentaire, du bâtiment, pétrolière, cosmétique, textile (haut de gamme), minière... Le nouvel entrant est la cellulose bactérienne, déjà utilisée dans le secteur médical.

III-1 - Produit

La pâte à papier est la matière première des industries papetières. Fabriquée à partir de fibres vierges issues du bois ou de fibres recyclées, elle peut être revendue aux papeteries (pâte marchande) ou réutilisée directement dans la même usine pour produire du papier.

Alors que 80% de la production de pâte vierge issue du bois est assurée par le procédé Kraft, environ 10 millions de tonnes sont produites chaque année grâce au procédé au bisulfite. Cette pâte possède relativement plus de cellulose car les hémicelluloses sont retirées de la pâte.

On parle de cellulose de grande pureté lorsque la teneur en cellulose dans la pâte dépasse les 90% en masse. De ce point de vue, la cellulose bactérienne approche les 100% lorsqu’elle est convenablement nettoyée après production par les bactéries.

  Avantages Inconvénients
Pâte bisulfite
  • Industrialisation avancée
  • Pâte moins chère que la cellulose bactérienne
  • Cristallinité à 60%
  • Procédé bisulfite gourmand en produits chimiques
  • Compromis entre rendement et degré de polymérisation
Cellulose bactérienne
  • Grande surface spécifique
  • Bonnes propriétés mécaniques
  • Très cristalline (90%)
  • Milieu réactionnel facile à mettre en place (température ambiante, pH proche du neutre)
  • Possibilité d’obtenir des dérivés de la cellulose en modifiant génétiquement les bactéries
  • Possibilité de restes de bactéries
  • Très chère

Tableau 3 - Avantages et inconvénients de la pâte bisulfite et de la cellulose bactérienne

III-2 - Fournisseurs

Même si le tonnage de pâte bisulfite produite est faible, il y a plusieurs fournisseurs sur le marché comme Tembec ou Stora Enso.

Il est difficile de trouver des indications sur le prix de la pâte bisulfite, à cause du faible tonnage de ces pâtes, mais l'ordre de grandeur est d’environ 500 euros par tonne. La Figure 9 ci-dessous indique la répartition de la production mondiale de pâte spéciale en 2011.

                     
  Figure 9 - Répartition des capacités de production de pâte spéciale estimé en 2011
[J. Le Roux]
 
     

À partir de cellulose de haute pureté, des entreprises comme Tembec ou Rayonier fabriquent des produits dérivés (éther de cellulose, acétate de cellulose, nitrocellulose). Ces derniers sont obtenus par des traitements chimiques de la cellulose de haute pureté et servent par exemple à la fabrication de fibres textiles artificielles.

III-3 - Clients

Les clients de la cellulose de grande pureté sont :

III-4 - Nouvel entrant

La production de cellulose bactérienne n’est pas encore industrielle. L’optimisation du procédé d'obtention fait encore l’objet de recherches, de publications et de conférences qui se sont multipliées ces cinq dernières années. Cependant, son utilisation médicale est bien avancée et des pansements sont déjà sur le marché comme Biofill, Bioprocess, Gengiflex ou bien Xcell produit par Xylos Corporation. De plus, elle peut être utilisée comme agent épaississant dans l’alimentaire, c’est le cas de Cellulon PX produit par l’entreprise CP Kelco. Son coup de production est estimé à 800 euros la tonne.

                     
  Cliquer sur l'image pour l'agrandir
Figure 10 - Analyse concurrentielle de la cellulose bactérienne
sur le marché de la pâte de grande pureté (diagramme de Porter)
 
     

Comparons ci-dessous les chaînes de valeur représentant les différentes étapes conduisant à la production de pâte de haute pureté, à partir du bois et à partir de bactéries [Figures 11&12].

                       
  Figure 11 - Chaîne de valeur de la pâte spéciale   Figure 12 - Chaîne de valeur de la cellulose bactérienne  
         

IV - Perspectives

Plan

IV-1 - Délimitation du système étudié

La cellulose bactérienne produite à partir de l’Acetobacter xylinum est de haute pureté, possède un degré de polymérisation élevé et est biocompatible. Des souches à faible coût sont disponibles sur Internet. Par ailleurs, l’American Type Culture Collection (ATCC) fournit des souches de meilleure qualité.

Ce micro-organisme non pathogène peut grandir dans des milieux faciles à réaliser. Toutefois, un contrôle important du milieu nutritif est nécessaire pour optimiser la production de cellulose.

Les facteurs de développement du procédé d’obtention de cellulose de grande pureté sont les brevets de production de cellulose bactérienne, la diversification des matières premières cellulosiques en aval des papeteries et son utilisation dans le monde médical qui a permis de s’intéresser à ses propriétés de mise en forme et de biocompatibilité. La cellulose bactérienne a également des applications dans les équipements audio (diaphragmes de casques audio), l'agroalimentaire et le papier électronique.

Les nombreux acteurs autour de ce nouveau concurrent aux pâtes spéciales sont le monde de la recherche bactériologique, les industries de la pâte spéciale utilisant le procédé bisulfite, les banques de bactéries qui possèdent les souches de meilleure qualité, les secteurs pharmaceutique et médical, les industries alimentaire, cosmétique, pétrolière, de la construction, de la peinture, du textile haut de gamme et de l'électronique (écrans LCD).

IV-2 - Tendances et facteurs clés de développement

L'importance de son utilisation dans le domaine de la médecine régénérative et la hausse de la production de pâte de haute pureté nous conduisent à considérer plus sérieusement la production de cellulose grâce aux bactéries.

Facteurs de développement par ordre d’importance décroissant :

IV-3 - Diagnostic stratégique

Forces Faiblesses
  • Biocompatibilité
  • Production à partir de sucres simples
  • Haute pureté
  • Degré élevé de polymérisation
  • Grande cristallinité (>90%)
  • Bonnes propriétés mécaniques, grande surface spécifique
  • Imperméabilité aux liquides
  • Mise en forme au cours de la production
  • Aucune production à grande échelle
  • Coût relevé
  • Milieu réactionnel exigeant
Opportunités Menaces
  • Développement du procédé de production
  • Intérêt du consommateur pour une matière première d'origine bactérienne
  • Application de la cellulose bactérienne à des produits typiquement papetiers
  • Application dans le secteur médical, le papier électronique, l'audiovisuel, l'alimentaire
  • Dimensionnement au monde industriel impossible
  • Impossibilité de concurrencer la fibre végétale dans le monde papetier
  • Dégoût du consommateur pour un matériau d'origine bactérienne

Tableau 4 - Analyse stratégique de la cellulose bactérienne sur le marché de la pâte de grande pureté (matrice SWOT)

IV-4 - Scénarios

L’industrialisation de la production de cellulose bactérienne n’a pas encore vraiment commencé. Cependant, les propriétés de ce biomatériau sont de plus en plus connues et exploitées. Imaginons en trois scénarios différents l'avenir que ce biomatériau pourrait avoir.

IV-4-1 - Scénario 1 - La cellulose bactérienne devient un biomatériau très utilisé dans divers secteurs industriels

Un papier électronique est inventé à l’Université du Texas. Il est constitué d’une matrice de cellulose bactérienne qui lui confère une nanostructure plus fine que celle d’un papier issu de la cellulose végétale. Cette caractéristique permet d'insérer des encres électroniques dans la masse afin de donner naissance à des pixels de 10 microns de côté.

Par ailleurs, la cellulose bactérienne, qui entre déjà dans la composition d’un dessert très prisé aux Philippines et au Japon, le nata de coco, s’intègre de plus en plus dans des plats gastronomiques.

Elle est également présente dans les diaphragmes de plusieurs modèles de casques audio high-tech. En effet, sa stabilité dimensionnelle permet de maintenir une forte vitesse du son tout en gardant de larges gammes de fréquences. Dans cinq ans, la majorité des diaphragmes seront constitués de cellulose bactérienne.

Les nouvelles techniques de culture et de fermentation ainsi que l’émergence du génie génétique optimisent la synthèse bactérienne de cellulose. Celle-ci devient alors prometteuse et s’approprie une part non négligeable du marché de la cellulose végétale pour de nombreuses applications.

Probabilité du scénario : 90%

Analyse des risques

IV-4-2 - Scénario 2 - La cellulose bactérienne est le principal moyen de remplacer des tissus biologiques (5 ans)

La biocompatibilité de la cellulose bactérienne permet son utilisation pour greffer de la peau artificielle ou remplacer des tissus mous. Des vaisseaux sanguins artificiels sont créés à partir de cellulose bactérienne. Des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie et du MIT savent mettre en place un réseau de vaisseaux sanguins en sucre : ils sont malléables, non toxiques et se dissolvent dans l’eau. Sur un foie de rat, l’expérience semble fonctionner. Il reste encore du travail mais dans dix ans, les chirurgiens pourront transplanter à un patient des vaisseaux sanguins artificiels constitués de glucides, la cellulose bactérienne étant la plus utilisée.

Probabilité du scénario : 70%

Analyse des risques

IV-4-3 - Scénario 3 - La cellulose bactérienne concurrence le bois comme matière première des papeteries (15 ans)

L’Acetobacter xylinum peut convertir 108 molécules de glucose en cellulose par heure. L’activité de nombreuses bactéries est donc très efficace. De plus, elles produisent un assemblage extrêmement fin de microfibrilles de cellulose qui, une fois mis en pâte et séché, confère résistance et durabilité au papier. Les entreprises investissent pour adapter leurs installations. Les mœurs changent dans l’industrie papetière quant à l’utilisation de bactéries.

Probabilité du scénario : 20%

Analyse des risques

V - Conclusion

Plan

La cellulose bactérienne peut-elle concurrencer la cellulose végétale ? Il est difficile de répondre à cette question tant que le développement des techniques de fermentation et la mise en place à grande échelle n’ont pas eu lieu. Certes, la cellulose bactérienne, famille unique de nanocelluloses, offre des propriétés intéressantes pour certaines applications par rapport aux fibres extraites de la biomasse. Dans le domaine médical par exemple, son avenir est prometteur.

Cependant, le prix reste pour le moment trop élevé pour rendre la cellulose bactérienne attractive et viable à grande échelle. En effet, les méthodes de culture traditionnelles ne produisent pas de quantités suffisantes en cellulose pour répondre à la demande commerciale. Il faudrait donc attendre des avancées technologiques notamment sur les réacteurs en culture agitée pour pouvoir concurrencer la cellulose obtenue à partir des procédés industriels actuels (bisulfite). Des progrès restent encore à mettre en œuvre, mais la cellulose bactérienne peut tout de même prétendre à un avenir et s’installer sur le marché de la fibre. À nous désormais de l’imaginer.

VI - Bibliographie - Webographie

Plan

KLEMM D., KRAMER F., MORITZ S., LINDSTRÖM T., ANKERFORS M., GRAY D., DORRIS A.   Nanocelluloses : a new family of nature-based materials.   Angewandte Chemie International Edition, Volume 50, Issue 24, pages 5438–5466, June 6, 2011
Consulter
    2013 Outlook for global dissolving pulp market.   RISI
Consulter
BRAS J. Biomatériaux : l'avenir se joue à Grenoble. Cerig, 2010
Consulter
    Cellulose de spécialités.   Tembec
Consulter
    Cellulose specialties.   Rayonier
Consulter
    Pâte fluff.   International Paper
Consulter
    Le matériau papier.   Cerig, 1999
Consulter
    Cellulose biosynthesis in Acetobacter xylinum.   DermaFill
Consulter
WRAY DALTON L.   Making electronic paper : researchers embed bacterial cellulose with electronic dye.   Chemical & Engineering News, avril 2004
Consulter
DEROIN P. La biocellulose affiche ses ambitions. L'Usine Nouvelle, 24 juin 2004
Consulter
BERLIOZ S.   Étude de l’estérification de la cellulose par une synthèse sans solvant. Application aux matériaux nanocomposites.   Thèse de doctorat. Grenoble : Université Joseph Fourier, 2007
Consulter
LE ROUX J.   Modification des fibres cellulosiques : amélioration des propriétés hydrophiles des pâtes bisulfites.   Thèse de doctorat. Bordeaux : Université de Bordeaux, 2003
Consulter
LABOUREUR P.F.   Procédé de production de cellulose bactérienne à partir de matière d'origine végétale.   Brevet, 1988
Consulter
    Bacterial cellulose.   Wikipedia
Consulter
DUFRESNE A.   Nanocellulose.   De Gruyter, 2012
Consulter
BROWN A.J.   The chemical action of pure cultivations of bacterium aceti.   Journal of the Chemical Society, Transactions, 1886, 49, 172-187
Consulter
TRULOVE S.   Invention controls weavers of nanoscale biomaterials.   Virginia Tech, 12 novembre 2008
Consulter
    Un nouveau tissu végétal fabriqué par des bactéries.   ConsoGlobe, juin 2012
Consulter
DELBECQ D.   Une armée de bactéries pour de drôles de fringues.   Effets de terre, 4 août 2010
Consulter
TAZI N., ZHANG Z., MESSADEQ Y., ALMEIDA-LOPEZ L., ZANARDI L.M., LEVINSON D., ROUABHIA M.   Hydroxyapatite bioactivated bacterial cellulose promotes osteoblast growth and the formation of bone nodules.   AMB Express, 2012, 2:61
Consulter
YAMANAKA S., WATANABE K., KITAMURA N., IGUCHI M., MITSUHASHI S., NISHI Y., URYU M.   The structure and mechanical properties of sheets prepared from bacterial cellulose.   Journal of Material Science, 1989, vol.24, n°9, p.3141-3145
Consulter
     
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