Usines bactériennes : la clé d'une chimie respectueuse du climat
Une spin-off de l'ETH utilise des micro-organismes génétiquement modifiés et du méthanol vert comme étape intermédiaire dans la production de produits chimiques sans combustibles fossiles
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L'industrie chimique est impliquée dans pratiquement tous les produits que nous utilisons dans la vie quotidienne. Cependant, elle est également responsable d'une part importante des émissions mondiales de CO₂. Ronja Rappold, chercheuse à l'ETH, veut changer cela. En tant que "ETH Pioneer Fellow", elle développe des micro-organismes qui convertissent le CO₂ en produits chimiques utiles dans le cadre de son projet de spin-off de l'ETH Teno Bioworks.
Qu'il s'agisse de médicaments, de vêtements ou d'aliments, environ 96 % des produits que nous utilisons quotidiennement dépendent de l'industrie chimique. Dans le même temps, ce secteur est responsable d'environ 6 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre, qui sont à l'origine du changement climatique. "Le problème est énorme, mais souvent invisible", déclare Mme Rappold. C'est précisément là qu'intervient son projet Teno Bioworks. "Nous consommons les produits finis, mais nous ne voyons pas les matières premières d'origine fossile utilisées pour les fabriquer.
Avec ses collègues Philipp Keller et Michael Reiter, la biotechnologue développe une technologie qui s'attaque au problème à la source : au lieu de considérer le CO₂ comme un déchet, ils le considèrent comme une ressource. L'équipe associe la biologie de pointe à un processus aussi ancien que la fabrication du pain : la fermentation bactérienne.
La voie stratégique du méthanol
L'utilisation du CO₂ comme matière première dans la production chimique est un défi majeur : en tant que gaz, le CO₂ est volatil et donc difficile à contrôler. C'est là qu'intervient l'innovation technologique clé de l'équipe : Le "méthanol vert" comme étape intermédiaire. Le CO₂ gazeux est d'abord converti en méthanol liquide. Ce dernier sert alors de matière première aux bactéries, c'est-à-dire de "charge d'alimentation". "Le méthanol est une excellente matière première industrielle", explique M. Rappold. "Contrairement au CO₂, il s'agit non seulement d'un liquide, mais il peut également être facilement stocké, transporté et dosé avec précision.
Une percée après des décennies de recherche
L'idée d'utiliser le méthanol par le biais de processus microbiens ne date pas d'hier. Depuis les années 1970, les chercheurs tentent - avec un succès limité - d'exploiter les micro-organismes naturels "utilisateurs de méthanol" dans des applications industrielles. Après des années de recherche dans le laboratoire de Julia Vorholt, professeur de microbiologie à l'ETH Zurich, l'équipe de Rappold a mis au point une solution révolutionnaire en renversant l'approche conventionnelle : elle a optimisé une bactérie déjà utilisée à grande échelle pour qu'elle se nourrisse de méthanol au lieu de sucre.
"Nous avons fondamentalement reprogrammé le métabolisme de la bactérie", explique Rappold. Le résultat est une usine bactérienne capable d'utiliser le méthanol et de permettre une utilisation climatiquement neutre des ressources dans la chimie industrielle.
Du laboratoire au marché
Le potentiel est énorme : Teno Bioworks ne développe pas une solution unique, mais une plate-forme technologique. Selon la manière dont les micro-organismes sont programmés, ils peuvent produire une gamme de produits, notamment des éléments constitutifs pour les cosmétiques, des matériaux d'isolation et des plastiques durables. En tant que directeur des opérations, M. Rappold est responsable de l'orientation stratégique du projet de spin-off de l'ETH. En étroite collaboration avec des partenaires industriels et des clients potentiels du monde entier, elle évalue les domaines dans lesquels la technologie pourrait avoir le plus grand impact. "L'industrie chimique est soumise à une énorme pression sur les prix. C'est pourquoi nos solutions doivent être économiquement compétitives", souligne-t-elle. La durabilité ne devrait pas être un luxe, mais la nouvelle norme. "Notre technologie fait d'une pierre deux coups", dit-elle. "Nous rendons la production chimique indépendante des matières premières fossiles tout en protégeant la biodiversité ainsi que les ressources en terre et en eau."
Combler le fossé entre le laboratoire et l'industrie
Cette perspective plus large a évolué au fil des ans. Elle a été façonnée par ses premières impressions, notamment les colossales excavatrices à roue-pelle en Rhénanie lorsqu'elle était enfant et les vastes champs pétrolifères du Texas pendant ses années d'études. "L'ampleur de la destruction des habitats m'a choquée", se souvient-elle. Avec Teno Bioworks, elle veut montrer que la production industrielle et la protection de l'environnement ne s'excluent pas mutuellement.
La future spin-off de l'ETH n'en est qu'à ses débuts. Le processus est actuellement testé en laboratoire et les premières étapes de mise à l'échelle ont été réalisées avec succès. La prochaine étape consistera à passer à une installation pilote et, à terme, à une installation industrielle. Ce développement prendra plusieurs années. Pour Ronja Rappold, la voie est toute tracée : "Nous disposons désormais des moyens de dissocier la production industrielle de l'impact sur l'environnement et des importations de combustibles fossiles. La prochaine étape consiste à les appliquer.
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