[Reportage] Carbios : les promesses du biorecyclage

Chez Carbios, la fierté s’affiche. Trônant dans une salle attenante à son laboratoire de Saint-Beauzire (Puy-de-Dôme), une couverture de magazine a été encadrée sous verre avec soin. Elle montre une image choc, celle d’un homme enfoncé jusqu’aux cuisses dans un océan de bouteilles en plastique. L’espoir réside dans le titre : « Une enzyme modifiée promet une voie efficace pour recycler et réutiliser les plastiques PET. » C’est la technologie développée par la jeune pousse clermontoise qui a ainsi été mise à l’honneur dans le numéro d’avril 2020 de la prestigieuse revue Nature. « C’est une consécration pour nos chercheurs et ceux de notre partenaire académique, Toulouse Biotechnology Institute, se réjouit Alain Marty, professeur et directeur scientifique de Carbios. Cette publication est venue valider dix années de recherche sur la dépolymérisation enzymatique du plastique. » Quelque dix-huit mois plus tard, le 29 septembre dernier, la technologie est passée au stade du démonstrateur industriel [lire l’encadré].

Sur le papier, le procédé est simple et élégant : utiliser une forme modifiée de cutinase, une enzyme qui s’attaque habituellement aux feuilles de végétaux en coupant les liaisons ester, pour casser les chaînes polymères de l’un des plastiques les plus répandus au monde, le poly­éthylène téréphtalate (PET). Les facultés de dégradation de cette enzyme sur les plastiques ont été découvertes en 2012. Depuis, en collaboration avec l’Insa de Toulouse, les équipes de Carbios ont cherché à les améliorer. « Nous avons modifié la séquence des acides aminés de l’enzyme afin d’obtenir les performances adéquates, explique Alain Marty. Pour la production de cette cutinase sur mesure, nous avons un partenariat avec la société danoise ­Novozymes, le leader mondial de l’industrie des enzymes. »

Le biorecyclage, un procédé énergétiquement sobre

Au laboratoire de Saint-Beauzire, ­Florent Grimaud, le responsable de la plate-forme enzymatique, inspecte les huit réacteurs de quelques litres alignés sur une paillasse. Les expériences ont été lancées le matin même pour tester de nouvelles combinaisons d’enzyme et de granulés de PET. « L’enzyme est efficace, mais nous cherchons encore à augmenter ses performances en vue d’un passage à l’échelle industrielle. » Florent Grimaud retire une enveloppe argentée qui entourait l’un des réacteurs. Ici, pas de machines complexes ni de sécurité particulière : le contenu des réacteurs est accessible à tout moment. À l’intérieur du récipient en verre, une mixture verte est brassée par un mélangeur. « Dans ce réacteur, nous mêlons de l’eau, du PET réduit en granulés et l’enzyme », explique Florent Grimaud en montrant une fiole en plastique remplie d’un liquide brunâtre contenant la cutinase. « Celle-ci va s’attaquer au plastique pour le dégrader et revenir aux monomères de base. Il nous faut environ 1 milligramme d’enzyme par gramme de PET à traiter. »

Contrairement aux procédés de dépolymérisation chimique, qui nécessitent des températures de 400 à 600 °C, la technologie de Carbios est très sobre sur le plan énergétique. L’enzyme entre en action en dessous de 70 °C et le mouvement de brassage – très lent – ne sert qu’à homogénéiser la dépolymérisation. « L’enveloppe argentée autour des réacteurs nous sert à préserver la température du mélange, précise Florent Grimaud. Nous testons diverses températures pour améliorer l’efficacité du procédé et réduire les temps de cycle. Pour le moment, il faut environ dix heures pour dégrader plus de 90 % du polymère. » Ce temps de réaction est identique quelle que soit la taille du réacteur, l’important étant de conserver la bonne proportion d’enzymes par rapport à la quantité de PET.

Une circularité exemplaire

La température et le pH sont surveillés tout au long de la réaction. Une fois le polymère entièrement décomposé, les chercheurs obtiennent une solution colorée, légèrement vert-de-gris, contenant des pigments, du téréphtalate de sodium et du monoéthylène glycol en suspension. Après une étape de filtration au charbon actif, le téréphtalate de sodium est précipité par ajout d’acide, pour donner de l’acide téréphtalique. Le monoéthylène glycol, encore en solution, est récupéré par distillation. Une étape pour le moment sous-traitée. Ces deux éléments – acide téréphtalique et mono­éthylène glycol – forment les briques qui permettront de produire un nouveau PET.

« Ce procédé de dépolymérisation a un gros avantage par rapport au recyclage mécanique : il permet également de retraiter les fibres textiles en polyester, qui sont fabriquées à partir du PET », explique Madiha Dalibey, la responsable de la plateforme plasturgie du laboratoire, là où sont préparés et caractérisés les plastiques avant et après traitement. « À l’heure actuelle, il n’y a aucune solution de recyclage mécanique pour ces fibres. Elles échappent aux machines. Notre solution pourrait à terme traiter, au cours d’un seul processus, des bouteilles et des textiles en PET. » Il faut néanmoins prendre en compte une courte étape de préparation des fibres pour les agglomérer et former de petites paillettes.

À quelques kilomètres du laboratoire, sur le site du biopôle Clermont-­Limagne, une unité pilote d’une contenance de 1 m3 a permis au procédé de prendre ses marques pour le passage à l’échelle industrielle. Cette installation a produit de l’acide téréphtalique et du mono­éthylène glycol à partir de bouteilles et de textiles utilisés pour refaire des bouteilles de PET 100 % recyclé, ainsi qu’un premier flacon cosmétique pour L’Oréal en juin 2021 pour sa marque Biotherm. Une circularité exemplaire qui devra maintenant faire ses preuves à grande échelle.