Compétitivité des firmes et éco-innovations dans la chimie verte en Aquitaine
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Compétitivité des firmes et éco-innovations
dans la chimie verte en Aquitaine
Vanessa OLTRA, Maïder SAINT JEAN et Marina FLAMAND
GREThA UMR CNRS 5113
Université Montesquieu Bordeaux IV
Programme de recherche PSDR-COMPTER "Compétitivité des
entreprises et des territoires ruraux en Aquitaine", Volet de recherche
sur "Compétitivité des firmes et éco-innovations dans la chimie verte
en Aquitaine"
Rapport final, Mai 2012
Résumé
La chimie (CV) verte, autrement appelée chimie durable, constitue aujourd’hui un enjeu considérable pour
l’industrie chimique. Appréhender la dynamique d’innovation dans ce domaine demeure difficile dans la mesure
où les contours de la CV restent flous et toujours en évolution. Après avoir rappelé les origines et la montée en
puissance de la CV depuis les années 1990, le présent rapport identifie les principaux sous-domaines de
recherche qui composent la CV, à partir des articles scientifiques originels sur la CV et d’une série d’entretiens
auprès de chercheurs CNRS. En nous appuyant sur une analyse des brevets Aquitains, il s’agit alors d’étudier au
niveau régional les trajectoires d’innovation qui se déploient dans le domaine de la CV. Afin de caractériser ces
trajectoires, nous examinons les sources de l’innovation (firmes, secteurs industriels, laboratoires publics de
recherche etc.), les domaines scientifiques et technologiques privilégiés, ainsi que la gamme des applications
concernées. Sur le plan méthodologique et empirique, notre recherche aboutit à une base de données régionale
des brevets déposés dans le domaine de la chimie verte élaborée grâce à une équation originale de recherche des
brevets, issue d’un processus itératif en collaboration avec des experts scientifiques et combinant codes CIB et
mots-clés. Sur le plan théorique, il ressort que la dynamique de production de la connaissance dans un domaine
scientifique émergent tel que celui ouvert par la chimie verte est modelée tant par la définition du cadre
conceptuel de cette nouvelle chimie (cf. les 12 principes de la chimie verte) que par les spécialisations
industrielles du territoire où sont implantés les acteurs privés et publics de l’innovation.
Mots-clés
Eco-innovations, Chimie verte, Brevets, Système Régional d’innovation, Trajectoires technologiques
Table des matières Table des matières Table des matières ...................................................................................................................... 2 Liste des tableaux, figures et encadrés ....................................................................................... 3 Liste des annexes ........................................................................................................................ 3 Introduction ................................................................................................................................ 5 1. Contexte d’émergence de la chimie verte et principaux sous-domaines ............................ 6 1.1. La dynamique de construction sociale de la chimie verte ........................................... 6 1.2. Les principaux sous-domaines de la chimie verte ..................................................... 11 2. La constitution d’une base de données des brevets aquitains dans le domaine de la chimie verte .......................................................................................................................................... 17 2.1. Pourquoi les brevets ? ................................................................................................ 17 2.2. Les étapes de la construction du filtre ....................................................................... 20 2.3. Premiers résultats ....................................................................................................... 24 3. L’analyse des trajectoires régionales dans le domaine de la chimie verte ........................ 28 3.1. Les sources de l’innovation ....................................................................................... 28 3.2. Les domaines technologiques couverts par les brevets CV ....................................... 38 3.3. L’étendue technologique des brevets ........................................................................ 40 4. Synthèse des résultats et conclusion..................................................................................... 45 Atouts et faiblesses du SRI Aquitain dans le domaine de la CV .................................. 45 Conclusions ................................................................................................................... 46 Références bibliographiques .................................................................................................... 47 ANNEXES ............................................................................................................................... 49
Liste des tableaux, figures et encadrés Tableau 1 : Récapitulatif des composantes de l’équation de recherche finale ......................... 23 Tableau 2 : Comparaison des dépôts de brevets aquitains dans le domaine de la chimie verte .................................................................................................................................................. 25 Tableau 3 : Distribution des brevets aquitains et français par sous-domaine de la chimie verte .................................................................................................................................................. 26 Tableau 4 : Poids des principaux acteurs de la chimie verte en Aquitaine et en France.......... 30 Tableau 5 : Comparaison dans le temps du poids de la recherche publique ............................ 32 Tableau 6 : Caractéristiques de concentration des déposants aquitains ................................... 35 Tableau 7 : Indice de spécialisation des 10 principaux déposants ........................................... 36 Tableau 8 : Intitulé des codes CIB les plus récurrents ............................................................. 39 Tableau 9 : Caractéristiques des 15 principaux brevets cités ................................................... 41 Tableau 10 : Principaux domaines technologiques des brevets citants .................................... 43 Figure 1 : Utilisation des termes à revendication environnementale dans les titres, résumés et mots-clés des articles scientifiques sur la période 1998-2008 (source : Linthorst, 2010).......... 9 Figure 2 : Répartition des projets soutenus par OSEO en 2010 par domaine prioritaire (en référence avec la feuille de route Suschem France) ................................................................. 14 Figure 3 : Evolution des dépôts de brevets dans la chimie et l’ensemble des secteurs aux Etats-Unis, Japon et EU27 ....................................................................................................... 19 Figure 4 : Evolution des dépôts de brevets dans la chimie et l’ensemble des secteurs en Chine et en Corée ................................................................................................................................ 19 Figure 5 : Evolution du nombre de brevets aquitains dans certains sous-domaines de la chimie .................................................................................................................................................. 20 Figure 6 : Dépôts annuels de brevets aquitains ........................................................................ 24 Figure 7 : Dépôts annuels de brevets français .......................................................................... 25 Figure 8 : Principaux déposants des brevets aquitains ............................................................. 28 Figure 9 : Principaux déposants des brevets français ............................................................... 30 Figure 10 : La concentration des dépôts de brevets en Aquitaine et en France ....................... 31 Figure 11 : Répartition des brevets en fonction du nombre de déposants enregistrés ............. 33 Figure 12 : Réseaux de collaborations du CNRS ..................................................................... 34 Figure 13 : Nombre d’occurrences des principaux codes CIB dans l’échantillon des 144 brevets aquitains ....................................................................................................................... 38 Figure 14 : Nombre d’occurrences des principaux codes CIB dans l’échantillon des 3115 brevets français ......................................................................................................................... 39 Figure 15 : Principaux citants des brevets aquitains ................................................................ 42 Encadré 1 : Les douze principes de la chimie verte (Anastas et Warner, 1998) ........................ 7 Encadré 2 : ARKEMA, le premier déposant de brevets chimie verte en région...................... 29 Encadré 3 : Indice de concentration d’Herfindahl et coefficient d’entropie ............................ 34 Encadré 4 : Mode de calcul d’un indice de spécialisation ....................................................... 35 Encadré 5 : Résumé des principaux résultats ........................................................................... 37 Encadré 6 : Précisions méthodologiques sur la hiérarchie des codes CIB ............................... 38 Encadré 7 : Résumé des résultats issus de l’analyse des codes CIB ........................................ 44 Liste des annexes Annexe A. 1 : La feuille de route SUSCHEM, 2010 ............................................................... 49
Annexe A. 2 : Principales caractéristiques de la chimie en Aquitaine (source : ACD/APESA, 2011)......................................................................................................................................... 51
Introduction La chimie verte (CV) est apparue aux Etats-Unis dans les années 1990 sous le terme de green chemistry définie comme « la conception, le développement et l’implantation de procédés et de produits chimiques dans le but de réduire ou d’éliminer les substances dangereuses pour la santé humaine ou l’environnement » (Anastas et Warner, 1998). C’est un défi de taille pour les industriels de la chimie qui voient leurs connaissances et compétences bousculées par les problèmes posés et les solutions technologiques envisagées. C’est en même temps un enjeu crucial du point de vue des bénéfices collectifs qui peuvent en résulter pour la santé humaine et l’environnement. Elle se fonde sur un ensemble de douze principes qui sont autant d’objectifs et de directions de recherche à considérer dans le développement de nouvelles substances alternatives, tout en réduisant la dépendance aux ressources fossiles. Mais le terme générique de CV masque un foisonnement de voies de recherche possibles, qui transparaît dans la multiplicité des dénominations que l’on voit surgir au gré des nouvelles recherches. Loin de désigner un ensemble unifié, la CV se décompose en sous-domaines qu’il s’agit d’identifier afin de mieux comprendre comment se structurent les différentes voies de recherche et d’innovation associées. Notre recherche est ainsi sous-tendue par le questionnement suivant: comment se structure la CV en général et, plus localement, en Aquitaine ? En fait, la CV ne se réduit pas au cadre défini par l’agence de protection environnementale américaine (EPA). Mais ce cadre des douze principes, élaboré par des scientifiques, en est le reflet et donne des directions de recherche auxquelles les acteurs privés et publics de l’innovation pourront donner corps. Capturer la chimie verte dans une seule définition reste difficile car cela ne correspond pas à une spécialité scientifique avec un paradigme cohérent. C’est plutôt à travers différentes communautés scientifiques, porteuses de connaissances et d’expériences variées, mais aussi d’arbitrages divers, que le développement de la chimie verte tendrait à s’opérer. D’où le caractère flou des frontières de la CV et le foisonnement des recherches et des communautés scientifiques qui s’y rattachent. En même temps, ces nouvelles recherches et les domaines d’application potentiellement concernés sont largement influencés par les acteurs établis et les trajectoires d’innovation existantes. Comment les acteurs s’emparent-ils des nouvelles opportunités technologiques et comment cela influence-t-il les trajectoires d’innovation qui se déploient dans le paradigme dominant de la chimie (i.e. la pétrochimie) ? Si la CV peut améliorer très nettement le bilan environnemental et sanitaire de la chimie, elle ne révolutionne pas pour autant la conception de la chimie et son heuristique de recherche (par exemple, la rétro-synthèse) et ne se fonde pas sur une compréhension plus systémique de la chimie au sein d’une société durable. En fait, les trajectoires d’innovation dans la CV sont largement conditionnées par les trajectoires et les connaissances accumulées dans le paradigme dominant de la pétrochimie. En outre, le potentiel d’innovation ouvert par la CV sera plus ou moins exploité selon les régions et dans des directions différenciées. Les trajectoires technologiques régionales dépendront en particulier du type d’activités et de compétences technologiques liées aux industries chimiques présentes sur le territoire. La structuration sectorielle du système régional d’innovation et les caractéristiques technologiques (régime technologique) des industries en présence sont autant de facteurs influençant les trajectoires régionales d’innovation dans la CV. Dans ce rapport, les trajectoires d'innovation de la région Aquitaine dans le domaine de la chimie verte seront étudiées à partir de données de brevets. Si les limites des données de
brevets comme indicateurs de l'innovation sont bien connues, il n'en reste pas moins que dans certains secteurs caractérisés par une forte propension à breveter (tels que la chimie), elles permettent de repérer et de cartographier de façon partielle les activités d'innovation et les trajectoires technologiques. Dans cette optique, nous avons construit une base de données originale des dépôts de brevets Aquitains dans le domaine de la chimie verte. Cette base de données nous permet de caractériser les trajectoires d'innovation qui se déploient en Aquitaine dans le domaine de la chimie verte. Plus particulièrement, nous mettrons en exergue la concentration des sources d'innovation, ainsi que les domaines de spécialisation en lien avec la structuration industrielle régionale. 1. Contexte d’émergence de la chimie verte et principaux sous-domaines Cette partie s’attache à mettre en évidence les origines et la montée en puissance de la chimie verte depuis les années 1990, à la fois à travers la croissance du langage et de la connaissance que véhicule cette nouvelle chimie, mais aussi à travers l’évolution du contexte institutionnel qui porte ce mouvement. 1.1. La dynamique de construction sociale de la chimie verte 1.1.1. Jalons historiques C’est à la fin des années 1980 que l’idée d’une chimie répondant aux postulats du développement durable fait son chemin (Sarrade, 2008). En 1990, la chimie verte naît véritablement comme concept avec la définition proposée par deux chercheurs américains, Paul Anastas et John C. Warner, comme « the design of chemical products and processes to reduce or eliminate the use and generation of hazardous substances.” (Anastas and Warner, 1998). Ce concept de chimie verte a reçu un grand intérêt ces vingt dernières années en raison du potentiel d’application qu’il recouvre et des innovations qu’il est capable de faire naître dans le but de satisfaire simultanément des objectifs économiques et environnementaux (Anastas et Eghbali, 2010). La chimie verte repose sur un ensemble cohérent de douze principes qui sont autant de critères de conception que de lignes directrices à intégrer aux procédés industriels et/ou aux produits en vue d’atteindre la soutenabilité. Ces principes soulignent la nécessité d’utiliser au maximum les matières premières qui, transformées, doivent se retrouver le plus largement possible dans le produit final, limitant ainsi la production de sous-produits ; d’utiliser des solvants propres, non toxiques et compatibles avec l’environnement ; d’utiliser au mieux l’énergie, en termes de rendement, d’économie, de sources et de rejets ; de produire des quantités minimales de déchets et dans des formes adaptées (solide, liquide ou gazeuse) limitant leur dissémination potentielle et favorisant leur recyclage (Sarrade, 2008). Les douze principes de la chimie verte offrent une définition pratique de cette nouvelle chimie, qui se focalise sur la prévention de la pollution. Elle se distingue de la chimie environnementale, qui tend à comprendre et modéliser les substances chimiques dans les écosystèmes.
Encadré 1 : Les douze principes de la chimie verte (Anastas et Warner, 1998)
Dans sa description des origines et développements de la chimie verte, Linthorst (2010) met
en évidence un processus de construction en trois étapes.
La première période s’étend des années 1980 jusqu’à la fin de l’année 1993 et elle
correspond à la nécessité d’adopter une approche en termes de prévention de la
pollution pour l’Agence de Protection de l’Environnement américaine (EPA), plutôt
qu’une logique de contrôle a posteriori de la pollution (end of pipeline control). La
traduction politique de cette nouvelle approche se retrouve dans le Pollution
Prevention Act de 1990, qui non seulement souligne l’intérêt partagé des autorités
publiques et de l’industrie chimique à coopérer, mais offre aussi à l’agence EPA de
nouveaux moyens financiers pour développer de nouveaux programmes ayant pour
objectif la conception de synthèses chimiques alternatives.
La seconde période, qui va de 1993 à 1998, est marquée par un mouvement
d’institutionnalisation progressive de la chimie verte. Un symposium est organisé pour
permettre la mise en réseau et la coopération entre acteurs du monde académique,
autorités publiques et industries, tout en donnant une dimension internationale à ces
coopérations avec une participation du Japon et de l’Italie notamment. Durant cette
seconde période, la terminologie s’est mise à changer en faveur du terme green
chemistry, préféré à celui de benign chemistry par exemple, et il est apparu que le
langage autour de cette nouvelle chimie, indépendamment de la philosophie qui y est
associée (combinaison de plusieurs concepts tels que économie d’atomes, prévention
des déchets ou sous-produits, catalyse etc.), a également contribué à la croissance de la
chimie verte. Le soutien politique du concept de green chemistry s’est poursuivi au
cours des années suivantes, prenant la forme de prix industriels avec le US
Presidential GC Challenge Awards (1995), d’un institut de chimie verte (Green
Chemistry Institute, 1997, organisation à but non lucratif chargée de l’introduction et
de la diffusion des principes de la chimie verte), d’un réseau (Green Chemistry
Network,) et d’une revue scientifique (Green Chemistry Journal, 1999). En 1998,
Anastas, membre de l’agence environnementale américaine EPA, et Warner publient
les douze principes de la chimie verte dans le premier manuel de chimie verte afin de
fixer les règles de conception pour aider les chimistes à réaliser l’objectif intentionnel
de soutenabilité. Linthorst (2010) souligne que le manuel d’Anastas et Warner résulte
clairement de la mise en réseau d’acteurs, avec un appui fort des partenaires
institutionnels, formée aux Etats-Unis.
La troisième période, 1999-2008, se caractérise par une contribution significative du
journal Green Chemistry en termes de résultats. Une telle évolution s’explique en
partie par la facilité d’utilisation du terme, qui correspond selon Clark (1999) à une
bonne combinaison d’une utilisation large d’un terme apprécié aussi largement, ainsi
qu’à sa simplicité et sa finalité. Linthorst (2010) souligne que le terme green
chemistry, sans référence explicite à la philosophie de la chimie verte telle que
développée au sein de l’agence EPA, s’est retrouvé utilisé dans de nombreux articles
répartis approximativement sur 400 journaux ou revues scientifiques. Les activités de
réseau, les numéros spéciaux, les conférences et le soutien politique continu ont
ensemble joué le rôle de moteurs dans la croissance de la chimie verte pendant cette
période. Ce sont les autorités politiques américaines qui ont contribué de façon
cruciale à ce que le monde académique et l’industrie coopèrent sur la conception et la
mise en œuvre des principes de chimie verte, concourant ainsi à développer la chimie
verte comme un type de connaissance.
Figure 1 : Utilisation des termes à revendication environnementale dans les titres, résumés et mots-clés des
articles scientifiques sur la période 1998-2008 (source : Linthorst, 2010)
De ces jalons historiques présentés par Linthorst (2010) 1, il ressort les observations suivantes
concernant le développement des connaissances scientifiques en chimie verte. Depuis le
début, le rôle de l’agence environnementale américaine EPA s’est avéré d’une importance
cruciale dans le développement de la chimie verte, mais aussi dans son soutien aux activités
de réseau et de coopération entre la science et l’industrie chimique.
En outre, les frontières de la CV demeurent flexibles et très souvent dépendantes de la
perception qu’en ont les utilisateurs. Ainsi, le développement de la CV, qui apparaît dans
l’utilisation croissante du terme même de green chemistry depuis 1990 (cf. figure 1), s’est
opéré indépendamment de la philosophie associée aux douze principes. Cette évolution
montre l’importance du langage utilisé pour revendiquer des travaux scientifiques dans le
domaine de la CV, mais elle peut aussi masquer les véritables avancées dans le domaine.
Au-delà du langage, la CV représente un type de connaissance dès lors qu’elle se définit
comme un mode de pensée. Ainsi, Anastas affirme que la CV repose sur une conception
intentionnelle (« intentionally designed ») et qu’il est par définition impossible de faire de la
chimie verte par accident. Néanmoins, ces affirmations ne rendent pas compte d’une certaine
souplesse d’utilisation au sein même de la philosophie CV. Par exemple, les mêmes auteurs
qualifient de chimie verte les recherches en chimie qui « luttent pour incorporer un ou
plusieurs des douze principes ». Dans ce cas, il devient relativement facile de mériter
l’appellation de CV. En fait, le domaine ne se réduit pas au cadre tel que défini par l’agence
de protection environnementale américaine (EPA). Mais ce cadre des douze principes, élaboré
par des scientifiques, en est le reflet et donne des directions de recherche auxquelles les
acteurs privés et publics de l’innovation pourront donner corps.
Capturer la chimie verte dans une seule définition reste difficile car cela ne correspond pas à
une spécialité scientifique avec un paradigme cohérent. C’est plutôt à travers différentes
communautés scientifiques, porteuses de connaissances et d’expériences variées, mais aussi
d’arbitrages divers, que le développement de la chimie verte tendrait à s’opérer. D’où le
1
Voir aussi Wilson et Megan (2009) et Woodhouse et Breyman (2005).
caractère flou des frontières de la CV et le foisonnement des recherches et des communautés scientifiques qui s’y rattachent. Mais le changement ne vient pas seulement de l’action des acteurs constitués en réseau, mais aussi de l’influence de nouveaux objectifs politiques eux-mêmes issus d’une évolution de la perception du monde, en faveur d’une chimie durable en particulier. 1.1.2. Réglementations et initiatives privées (soft law) autour de la chimie verte Sur le plan réglementaire, nombre de réglementations peuvent être lues comme s’inspirant des objectifs de la chimie verte, participant ainsi de son développement (Desmoulin-Canselier, Léca, 2011). Néanmoins, cette contribution reste modeste tant du point de vue des acteurs concernés (ceux en amont de la chaîne d’approvisionnement) que des étapes de fabrication touchées. De façon globale, Desmoulin-Canselier et Léca font valoir qu’aucune prescription générale équivalente aux douze principes de la CV n’est opposable à l’ensemble des industriels. Ce sont des normes de soft law ou d’initiative privée qui ont été privilégiées par ces industriels à travers la publication de codes de conduite ou de chartes d’engagement visant à améliorer leurs performances dans le domaine de la santé, de la sécurité et de l’environnement. Ainsi, la charte globale Responsible Care adoptée en 1985 ou le Code d’éthique sur le commerce international de produits chimiques adopté en 1991 dans le cadre du Programme des Nations Unies pour l’Environnement (PNUE) sont des exemples d’engagement volontaire des industriels de la chimie, dont certains objectifs coïncident avec ceux de la chimie verte. Toutefois, le caractère non contraignant de tels engagements ne saurait suffire à impulser une véritable dynamique d’innovation dans le domaine de la CV. L’entrée en vigueur le 1er juillet 2007 du règlement communautaire sur les substances chimiques et leur utilisation moins nocive (EC 1907/2006), nommé REACH, place une plus grande responsabilité sur l’industrie chimique pour gérer les risques des substances chimiques et pour fournir une information sur les risques sanitaires et environnementaux des substances. Les fabricants et les importateurs sont tenus de collecter des informations sur les propriétés de leurs substances et d’enregistrer ces informations dans une base de données centrale. Le règlement en appelle aussi à la substitution progressive des substances les plus dangereuses lorsque des substances alternatives ont été identifiées. REACH ne vise pas expressément la chimie verte mais participe du mouvement de construction sociale de ce nouveau domaine et paraît traduire juridiquement certains des principaux objectifs de la chimie verte (Desmoulin- Canselier, Léca, 2011) 2. 2 D’après Canselier et Léca (2011), il est à noter que, si le règlement incite fortement à abandonner les substances les plus nocives pour la santé humaine ou l’environnement, certaines substances de substitution comme celles utilisées dans le cadre des activités de R&D bénéficient d’un régime dérogatoire favorable puisqu’elles sont exemptées d’enregistrement quel que soit le tonnage. En outre, les substances issues de la chimie du végétal sont exemptées d’enregistrement dans la mesure où elles sont censées présenter une complète innocuité. Ces deux catégories de substances bénéficient donc d’un avantage concurrentiel dans le développement de substances alternatives. En revanche, aucun régime spécifique favorable n’existe pour les substances issues d’initiatives prises pour se conformer aux principes de la chimie verte (« substances intentionnellement éco-innovantes »). Dès lors, les substances de remplacement innovantes doivent supporter le coût des essais nécessaires pour se conformer à la procédure d’enregistrement et le risque de divulgation de données sensibles. Ici REACH apparaît comme un frein à l’innovation. De même, sur le critère de l’économie d’énergie réalisée lors d’une synthèse chimique, REACH n’intègre pas cette question contrairement aux 12 principes. Or, la catalyse, qui est utilisée pour accélérer la réaction chimique et diminuer la quantité d’énergie nécessaire à la synthèse, a un statut qui varie dans le règlement (substance, mélange, article) rendant son usage plus coûteux. Par là même REACH peut constituer un obstacle au développement de la catalyse.
Au niveau international, les initiatives autour de la chimie verte sont nombreuses et variées
(cf. OCDE, 2011). Elles prennent la forme de programmes de recherche, de récompenses, de
cursus de formation, de réseaux (Italie, Japon), de centres ou laboratoires de recherche (Chine,
Australie), d’écoles d’été, de revues spécialisées (Green Chemistry, ChemSusChem, Green
Chemistry Letters and Reviews, Environmental Science and Technology, Journal of Chemical
Education), et de numéros spéciaux de revues.
Le secteur chimique a aussi activement encouragé la croissance de la chimie verte à travers
l’introduction de « principes verts » dans leur production et ont investi en R&D
environnementale. Divers outils de mesures visant l’éco-efficacité ou la soutenabilité des
produits chimiques, tels que l’empreinte carbone ou les analyses d’éco-efficacité, jouent un
rôle de plus en plus important au niveau des politiques d’entreprise. En Europe, deux
groupements industriels, Cefic et EuropaBio, avec le concours de la Commission Européenne,
ont mis en place la plateforme technologique européenne de la chimie durable
[http ://www.suschem.org/] afin d’encourager la R&D de la chimie en Europe. Dans ce cadre,
des axes stratégiques ont été définis dans une feuille de route qui établit la vision d’un
nouveau modèle de développement économique pour l’industrie de la chimie.
1.2. Les principaux sous-domaines de la chimie verte
1.2.1. Les axes stratégiques selon SUSCHEM et les compétences régionales
L’année 2010 a vu la publication de travaux 3 donnant la vision d’un nouveau modèle de
développement économique pour l’industrie de la Chimie. La vision de la chimie durable telle
qu’elle a été définie par SusChem dans sa feuille de route s’expose selon 8 thématiques (cf.
annexe A.1). Au niveau aquitain, l’Association Chimie Durable
(http://aquitainechimiedurable.com/) a recensé l’ensemble des compétences régionales en lien
avec les axes stratégiques de SUSCHEM (cf. étude ACD/APESA, 2011).
Matières premières renouvelables et économie biosourcée
En Aquitaine, la filière est relativement structurée dans le domaine de l’extraction du végétal
au niveau industriel (applications dans la santé, la beauté et l’alimentaire). Le monde
scientifique quant à lui demeure peu structuré et peu visible sur ces thématiques malgré un
potentiel scientifique existant. Il existe des projets importants autour du bois et de l’industrie
papetière.
La chimie à partir de la biomasse forestière se développe notamment autour de projets de
bioraffinerie comme l’illustre la bioraffinerie TEMBEC (Tartas) orientée vers la production
de cellulose pour des applications industrielles (hors papier) et des lignosulfates comme liants.
La valorisation de la lignine en tant que produit chimique est un enjeu pour la région et
nécessite de reposer sur des associations papetiers/chimistes. La biomasse ligno-cellulosique
représente un véritable atout pour l’Aquitaine, confirmant le fort potentiel de la valorisation
des fibres, notamment dans le domaine des biomatériaux et des biomolécules.
3
Rapport du Commissariat général au développement durable (CGDD), mars 2010, « Les filières industrielles
stratégiques de l’économie verte » ; Etude PIPAME, juin 2010 ; Feuille de route Suschem France.Bénéficiant de vastes espaces agricoles, la région produit des biocarburants de 1ère génération
(maïs, colza, tournesol), des biocarburants de 2ème génération (lignocellulose) et de 3ème
génération (algues). Une filière de pré-traitement de la biomasse (par torréfaction) s’est
également constituée en amont.
Les recherches sont bien engagées sur les biopolymères, les biocomposites et les fibres, même
si aucune application industrielle de production de biopolymères et biocomposites n’a vu le
jour.
L’ITERG s’impose comme un acteur important dans la recherche et le transfert de
l’économie biosourcée à partir des oléagineux (extraction des algues, agrosolvants,
biolubrifiants).
Chimie et recyclage
Diverses activités de recyclage ont été développées en lien avec les grands secteurs de la
chimie en région (cf. annexe A.2), notamment avec le recyclage de matériaux composites, des
plastiques, des métaux (métaux rares) et des solvants. Une filière de recyclage et de
valorisation des déchets de matériaux composites à fibres de carbone (consortium RECCO)
s’est mise en place en lien avec les exigences environnementales du secteur aéronautique et
espace.
D’autres activités de valorisation des déchets ou de matières premières sont menées en région
telles que la valorisation de CO2, l’extraction et la purification de l’iode contenu dans les
déchets, le traitement des déchets liquides par oxydation hydrothermale en milieu
supercritique (INNOVEOX), ou encore la mise au point d’un procédé de régénération de
catalyseurs usés (L’ELECTROLYSE).
Matériaux avancés
Les matériaux composites représentent un secteur à fort potentiel en Aquitaine, associé à une
démarche de durabilité (matériaux + légers et/ou multifonctionnels). Ce potentiel repose plus
particulièrement sur trois technologies clés : les matériaux nanostructurés, les matériaux
thermostructuraux, l’organique haute performance. A cet égard, la région s’est dotée d’une
plateforme technologique d’innovation sur les nanomatériaux et l’électronique
organique (CANOE, partenariat ARKEMA/CRA).
L’acteur-clé est ARKEMA pour la production de nanotubes de carbone, fabriqués à partir
d’une ressource renouvelable, le bioéthanol. Il est au cœur d’un projet sur les matériaux
nanostructurés à destination de l’automobile, les composites structuraux, l’environnement,
l’énergie et la câblerie.
Les matériaux intelligents sont également présents à travers les matériaux fonctionnels
avancés pour les TIC et l’énergie, les nanotubes de carbone et polymères nanostructures ou
encore les matériaux photocatalytiques et polymères conducteurs (IPREM).
Chimie pour l’énergie
Dans le photovoltaïque, sur la filière historique du silicium cristallin, peu de recherches sont
réalisées en Aquitaine même si elle bénéficie de la présence de fabricants d’envergure
nationale. Sur le segment des couches minces, ce sont des acteurs étrangers qui maîtrisent la
technologie. C’est sur des technologies de 3ème génération que le positionnement s’avère fortau niveau de la recherche avec l’IPREM et le LCPO, en lien avec ARKEMA, l’ICMCB,
CANOE et RESCOLL.
Dans le domaine des batteries, la région bénéficie de la présence d’un fabricant d’envergure
internationale avec SAFT, mais aussi d’acteurs clés au niveau de la recherche/transfert
(ICMCB, IPREM, RESCOLL). Des projets de recherche sur la pile à combustible sont en
cours.
Dans le domaine de l’éolien, la structuration de la filière s’élabore avec le cluster Aquitaine
Wind Industry Cluster et se déploie en lien avec les développements sur les matériaux
composites.
Enfin, des compétences existent sur les matériaux pour l’isolation et les matériaux de
changement de phase qui permettent d’optimiser le stockage de l’énergie thermique.
Procédés éco-efficients
L’un des acteurs clés en matière d’intensification des procédés est le laboratoire RHODIA
LOF. Leur objectif est de concevoir des procédés plus compacts, plus économiques et
minimisant les déchets et leurs empreintes environnementales = micro/millifluidique,
robotique/jet printing, microfabrication/microcapteurs/microanalyse.
Il existe également des programmes de recherche dans le domaine des fluides supercritiques,
l’oxydation hydrothermale, le procédé micro-onde (IPREM). Enfin, l’éco-extraction en
lien avec la chimie du végétal est en plein développement.
Analyse, méthodes et performance
L’Aquitaine détient une position scientifique forte, reconnue internationalement, et ancienne
sur l’analyse chimique et les techniques analytiques : mesure des métaux sous forme d’ultra-
traces et spéciation des métaux, analyse des micropolluants organiques. Les acteurs dans
ce domaine sont l’IPREM (UPPA), le LPTC (Bordeaux 2) et dans le domaine de l’analyse,
UT2A. Dans le cadre de la plateforme CANOE + ARKEMA, les techniques analytiques de
santé, sécurité et environnement autour des nanomatériaux sont également en jeu.
Eco-conception
La promotion de l’écoconception se réalise essentiellement via les acteurs publics (CRA,
DIRECCTE, ADEME). Des actions collectives sont également organisées par l’APESA,
RESCOLL et la CCI.
C’est sur la base de ces axes stratégiques que se positionnent les acteurs publics pour soutenir
la chimie durable, notamment OSEO et ses partenaires ANR et ADEME. A titre illustratif, la
figure 1 montre qu’un tiers des projets soutenus par l’aide à l’innovation concernent la mise
en œuvre de procédés éco-efficients, et plus d’un quart des soutiens se destinent aux
développements de matières premières renouvelables ou biosourcées.Figure 2 : Répartition des projets soutenus par OSEO en 2010 par domaine prioritaire (en référence avec la feuille de route Suschem France) La feuille de route SUSCHEM, en donnant les axes stratégiques à suivre par les industriels de la chimie, délimite les priorités des développements technologiques et offre un référentiel à l’aune duquel les autorités publiques peuvent accorder des financements et évaluer leurs actions. Même si les recherches dans le monde académique sont en partie influencées par les choix stratégiques des industriels, le découpage de la CV en sous-domaines dans une perspective académique ne correspond pas nécessairement aux catégories précédemment retenues. 1.2.2. Les quatre sous-domaines de la CV dans le monde académique …the true definition of a subdiscipline or an area of investigation comes from the research and the accomplishments that are conducted therein. It is this organically grown definition that not only answers the question ‘What is green chemistry?’ but also provides the scope and range for green chemistry so that we can view where green chemistry can and will go in the future. Anastas et Warner, 1998, p.29 La chimie verte évolue et s'organise aujourd'hui autour de différentes communautés de recherche donnant lieu à ce que nous appelons (au sens de Dosi, 1982) différentes trajectoires technologiques et scientifiques. Appréhender ces trajectoires nécessite, dans un premier temps, d'identifier les grands domaines de recherche de la CV. C'est ce que nous avons fait à partir de la lecture des principaux articles scientifiques sur la CV 4, de participations à des focus groups 5 et une série d'entretiens auprès de chercheurs CNRS 6. 4 En particulier Anastas et Warner (1998), Anastas et Eghbali (2010), Beach et al. (2009), Clark (2009), Poliakoff et al. (2002), Poliakoff et Licence (2007). 5 Dans le cadre de l'ANR "Une Approche Economique de l'intégration des dimensions socio-économiques et techniques dans les Programmes de Recherche en Chimie Doublement Verte" coordonnée par l'Université de Reims (Equipe OMI), programme ANR "Chimie et procédés pour le développement durable". 6 En particulier auprès des chercheurs du Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (LCPO) de l'Université de Bordeaux 1.
Ce travail nous a conduits à mettre en exergue quatre grands thèmes de recherche dans la CV :
Les matières premières renouvelables alternatives aux ressources fossiles
La sélection d’une ressource pour fabriquer un produit a des conséquences non
seulement sur l’efficacité de la réaction chimique mais aussi sur les effets
environnementaux et sanitaires du procédé. Bien réfléchir à la source des matières
premières peut permettre d’en limiter l’usage, de recycler certains déchets et plus
généralement de limiter l’utilisation de l’énergie d’origine fossile (hydrocarbures,
charbon, gaz). Ces matières premières renouvelables peuvent être d’origine agricole
ou issues d’autres procédés industriels (déchets issus des cultures agricoles à vocation
non alimentaire, bois et ses sous-produits, liqueur noire contenant de la cellulose,
boues d’épuration). Elles sont utilisées notamment dans les bioraffineries qui utilisent
les déchets et/ou la biomasse non comestible (bois et sous-produits) comme ressource
pour produire des biocarburants et des polymères renouvelables ou biodégradables, les
biopolymères (PHAs et PLA). Elles servent aussi pour la biocatalyse via l’utilisation
de catalyseurs naturels (enzymes) pour convertir la biomasse en produits chimiques.
Les solvants alternatifs
Les solvants dans lesquels les réactions ont lieu doivent être minimisés voire
supprimés afin de réduire les déchets des réactions qui sont ainsi souvent constitués de
solvants et afin d’éviter les émissions de composés organiques volatils dont les
solvants organiques sont à l’origine. Leur usage en Europe est d’ailleurs réglementé
depuis la Directive Européenne de 1999 7. Les principes de la CV prônent de concevoir
des réactions sans solvant ou des solvants plus sûrs et moins toxiques (eau, fluides
supercritiques, liquides ioniques, solvants biodégradables) ou encore des méthodes de
recyclage des solvants.
Les nouveaux modes de réactions et de synthèses chimiques
L’objectif est d’une part de réaliser des réactions chimiques utilisant des produits et
des réactifs de toxicité faible ou nulle et, d’autre part, d’utiliser au maximum les
catalyseurs dans les réactions chimiques afin de minimiser les quantités de réactifs
utilisés et de déchets produits. A cet égard, le développement de catalyseurs non
métalliques, basés sur des molécules organiques (organocatalyseurs), des enzymes
modifiés (biocatalyseurs), ou des enzymes de synthèse (catalyseurs biomimétiques)
constitue une voie prometteuse. Les avancées se situent aussi au niveau de la
conception de catalyseurs sélectifs pour réduire le nombre d’étapes dans un procédé
donné (exple : Ibuprofen, Zoloft) et au niveau de la réutilisation et du recyclage des
catalyseurs (exple : benzoilation du benzène avec un catalyseur zircon-sulfate). La
pharmacie représente un domaine privilégié dans lequel les réactions enzymatiques
ont remplacé la catalyse conventionnelle dans la production de nombreux
médicaments génériques (Poliakoff et Licence, 2007). De même, la biocatalyse,
considérée comme une biotechnologie blanche, connaît un développement
considérable.
7
Directive n° 1999/13/CE du 11/03/99 relative à la réduction des émissions de composés organiques volatils
dues à l'utilisation de solvants organiques dans certaines activités et installations industrielles. Les procédés industriels et réacteurs alternatifs (l’ingénierie des procédés
chimiques):
L’objectif est de concevoir des synthèses ou des transformations chimiques en
intégrant la réduction voire la suppression de la production de déchets. Il est important
de favoriser le meilleur rendement réactionnel possible c’est-à-dire utiliser au
maximum les matières premières pour minimiser les déchets produits et ainsi réaliser
une économie d’atomes (le composé final doit contenir un maximum d’atomes
constitutifs de la matière première). La recherche de l’efficacité énergétique de la
réaction (travailler à température et pression ambiante quand cela est possible) est
aussi un critère important de développement. Parmi les procédés qui permettent de
maximiser l’efficience de la réaction et de réduire les déchets, on identifie le passage
des réactions en batch à des traitements en continu, l’utilisation des hautes fréquences
pour promouvoir les réactions chimiques (sonochemistry), ou encore les
photoréacteurs (photochemistry) et les techniques par micro-ondes. Les bioraffineries
intégrées illustrent la possibilité de combiner énergie, chimie et matière première
renouvelable pour convertir la biomasse en produits chimiques. En parallèle, les
méthodes et outils qui relèvent de la chimie analytique verte (microréacteurs et
méthodologies analytiques alternatives) répondent au souci de pouvoir analyser en
continu toutes les réactions de transformation, ce qui permet de détecter
immédiatement et précisément la production de sous-produits et du même coup de les
minimiser voire les éliminer. L'accumulation de connaissances et de compétences
technologiques dans le domaine des micro-systèmes stimule le développement des
microréacteurs qui permettent d'améliorer le rendement et la sélectivité des réactions.
Ces développements sont porteurs de nombreuses applications industrielles dans les
domaines de la chimie et de la pharmacie.
Cette présentation synthétique en quatre grands thèmes de recherche scientifique et
technologique met en évidence l'ampleur du programme de recherche lié à la chimie verte. Il
apparaît clairement que la CV ouvre un espace extrêmement vaste d'opportunités
technologiques dans lequel plusieurs trajectoires technologiques peuvent se déployer. Ce
sont ces trajectoires technologiques que nous nous proposons d’étudier au niveau régional en
nous appuyant sur une analyse des brevets.2. La constitution d’une base de données des brevets
aquitains dans le domaine de la chimie verte
Nous exposons dans cette section notre méthodologie d’investigation qui fait usage de
données de brevets.
2.1. Pourquoi les brevets ?
2.1.1. La mesure de l’innovation par les brevets : atouts et limites
La question de la mesure des activités d’innovation est récurrente. Plusieurs indicateurs sont
susceptibles d’apporter des éléments de réponse à cette interrogation, parmi lesquels le brevet.
Un brevet est un titre de propriété qui confère le droit de protéger son invention. En 1994, R.
Barré et F. Laville apportent une autre définition : il s’agit de « la matérialisation et la
traduction juridique d’une activité de recherche technologique à la frontière des
connaissances ». Le brevet représente, de fait, un indicateur d’output d’activités inventives,
en opposition aux indicateurs d’input tels que les dépenses en recherche et développement.
L’intérêt d’utiliser le brevet par rapport aux autres indicateurs existants se justifie notamment
par l’important contenu d’informations qu’il propose. Chaque brevet rend publique une
masse riche d’informations stratégiques et déterminantes sur les activités inventives. Ces
informations sont, en outre, disponibles sur des séries temporelles longues.
Pour ce travail, nous avons exploité les dates de dépôts de brevets, l’adresse de l’inventeur,
l’identité du déposant, les codes de classification des brevets et les citations de brevets. La
diversité des informations contenues dans les brevets ne permet pas seulement de mesurer les
activités de R&D, elles permettent également de les qualifier : organisation spatiale des
activités, organisation de la recherche entre les acteurs, domaines technologiques porteurs etc.
Malgré les avantages qu’offre le brevet, ce dernier s’accompagne également de biais qui
limitent sa portée en tant qu’indicateur.
• La première limite concerne l’exhaustivité de cet indicateur. Toutes les inventions
ne sont pas brevetées. Certaines ne peuvent pas l’être ; c’est le cas par exemple des
logiciels, ou des méthodes mathématiques... En outre, pour les innovations
brevetables, il n’est pas certain que le brevet soit le meilleur moyen de les protéger. Le
secret est, dans certains cas, préféré au brevet en raison entre autre de la non-gratuité
de ce dernier ou des efforts de surveillance qu’implique une protection efficace dans le
cas d’un dépôt de brevet. En raison de ce dernier inconvénient, les innovations de
procédé sont moins brevetées que les innovations de produit. Arundel et Kabla (1998)
ont également mis en évidence les différences de propension à breveter selon les
domaines scientifiques, et ce quel que soit le type d’innovation.
• Le deuxième argument a trait à la nature de ce qu’on mesure. Le brevet se rapporte
plus à une mesure de l’invention que de l’innovation. Ces deux termes doivent être
distingués : l’innovation étant considérée comme « l’application réussie dans le
domaine économique et commercial d’une invention ». Or, une procédure de dépôt de
brevet ne se traduit pas systématiquement par une exploitation. Au-delà, des
changements de stratégies que peuvent opérer les entreprises, il ne faut pas omettre le
rôle de la règlementation. Un brevet est un droit d’interdire (l’exploitation d’un
produit ou d’un procédé) et non un droit d’exploiter. Dans l’industrie pharmaceutique,Vous pouvez aussi lire
