Les solvants verts : une alternative intéressante pour une chimie plus verte

Quel est le rôle des solvants ?

Les solvants ont la capacité de dissoudre, disperser, séparer ou transporter d’autres substances. En d’autres termes, leurs fonctions sont si vastes qu’on les trouve autour de nous presque partout. Ils peuvent être utilisés dans des réactions chimiques comme milieu réactionnel, dans l’industrie alimentaire comme agent d’extraction ou aromatisant, dans l’industrie de la peinture comme nettoyant, dans l’industrie du transport comme composant de biocarburant, ou dans les cosmétiques comme texturant ou dissolvant.

4 pistes d’utilisation des solvants pour une chimie plus verte

Avec un tel éventail d’applications, plus de 28 millions de tonnes de solvants sont utilisées chaque année. Compte tenu de leur toxicité potentiellement élevée et de leur empreinte carbone, cette catégorie de produits chimiques représente une opportunité majeure pour une chimie plus verte[1].

1ère option vers des solvants plus écologiques : les supprimer et adapter le processus en conséquence

Conformément aux principes de la chimie verte, la première option consisterait à exclure, chaque fois que possible, ou à réduire les solvants. De nombreux outils ont été développés pour aider les industriels à identifier le bon solvant pour leurs besoins en fonction de ses propriétés et de sa toxicité, par exemple le guide développé par CHEM21 (partenariat public-privé européen pour la promotion de produits pharmaceutiques durables).

2ème option : les remplacer par des alternatives plus écologiques et rentables lorsqu’ils ne peuvent pas être éliminés

Dans certains cas, les solvants sont essentiels et ne peuvent être exclus. Dans ces situations, une solution serait de remplacer les solvants organiques par des solvants moins dangereux et moins toxiques, appelés solvants verts ou alternatifs. Un solvant alternatif devrait idéalement être :

• Efficace : Avec des propriétés similaires ou supérieures à celles des solvants classiques, et rentable.
• Sûr : Moins dangereux à produire et à manipuler (pas de risque d’incendie ou d’explosion), non toxique pour la santé humaine.
• Renouvelable : Fabriqué à partir d’une matière première biosourcée, d’origine renouvelable (déchets, sous-produits ou matériaux biosourcées à faible empreinte).
• Durable : Sans impact négatif sur l’environnement, idéalement entièrement biodégradable, ou au moins recyclable/réutilisable.

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3ème option : sélectionner des matières premières biosourcées et optimiser les processus pour rendre la production de solvants plus écologique

La production de solvants conventionnels (ou solvants organiques) est souvent d’origine pétrolière (contrairement aux solvants biosourcés) et peut représenter une empreinte carbone élevée. La transition des sources fossiles vers la biomasse végétale, dans le cas des solvants verts, est l’un des aspects clés pour atténuer l’empreinte carbone des solvants, mais aussi pour réduire notre dépendance à l’égard des sources fossiles (non respectueuses de l’environnement et sujettes à une forte volatilité des prix).

Une grande variété de matériaux biosourcés peut être utilisée pour fournir de meilleures alternatives, par exemple en tirant parti de la production d’oléagineux (colza, soja, tournesol), de la production de céréales (maïs, canne à sucre, sucre de betterave) ou des sous-produits du bois et des pins. Des recherches intensives sont menées pour élargir et améliorer cette conversion de la biomasse végétale, y compris l’utilisation de sous-produits ou de déchets comme matériaux biosourcés. La question à garder à l’esprit est de s’assurer que cette matière première sera disponible, cohérente et fiable à long terme, sans concurrence avec la production alimentaire.

4ème option : réduire la toxicité des solvants et augmenter leur biodégradabilité pour rendre l’utilisation de solvants plus écologique

Les solvants peuvent être toxiques pour l’homme et dangereux à manipuler. S’ils ne sont pas utilisés correctement, les produits chimiques peuvent pénétrer par voie respiratoire, cutanée ou digestive et entraîner diverses maladies et problèmes de santé dans les équipes de travail. Comme ils peuvent également présenter un risque pour l’environnement, leur biodégradabilité et leur impact sur la biodiversité sont d’autres aspects à améliorer.

Quel est le meilleur solvant vert ?

Il n’existe pas de « solvant vert parfait », mais le fait est que la famille des solvants est très large et polyvalente.

Il n’y a pas de réponse universelle, et chaque solvant doit être évalué dans le cadre d’un processus, avec une approche adaptée.

En fait, il n’existe pas de solvant entièrement « vert ». Il est essentiel d’adopter une approche globale de l’ensemble du processus chimique (prendre en compte la production, le recyclage, les sous-produits ou les déchets, mais aussi l’utilisation et l’évaluation du cycle de vie au sein du processus) et non la molécule elle-même sans tenir compte de son utilisation. Il n’y a pas de réponse universelle, et chaque solvant doit être évalué dans le cadre d’un processus, avec une approche adaptée.

Voici un exemple de solvant vert avec l’eau. On pourrait penser que l’eau est l’une des solutions les plus écologiques possibles. Or, ce n’est pas toujours le cas, car cela dépend de la façon dont elle est utilisée. Compte tenu de son point d’ébullition élevé, l’eau nécessite une quantité considérable d’énergie pour être évaporée, ce qui conduit finalement à la production de CO2. Alors qu’un autre solvant, moins « vert », pourrait nécessiter moins d’énergie et entraîner moins de CO2 dans l’atmosphère. De plus, l’eau est une ressource clé sur laquelle la demande et la concurrence sont élevées, sa disponibilité à long terme doit être prise en compte.

Autre exemple de solvants alternatifs intéressant, les fluides supercritiques. Il s’agit de fluides qui sont comprimés ou chauffés jusqu’à un certain point pour développer des propriétés spécifiques combinant les caractéristiques des fluides et des gaz. Ces propriétés en font d’excellents solvants pour l’extraction de molécules spécifiques (utilisées dans la décaféination des aliments ou dans la stérilisation, par exemple). Ils sont hautement ajustables, ne présentent aucun résidu et sont facilement recyclés et réutilisés (bon profil tox/écotox). Cependant, ils ne peuvent pas encore être adaptés à toutes les applications, car leurs propriétés (y compris la biodégradabilité) varient beaucoup en fonction du type de fluide, ce qui rend leur efficacité entièrement corrélée à leur application.

Comment assurer efficacement le développement de solvants verts innovants ?

Le développement de solvants verts innovants nécessite une collaboration et des partenariats plus poussés entre le monde universitaire et le monde de l’entreprise, pour des développements efficaces et des mises à l’échelle réussies.

« La consommation et la production durables nécessitent une approche systématique tout au long du cycle de vie des produits chimiques et une coopération entre les acteurs et les secteurs tout au long de la chaîne d’approvisionnement, des producteurs aux consommateurs finaux[2]. »

Selon, la SAICM, le développement et la mise à l’échelle d’une technologie ou d’une famille de produits chimiques innovants sont plus fructueux lorsque des universitaires et des entreprises s’associent autour d’un objectif commun. Un nombre croissant d’organisations d’accélération des transferts de technologie sont créées pour soutenir ce type de collaboration et veiller à ce que toutes les exigences de l’industrie soient prises en compte le plus tôt possible, même au stade du laboratoire.

Les solvants verts représentent un chapitre important des travaux en cours pour une chimie plus verte. Idéalement retirés du processus, ils peuvent également être remplacés par des alternatives plus vertes, issues par exemple de ressources durables et renouvelables. Cependant, il n’existe pas de « solvant vert parfait », et des travaux intensifs sont menés tant par les universitaires que par les industriels. La principale difficulté réside dans le fait que la famille des solvants est très vaste et polyvalente : il n’existe pas de réponse universelle aux besoins de chacun, et chaque solvant doit être évalué dans le cadre d’un processus holistique, avec une approche sur mesure.

Dans ce contexte, Alcimed estime que le développement de solvants verts innovants nécessite une collaboration et des partenariats plus poussés entre le monde universitaire et celui des entreprises pour l’idéation, le développement et la mise à l’échelle de la production de technologies et de produits efficaces. Alcimed peut vous accompagner dans le processus de sélection des solvants adaptés à vos besoins, et d’identification de partenaires pour leur développement et leur commercialisation. N’hésitez pas à contacter notre équipe spécialisée en matériaux biosourcés !

[1] Winterton, N. (2021). The green solvent : a critical perspective. Clean Technologies and Environmental Policy, 23(9), 2499‑2522. https://doi.org/10.1007/s10098-021-02188-8

[2] Sustainable Development Goals. http://www.saicm.org/Default.aspx?tabid=7654

A propos de l’auteur, 

Ondine, Consultante au sein de l’équipe Sciences de la Vie d’Alcimed en Suisse