SoMar
Un projet de valorisation chimique du marc de café
comment mettre en place une filière via le développement de procédés innovants et la production de molécules à haute valeur ajoutée ?
CONTEXTE
Une collaboration avec la société TRIALP a été initiée en janvier 2017 pour explorer la valorisation chimique de plusieurs déchets de l’industrie agroalimentaire du territoire, en particulier provenant essentiellement des restaurateurs de Savoie et Haute-Savoie.
TRIALP est en capacité de mettre rapidement en place une filière de collecte car plusieurs dizaines de tonnes de marc de café provenant des restaurateurs savoyards sont disponibles chaque mois.
Cependant, TRIALP recherche une voie de valorisation rentable de ce déchet.
Les tests réalisés au laboratoire ont montré la présence de caféine en quantité intéressante dans le marc de café collecté.
La molécule de caféine est l’alcaloïde le plus consommé au monde et se retrouve sur les marchés des sodas, des boissons énergétiques, des compléments alimentaires, des compléments d’entraînement sportif et des cosmétiques. Sa valeur sur le marché est estimée entre 20 et 30 €/kg, ce qui représente une valeur intéressante à partir du marc de café qui est actuellement un déchet incinéré, sans valeur ajoutée.
D’autres molécules intéressantes pour les marchés de la cosmétique et du complément alimentaire peuvent être également identifiées dans ce déchet.
Dans ce contexte, un groupe de travail sur la valorisation du marc de café a été mis en place, piloté par le Réseau ECO-INDUSTRIES (animé par l’ex-CRITT de Savoie, maintenant Antenne Savoie d’AURA Entreprises). Plusieurs entreprises savoyardes (TRIALP, GES, Inddigo, etc) et les laboratoires de l’ENSAM et de l’USMB (LOCIE et LCME) en sont membres.
L’idée est de mettre en place la valorisation en cascades (multi-valorisations) du marc de café pour en tirer le maximum économiquement et environnementalement.
La valorisation chimique s’est positionnée comme première étape de la cascade de valorisation (extraction de molécules d’intérêt par des procédés de chimie verte) à très fort potentiel économique.
Les résidus après extraction peuvent être valorisés en tant que matériaux, d’amendements, etc, en lien avec les autres partenaires du groupe de travail.
OBJECTIF
Le projet soMAR (12 mois) a pour but de développer un procédé d’extraction de molécules de haute valeur ajoutée pour le marché des compléments alimentaires et des cosmétiques. Ces procédés incluront de nouvelles technologies (méthodes d’activation non-conventionnelle en chimie verte) à partir du marc de café collecté chez les restaurateurs savoyards comme ressources.
Ce projet s’inscrit comme une première étape dans le cadre du projet VALORWaste (48 mois) dans le but d’acquérir des résultats préliminaires essentiels pour orienter le sujet de thèse qui débutera à l’automne 2019 :
- OBJ1 : Mettre au point des procédés performants, innovants et respectueux des principes de la chimie verte pour l’extraction de la molécule de caféine contenue dans le marc de café.
- OBJ2 : Identifier les autres molécules contenues dans le marc de café et évaluer leur intérêt et potentiel de valorisation.
- OBJ3 : Identifier les freins et les leviers de la valorisation chimique du marc de café dans le but d’orienter le sujet de thèse 2019-2022.
Caractère innovant du projet :
Ce projet est innovant et original par son approche et les procédés technologiques proposés. Il possède une part de risque, relative au faible nombre d’études préliminaires dans le domaine concerné, mais constitue une réelle étude de faisabilité, qui débouchera, grâce aux résultats récoltés, sur des conclusions qui permettront de l’orienter.
L’originalité du projet repose notamment sur sa stratégie innovante :
La production de molécules d’origine locale :
- Les études montrent que les consommateurs demandent de plus en plus de produits naturels ou issus de l’environnement local.
- Aujourd’hui les procédés existants d’extraction s’appuient sur l’utilisation massive de solvants organiques (production principalement chinoise) et n’offrent pas de garantie suffisante sur leur mise en œuvre.
- La valorisation du marc de café n’est actuellement pas mise en œuvre.
Caractère interdisciplinaire du projet :
L’interdisciplinarité du projet repose sur la collaboration avec les acteurs locaux (entreprises locales, environnement, tourisme en stations de montagne, activités économiques, etc) et sur la partie scientifique qui sera réalisée au laboratoire (sonochimie, CO2-supercritique, procédé, chimie analytique, etc). La collaboration avec la société TRIALP permettra d’étendre le caractère interdisciplinaire de ce projet à travers le travail sur les filières disponibles et les études de marchés. Le travail inter-équipes thématiques au sein du LCME favorisera également l’interdisciplinarité entre la chimie verte de synthèse et la chimie environnementale au niveau analytique.
Verrous scientifiques et technologiques à lever
Principaux verrous technologiques :
- Améliorer les rendements d’extraction des procédés d’activation non-conventionnels (ultrasons, CO2 supercritique) par rapport à celle réalisée via des méthodes classiques, disponibles au laboratoire (ASE – Accelerated Solvent Extraction, Soxhlet automatique)
- Extraire et purifier la molécule cible principale (caféine) en fonction des conditions d’entrée (qualité, provenance, humidité, etc) du marc de café.
- Donner une valeur ajoutée à un déchet actuellement incinéré.
Principaux verrous techniques :
- Prendre en compte les conditions de préparation de la matière première (mode de stockage, etc).
- Récupérer et séparer les molécules d’intérêt avec des méthodes éco-compatibles
IMPACTS
Pour l’équipe et l’USMB :
Le projet est soutenu par la Région Rhône-Alpes, mais également des professionnels et des partenaires socio-économiques du territoire. Pour le LCME et plus globalement pour l’USMB, l’impact du projet est important au niveau de son rayonnement sur le territoire (pilotage du projet), au niveau de la valorisation de la Recherche effectuée dans ses laboratoires (publications scientifiques et brevets) et au niveau de son utilité pour le territoire (être au service de problèmes concrets des territoires). Pour l’équipe, le projet soMAR est essentiel pour assurer le succès de la thèse à venir et du projet plus global VALORWaste grâce aux résultats préliminaires qui seront obtenus et à l’orientation que prendront les recherches futures.
Pour le territoire :
L’impact du projet sera mesurable au niveau environnemental (bioéconomie), mais également au niveau économique (création potentielle d’une nouvelle filière de valorisation à terme).
Pour les entreprises :
Les travaux permettront d’accompagner TRIALP sur cette nouvelle activité potentielle de valorisation. Les restaurateurs du territoire, en particulier en stations de montagne, pourraient bénéficier de la collecte et la valorisation du marc de café.
VALORISATION DES RÉSULTATS
Grâce au financement du projet VALORWaste, le développement de la technologie fluide supercritique à un TRL 4-5 sera possible en fin de projet (2022), en particulier à partir de la renouée du Japon.
L’application du procédé pour extraire la caféine à partir du marc de café est à un stade moins avancé (TRL 2-3) mais atteindra un TRL 4 à la fin de la thèse (Décembre 2021). La stratégie est d’innover dans la diversification des molécules (caféine et d’autres molécules d’intérêt) et des approvisionnements proposés (collecte du marc de café), à travers un procédé d’extraction et une approche durable et d’économie circulaire (proposition de valeurs et vente d’une démarche RSE à l’acheteur de l’ingrédient).
Les retombées directes des résultats obtenus pourront être, à terme, un ou plusieurs brevets pour l’USMB.
Les résultats préliminaires à travers le projet soMAR sont donc cruciaux pour la réussite du projet global. Les résultats resteront disponibles à la valorisation (pas de publications sur la technologie et le procédé) afin de pouvoir ensuite travailler avec la SATT Linksium Grenoble-Alpes sur les possibilités de valorisation.
ÉQUIPES
Personnel du LCME impliqué dans le projet :
| Nom | Poste au LCME | Rôle dans le projet |
| Grégory CHATEL | MCF | Coordination du projet, expertise en valorisation de biomasse, sonochimie, chimie verte. Lien avec l’entreprise et les différents services de l’USMB. |
| Micheline DRAYE | PR | Expertise en chimie verte, sonochimie, valorisation de la biomasse, chimie organique, purification. |
| Christine PIOT | MCF | Expertise en extraction et analytique. |
| Philippe FANGET | IGE | Soutien logistique et technique pour la réalisation du procédé. |
| doctorant(e) | Développement du procédé sous CO2 supercritique. | |
| Stagiaire M2 | Développement du procédé d’extraction et purification de la caféine + identification des autres molécules d’intérêt. |
SOUTIEN de la fondation
- Contractualisation avec l’entreprise Trialp
- 2000 € gratification de stage / doctorant