Publié le 2025-11-06 14:34:00. Des chercheurs s’intéressent aux déchets de l’industrie brassicole pour développer de nouvelles applications médicales. Leur objectif : transformer des sous-produits de la fabrication de la bière en nanoparticules antibactériennes, une démarche d’économie circulaire innovante.
- L’industrie brassicole aux États-Unis génère des millions de tonnes de déchets, dont une partie finit dans l’environnement, polluant sols et cours d’eau.
- Des scientifiques travaillent à valoriser ces résidus en les transformant en nanoparticules potentiellement utiles en médecine, notamment pour lutter contre les bactéries résistantes aux antibiotiques.
- Le processus développé, baptisé « chimie verte », permet de créer des nanoparticules d’argent stables à partir de ces déchets, tout en étant biocompatibles pour les cellules humaines.
L’industrie brassicole américaine, un secteur économique florissant pesant 117 milliards de dollars, produit annuellement plus de 170 millions de barils de bière. Cependant, ce processus est loin d’être anodin sur le plan environnemental. Chaque étape de brassage est gourmande en temps et en énergie, et génère d’importantes quantités de déchets solides et liquides.
Ces résidus, tels que les drêches de céréales usagées et la levure épuisée, finissent souvent dans les décharges. Là, des composés potentiellement nocifs peuvent s’infiltrer dans les sols. Les eaux usées brassicoles, lorsqu’elles rejoignent les écosystèmes aquatiques, risquent de contaminer les cours d’eau, de réduire la teneur en oxygène et de menacer la faune et la flore aquatiques.
Face à ce constat, des scientifiques se penchent sur des solutions pour transformer ces déchets en produits à valeur ajoutée. C’est le cas d’une équipe de recherche menée par une chimiste qui explore comment recycler les sous-produits de brasserie en minuscules particules destinées à la fabrication de nouveaux médicaments sur ordonnance.
Le processus de brassage et ses résidus
La fabrication de la bière débute avec des céréales crues, le plus souvent de l’orge. Celles-ci subissent un processus de maltage : elles sont humidifiées puis maintenues à une température contrôlée pour initier la germination. Durant cette étape, des enzymes sont libérées, capables de transformer l’amidon et les protéines des grains en sucres fermentescibles et en acides aminés. Les grains sont ensuite chauffés pour stopper la germination et sécher le malt. Le malt ainsi obtenu est ensuite mélangé à de l’eau chaude et concassé pour libérer les arômes caractéristiques de la bière.
Alcina Johnson Sudagar, CC BY-SA
Après cette étape, les brasseurs séparent le moût sucré des résidus solides, appelés drêches de brasserie. Ces drêches représentent environ 30% du poids initial des céréales et sont souvent utilisées comme alimentation animale ou, malheureusement, jetées. Quelque 30 millions de tonnes de ces drêches sont produites chaque année.
L’ajout de houblon, la fleur d’une plante appelée Humulus lupulus, confère à la bière son amertume et ses arômes. Le houblon et les protéines non dissoutes sont ensuite retirés lors de la clarification du moût, formant le « hot trub », le deuxième déchet majeur du brassage. Environ 85% du houblon sont ainsi éliminés.
Le moût clarifié est refroidi puis fermenté grâce à l’ajout de levure. La levure filtrée après fermentation, appelée levure de bière, constitue le troisième type de déchet. 100 litres de bière génèrent ainsi 2 à 4 kilogrammes de levure épuisée.
Enfin, la bière fermentée est filtrée avant la mise en bouteille. Les eaux usées issues de cette dernière étape représentent le quatrième flux de déchets. Une brasserie de taille moyenne peut produire environ 8 tonnes de boues solides et 40 à 56 tonnes d’eaux usées mensuelles. Ces déchets de filtration, comme une grande partie des résidus de brasserie, sont encore sous-exploités en raison de leur faible valeur économique apparente.
Les défis posés par les déchets de brasserie
Ces résidus contiennent une multitude de composés potentiellement valorisables : glucides, protéines, acides aminés, minéraux et vitamines. Des scientifiques ont déjà exploré leur réutilisation, notamment pour créer des biocarburants ou encore du cuir végétal, en utilisant soit des composés extraits, soit les déchets dans leur intégralité.
Les drêches peuvent être envoyées aux exploitations agricoles pour servir d’engrais, de compost ou d’alimentation animale. Cependant, à l’échelle industrielle, une part importante de ces déchets est encore enfouie. Les eaux usées, quant à elles, sont souvent rejetées dans les égouts, posant des défis aux stations d’épuration en raison de leur charge polluante, qui peut être jusqu’à 30 fois supérieure à celle des eaux usées domestiques classiques.
Bien que les brasseries prennent de plus en plus conscience de leur impact environnemental et s’orientent vers des pratiques durables, la demande croissante de bière continue de générer des quantités importantes de déchets à traiter.
Transformer les déchets en nanoparticules
Les recherches actuelles visent à déterminer si les composés issus des déchets de brasserie peuvent être utilisés pour créer des nanoparticules. Ces particules, d’une taille de l’ordre du milliardième de mètre, pourraient être compatibles avec les cellules humaines tout en ayant une action antibactérienne.
Alcina Johnson Sudagar, CC BY-SA
Dans le domaine médical, l’usage répété des mêmes antibiotiques entraîne le développement de résistances bactériennes. Les nanoparticules pourraient ainsi devenir un composant actif de certains antibiotiques, ou servir de désinfectants et de produits de nettoyage.
L’équipe de recherche a mis au point des nanoparticules enrobées de composés issus des déchets de brasserie. Cette innovation, désormais brevetée, est obtenue en ajoutant des résidus de différentes étapes du brassage à une source de métal. En présence d’un composé argenté, comme le nitrate d’argent, un processus de transformation s’enclenche, convertissant le composé d’argent en nanoparticules.
Ce processus implique deux mécanismes : la réduction, où les composants des déchets provoquent une réaction chimique transformant les ions argent en nanoparticules métalliques, et la précipitation. Ce dernier phénomène est comparable à la formation de résidus de savon dans un évier, où l’oxyde et le phosphate présents dans les déchets de brasserie réagissent avec les ions argent pour former un solide, constituant le cœur de la nanoparticule.
Les composés organiques des déchets de brasserie – protéines, glucides, polyphénols et sucres – forment ensuite un revêtement autour des nanoparticules. Cette couche protectrice stabilise les particules et empêche d’autres réactions. Les nanoparticules ainsi obtenues sont composées de trois éléments : argent métallique, oxyde d’argent et phosphate d’argent.
Alcina Johnson Sudagar, CC BY-SA
Cette procédure simple, qui n’utilise pas de produits chimiques additionnels nocifs, s’inscrit dans les principes de la chimie verte, visant à réduire l’impact environnemental des processus chimiques.
Sécurité et potentiel des nanoparticules
Des tests en laboratoire ont révélé que le revêtement formé par les composés des déchets de brasserie rend ces nanoparticules non toxiques pour les cellules humaines. Parallèlement, l’argent contenu dans ces particules s’est avéré efficace pour éliminer la bactérie Escherichia coli, responsable de nombreuses infections.
Il a été observé qu’un type spécifique de nanoparticule, riche en phosphate d’argent et doté d’une couche organique plus fine, présentait une efficacité accrue contre E. coli. Cette fine couche permettait un meilleur contact avec les bactéries, facilitant la diffusion de l’argent et perturbant leur structure cellulaire. L’argent est connu pour ses propriétés antimicrobiennes, et la transformation en nanoparticules optimise sa surface d’action.
Plusieurs nanoparticules sont actuellement en essais cliniques, et certaines ont déjà été approuvées par la FDA (Food and Drug Administration) pour diverses applications médicales, incluant la gestion de la douleur, les soins dentaires, et le traitement de maladies telles que le cancer et la COVID-19. La majorité des recherches actuelles sur les nanoparticules en biotechnologie se concentrent sur celles à base de carbone. L’interaction de ces nanoparticules métalliques avec l’organisme humain reste un domaine à explorer davantage, afin d’écarter tout risque potentiel pour la santé.
En raison de leur taille extrêmement réduite, l’élimination de ces particules du corps peut s’avérer complexe, à moins qu’elles ne soient associées à des systèmes de délivrance de médicaments conçus pour une expulsion sécurisée. Avant une utilisation clinique comme agents antibactériens, des études approfondies seront nécessaires pour comprendre leur devenir dans l’organisme.
Certaines nanoparticules synthétiques peuvent présenter une toxicité. Il est donc primordial que la recherche détermine avec certitude l’innocuité des nanoparticules dérivées des déchets de brasserie pour l’homme avant de les intégrer comme nouveaux composants dans les traitements antibactériens.