Biocarburants
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Version du 3 juillet 2012 à 17:00
Les biocarburants
L’appellation « biocarburants » est sans doute impropre et beaucoup pensent qu’il vaudrait mieux appeler ces carburants des « agrocarburants ». - On appelle biocarburant tous les combustibles liquides produits à partir de plantes cultivées. Deux approches sont en compétition sur le marché des biocarburants : le bioéthanol (voir Bioéthanol) et le diester (voir Diester). En Europe, on fabrique surtout de l’huile pour biodiesel tandis qu’aux USA et au Brésil, on préfère la fermentation alcoolique des sucres pour produire de l’éthanol.
- Les constructeurs auto pressés par la Commission européenne visent à respecter une norme moyenne de 130 grammes d’émission de C02 par kilomètre d’ici 2012. Bruxelles fixe le cap de 10% pour la part de biocarburants dans le total de la consommation énergétique totale liée aux transports d’ici 2020.
- La France serait en 2007 bien au-dessus de l’objectif de 5% de biocarburants demandé par Bruxelles pour 2010. En France en 2005, la surface agricole utilisée était de 30 millions d’hectares sur 55 millions de superficie totale du pays.
Les biocarburants en France
En France, trois types de biocarburants sont incorporés dans les carburants : l’éthanol et l’ETBE (Ethyl-Tertio-Butyl-Ether) pour les moteurs à essence et l’EMHV (Ester Méthylique d’Huile Végétale) produit à partir du colza ou du tournesol, également appelé biodiesel, pour les moteurs diesel. (Septembre 2010)
L’Agence européenne de l’environnement estime que pour la France la surface agricole qu’il sera nécessaire de mobiliser pour les biocarburants sera de 0,5 million d’hectares en 2010 et de 1 million ha en 2020. Cependant, en Angleterre, Goldman Sachs estime qu’il faudrait consacrer ¼ des terres cultivables du pays pour atteindre les objectifs de biocarburants de 2010. Aux Etats-Unis , George Bush a annoncé un objectif de produire 15% des carburants pour véhicules en biocarburants et la production explose. Les USA ont même annoncé une taxe pour freiner les importations d’éthanol brésilien pour favoriser leur production domestique, essentiellement à partir de maïs.
Vidéo : Reportage aux Etats-Unis sur les biocarburants Regarder la vidéo
Une certification pour les biocarburants en Europe
Selon une étude de l’Institute for European Environmental Policy, l’objectif de l’UE de produire et consommer 10% d’énergies renouvelables dans le domaine des transports d’ici 2020, soit 2 fois plus qu’en 2010, devrait mobiliser 70 000 km2, plus du double de la superficie de la Belgique.
Cela entraînerait, au plan mondial, à une émission de CO2 de 27 à 56 millions de tonnes supplémentaires. Au final, ces biocarburants de première génération (biodiesel, bioéthanol) produiraient de 81 à 167 % de gaz à effet de serre de plus que les carburants fossiles (pétrole, gaz) .
En France, les professionnels ont cherché à répondre à des critères de durabilité à travers l’action du SNPAA, Syndicat national des producteurs d’alcool agricole : en cherchant à faire la distinction entre bons et mauvais biocarburants, ils ont développé une certification qui garantit qu’ »aucune forêt n’a été abattue et qu’aucune zone humide n’a été séchée » pour les biocarburants européens. Mais cette certification est contestée faute de prendre en compte le changement indirect d’affectation des sols agricoles. Seuls les biocarburants de nouvelle génération à base de déchets végétaux ou de troisième génération (à partir de micro-algues) pourront vraiment échapper à ce reproche de détourner un potentiel de production alimentaire au profit des transports.
Où en sont les biocarburants ?
Selon Gobal Magazine et Pascale A.Garcia, "La pertinence environnementale des agrocarburants est « très difficile à mesurer », peu notable au niveau des émissions de gaz à effet de serre par exemple, « et de plus en plus contestée ». D’aucuns y voient une bonne excuse pour éviter une révision de nos déplacements et ne rien changer. De même, leur mode de culture, intensif, polluant, leur est reproché. Et la concurrence entre les cultures destinées aux carburants ou à l’alimentation des hommes ou des animaux et les répercussions sur les marchés (tensions, prix…) fait débat. La Cour des comptes observe que les rapports récents, pour la plupart recommandent par précaution d’assouplir les obligations d’incorporation dans les pays développés et d’arrêter les subventions.
Seul le bilan agricole s’avère « légèrement positif ». Mais d’un point de vue agro-industriel : construction d’unités de production, diminution des surfaces en jachère, débouchés pour la betterave, effets sur les production d’huile alimentaire, de colza ou de tourteaux.
Au final, cette politique a été essentiellement financée par le contribuable ou le consommateur. Le montant des soutiens reçus par la filière (2,65 milliards d’euros) est supérieur à celui de ses investissements. La facture du consommateur est de 3 milliards d’euros sans compter le prix plus élevé des agrocarburants répercuté à la pompe. Aujourd’hui, la culture des végétaux destinés aux agrocarburants représente près de 6% de la surface agricole utile (1,7 million d’hectares). A titre comparatif, les surfaces bio peinent à atteindre les 4% (3,09% fin 2010), quand l’Etat s’était fixé l’objectif de 6% en 2012."
Planetoscope : la production mondiale de biocarburants
- L'Agence Internationale de l’Energie (AIE) évalue à 26% la part des biocarburants dans les carburants totaux nécessaire pour limiter le niveau de concentration atmosphérique à CO2 de 450 ppm en 2050 (AIE, 2008). Selon les différents scénarios de l’AIE, la biomasse pourrait représenter
entre 10 et 20% de la demande globale d’énergie à ce même horizon temporel.
- En 2008, la production mondiale de biocarburants a représenté environ 43 Mtep, soit un peu plus de 2% des carburants utilisés dans les transports routiers, principalement sous forme d’éthanol aux Etats-Unis et au Brésil et sous forme de biodiesel dans l’UE. Cette production a nécessité environ 100 Mt de céréales (5% de la production mondiale), 320 Mt de plantes sucrières (17%) et presque 11Mt d’huiles végétales (9%) et a mobilisé 28 Mha soit 3% des surfaces mondiales en grandes cultures (céréales, oléagineux et plantes sucrières) (estimations INRA, 2010). Même si la part des matières premières agricoles utilisées pour les biocarburants reste encore modeste, elle connait depuis presque dix ans un développement rapide. (academie-agriculture.fr/mediatheque/seances/2010/20100310resume3.pdf)
Les biocarburants de 1ère génération
- fabriqués à partir de colza, tournesol ou de palme. Le bioéthanol extrait de betterave ou de canne à sucre, de blé ou de maïs. Bilan environnemental peu flatteur et contesté car les plantations détournent les sols arables de la production agricole et donc contribueraient au déficit alimentaire mondial.
Les rendements insuffisants des biocarburants
- Les automobilistes savent qu’il faut 30% de biocarburants en plus pour rouler la même distance qu’avec de l'essence issue de pétrole. Les biocarburants peuvent donc revenir plus chers que l’essence. En fait, le biocarburant est rentable quand le prix de l’essence est au dessus de 75 dollars le baril.
Les biocarburants de 2eme génération
- Les biocarburants de 2eme génération sont fabriqués à partir de déchets végétaux agricoles ou forestiers ou de toute matière végétale : bois, feuilles, paille, etc.
Parce qu’ils utilisent de la biomasse non alimentaire, les biocarburants 2G annulent la concurrence directe avec les utilisations alimentaires. Lorsqu’il s’agit des résidus ou des déchets, ou même de biomasse forestière correspondant à un «surplus de croissance», la question de concurrence indirecte pour l’utilisation des terres ne se pose pas. En revanche, dès qu’il s’agit des cultures énergétiques dédiées, cette question de concurrence se pose dans les mêmes termes
La raréfaction des énergies fossiles et le changement climatique invitent à remplacer le carbone fossile par le carbone renouvelable. Dans cette perspective, la biomasse est un candidat prometteur pour peu que son utilisation soit durable.
Cette avancée démontre la faisabilité de production de bioéthanol et, de manière ultime, de bioplastique, à partir de biomasse ligno-cellulosique. De façon générale, les technologies développées dans BIOCORE favorisent l’utilisation des cultures à des fins alimentaires en réservant les seuls résidus de ces cultures à la fabrication de bioéthanol ou de biomatériaux, et en cherchant à exploiter les biomasses non-alimentaires telles que le bois.
Biocore, le biocarburant à base de paille de blé
- L’INRA, coordinateur du projet européen BIOCORE en association avec deux partenaires industriels de celui-ci, CIMV et DSM, annoncent la production à l’échelle pilote de bioéthanol de 2ème génération fabriqué à partir de paille de blé.
Le projet européen FP7 BIOCORE (BIOCOmmodity REfinery) soutient la production de bioéthanol de 2ème génération à partir de paille de blé. Pour parvenir à ce succès, la société CIMV a transformé, dans son installation pilote (Pomacle, Marne), de la paille de blé en cellulose, hémicellulose et lignine, les trois composants majeurs de la biomasse non-alimentaire. La cellulose a ensuite été transformée en sirop de glucose par la société DSM. Le procédé de transformation repose sur une fermentation utilisant des enzymes thermostables développées et brevetées par DSM. Enfin, l’étape de distillation a permis la production d’une centaine de litres d’éthanol, actuellement utilisés par la société Arkema S.A. pour produire un précurseur du bio PVC à savoir l’éthylène
Les biocarburants de 3ème génération
- Ces biocarburants exploitent la capacité de certaines micro-algues à se reproduire à grande vitesse tout en produisant et accumulant des sucres et des huiles.
Les biocarburants issus des micro algues
- Parmi les biocarburants de 3e génération, l’un des plus prometteurs est directement issu de la culture d’algues. Les microalgues sont des végétaux unicellulaires qui se cultivent en eau douce ou salée, et qui possèdent beaucoup de lipides (jusqu’à 80% de leur poids), ce qui leur confère un grand potentiel énergétique. Les algues sont cultivées sur des panneaux ou dans des tubes, pour optimiser la photosynthèse qui accélère la croissance. Ainsi, leur rendement photovoltaïque est 40 fois supérieur à celui du colza.
Dans la pratique, on les utilise principalement pour produire du biodiesel. On peut observer ci-dessous le fonctionnement d’une bioraffinerie, permettant de valoriser l’énergie algale.
Le problème de l’exploitation est qu’elle coûte cher (le prix de revient est de 5€/L). Il faut donc envisager des améliorations sur la chaîne de production pour arriver à un système économiquement viable. Par exemple, la croissance des algues d’eau douce consomme beaucoup de CO2. Ainsi, placer les cultures près des industries en émettant beaucoup permettra d’accélérer la culture et de réduire les émissions des usines.
Pour les plus courageux, voici une étude détaillée des méthodes de culture et de la production de biodiesel.
Les biodiesels ne sont cependant pas les seules applications prometteuses : des essais concluants de bio-kérosène ont été conduits sur des avions américains et japonais, et plusieurs compagnies aériennes (Continental airlines, Japan airlines, etc…) investissent activement dans la recherche sur les carburants algaux.
L’énergie algale est considérée comme l’avenir de l’énergie propre par beaucoup, car son potentiel est colossal, et car elle ne concurrence pas les cultures alimentaires comme les biocarburants de première génération. De plus, on s’aperçoit de l’intérêt qu’elle suscite par l’émergence de projets soutenus par les Etats. Par exemple, l’IEED Greenstars vient d’obtenir des fonds publics pour lancer un programme de recherche sur les applications des microalgues, dans des domaines allant des cosmétiques aux biocarburants. Pour plus d’informations, une présentation est disponible ici.
On peut également noter le projet Salinalgue à Gruissan, mis en place par le Pôle Mer PACA. Ce projet de 7M€ vise à faire du bassin de Gruissan une place forte de la production de biocarburants. On peut enfin citer Fermentalg, une entreprise qui fait de la recherche dans les applications alimentaires et chimiques des microalgues.
- Ces projets de biocarburants à base d'algues sont la marque forte d’une dynamique d’innovation basée sur la culture des algues dans le sud de la France.
Le principal problème de l’énergie algale tient à ses coûts de production encore élevés, et à l’acceptation du principe. Comme pour toute innovation majeure, il est nécessaire de faire des efforts conséquents en matière de recherche et développement, pour sélectionner les meilleures souches parmi les millions existantes et mettre en place les procédés de transformation les plus efficaces possibles. L’utiliser à court terme paraît donc assez complexe, c’est pourquoi son développement est attendu pour l’horizon 2020. (source : wiki2d.org/les-bonnes-pratiques/energie-climat/microalgues)
- A l'échelle des 20 prochaines années, force est de constater que les biocarburants actuels, éthanol et biodiesels, ne représenteront qu'une étape transitoire. Lřéthanol possède un degré de réduction, et donc un contenu énergétique, trop faible, le biodiesel issu des plantes une productivité à l'hectare trop faible. Certes la production de ces deux agro carburants dits de 1ère génération est encore perfectible Ŕ et le sera Ŕ mais deux contraintes sous-tendent les recherches engagées et la prospective. Dřune part, celle d'accroître la productivité à l'hectare sur des terres exploitées (déchets agroindustriels) et sur lřutilisation de nouveaux espaces non concurrentiels avec la production alimentaire (forêts, prairies et terres non utilisées), d'autre part celle de produire de nouvelles biomolécules biosourcées à contenu énergétique élevé « hydrocarbons like », le stade ultime étant la production 'řhydrocarbures à partir de biomasse. En 2007, la société LS9 déclarait : « le meilleur substitut aux hydrocarbures est un autre hydrocarbure ». Nous ajoutons vert. A titre d'exemple, pour la série homologue des alcools, avec une base 100 pour les hydrocarbures (degré de réduction maximal) le contenu énergétique du méthanol est de 54 %, celui de l'éthanol est de 73 %, celui du butanol de 95,6 %. En terme de contenu énergétique les esters méthyliques d'acides gras sont donc très corrects, le méthane et l'éthane présente également des pouvoirs calorifiques très élevés pour des émissions en CO2 environ 25 % plus faible que le gazole et l'essence.
Si la nature a mis des millions d'années à convertir la biomasse en pétrole via le kérosène le challenge pour les technologues est de convertir la biomasse en pétrole en quelques heures.
La voie thermochimique couplant gazéification et procédés de type Fischer Tropsch (FT) et méthanation (BioSNG) est une voie dřaccès crédible pour peu que des perfectionnements technologiques soient apportés. Cřest une référence stratégique.
Dřautres voies dřaccès sont suivies par les biologistes, elles passent par la déconstruction des substances de réserve des plantes (amidon, fructosanes), des lignocelluloses (voie humide), leur hydrolyse en monomères puis lřobtention de molécules à contenu énergétique élevé par voie microbienne. Ces réactions de type dismutation sont très performantes sur le plan énergétique (rendement de 90 %pour la production biologique de bioéthanol, de 92 % pour la production de bio méthane).
Toutefois, lorsque ces molécules sont à lřétat dissous leur extraction entraîne un coût énergétique élevé. Outre lřobtention de molécules réduites les caractéristiques dřinsolubilité dans lřeau seront recherchées : volatilité, immiscibilité, précipitation ou flottabilité de solides.
Contrairement au n-butanol produit en métabolisme réductif lřiso butanol lřest par voie oxydative en modifiant les voies de dégradation des alpha céto acides (alpha céto valérates pour les butanols). La logique de développement est traitée en termes dřénergie et de synthons (Metex, Gévo, Butamax, Du Pont de Nemours). (source : energie.cnrs.fr/2011/ATELIERS2011.pdf)
Les biocarburants de 4ème génération
pas du tout au point, ces biocarburants seraient produits à partir de micro-organismes génétiquement modifiés.
L'observatoire des biocarburants
- Pierre-Franck Chevet, directeur général de l’énergie et du climat, annoncé fin septembre 2011 l’installation de l’Observatoire des biocarburants.
L’Observatoire des biocarburants a vocation à suivre le développement des actions engagées dans ce domaine pour atteindre l'objectif fixé pour 2020. Pour cela, il mettra en place des indicateurs de suivi, analysera les bilans et identifiera les causes des éventuels décalages avec les prévisions de développement. Il pourra proposer des pistes permettant de compenser les déficits éventuels ou d'améliorer l'efficacité des dispositifs en place.
Le flop des biocarburants en France
- Avec le Grenelle environnement, la France met en place une stratégie ambitieuse de développement des énergies renouvelables sur son territoire. L’objectif est d'atteindre 23% d’énergies renouvelables dans la consommation totale d’énergie d'ici 2020.
Dans le secteur des transports, un objectif de consommation de 10% d'énergies renouvelables a été fixé à l’horizon 2020. Les biocarburants apporteront la contribution la plus importante à cet objectif, avec en complément du biogaz ou de l’électricité verte par exemple. En 2010, l'objectif d'incorporation de biocarburants dans les carburants de référence, fixé à 7 % (en énergie), est presque atteint.
La France a élaboré et transmis à la Commission européenne son plan national d'action qui définit, pour la période 2010-2020, les trajectoires prévisionnelles de développement des différentes formes d'énergies renouvelables pour atteindre l’objectif de 23%.
Une joint venture pour les biocarburants de 2ème génération
Voir aussi sur les biocarburants et carburants
[ Bioéthanol ] [ GPL ] [ Hydrogène ]