Biocarburant
Les biocarburants au sens strict sont des charbon de bois.
Pour utiliser les biocarburants dans les moteurs, deux approches sont possibles. Soit on cherche à adapter le biocarburant (par transformation chimique pour obtenir du huile végétale pure. Cette stratégie permet une production locale (décentralisée) des carburants.
Le vocable biocarburant (du grec bios, qui signifie vie, vivant, et du latin carbo qui signifie carbone, charbon) peut prêter à confusion étant donné que, même s'ils sont obtenus à partir d'êtres vivants, les biocarburants ne sont pas systématiquement issus d'une agriculture biologique (agriculture bio). De ce point de vue, le mot agrocarburant (par référence à l'origine agricole du carburant) est préférable bien que moins usité. Les expressions "carburant vert" et "carburant végétal" sont aussi employées.
Dans le contexte des changements climatiques et de la flambée des prix du baril de pétrole, les biocarburants sont aujourd’hui souvent présentés comme une alternative énergétique durable. Cependant, ce caractère durable (ou pas) dépend de nombreux paramètres. Leur production uniquement guidée par des impératifs économiques peut conduire à de graves conséquences sociales et/ou environnementales[3] et que le carburant le plus facile à remplacer est celui que l'on ne consomme pas : le développement des biocarburants devrait idéalement se faire parallèlement à la promotion des économies d'énergie.
Sommaire
|
Les filières de première génération
La filière huile
De nombreuses espèces végétales sont oléifères comme par exemple le [9].
Toute extraction d’huile végétale peut être effectuée par simple pressage à froid – écrasement, ou par voie chimique, ou une combinaison des deux méthodes. L’utilisation d’un solvant organique permet d’atteindre un niveau d’extraction de 99% mais à un coût plus élevé. L'diester™.
La filière alcool
De nombreuses espèce végétales sont cultivées pour leur sucre : c'est le cas par exemple de la canne à sucre, de la betterave sucrière, du maïs ou encore du blé.
- le bio-éthanol est obtenu par gazole mais cette pratique est peu fréquente.
- l'Ethyl-tertio-butyl-éther (ETBE) est un dérivé (un éther) de l'éthanol. Il est obtenu par réaction entre l'éthanol et l'isobutène et est utilisé comme additif à hauteur de 15 % à l'essence en remplacement du plomb. L'isobutène est obtenu lors du raffinage du pétrole.
- le bio-butanol[16]
- le méthanol (ou "alcool de bois"), obtenu à partir du méthane piles à combustible. Le méthanol est cependant très toxique pour l'homme.
Autres filières
La filière gaz
- le gaz naturel, et ainsi s'y substituer en petite partie pour les utilisation traditionnelles qui en sont faites.
- le dihydrogène (bio-hydrogène) : Le reformage du bio-méthane permet de produire du dihydrogène. Ce dernier peut également être produit par voie bactérienne ou microalgale. [21]
- la filière BTL (ou Biomass to liquid) permet d'obtenir des carburants grâce à la [22]
- le gazogène est un système qui peut remplacer l'essence dans les moteurs à explosion.
La filière charbon de bois (biocarburant solide)
Le pyrolyser les feuilles de cannes à sucre, feuilles qui sont ne sont presque jamais valoriseés actuellement.
Les filières de deuxième génération : un meilleur bilan social et environnemental
Des biocarburants de 2e génération ?
Un inconvénient majeur pour le développement des carburants de première génération est qu'ils entre en compétition avec les cultures alimentaires [24]. De nouvelles filières, aux meilleurs rendements et plus intéressantes sur le plan environnemental émergent progressivement.
- La transformation de la éthanol cellulosique.
- Selon le directeur du [29]
- C'est probablement à partir de cultures de [34], 30 à 100 fois plus efficaces que les oléagineux terrestres, que des biocarburants pourront être produits avec les meilleurs rendements , rendant ainsi envisageable une production de masse sans déforestation massive ni concurrence avec les cultures alimentaires. Pour obtenir un rendement optimal en huile, la croissance des microalgues doit s'effectuer avec une concentration en C02 d'environ 13%. Ceci est possible à un coût très faible grâce à un couplage avec une source de C02, par exemple une centrale thermique au charbon, au gaz naturel, au biogaz, ou à une unité de fermentation alcoolique. La fermentation des sucres (canne à sucre, blé, maïs) en éthanol génère de grandes quantités de C02 (à concentration élevée) qui peuvent nourrir les microalgues. La production de 50 litres d'éthanol par fermentation alcoolique s'accompagne de la production de 15 litres de C02. En ce qui concerne la filière huile, les tourteaux obtenus après extraction de l'huile végétale (Jatropha curcas, Karanj, Saijan, Tournesol, Colza etc.) peuvent servir à produire du biogaz (méthane). Le méthane peut alimenter une centrale thermique (production d'électricité) et le CO2 libéré peut aussi nourrir les microalgues. Le bilan carbone global et le caractère durable de la filière dépend donc de la source de C02 utilisée. A noter que la croissance des microalgues est bien entendu possible dans les conditions atmosphériques naturelles (concentration en C02 de 380ppm) mais les rendements sont alors beaucoup plus faibles.
- Jatropha curcas, un arbuste qui pousse en zone aride et qui produit en moyenne 1892 litres d'huile par hectare et par an, est également une plante très prometteuse. Sa culture (réalisée de manière éco-responsable) permet en particulier de lutter contre la désertification (photos ci-contre). A l'occasion du [37]
- Pongamia pinnata (ou Karanj, photo ci-contre) est un arbre à croissance rapide, fixateur d'azote, très résistant à la sécheresse, qui pousse en plein soleil, sur des sols difficiles, même sur des sols salés, et producteur d'huile. L'Inde encourage actuellement fortement la plantation de cet arbre (ainsi que de l'arbuste Jatropha curcas) dans les zones impropres aux cultures traditionnelles, ceci dans l'optique de produire de l'huile végétale. Les rendements moyens en huile sont de 5 tonnes/ha/an la dizième année, ce qui est excellent.
- D'autres espèces oléifères cutivables en zone aride offrent également des perpectives très intéressantes : Cleome viscosa etc.
La polyculture (association de plusieurs espèces) est de loin préfèrable d'un point de vue environnemental aux monocultures. On peut ainsi envisager de planter des forêts où se mélangent Mahua, Saijan, Karanj ainsi que d'autres essences utiles aux populations locales.
A noter que le bilan énergétique ainsi que le bilan carbone sont toujours bien meilleurs quand on adapte le moteur à l'huile végétale pure (biodiesel, processus lourd) à des moteurs conçus pour fonctionner avec des dérivés du pétrole.
Intérêt économique et géostratégique des biocarburants
Une grande partie de la production pétrolière à lieu dans des pays instables : [39]
Chiffres clés[41] :
- - Production mondiale d'EMHV (=biodiesel="Diester") en 2005 ~ 4 millions de tonnes (Allemagne : 45% de la production mondiale -France : 15% - Italie : 11% - USA : 7%)
- - Production mondiale d'éthanol en 2005 : 36 millions de tonnes dont 75 % utilisés pour la carburation (37% de la production mondiale : Amérique du sud - 36% : Amérique du nord et Amérique centrale - Asie : 15% - Europe : 10%)
- - Consommation mondiale de pétrole dans les transports routiers en 2005 : 1,6 milliards de tonnes
Les deux plus grands producteurs de bioéthanol sont les [42].
Les différentes filières de biocarburants permettent de stimuler l'activité agricole et sont génératrices d'emplois à tous les niveaux de la chaîne de production. A noter que la synthèse de biocarburants à l'échelle locale ( huile végétale carburant par exemple) conduit à une autonomie énergétique des agriculteurs, à une réduction du transport des carburants, et permet enfin de vivifier le tissu socio-économique rural.
- Statégies nationales :
Bilan et perspectives
Les biocarburants de la faim
Une part croissante des terres agricoles tend à être utilisée pour produire des biocarburants (filière alcool ou filière huile). Il en résulte une hausse des prix de certains aliments de base. Le cours du maïs, utilisé pour produire l'éthanol, a atteint en 2006 son plus haut niveau depuis 10 ans à la bourse de Chicago, du fait d'un déséquilibre de l'offre et de la demande physique accompagné par des opérations à terme de certains fonds de placement (hedge funds). Cela s'est répercuté sur le coût de la vie au Mexique et dans d'autres pays d'Amérique latine où la farine de maïs est l'une des bases de l'alimentation [47] .
Cette hausse peut se répercuter sur le prix d'autres produits agricoles. Les experts de la [49]
Les biocarburants de deuxième génération (microalgues, plantes oléifères des zones arides etc.) permettraient de résoudre ce problème de compétition avec les cultures à vocation alimentaire.
Les biocarburants classiques
En 2003, le biologiste Jeffrey Dukes[52]. Dans le même article, Dukes estime que le remplacement des carburants fossiles par une combustion de végétaux actuels correspondrait au moins à 22% de la production végétale terrestre (y compris des végétaux marins), augmentant ainsi de 50% l'appropriation de cette ressource par l'homme, et compromettant la survie des autres espèces qui en dépendent.
L’obtention de ces biocarburants nécessite d'importantes surfaces cultivables. Selon Jean Marc Jancovici [54]
Impacts sur la biodiversité, la ressource eau et les sols
-
Tyler Volk, professeur du Earth Systems Group du département de biologie de l'université de New York, estime que « la production massive d'éthanol pourrait augmenter la pression sur les terres cultivables, faire monter les prix de la nourriture et accélérer la déforestation».Mexique. La destruction des forêts s'accompagne de libération de grandes quantités de C02, un gaz à effet de serre, dans l'atmosphère.
Les biocarburants classiques ne sont généralement pas issus d'une agriculture bio, mais d'une agriculture conventionelle. Leur impact environnemental n'est pas négligeable : impact sur la biodiversité, consommation en eau, utilisation de pesticides, d'engrais etc.
- L'intérêt (ou pas) du recours à des plantes, des levures ou des bactéries OGM qui permettent d'obtenir de meilleurs rendements est sujet à controverse.
Bilan carbone et bilan énergétique
La combustion des combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz naturel) conduit à la libération de CO2 dans l'atmosphère, carbone qui était sorti du Rubisco notamment. La plante rejette du dioxygène (déchet de la photosynthèse) dans l’atmosphère. Lors de la combustion dans les moteurs des véhicules, ce carbone fixé par la plante et que l’on retrouve dans le biocarburant (filière huile ou filière éthanol) est relâché dans l’atmosphère. Le bilan carbone semble donc, a priori, neutre.
Mais, pour produire le biocarburant, il faut des engrais dont la fabrication, le transport et la distribution est coûteuse en énergie, il faut semer, cultiver, traiter les plantes à très grande échelle pour subvenir aux besoins actuels de nos sociétés. Dans une étude [59] parue dans Bioscience, les chercheurs Marcelo Dias de Oliveira et al, (Université d'Etat de Washington) concluent que la filière éthanol à partir de canne à sucre réduit la biodiversité, augmente l'érosion du sol, et consomme de grandes quantités d'eau, notamment pour le nettoyage des cannes à sucre (de l'ordre de 3.900 litres par tonne).
Dans une étude [61] publiée dans Nature resources research, les chercheurs David Pimentel et Tad Patzek de l'université de Cornell et de Berkeley concluent «qu'il n'y a aucun bénéfice énergétique à utiliser la biomasse des plantes pour fabriquer du carburant.» Le process de fabrication d'éthanol à partir de maïs exigerait en effet 29% d'énergie de plus que celle que l'éthanol peut produire comme carburant, et celle du bois 57% de plus. Les résultats du biodiesel apparaissent du même ordre avec un besoin en énergie pour le produire 27% plus important que l'énergie dégagée en tant que carburant pour le soja, et 118% pour le tournesol (...) ".
En France, l'ADEME a réalisé une synthèse des différentes études, en normalisant les résultats. Conclusion du rapport de synthèse (2006) [62] : " Alors que les résultats publiés sont radicalement différents et donnent lieu à des conclusions opposées, les résultats normalisés permettent de tirer une conclusion commune aux trois études : l’éthanol et le biodiesel permettent tous deux de réduire la dépendance aux énergies non renouvelables par rapport aux carburants fossiles. En ce qui concerne les GES, les indicateurs publiés soulignent les mêmes bénéfices des biocarburants par rapport aux carburants fossiles."
En ce qui concerne la filière huile, le bilan énergétique ainsi que le bilan carbone sont toujours bien meilleurs quand on adapte le moteur à l'huile végétale pure ( biodiesel, processus lourd) à des moteurs conçus pour fonctionner avec des dérivés du pétrole.
Biocarburants et qualité de l'air
- La combustion du bioéthanol produit davantage d'[64] - « Au final, l’incidence des cancers liés à l’E85 serait similaire à ceux liés à l’essence. Par ailleurs, dans certaines régions du pays, l’utilisation du E85 aurait pour conséquence d’augmenter la concentration en ozone, un parfait ingrédient du brouillard ».
Historique des biocarburants
Les biocarburants sont apparus parallèlement à la naissance l'industrie automobile ; huile d'arachide.
Au milieu du XXe siècle, quand le pétrole devint abondant et bon marché, les industriels et les consommateurs se désintéressèrent des biocarburants. Le premier et second King Hubert. Il est alors apparu indispensable au gouvernement américain de se tourner vers des sources pétrolières étrangères ou de développer d’autres carburants.
Avec le contre-choc pétrolier de 1986 (baisse des prix du Suède a comme objectif de devenir indépendante d'un point de vue énergétique dès 2020.