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L'énergie à découvert

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Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Cinquième partie. Les énergies renouvelables

4. Biomasse : de nombreuses filières pour des enjeux importants

Marc Rousset

Texte intégral

1On différencie trois générations de biocarburants. La première génération concerne les carburants obtenus à partir des substances contenues dans l’organe de réserve d’une plante cultivée (canne à sucre, betterave, blé, riz, maïs, tournesol, colza, etc.). Il en résulte une compétition avec les cultures nourricières et souvent une tension sur les prix des denrées alimentaires. La deuxième génération concerne les carburants obtenus à partir de la totalité de la plante. Dans ce cas, on peut utiliser le bois, certaines herbes, des résidus agricoles ou ménagers. Il n’y a donc plus de compétition avec la production alimentaire mais il reste la contrainte du sol et un risque de déforestation, même si une gestion intelligente permet de la limiter. La troisième génération concerne les carburants produits à partir de cultures hors-sol, notamment de micro-algues, qui utilisent l’énergie solaire pour se développer et produire des composés à haute valeur énergétique à l’origine des carburants. Il n’y a donc plus de compétition avec l’agriculture ou les surfaces boisées. Nous présenterons ici les différentes voies de production des biocarburants de 2e et 3e générations appelés 2G et 3G.

2Dans le domaine des bioénergies, le terme de biomasse désigne l’ensemble des matières organiques d’origine végétale, algues incluses, qui seront transformées en biocarburant. On peut aussi y ajouter les matières animales mais qui se limitent à la valorisation de certains déchets. L’un des atouts de la biomasse végétale est d’être renouvelable : il n’y a pas de risque de pénurie à plus ou moins long terme, comme c’est le cas pour les énergies fossiles (charbon, pétrole, etc.). De plus, à la différence des énergies fossiles, le gaz carbonique dégagé par la combustion est fixé par les plantes en croissance grâce à la photosynthèse*, ce qui contribue à la réduction des émissions des gaz à effet de serre et donc à la lutte contre le réchauffement climatique.

Production de bioénergies

3Le potentiel de biomasse végétale mobilisable en France pour la production de bioénergies est estimé à plus de 30 millions de tep (Tonne Équivalent Pétrole*), ce qui correspond à environ 10 % de la consommation d’énergie primaire* de la France. La biomasse peut être utilisée de diverses façons pour la production d’énergies. La plus ancienne est la combustion, à partir de laquelle on obtient de la chaleur. Cette chaleur peut être utilisée directement pour le chauffage ou transformée en électricité dans une centrale électrique. Des techniques plus modernes permettent d’obtenir des biocarburants liquides (bioéthanol, biobutanol, biodiesel, biokérosène…) ou gazeux (biohydrogène, méthane).

Fig. 1 – Gazéifieur de l’usine de Güssing pour la production de biocarburant liquide par voie thermochimique. Source : projet AER

4On peut classer les techniques de transformation de la biomasse en deux grandes catégories : les procédés thermiques et les procédés biologiques. Les procédés thermiques décomposent la matière organique à haute température (de 500 à plus de 1 000 °C) en molécules élémentaires. Suivant la température on parle de pyrolyse (500 °C) ou de gazéification (plus de 1 000 °C). Par pyrolyse on obtient des biohuiles alors que par gazéification on obtient des «  syngaz » (CO et H2). Les biohuiles peuvent être utilisées directement pour produire de la chaleur ou être transformées en syngaz dans un gazéifieur. Les syngaz, quant à eux, servent de base à la synthèse de carburants gazeux (méthane) par méthanation catalytique, ou liquides (figure 1) par un procédé catalytique qui porte le nom de ses inventeurs : procédé Fischer-Tropsch. Les procédés biologiques utilisent des microorganismes pour la transformation de la matière organique (figure 2). La fermentation* des sucres permet par exemple la production d’hydrogène, d’éthanol, de butanol, ou de lipides qui seront ensuite transformés en biodiesel. Le méthane est également très utilisé, il est produit lors de la décomposition anaérobie* de la matière organique. Les micro-organismes photosynthétiques (micro-algues) produisent à certains moments de leur croissance de l’hydrogène ou des substances de réserves telles que les sucres (qui seront transformés en éthanol, butanol…) ou des lipides (qui seront transformés en biodiesel, biokérosène, etc.).

Fig. 2 – Cuves d’hydrolyse et de fermentation* de l’usine pilote Futurol pour la production de biocarburant liquide par voie biologique. Source M. Jolyot PROCETHOL 2G

Enjeux économiques

5L’Union européenne ambitionne d’augmenter, d’ici 2020, la part des énergies renouvelables de 6 à 20 %, ce qui nécessitera un important accroissement de la contribution de la biomasse, nécessitant en France la mobilisation supplémentaire de près de 10 MTep de biomasse. Le scénario proposé pour l’Europe par le BiofRAC (Biofuels Research Advisory Council) à l’horizon 2030, vise une proportion de 25 % de substitution par des biocarburants dans les transports. Les enjeux nationaux de développement de filières bioénergétiques sont considérables car ils permettront une réduction massive des émissions de gaz à effet de serre (GES*) dans l’industrie, les transports et le chauffage, la limitation de notre dépendance énergétique et la création de nouvelles activités économiques. Le développement d’une filière française de valorisation énergétique de la biomasse, notamment pour la production de chaleur et d’électricité, ainsi que pour la fabrication de biocombustibles de 2e et 3e générations, est un enjeu économique de premier plan pour les vingt prochaines années. Ces objectifs devront être atteints dans une approche de développement durable, c’est-à-dire avec maintien de la biodiversité, de la protection des sols et des zones à risques (bassins de captage…), de la ressource en eau. La protection des sols, la limitation de l’emploi des fertilisants et herbicides, la minimisation des GES émis, en fonction des pratiques, constituent également des prérequis pour le développement durable de ces filières sur le territoire.

6La France dispose à cet égard de plusieurs atouts, d’une part, d’importantes ressources sylvicoles* et agricoles, et d’autre part, un important tissu économique agricole et sylvicole. Un effort de diversification de la ressource en biomasse est toutefois nécessaire pour une exploitation durable de la filière. Cela nécessite un accroissement de la mobilisation de la biomasse, son adaptation, sa diversification et l’accomplissement de progrès technologiques, en particulier concernant la logistique, le machinisme et le préconditionnement. Ces progrès sont nécessaires pour permettre la réduction des coûts de mise à disposition de la biomasse. Les procédés de transformation de la biomasse, qu’ils soient biologiques ou thermiques, nécessitent encore de nombreuses recherches. Les rendements de conversion restent pour l’instant faibles et il y a beaucoup de sous-produits indésirables. Nombreux sont encore les mécanismes physiques et biochimiques qui ne sont pas bien compris ou mal contrôlés. L’ensemble de ces techniques ainsi que les verrous scientifiques limitant aujourd’hui une production à grande échelle des biocarburants 2G et 3G seront présentés dans les chapitres suivants.

Bibliographie

Références bibliographiques

Les nouvelles technologies de production de biocarburants : état des lieux et enjeux des filières en développement, Panorama IFPEN, 2011.

Programme-cadre pour la recherche et l’innovation "Horizon 2020", Commission européenne, 2011.

Feuille de route biocarburants avancées, ADEME, 2010.

Énergies issues de la biomasse, ANCRE, 2010.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Gazéifieur de l’usine de Güssing pour la production de biocarburant liquide par voie thermochimique. Source : projet AER
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11012/img-1.jpg
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Légende Fig. 2 – Cuves d’hydrolyse et de fermentation* de l’usine pilote Futurol pour la production de biocarburant liquide par voie biologique. Source M. Jolyot PROCETHOL 2G
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11012/img-2.jpg
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Auteur

Biologiste, Directeur de Recherche au CNRS, Responsable du programme Bio-Matière et Énergie à l’ANR, Chargé des énergies renouvelables à la Direction des programmes à l’AIRD, Directeur du GDR Processus Biologiques et Bioinspirés pour l’Énergie, Marseille.
rousset@imm.cnrs.fr

© CNRS Éditions, 2013

Conditions d’utilisation : http://www.openedition.org/6540

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