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L'énergie à découvert

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Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Cinquième partie. Les énergies renouvelables

5. Biomasse : filières thermochimiques

Jacques Lédé

Texte intégral

1Le terme très général de biomasse englobe des produits d’origines très variées (forestière, agricole, marine, etc.). Principale source d’énergie renouvelable, elle présente de nombreux avantages : gisement bien réparti, abondant, rapidement mobilisable. En outre, le CO2 libéré lors de sa valorisation est réabsorbé par les végétaux lors de la photosynthèse*. Son utilisation à des fins énergétiques nécessite cependant sa transformation préalable. Trois grandes voies sont possibles : physico-chimiques (huiles végétales), biochimiques (fermentation, hydrolyse*, digestion anaérobie*) et thermochimiques. L’un des avantages de ces dernières est de pouvoir transformer à la fois cellulose*, lignine* et hémicelluloses* qui sont les principaux composants de tous types de biomasses.

2Les nombreux types de filières thermochimiques diffèrent selon la nature de la biomasse, les conditions de mise en œuvre du procédé ainsi que les produits et applications visés. Elles sont généralement classées en combustion, gazéification et pyrolyse.

3En combustion, la dégradation thermique totale de la biomasse est effectuée en présence d’un excès d’oxygène (air) pour la production directe de chaleur utilisable pour le chauffage ou pour la production d’électricité (centrale thermique). La combustion est pratiquée par l’humanité depuis plusieurs centaines de milliers d’années.

4En gazéification, la biomasse est transformée en présence de fractions d’oxygène plus faibles (ou aussi de vapeur d’eau) en un gaz contenant en majorité du dihydrogène H2 et du monoxyde de carbone CO. Ce gaz de synthèse peut être brûlé pour la production de chaleur et d’électricité (moteur, turbine), être à la base de la synthèse catalytique de biocarburants de substitution aux carburants fossiles (synthèse dite « de Fischer-Tropsch ») ou être converti en un gaz riche en H2. Enfin, le procédé de gazéification peut être orienté vers la production de gaz naturel de substitution. Préalablement à ces applications, le gaz de synthèse doit subir des opérations d’épuration pour le débarrasser de ses impuretés (notamment fines particules et goudrons*).

5En pyrolyse, la biomasse est chauffée sous atmosphère inerte non oxydante. La réaction produit trois phases : solide (charbon de bois), gazeuse (H2, CO, CO2, CH4, hydrocarbures légers) et vapeurs condensables (goudrons, huiles de pyrolyse). Leurs proportions dépendent des conditions opératoires. En conditions de chauffage lent, la production de charbon est optimale : ce sont les procédés de carbonisation*. Sous basse température (< 300 °C), on parle de torréfaction*. Par contre, lorsque la biomasse est soumise à des conditions de densités de flux de chaleur élevées, la réaction s’effectue à plus haute température (~ 500 °C). La production de fluides (gaz, liquides) est alors maximisée. C’est la pyrolyse rapide dont le concept est plus récent (quelques dizaines d’années). Elle est surtout mise en œuvre pour la préparation d’huiles de pyrolyse (« Bio-oils »). Renfermant un très grand nombre d’espèces chimiques, elles peuvent être utilisées pour la production directe d’énergie, la préparation de produits chimiques et/ou, après traitement (notamment désoxygénation), en tant que carburant compatible avec les carburants fossiles. Enfin, la liquéfaction directe pratiquée sous haute pression permet de préparer en particulier des huiles.

6Le développement de ces procédés nécessite la poursuite d’opérations de recherche. Les mécanismes intimes de décomposition thermique de la biomasse ne sont encore que partiellement connus du fait des compositions très complexes et variables des divers types de biomasses disponibles. Le fonctionnement des réacteurs haut température doit être optimisé ainsi que les opérations de conditionnement amonts (biomasse) et avals (traitement des produits recherchés). Doivent être également intégrées des considérations sociétales, économiques, environnementales et de disponibilité de la ressource. Enfin, il convient de prendre en compte des problèmes de concurrence (ou compatibilité) entre ces diverses filières, avec d’autres sources d’énergies, et aussi avec d’autres formes d’utilisations, non énergétiques, de la biomasse.

Auteur

Génie des Procédés, Directeur de Recherche Emeriteau CNRS, LRGP, Université de Lorraine, Nancy.
jacques.lede@ensic.inpl-nancy.fr

© CNRS Éditions, 2013

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