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Qu’est ce qu’un biocarburant ?

Grégory Launay - Dernière mise à jour : 3 janvier 2010

 

Comment peut-on les définir ?

Aussi appelés agrocarburants ou encore carburant végétal, les biocarburants ne sont qu’une façon parmi d'autres d’exploiter la biomasse, c'est-à-dire la somme de l’énergie issu de la photosynthèse et stockée sous forme végétale : bois, paille, céréales, etc.

La biomasse est l’énergie de base qu’a utilisé l’espèce humaine depuis quelle existe. Pour se nourrir tout d’abord (l’équivalent de 500 à 600 Mtep par an aujourd’hui, non comptabilisé dans le bilan énergétique mondial) puis pour l’essentiel de ses besoins énergétiques avant la première révolution industrielle et l’arrivée du charbon (pour l’alimentation, le bois de chauffage, etc.).

Production d’énergies renouvelables par filières en France en millions de tonnes équivalent pétrole – Source : Commissariat Général du développement durable 2009, chiffres 2008

C’est encore la première source d’énergie renouvelable actuellement utilisée de par le monde (le graphique concerne la France mais les ordres de grandeur mondiaux sont identiques).

Bilan énergétique mondiale en 1973 et 2007 – Source : Agence Internationale de l’Energie 2009

Elle pèse pour un peu plus de 10% du bilan énergétique mondiale (un peu plus de 1 Gtep). Les biocarburants dans tout ça ne sont qu’une forme un peu nouvelle d’exploiter cette biomasse, qui consiste à la transformer en ce que l’automobile sait le mieux utiliser : un carburant liquide.

Leur littérature en distingue plusieurs types désignés communément 1er, 2nd, 3ième générations. Seule la première génération existe réellement, les deux autres étant des pistes de recherche plus ou moins avancées.

 

Pourquoi en parle-t-on ?

Comme pour le bois de chauffage, l’exploitation d’une biomasse faite sur un rythme permettant un renouvellement (une bonne gestion forestière !) correspond à une ressource renouvelable.

Cela signifie que l’exploitation de cette biomasse pour les transports est potentiellement un levier puissant pour réduire la consommation d’énergie fossile (le pétrole, non renouvelable) et réduire les émissions de CO2. En effet, lors de la combustion d’un biocarburant, le CO2 rejeté est celui que la plante a emmagasiné durant sa croissance et s’inscrit donc dans le cycle naturel du carbone.

En plus de ce double avantage, ils sont directement substituables aux carburants actuels. Il n’y a pas besoin de renouveler le parc automobile (comme pour les voitures électriques) ni de développer de nouvelles infrastructures (comme pour la pile à combustible) et tout ça c’est du temps de gagner ! Derrière cette belle idée se cachent tout de même quelques difficultés.

La première est le rendement énergétique d’obtention de ces carburants (ou ERIO). La biomasse ne se transforme pas toute seule en carburant liquide (enfin si, ça s’appel du pétrole … mais ça prend un peu de temps), il faut donc introduire de l’énergie (non renouvelable elle) pour faire cette transformation. C’est un peu comme si nous étions obligés de prendre une voiture pour aller chercher du bois de chauffage. Même avec une bonne gestion forestière, le bois ainsi obtenu n’est alors pas tout à fait renouvelable. Pour les biocarburants c’est pareil, ils sont renouvelables au carburant près qu’il faut introduire pour les obtenir !

La seconde concerne les quantités nécessaires (le flux !). Ici comme ailleurs, c’est avant tout la quantité énorme d’énergie consommée qui pose problème. On se trouve alors confronté à un problème de disponibilité des terres et de concurrence avec les besoins alimentaires. Si une partie des terres arables est utilisée pour faire des carburants, par définition elle ne l’est plus pour produire de l’alimentation. Or l’alimentation est déjà en soi un enjeu majeur de ce siècle (comme nous l’ont rappelé les émeutes de la faim dans 35 pays en 2007) : augmentation forte de la population, érosion des sols, pollution des terres … les défis ne manquent pas.

Poursuivons …

 

Comment sont faits les biocarburants de 1ère génération ?

Ce terme de « 1er génération » désigne les seuls carburants issus de la biomasse qui ont une réalité industrielle tangible. Ils exploitent la matière la plus noble de la plante, celle où l’énergie est déjà la plus concentrée ! Il existe de nombreuses façons de les fabriquer (on parle de filières) que l’on classe généralement en deux catégories.

La première filière, consiste à utiliser l’huile végétale brute (l’huile alimentaire) produite par les plantes. Difficilement exploitable en l’état, on fait réagir cette huile brute avec du méthanol (généralement obtenu à partir du gaz naturel) pour en gros l’enrichir en hydrogène. On appelle ça une opération de transestérification et le produit obtenu est un ester méthylique (le radical est un alkyle).

Principe d’obtention du biodiesel (EMHV)

Le carburant obtenu est appelé Ester Méthylique d’Huiles Végétales (EMHV) ou plus simplement biodiesel. Ses caractéristiques physico-chimiques le destinent en effet à être consommé par les moteurs diesels. Il peut être utilisé pur ou mélangé avec du gasoil classique (on parle alors de B30 pour un mélange contenant 30% de biodiesel).

Les huiles végétales utilisées proviennent principalement du colza et du tournesol grâce à leurs bonnes propriétés mais on peut aussi utiliser les huiles de soja, de palme, de jatropha voir des graisses animales et des huiles recyclées.

La seconde filière consiste à utiliser les sucres présents dans la matière végétale pour obtenir un alcool via une fermentation. Cet alcool, appelé éthanol, n’est ni plus ni moins le même que l’on trouve dans toutes nos boissons favorites !

Les sucres peuvent être issus directement de plantes sucrières (betterave ou canne à sucre) ou obtenus à partir de l’amidon de plantes céréalières (maïs, blé, orge, pomme de terre, manioc, etc.).

Principe de fabrication du bioéthanol

L’éthanol peut être utilisé pur ou en mélange direct avec de l’essence. Les propriétés de ce carburant le rendent plus volatile qu’une essence traditionnelle. Pour régler ce problème (indispensable pour répondre à la réglementation européenne) l’éthanol peut être transformé en ETBE (éthyl-tertiobutyl-éther) par association avec de l’iso-butylène (produit de raffinage du pétrole). L’Europe fait de l’ETBE, le Brésil et les Etats-Unis le mélangent directement à l’essence ou le consomme pur.

Ces filières, dites de 1er générations, ont connu un engouement très important au début des années 2000, poussées notamment par les réglementations européennes, américaines, etc. Puis, suite à l’envolée du prix des denrées alimentaires et l’épisode dit « des émeutes de la faim » … le soufflé médiatique est un peu retombé …

 

Et demain, quels biocarburants ?

Parmi les « autres générations », commençons par la 1bis … drôle de nom oui. Elle désigne ni plus ni moins des processus optimisés de ceux déjà présentés, le tout consistant à optimiser des rendements à l’hectare ou à mieux exploiter des contextes locaux.

Citons par exemple l’EEHV (ester éthyliques d’huiles végétales) qui consiste à remplacer le méthanol (fossile) par de l’éthanol (bio !) dans la synthèse du biodiesel. Cette technique intéresse de près le Brésil (qui a beaucoup de bioéthanol) et l’Europe (qui aurait besoin de beaucoup de biodiesel). Citons aussi le procédé NexBtL qui consiste à distiller (comme du pétrole traditionnel) de l’huile végétale brute au préalable hydrogénée. Ce procédé permettrait de mieux valoriser tous les types d’huiles. Ces techniques sont bien sûr plus chères que les techniques « traditionnelles » (4 fois plus pour le NexBtL) …

Viennent ensuite les filières de seconde génération. On peut les définir comme étant celles qui utilisent de la biomasse « lignocellulosique » comme matière première. Plus simplement elles consistent à exploiter les parties des plantes qui ne sont pas valorisées par d’autres filières (alimentaires notamment) : paille, déchets forestiers, etc. La partie valorisée est alors la paroi de la cellule végétale (constituée de cellulose, d’hémicellulose et de lignine), abondante mais moins dense énergétiquement que le fruit. Cette filière valorise la source de carbone renouvelable la plus abondante de notre planète.

Composition de la biomasse lignocellulosique - Source : IFP, panorama 2007

On distingue deux filières pour exploiter cette biomasse. La filière BtL (Biomasse to Liquid) qui vise à la production de gazole et de kérosène et la filière Bio-essence qui vise à la production d’éthanol.

Si pour la filière Bio-essence (dite biochimique) le procédé de fabrication reste très proche de celui du bioéthanol classique (à quelques étapes préliminaires près …), pour la filière BtL tout change. Les procédés de fabrication (dits thermochimiques) sont beaucoup plus proches de ceux utilisés pour les carburants de synthèse (les carburants liquides réalisés à partir de charbon ou de gaz).

Même si de nombreuses briques des procédés envisagées sont maitrisées, l’ensemble en est encore au stade de la recherche (des unités pilotes sont en construction) ; aucun déploiement industriel à grande échelle n’est envisagé avant 2015.

 

Génération 3 et au-delà …

Pour la suite, on parle de biocarburants réalisés à partir d’algues à croissance rapides qui convertissent le CO2 en lipides (avec l’aide du soleil bien sûr) qu’elles stockent à l’intérieur de leurs cellules .…. Pour l’instant tout reste à faire mais les budgets de recherche existent.

Plus loin de nous encore il y a même des projets qui visent à produire des biocarburants directement depuis l'énergie solaire grâce à un bioréacteur utilisant deux organismes symbiotiques. Le premier capte directement le rayonnement solaire et produit des sucres à partir du CO2. Le second convertit les sucres directement en carburants utilisables par le secteur des transports ! Facile non !!