Les biocarburants

Les biocarburants
Fabien Volle – Double Module Développement Durable 2012

Perspectives de développement
 Intérêts environnementaux
 Enjeux économiques
 Filières
Sommaire

Contexte énergétique et réglementaire

Les biocarburants aujourd'hui : marchés, bilan

Les biocarburants de 2ième génération : voies de
transformation

La 3ième génération de biocarburant : algues....
2
Introduction
Biocarburant – Biomasse – Bioénergie
Biocarburant : Un combustible liquide ou gazeux utilisé pour le
transport et produit à partir de la biomasse [agrocarburant =
biocarburant issu de cultures agricoles]
Biomasse : Dans le domaine de l'énergie, la biomasse regroupe
« la fraction biodégradable des produits, déchets et résidus
provenant de l’agriculture, y compris les substances végétales et
animales, de la sylviculture et des industries connexes ainsi que la
fraction biodégradable des déchets industriels et ménagers » (art.
29 de la loi 2005-781, POPE)
Bioénergie : ensemble des valorisations énergétiques possibles de
la biomasse : combustible chaleur (ex. le bois énergie), électricité
(ex. le biogaz issus des effluents d’élevages), carburant (ex. l’ester
de colza)
3
Introduction
Biomasse = source d’énergie renouvelable
Énergie
solaire
CO2
Eau
Végétal = biomasse
Minéraux
Photosynthèse
La biomasse agricole est une forme de stockage de l’énergie solaire sous
forme d’amidon, de cellulose, de protéines, de matières grasses donc
une énergie renouvelable « rapidement »
1t de biomasse de type bois à 35% d’humidité ≈ 1m3 ≈ 3MWh ≈ 0,25 tep
4
Sommaire
3

Contexte énergétique et réglementaire

Les biocarburants aujourd'hui : marchés, bilan

Les biocarburants de 2ième génération : voies de
transformation

La 3ième génération de biocarburant : algues....
5
Contexte
Des enjeux essentiels pour notre pays
Economiques : une ressource fiable et de valeur
 Hausse du cours du pétrole Augmentation du coût de la facture
énergétique et des importations
 Développement de filières valorisation de la biomasse
Géopolitiques : une contribution à l’autonomie énergétique
 Sources d’énergie situées dans des zones isolées/instables
 Allier énergie bio-sourcée à d’autres formes d’énergies renouvelables
 Nécessite maîtrise de la consommation et de l’efficacité énergétique
Aménagement du territoire, emploi, développement local / rural
 Valorisation des productions difficiles en raison de la concurrence :
une nouvelle voie de valorisation serait donc bénéfique
 Production et valorisation à peu de distance l’une de l’autre
6
Contexte
Demande en transports en forte croissance
Transport de passagers
Trillion (1012) de Passager-km/An
+62%
+131%
Transport de marchandises
Trillion (1012) de Tonne-km/An
+200%
Afrique
Amérique Latine
+100%
Moyen Orient
Inde
Autre Asie
Chine
Europe de l'Est
Ex-URSS
OCDE Pacifique
OCDE Europe
OCDE Amérique du Nord
Étude « The Sustainable Mobility Project », WBCSD , 2004
4
7
Contexte
Enjeux des biocarburants
Les biocarburants sont :
 Des débouchés non alimentaires pour la production agricole
 Des produits de substitution des carburants pétroliers
 Des possibilités de valoriser des déchets avec un produit à haute
valeur ajoutée (biogazbioGNV)
Les biocarburants font partie :
 De la stratégie européenne d’approvisionnement énergétique (Livre
blanc de l’UE)
 Des axes de développement pour la lutte contre les gaz à effet de serre
(Protocole de Kyoto)
 De la stratégie nationale du développement de carburants de
substitution (Plan Climat, Plan Biocarburant)
8
Contexte
Enjeux énergétiques et environnementaux (GES)
Balance énergétique:
consommation 276 Mtep
production 138 Mtep
Importation énergie
[50 %, 138 Mtep]
Consommation d'énergie par secteur
30% des importations
pour les besoins de
transports routiers
Part des émissions par secteur - Année 2004
6Mtep
2%
15Mtep
5%
32Mtep
12%
Sidérurgie
Industrie
Résidentiel-Tertiaire
Agriculture
Transports
Besoins internes
Usage non énergétique
99Mtep
37%
transports
70Mtep
25%
51Mtep
18%
3Mtep
1%
Source MINEFI 2005
• Pétrole à 96% (50% conso mondiale)
71% gazole [29Mt]
29% essence [12Mt]
• Biocarburant ≈ 1%
Entre parenthèses l’évolution depuis 1990
[Source CITEPA 2005]
9
Contexte
Des contraintes qu’il faut gérer
Concurrence entre « alimentaire » et « énergétique »
 Développement de cultures sur terres en jachères
 Diminution des exportations de denrées agricoles hors UE
 Réorientation d’une partie des terres agricoles vers non-alimentaire
Concurrence entre différentes utilisations du bois
 Equilibre jusqu’à maintenant
 Augmentation des prix pour le bois « énergie »
 Diminution du stock de déchets utilisables pour le papier par ex.
Développement et adaptation des filières
 Gestion des volumes
 Diversification des usages
10
Contexte
Impacts environnementaux
11
Contexte
Objectifs et stratégies
Politiques visant à:
 Protéger la santé publique et l'environnement de produits toxiques et
polluants
 respecter le protocole de Kyoto et maîtriser les émissions de gaz à
effet de serre
 épargner et mieux utiliser l'énergie devenue chère et dont les
ressources sont limitées
12
Contexte
Stratégie adoptée
- 2003/30/CE
- 2003/96/CE
loi POPE du 13/07/2005
Plan Biocarburants
REGLEMENTAIRE
ECONOMIQUE
FISCAL
Quotas CO2
R&D
Défiscalisation
13
Contexte
Réglementation européenne et française

Directive européenne 2003/30/CE




La France s'impose:




2,00 % PCI fin 2005
5,75 % PCI en 2010
10,00 % PCI en 2020
5,75 % PCI en 2008
7,00 % PCI en 2010
10,00% PCI en 2015
Révision UE en 2008-09


20% énergie renouvelable en 2020 dont 10% pour le transport
Critères de durabilité
14
Contexte
Critères de durabilité en termes de GES

Méthodologie de comptabilisation définie dans la Directive
( préconisation du prorata énergétique pour allouer les émissions aux produits et coproduits)

Bilans GES des filières biocarburants existantes et futures en
annexe de la Directive (ne tenant pas compte de changement d'usage des sols)



Valeurs typiques
Valeurs par défaut
Seuils de réduction (vs. réf. fossile essence ou gazole) et échéances

35% minimum (dès mise en application pour nouvelles installations et à partir du 1er Avril
2013 pour installations existantes en janvier 2008)


7
50% minimum (à partir de 2017 pour installations existantes à cette date)
60% minimum (après 2017 pour nouvelles installations)
15
Contexte
Loi POPE
Loi du 13 Juillet 2005 fixant les orientations de la politique
énergétique française
Objectifs clés :
• Diminuer de 3 % par an en moyenne les émissions de gaz à effet de serre de la France.
• Baisser l’intensité énergétique finale de 2 % par an dès 2015 et de 2,5 % d’ici à 2030.
• Satisfaire, à l’horizon 2010, 10 % de nos besoins énergétiques à partir de ressources
renouvelables.
• Produire 21 % de la consommation d’électricité à partir de ressources renouvelables à
l’horizon 2010.
• Augmenter de 50 % la production de chaleur d’origine renouvelable d’ici à 2010.
• Tenir les engagements européens "biocarburants" (5,75 % fin 2010 des carburants
transports).
• Améliorer de 40 % les seuils de performance énergétique des bâtiments neufs d'ici 2020.
• Economiser l'importation d'au moins 10 millions de tonnes d’équivalent pétrole en 2010
grâce à l’apport de la biomasse pour la production de chaleur et de carburants.
16
Contexte
Plans d’action français



Loi d’orientation sur les énergies : augmentation de la part des
Énergies Renouvelables
Plan climat : économiser 52 millions de teCO2 /an jusqu’en 2010
Plan Biocarburants :

Réduction en 2010 de 7MteCO2 comptabilisées dans le secteur des
transports

Avancée du calendrier biocarburant (5,75% en 2008; 7% en 2010;
10% en 2015)

Évolution des normes sur le gazole et l’essence, demande de révision
au niveau européen

Le développement de l’incorporation directe d’éthanol dans l’essence

Soutien au développement de nouveaux biocarburants

Soutien au flex-fuel/ E85 dès 2006 à titre expérimental

Maintien d’une défiscalisation incitative, et d’une TGAP dissuasive qui
ne doit pas peser sur le consommateur

Loi d’Orientation Agricole: usage des huiles végétales pures limité au
carburant agricole, pêche, flottes captives à titre expérimental
17
Contexte
Les instruments d’action
A l’échelle européenne

Politique Agricole Communes :

Jachère énergétique (10% de la surface agricole utile)

Contrat « cultures énergétiques »
A l’échelle nationale


Défiscalisation des biocarburants

Adaptation de la TIC (Taxe Intérieure à la Consommation)

Agréments de production , volumes limités
TGAP sur tous les produits pétroliers

Vendus sans biocarburant

Grille d’exonération (5.75% en 2010)

Vers la création d’un marché
18
Contexte
Les instruments d’action



TGAP « Taxe Générale sur les Activités Polluantes » sur tous les produits
pétroliers vendus sans biocarburant - Loi de finance 2005 article 32
Montant variable révisable tous les quadrimestres. Valeur juin 2005 : 74 €/hl de
gazole ; 86 €/hl d’essence
Réduction de la taxe en fonction du taux PCI d’incorporation de biocarburant
Simulation juin 2005 (ct€/l)
Années
Taux de
PCI
Vol
équivalent
ETBE
Volume
équivalent
éthanol
Volume
équivalent
EMHV
gazole
essence
2005
1.2 %
3.07 %
1.82 %
1.31 %
0,89
1,03
2006
1.5 %
3.84 %
2.28 %
1.64 %
1,11
1,29
2007
3%
7.68 %
4.56 %
3.27 %
2,22
2,58
2008
4%
10.24 %
6.08 %
4.36 %
2,96
3,44
2009
5%
12.80 %
7.6 %
5.75 %
3,70
4,30
2010
5.75 %
14.72 %
8.74 %
6.27 %
4,26
4,95
19
Sommaire
3

Contexte énergétique et réglementaire

Les biocarburants aujourd'hui : marchés, bilan

Les biocarburants de 2ième génération : voies de
transformation et défis technologiques

La 3ième génération de biocarburant : algues....
20
Biocarburants
Pollution automobile
Le carburant va réagir avec l’air ou plus exactement l’oxygène de l’air en
formant une flamme
Air = 20% de dioxygène (O2) + 80% de diazote (N2)
Azote =
Diazote =
Plus petite quantité d’air
Oxygène =
Dioxygène =
Biocarburants
Pollution automobile
On chauffe et compresse fortement le milieu
Toutes les molécules, à l’exception de l’azote, se cassent
Situation idéale (mais polluante
quand même ! ): combustion complète
 Production de
 gaz carbonique CO2
 vapeur d’eau H2O
H 2O
CO2
Gaz à effet de serre
le plus important
Réchauffement du climat…
Biocarburants
Pollution automobile
1. Quelques molécules d’azote se cassent
2. La molécule d’hydrocarbure ne se casse pas bien
3. L’essence contient des impuretés: le soufre
4. La combustion n’est pas complète
Biocarburants
Pollution automobile
1) Les atomes d’azote se combinent avec l’oxygène pour donner soit NO
soit NO2 (appellés aussi NOx)
 Polluants dangereux
2) Les atomes de soufre en impureté se combinent avec l’oxygène pour
donner SO2 et SO3 (appellés aussi SOx)
 Polluants dangereux
3) Les molécules d’hydrocarbures se cassent mal, on forme des molécules
organiques plus ou moins petites. On les appelle les hydrocarbures imbrûlés
(HC)
Polluants dangereux
dont certains sont cancérigènes
Biocarburants
Pollution automobile
4) La combustion est incomplète: il n’y a pas assez d’oxygène
On forme du CO
au lieu de CO2
Le CO est un polluant toxique mortel
Dans le cas du gasoil une partie du carburant peut ne pas brûler et on
obtient des particules de suie
H
C
CH
H
C
CH
C
H
C
H
Ces particules sont très dangereuses
Biocarburants
Pollution automobile : récapitulons
L’azote de l’air
La vapeur d’eau
Le gaz carbonique CO2
Neutres
Effet de serre
Réchauffement climatique
Le CO
Les NOx (NO et NO2)
Le SO2
Les HC imbrûlés
Les particules de suie (pour le gasoil)
Effets directs sur la santé et
l’environnement
Biocarburants
Pollution automobile : et ce n’est pas tout
Le gaz carbonique CO2
Le CO
Les NOx (NO et NO2)
sont des polluants primaires
Le SO2
Les HC imbrûlés
Les particules de suie (pour le gasoil)
On peut également former des polluants secondaires à
partir des polluants primaires. Le plus célèbre:
l’ozone
Les biocarburants aujourd’hui
Principales filières
Céréales
Saccharifères
Oléagineux
Résidus lipidiques
Biomasse
fermentescible
Betterave, blé,
pomme de terre,
maïs, canne à
sucre
Tournesol, colza, palme,
huiles usagées, graisses
Fermentation
anaérobie
Biogaz
Éthanol et
dérivés
ETBE
Huiles
estérifiées
EMHV
Essence
Huiles
végétales
Pures
HVP
Gazole
Méthane
BioGNV
Essence & Gazole
29
Les biocarburants aujourd’hui
Filière Bioéthanol
Drêches
Alimentation
animale
Centrifugation
Distillation
Isobutylène
[Source IFP]
• Production : 70% betterave, 30% blé
• Dérivé oxygéné ETBE : Ethyl Tertio Butyl Ether
Synthèse et
purification
de l’ETBE
CH3
CH3CH2-O- C CH3
CH3
• Environ 85% de l’éthanol est transformé en ETBE
• Productivité : blé 2,55 T/Ha éthanol ; betterave 5,78 T/Ha éthanol
30
Les biocarburants aujourd’hui
Caractéristiques du Bioéthanol
Essence
Ethanol
ETBE
Masse volumique (kg/l)
0,755
0,794
0,750
PCI (kJ/l)
32389
21283
26910
PCI/essence (à volume égal)
1
0,657
0,831
PCIrenouvelable/essence (à volume égal)
0
0,657
0,391
• Niveau énergétique: 1,5 litres de bioéthanol = 1 litre d’essence
• L’ETBE n’est pas un biocarburant ; c’est un produit mixte
pour l’ETBE: l’éthanol rentre pour 47% en volume dans la composition
• Incorporation jusqu’à 15% dans l’essence pour l’ETBE
• Incorporation du bioéthanol avec bases essence à faible volatilité (max5%)
• Développement à partir de fin 2006 de l’E85
(VCM ou flexfuel, réseau distribution)
31
Les biocarburants aujourd’hui
Sites de production
Dunkerque
65000 t
Dunkerque
En 2010 : 21 usines
supplémentaires
6 usines bioéthanol
15 usines biodiesel
Basse Seine
Rouen
250.000 t
Gonfreville
70000 t
?
Verdun
Compiègne
100.000 t + 100.000 t
Grandpuits
Le Mériot
200.000 t
Donges
St Nazaire/Montoir
120.000 t
Feyzin
84000 t
Feyzin
(Rhône)
Raffinerie
Usines d’ETBE existantes
Usines d’éthanol en projets
Boussens
30.000 t
Fos /mer
200000 t
Sète
Etang de Berre
200.000 t
Usines
d’esterification
existantes
Usines
d’esterification
prévues
32
Les biocarburants aujourd’hui
Production au sein de l’UE [2003-2005]
Part des
biocarburants
en 2003 (%)
Belgique
Danemark
Allemagne
Espagne
France
Italie
Autriche
Pologne
Suède
Royaume-Uni
Total UE-25
0.00
0.00
1.21
0.35
0.67
0.50
0.06
0.49
1.32
0.026
0.5
Part des
biocarburants
en 2005 (%)
0.00
no data
3.75
0.44
0.97
0.51
0.93
0.48
2.28
0.18
1.0
Objectif indicatif
national 2005
(%)
2.50
0.10
2.00
2.00
2.00
1.00
2.50
0.50
3.00
0.19
1.4
[Source : EU, rapports nationaux élaborés en application de la directive sur les biocarburants]
33
Les biocarburants aujourd’hui
Production mondiale
Année 2004
Production mondiale de
bioéthanol
5%
43%
Production mondiale de
biodiesel
17%
52%
Brésil
Etats-Unis
Autres
22%
France
Allemagne
Italie
Autres
17%
44%
Australie : 2% de consommation de biocarburants en 2010
Chine : commercialisation éthanol en mélange depuis 2001
Inde : refus pour un plan biocarburant « huile »
Indonésie, Malaisie, Thaïlande : projets
34
Les biocarburants aujourd’hui
Les géants de l’éthanol
1er producteur mondial
Important soutien à la filière
4% en 2010, 20% en 2030
Technologie « flex-fuel vehicles »
320 sites de production, incitations fiscales
Export d’éthanol: Japon, USA, UE
35
2004 : développement du biodiesel
Production d’éthanol et d’ETBE
Unités de production ayant reçu un agrément suite à appel d’offre communautaire –
source DGEMP/DIREM sept 2007
36
Les biocarburants aujourd’hui
Filière Huile Estérifiée
Colza
Tournesol
oléïque
Trituration
Filtration
Dégommage, décirage
Tourteaux
Alimentation animale
Méthanol
[Source IFP]
O
CH3(CH2)16 –C– OCH3
• Diester® : contraction de Diesel et Ester, marque déposée par SOFIPROTEOL
• 85% colza, 15% autres (tournesol, lin, soja)
• EMHV : Ester Méthylique d’Huile Végétale
• Obtenu par transestérification de l’huile de colza ou de tournesol oléique
• Rendement colza : 35 q/Ha à 40% d’huile; 1,4 T/Ha d’huile
• Productivité : 1,4 T/Ha EMHV (colza) ; 1,96 T/Ha tourteaux
37
Les biocarburants aujourd’hui
Caractéristiques de l’EMHV
Masse volumique (kg/l)
PCI (kJ/l)
PCI/gazole (à volume égal)
Gazole
EMHV
HVP
0,84
0,883
0,925
37635
33024
36607
1
0,877
0,973
• au niveau énergétique: 1,14 litres d’EMHV = 1 litre de gazole
• propriétés physico-chimiques très proches du gazole
• Incorporation à 5% dans le gazole
• Incorporation à 30% au niveau flottes captives collectivités et industries (B30)
38
Les biocarburants aujourd’hui
Sites de production
Source : http://www.diester.fr/
39
Production de biodiesel
Unités de production ayant reçu un agrément suite à appel d’offre communautaire –
source DGEMP/DIREM sept 2007
Jaune : démarrage 2008 – Vert : démarrage 2009 - Bleu : démarrage 2010
40
Les biocarburants aujourd’hui
Filière Huile Végétale Pure
cultures
d’oléagineux
Tournesol
Colza
Alimentation animale
Trituration
Tourteaux
Protéine
Riche en matière grasse (énergie)
Combustible
Carburant
Décantation/filtration
Combustible
Huile
Lubrifiant
Principales caractéristiques
• au niveau énergétique: 1 litre d’HVP ≈ 1 litre de gazole
• propriétés physico-chimiques éloignées du gazole, pb adaptations moteurs, besoin d’un cahier des charges
• Incorporation jusqu’à 50% dans le gazole ou utilisation à 100%
Avantages pour les agriculteurs
 Autorisation comme carburant agricole (+flottes captives à titre expérimental), défiscalisation de la TIC
 Maîtrise de la filière (produit, coût,…), autoconsommation et vente
 Autonomie énergétique; partie intégrante d’une production de qualité
Intérêt pour le développement local
 Intégration dans une politique de développement intégrée, approche territoriale
 Filière courte : retours indirects au niveau local
 Maintien d’emplois en milieu agricole et rural
41
Les biocarburants aujourd’hui
Filière BioGNV
Effluents agricoles
Digestat
Biodéchets
Cultures dédiées
Épandage
Épuration
Séchage
Compression
Unité de
méthanisation
Stockage
Distribution
Biogaz
• Méthanisation de biomasse fermentescible (ressource importante et variée)
• Épuration du biogaz : élimination CO2, composés soufrés, eau
• BioGNV : CH4 à 99%, comprimé à environ 200 bars
• Productivité : 200 à 450 m3 de méthane/ tonne matière sèche
• Au niveau énergétique: 1 litres de BioGNV ≈ 1 litre d’essence
• Utilisation au niveau de moteurs adaptés et équipement de stockage
42
Bilan des biocarburants
Etapes considérées

Une dizaine d’études disponibles aux résultats très différents

D’une manière générale : bilan favorable aux biocarburants

Méthode ACV : Analyse Cycle de Vie, «du puits à la roue »
43
Bilan des biocarburants
Indicateur énergétique filière éthanol
Énergie restituée
Indicateur Énergétique =
Énergie non renouvelable mobilisée
Bilans énergétiques
3
2,5
2,05
2,05
2
1,5
1
0,873
0,76
1,02
1,02
ETBE blé
ETBE
Betterave
0,5
0
Essence Ethanol Blé
[Source : ADEME/DIREM 2003]
Ethanol
Betterave
MTBE
44
Bilan des biocarburants
Indicateur énergétique filière HV
Indicateur Énergétique =
Énergie restituée
Énergie non renouvelable mobilisée
Bilans énergétiques
5,48
6
4,68
5
4
3
2
2,99
3,16
EMHV
colza
EMHV
tournesol
0,917
1
0
gazole
huile
colza
huile
tournesol
[Source : ADEME/DIREM 2003]
45
Bilan des biocarburants
Bilan GES

Indicateur du bilan gaz à effet de serre
Calcul des émissions à effet
potentiel GES à 100 ans à
partir des coefficients
équivalent CO2
46
Bilan des biocarburants
Indicateur bilan GES filière éthanol
[Source : ADEME/DIREM 2003]
Bilans gaz à effet de serre
4000
g eq. CO2/kg
3000
2000
1000
0
Essence
Ethanol Blé
Ethanol
Betterave
MTBE
ETBE blé
ETBE
Betterave
avant combustion
444
922
902
631
860
851
avec combustion
3650
922
902
3130
2530
2522
[Source : ADEME/DIREM 2003]
47
Bilan des biocarburants
Indicateur bilan GES filière HV
Bilan gaz à effet de serre
g eq.CO2/kg
4000
3000
2000
1000
 5,3
0
 3,3
gazole
huile colza
huile
tournesol
EMHV
colza
EMHV
tournesol
avant combustion
277
660
498
755
612
avec combustion
3390
660
498
888
745
[Source : ADEME/DIREM 2003]
48
Bilan des biocarburants
La controverse sur les bilans

Écarts méthodologiques:



Prise en compte des co-produits
Allocation des émissions
Polémique d’experts entre : l’allocation massique (la plus simple) et
l’évaluation des impacts évités (la plus juste)

Disponibilités et incertitudes sur les données

Études les plus citées :



ADEME/DIREM 2003 : bilan énergétique et gaz à effet de serre des
filières de production de biocarburants. Ecobilan
PricewaterhaouseCoopers, novembre 2002, 132p.
CONCAWE et als: Well-to-Wheels, Analysis of future automotive
fuels and powertrains in the european context, décembre 2005,
88p.
SADONES.P, 2006: les agrocarburants. Synthèse des travaux
d’EDEN, www.espoir-rural.fr
49
Bilan des biocarburants
Comparatif entre deux ACV
[Source : Stéphane Hiss in Global Chance, avril 2007, n°23, p 21-22]
 Mêmes tendances favorables aux biocarburants
 Écarts importants sur l’éthanol ex-blé et ex-betterave
 Intérêt des biocarburants de 2ième génération
50
Bilan des biocarburants
Stratégies à court terme
 Incorporation à faible teneur en mélange banalisé de
biocarburants dans les carburants conventionnels pétroliers
sous réserve du respect des spécifications imposées aux
carburants. ⇒ Applicable à l ’ensemble du parc automobile
actuel.
EX : Essence éthanolée à 10% (Etats agricoles, USA), 22% (Brésil)
0,5% ( Ethanol/ETBE) et 0,9% EMHV dans le gazole en France, 2004
 Incorporation à forte teneur en motorisation dédiée.
⇒ Développement de la filière des FFV ( Fuel Flexible Vehicles).
EX : E85 ( essence + 85% éthanol) ou éthanol pur utilisé au Brésil par
4,5 M véhicules (avec adaptations spécifiques). En France, Ford Focus
en série limitée depuis fin 2005.
51
Bilan des biocarburants
Les besoins en terres agricoles
Les besoins au niveau de la France
2010
2020 *
besoins en productivité
objectifs de
objectifs de
surfaces biocarburant
surfaces
surfaces
production
production
agricoles **
(t/Ha)
(MHa)
(MHa)
(t/an)
(t/an)
colza
1,30
2 467 812
1,90
4 740 869
3,65
blé
2,55
393 242
0,15
755 449
0,30
betterave
5,78
393 242
0,07
755 449
0,13
-
3 254 295
2,12
6 251 767
4,07
Total
* COM EU du 05/2007 : proposition de renforcer le cadre législatif imposant l'utilisation de biocarburants
** : 29,6 Mha de SAU ; 13,2 Mha de terres arables ; 1,1 Mha de jachères sans cultures industrielles (source AGRESTE,
2004)
52
Bilan des biocarburants
Impacts sur les surfaces agricoles

Filière bioéthanol


Besoins en surfaces en 2010 : 220 000 ha
Surfaces emblavées (2005) :




Toutes céréales (y compris maïs) : 9,15 Mha
Betteraves industrielles : 379 516 ha
Enjeu sur les superficies agricoles de moindre importance
que la filière EMHV
Filière biodiesel


Besoins en surfaces en 2010 : 1 900 000 ha
Surfaces emblavées (2005) :



Colza alimentaire : 1,23 Mha
Colza énergétique : 402 508 ha (50% jachère/50% ACE)
Enjeu important et arbitrage nécessaire pour garantir
l’extension des cultures de colza à des fins énergétiques
53
Bilan des biocarburants
Zoom sur la cas du colza énergétique en France


Superficies nécessaires  enjeux de 2010 : 1,9 Mha
Demande une augmentation de 1,1 Mha (par rapport à 2006)



Conditions de réussite




Terres en jachère mobilisables : 430.000 ha (aide EU jachère indus.)
Terres arables à détourner : 700.000 ha à prendre sur les surfaces
mises en cultures alimentaires
Rémunérations favorables aux cultures énergétiques (en plus des aides
Gel et ACE)
Augmentation de la vitesse de rotation dans l’assolement (une rotation
tous les trois ans)
Accompagnement différencié des régions selon : potentiel agronomique
des sols, pratiques habituelles, niveau technique…
Impacts sur le solde du commerce extérieur



 Importation tourteaux de soja (protéines végétales, aliments animaux)
 Exportation des graines de colza (Allemagne et Belgique huile ester)
 Exportation huile de colza (Allemagne  biodiesel)
54
Bilan des biocarburants
Perspectives: un bilan mitigé

A court comme à long terme, les biocarburants d’origine agricole
ne peuvent se substituer totalement aux carburants conventionnels
d’origine pétrolière en raison :




du respect des spécifications moteurs imposées aux carburants
conventionnels,
du coût des filières de production Rareté énergétique  rareté
alimentaire,
De leurs ressources limitées.
D’autres voies doivent être explorées


Développement de carburants liquides à partir de biomasse
Recherche et développements sur les procédés de motorisation :
optimisation des performances, motorisation hybride
(combustion/électricité), …
55
Bilan des biocarburants
Perspectives technologiques
Avant 2010



Esters d’huiles végétales utilisant de l’éthanol (EEHV)
Esters éthyliques d’acides organiques issus de la biomasse (procédé Shell)
Hydrogénation des graisses et des huiles (NExBTL- projet Total/Neste Oil)
Après 2010
[Source IFP]
Biocarburant de 2ième génération
56
Sommaire
3

Contexte énergétique et réglementaire

Les biocarburants aujourd'hui : marchés, bilan

Les biocarburants de 2ième génération : voies de
transformation

La 3ième génération de biocarburant : algues....
57
Biocarburants de 2G
La Biomasse Ligno-Cellulosique
Lignine
Polymère amorphe
réticulé
Cellulose (C6H10O5)n
Polysaccharide linéaire
Voie thermochimique :
- Pyrolyse
- Hydro liquéfaction
- Gazéification
Hemicellulose
Polysaccharide linéaire/ramifié
Voie biochimique = hydrolyse
enzymatique et fermentation de
sucres (éthanol)
58
Biocarburants de 2G
Conversion de la BLC
Source ADEME, 2006
59
Biocarburants de 2G
Ethanol: principe de la libération des sucres
Action des enzymes CBH
Prétraitement
Conditionnement
Hydrolyse
Lignine
Hemicellulose
Cellulose
microfibrilles
cellulose
60
Biocarburants de 2G
Production d’éthanol : voie biochimique
Source IFP, 2006
61
Biocarburants de 2G
Biomass To Liquid (BTL) : voie thermochimique
Biomasse
Gaz naturel
Charbon
Pyrolyse – Gazéification
Gaz de synthèse
CO + H2
Synthèse FisherTropsch
Hydrocarbures
Cires
Gazéification :
Biomasse + O2/H2O  xCO + yH2 + zCO2
Synthèse :
CO + 2H2  -(CH2)- + H2O
62
Biocarburants de 2G
Intérêt des biocarburants de 2G
 Potentialités

offertes semblent séduisantes :

Pas de concurrence avec l’alimentaire

Valorisation de toute la plante

Economie d’eau et pas d’épandage
Cependant cette voie reste très prospective :


Certains rendements annoncés, issus d'expérimentations à l'échelle
laboratoire, peuvent se révéler optimistes
Procédés complexes de traitement/séparation des produits :



Connaissances sur matières 1ière et produits visés
Challenge sur l'extrapolation à grande échelle
Coût en énergie et investissement
=> Fort besoin de R&D pour investiguer cette voie
53
63
Sommaire
3

Contexte énergétique et réglementaire

Les biocarburants aujourd'hui : marchés, bilan

Les biocarburants de 2ième génération : voies de
transformation

La 3ième génération de biocarburant : algues....
64
Biocarburants de 3G
Intérêt des micro algues
Les rendements en biomasse
53
65
Biocarburants de 3G
Différents systèmes de production

Réacteurs ouverts


Raceway pond
Réacteurs tubulaires





horizontaux
verticaux
triangulaires
Hélicoïdaux
…
bassin
Cloison centrale
Distributeur de gaz
puits
54
31-03-2010
66
Biocarburants de 3G
Une chaîne de production multi-carburants
Valcent, Global Green Solution
55
67
Biocarburants de 3G
Une chaîne de production biodiesel
Méthanol
- hydrogénation?
Glycérol
- réacteur ouvert
- PBR
56
- centrifugation
- floculation
68
Biocarburants de 3G
Bilan sur l’intérêt des algues
 Potentialités

offertes par les algues semblent séduisantes :

Rendements en biomasse élevés

Production des produits valorisables à partir du CO2 des fumées de
combustion
Cependant cette voie reste très prospective :


Certains rendements annoncés, issus d'expérimentations à l'échelle
laboratoire, peuvent se révéler optimistes
Procédés complexes de traitement/séparation des produits :



Connaissances sur matières 1ière et produits visés
Challenge sur l'extrapolation à grande échelle
Coût en énergie et investissement
=> Fort besoin de R&D pour investiguer cette voie
57
69
Conclusion
Il faudra être patient…
Quelques éléments de réflexion…


La compétition 4F : Food, Feed, Fiber, Fuel
Les surfaces en terres arables sont limitées




Réponse aux besoins des biocarburants se fera en partie sur les surfaces de
production alimentaire
Rareté énergétique  rareté alimentaire
Augmentation des matières premières : agriculteurs (??), - populations
pauvres urbaines et sous-alimentées,  compétitivité des biocarburants
Des problématiques et impacts divers :
Exple de l’Ethanol:  cours mondiaux maïs: pb alimentaire sous jacent (Cuba)
 surface canne à sucre: pb de déforestation, biodiversité (Brésil)
Exple de l’Ester : pb de surface oléagineuse, importation huile de palme, opposition de l’Inde
à la filière biocarburant huile=friture/aliment/santé ( Malaisie, Indonésie)


Des besoins de régulation des échanges, négociations à l’OMC ?
Des difficultés pour résoudre l’équation entre les besoins en biocarburant
et les capacités de production:



Quel niveau d’urgence à atteindre les objectifs ambitieux de l’UE?
Quelle prise en compte des progrès technologiques : biocarburant 2ième
génération, nouvelles motorisations…?
Quelle place pour le développement de nouvelles cultures énergétiques:
miscanthus, sorgho sucrier, switch grass, TTCR…?
70
Pour en savoir plus :
www.ademe.fr
www.industrie.gouv.fr/energie
www.ifp.fr
www.citepa.org
www.europa.eu
Contact :
[email protected]
www.lspm.fr