Définition du biocarburant :
Le mot biocarburant est tout simplement un surnom commode pour parler de « carburants verts». Les biocarburants sont des carburants d’origine végétale, issus de la biomasse*. Les biocarburants servent à alimenter les moteurs thermiques (les moteurs de voiture en général) que ce soit les moteurs diesel ou les moteurs à essence. Ces biocarburants se substituent partiellement ou totalement aux pétroles. Ils de révèlent comme un moyen d’économiser les carburants d’origine fossile (pétrole, gaz), en effet ils possèdent des propriétés similaires au pétrole et permettent en plus de réduire la pollution de l’air.
Les principaux biocarburants, en termes de production, sont le bioéthanol , le biodiesel ou EMHV et le biogaz ou méthane. Ces 3 principaux carburants révèlent les trois grandes filières de biocarburants :
a) Les Biocarburants oléagineux (huiles), les EMHV :
Les biocarburants oléagineux ne peuvent être mélangés qu’au gazole, ils interviennent donc seulement dans les moteurs Diesel. Ils sont obtenus à partir de graines oléagineuses contenants de l’huile comme le colza, l’arachide ou encore le soja. Pour fabriquer un biocarburant à partir de ces oléagineux, deux méthodes différentes sont utilisées : -Soit une pression à froid de ces graines puis une filtration de l’huile pour obtenir une huile végétale pure (HVP). Cette huile possède des inconvénients, en effet leur viscosité ne permet pas de les utiliser dans les moteurs Diesel puisque il faut un préchauffage préalable de l’huile. Cette technique de production est appelée « filière courte » car elle ne demande pas l’intervention d’un procédé industriel.
-Soit une transestérification pour obtenir une huile végétale brute (HVB) c’est-à-dire du Diester (compression des mots diesel et ester) ou encore appelé du Biodiesel. (Une description de la transestérification est faite plus tard). Cette technique de production est appelée « filière longue » car elle demande l’intervention d’un procédé industriel. On obtient alors un EMHV (esters méthyliques d’huiles végétales) qui est en fait le Biodiesel.
Enfin, l'EMHV peut être utilisé pur ou en mélange. L'utilisation pure en substitution totale du gazole n’est pas réglementée et nécessite des adaptations du véhicule. Aujourd'hui, l'EMHV est principalement utilisé en mélange à des teneurs variant de quelque pourcent jusqu'à 30 % de carburant utilisé.
En outre, il faut noter que toutes les huiles végétales peuvent être utilisées comme carburant. Cependant les considérations de prix, le rendement des cultures et le bilan écologique excluent de nombreuses huiles contenant ces défauts. L'huile d'olive, par exemple, aboutirait à un prix de revient exorbitant. Ainsi l’huile de colza, de maïs, d’algues et les huiles de recyclage (friture) offrent des meilleures perspectives à la fabrication du biocarburant.
b) Les Biocarburants éthyliques (alcools) :
Les biocarburants éthyliques sont mélangés à l’essence, ils interviennent donc seulement dans les moteurs essences, ce qui diffère des biocarburants oléagineux (huile).
Les biocarburants éthyliques sont la deuxième famille de biocarburants. Ils sont obtenus par la fermentation de sucres contenus dans les plantes comme la canne à sucre (utilisée au Brésil pour la fabrication du bioéthanol) ou encore la betterave (utilisée en Europe) et même le bois, la paille. Ils peuvent être aussi obtenus par fermentation de la pomme de terre. Cette fermentation va produire de l’alcool et plus précisément du biocarburant éthylique.
Ces biocarburants éthyliques sont répertoriés en quatre catégories :
-Le Bioéthanol (C2H5OH) qui est fabriqué à partir de la fermentation directe de sucres comme la betterave par exemple. C’est un alcool qui peut remplacer partiellement l’essence, elle est limitée à 5% conformément à la norme E 228 dans les moteurs essences mais peut aller jusqu’à 10%. L’éthanol possède des défauts, en effet au dessus de 10% d’éthanol il faut des moteurs modifiés car des précautions, pénalisantes en termes logistiques, s'imposent pour limiter strictement la présence en eau et donc éviter le phénomène de démixtion (séparation des phases éthanol et essence). De plus, une base essence est nécessaire pour éviter le phénomène de volatilité (l’éthanol se transforme aisément en vapeur).
-L’Ethyl-tertio-butyl-éther, plus connu sous le nom de ETBE. Il est obtenu par synthèse entre l’éthanol et l’isobutylène (une base pétrolière issue des raffineries). Il est constitué d’environs 50% d’éthanol et peut être incorporé avec de l’essence à hauteur de 15% sans poser de problème de sécurité ni de logistique (pas de volatilité). Il possède le même défaut que l’éthanol : son usage à de fortes concentrations (85%) nécessite une adaptation spécifique du véhicule. Il se présente lui aussi comme un alcool classique pour biocarburant.
-Le Biométhanol (CH3OH), aussi connu sous le nom d’alcool méthylique ou alcool de bois. C’est l’alcool qui se substitue partiellement le mieux (sous certaines conditions) à l'essence. Cependant, sa haute toxicité est un inconvénient notable qui explique sa faible production.
-Le Biobutanol est fabriqué à partir d’avoine, de betteraves et de cannes à sucre. Le biobutanol peut être utilisé en tant que carburant en mélange avec l'essence à hauteur de 10 % du volume sans adaptation du moteur. Dans le futur, le mélange pourrait être augmenté jusqu'à 16 % en volume. Il peut également être utilisé en mélange avec l'éthanol et l'essence voire même le gazole. Ses avantages par rapport à l’éthanol sont ses propriétés physiques qui contournent les difficultés liées à l'usage de l'éthanol (problème lié à la volatilité ou à son agressivité vis-à-vis de certains plastiques utilisés dans l'industrie automobile).
L’utilisation des biocarburants éthyliques est donc semblable à celle des biocarburants oléagineux. Ils peuvent être utilisés pures mais cela nécessite des modifications des moteurs, ou en mélange à des normes réglementaires.
c) Les Biocarburants gazeux (méthane) :
Les biocarburants gazeux peuvent être utilisés en remplacement de l'essence dans les moteurs à explosion. Mais ils sont aussi utilisables dans les moteurs dual fuel, c’est à dire dans les moteurs diesel alimentés en majorité par du biogaz (méthane) et pour lesquels l’explosion est assurée par un léger apport de biodiesel, huile ou gazole. C’est un biocarburant pouvant se substituer au gaz naturel (essentiellement composé de 95% de méthane).
Les combustibles sont obtenus à partir du méthane contenu dans le biogaz. Ce gaz résulte de la fermentation, hors de la présence d'oxygène (donc hors de la présence de l'air, en pratique), de n'importe quel matériau organique : déchets alimentaires, déchets de bois, paille, et bien sur produits des cultures. En pratique ce biogaz est obtenu en mettant des matériaux organiques dans une enceinte sous vide et en introduisant des bactéries qui vont les décomposer, puis on en extrait le méthane (qui représente de 50% à 90% du gaz dégagé par la fermentation, le reste étant essentiellement du CO2 et de la vapeur d'eau). C’est la fermentation anaérobie (sans oxygène). On peut aussi obtenir ce biogaz par le même principe mais en utilisant le gaz des eaux usées au lieu de celui des déchets. Ce méthane peut s'utiliser pur (comme le GNV, ou gaz naturel véhicule, lequel provient par contre de gisements de gaz naturel) ou servir à alimenter un procédé industriel de fabrication de combustibles liquides à partir de gaz.
Le projet de la France est clair : il s’agit de distribuer 5,75% des carburants végétaux en 2008 et 7% en 2010.L’Etat veut donc promouvoir les biocarburants auprès des français pour permettre aux 36 millions de voitures en circulation d’en consommer. Actuellement même si l’automobiliste l’ignore, toutes les stations services délivrent des biocarburants incorporés à faible dose (environ 1%) dans le sans plomb ou le gazole.
1. Les Avantages :
a) Réduction des gaz à effet de serre
Pour déterminer l’intérêt environnemental des biocarburants il faut réaliser un écobilan. De la culture jusqu’à la pompe, il tient compte de tous les paramètres et de tous les impacts. D’après un rapport de l’Ademe (Agence de l’environnement et de la maitrise de l’énergie) de 2002 il en résulte que l’éthanol émet 2,5 fois moins de gaz à effet de serre ; le biodiesel est encore mieux placé avec un rendement 3 fois supérieur au gazole et avec 3,5 fois moins de contribution au réchauffement climatique.
L’utilisation de biocarburants « purs » devient alors très intéressante écologiquement. En effet, l’utilisation d’huile pure de colza ou de tournesol à la place du gazole permet une réduction des trois quarts des gaz à effet de serre émis pendant l’ensemble du cycle de vie du carburant, de sa production à sa combustion, pour un même contenu énergétique. Celle de l’éthanol pur, à la place de l’essence, permet une réduction de 75 %.
D’autre part les biocarburants se distinguent des carburants pétroliers par un rejet de CO2 moins nocif pour l’environnement. Par opposition aux rejets massifs de CO2 des énergies d’origine fossile que rien ne compense et qui sont libérés lors de la combustion d'essence ou de gazole, le CO2 émis par les biocarburants durant leur combustion est compensé par le carbone absorbé par les plantes (colza, tournesol, etc.) durant leur phase de végétation. C'est ce rapport entre le CO2 retenu par les végétaux et le CO2 émis lors de la combustion qui explique la réduction des émissions de gaz à effet de serre. De plus, durant la combustion, ces carburants verts ne dégagent ni particule ni ozone ni soufre.
Tableau des émissions de gaz à effet de serre prenant en compte toute la production
Essence
Gazole
Filière Huile de colza
Filière betterave
Indicateur effet de serre par MJ
85,9
79,3
17,8
33,6
Source : ADEME dans une étude pour le gouvernement
De plus cette réduction des gaz à effets de serre ne se fait pas en dépit d’une perte de puissance, par exemple avec la Renault Mégane :
Modèle
Renault Megane 1.6 essence
Renault Megane 1.6 GPL
Renault Megane 1.5dCi
Renault Megane 1.6 bioéthanol E85
Puissance, ch
110
100
105
110
Emissions de CO2, g/km
164
147
124
41 à 82
Le cas de la Ford Focus est encore plus marquant : L’émission de gaz à effets de serre est de 42 à 84 g/km pour une puissance de 125 chevaux avec la Ford Focus Bioflex, alors qu’elle est de 161 g/km pour une puissance de 100 chevaux avec la Ford Focus essence.
b) D’un point de vue économique
Le principal intérêt économique des biocarburants pour le consommateur est le prix. En effet le prix de lancement en France du biocarburant est fixé à 80cts le litre contre 1.20€/1.30€ pour un carburant pétrolier.
D’autre part, les biocarburants permettraient à l’Europe de ne plus être dépendante au niveau des carburants grâce à sa puissance agricole. Elle dépendrait ainsi de ses propres cultures et non plus des puissances pétrolières.
De plus, d'après une étude de la Commission européenne, la production de biocarburants en Europe, correspondant à environ 1% de la consommation de l'Union européenne, contribuerait à maintenir et/ou créer de 45 000 à 75 000 emplois. Cette estimation n’étant faite que pour 1% de la consommation des carburants ; en considérant que la production des biocarburants se développe, celle-ci serait un facteur majeur de création d’emplois en Europe.
2. Les Inconvénients :
a) Rentabilité des biocarburants ?
D’un point de vue économique les biocarburants présentent de nombreux inconvénients.
Le premier est leur rentabilité. Leur production nécessite beaucoup d’énergie fossile : il faut 0.8L de pétrole pour produire 1L d’éthanol. Leur coût de revient est donc intimement lié au prix du baril de pétrole.
C’est pourquoi le biodiesel devient compétitif si le prix du baril de pétrole dépasse 65, voire 75 dollars, l’éthanol seulement s’il atteint 100 dollars, ce qui ne s’est encore jamais produit, même au plus fort des tensions internationales. En deçà il s’agit d’une charge financière pour l’Etat.
A cela il faut ajouter par exemple un surcout de 200€ si l’on veut s’équiper d’une voiture adaptée (dite flex-fuel) pour rouler au superéthanol. Les surcouts sont encore plus importants pour une utilisation pure des biocarburants ce qui modifierait totalement le parc automobile français.
La performance des biocarburants est également discutable. Ils fournissent moins d’énergie que les carburants pétroliers (-8% pour le biodiesel par rapport au gazole, -34% pour l’éthanol par rapport à l’essence). Résultat, il faut 13 litres de superéthanol(E85) pour faire 100Kms au lieu de 10 en roulant au sans plomb.
b) Une surface agricole insuffisante
La culture des biocarburants nécessite des surfaces agricoles très importantes. En 2004, la consommation mondiale de pétrole atteignait 1,5 milliard de tonnes. Il faudrait donc fournir 1,5 milliard de tonnes de biocarburants par an, sans compter l'augmentation de la demande d'énergie. Si on prend l'exemple de la culture de betterave, un hectare produisant en moyenne 2 tonnes d'équivalent pétrole par an, il faudrait consacrer 525 millions d'hectares soit 1/3 de la surface agricole mondiale (1,5 milliard d'hectares) à cette filière biocarburant ce qui est impensable.
Filière
Culture initiale
Poids brut de carburant obtenu par hectare (tonnes)
tonnes équivalent pétrole par tonne de carburant
Energie brute produite par Ha (tonnes équivalent pétrole)
Nombre minimum de km2 mobilisés pour produire 50 Mtep
en % du territoire français
Huile
Colza
1,37
1
1,37
365.000
66
Huile
Tournesol
1,06
1
1,06
472.000
86
Ethanol
Betterave
5,78
0,69
3,98
125.500
23
Ethanol
Blé
2,55
0,69
1,76
284.000
52
Calcul (ordre de grandeur) des surfaces qu'il faudrait mobiliser pour remplacer l'intégralité du pétrole utilisé pour les transports
Cette partie, va permettre de connaître objectivement les différents procédés d'obtention de bioéthanol dits de première génération.
D'une manière générale, les végétaux contenant du saccharose (betterave, canne à sucre...) ou de l'amidon (blé, maïs...) peuvent être transformés pour donner du bioéthanol, obtenu par fermentation du sucre extrait de la plante sucrière ou par distillation de l'amidon.
Ainsi, on distingue comme matières premières alcooligènes, trois grandes catégories de plantes :
- Les plantes sucrières, comme la betterave, la canne à sucre et, dans une moindre mesure, le sorgho sucrier, qui renferment des sucres directement fermentescibles en éthanol.
- Les plantes céréalières telles que le maïs, le blé, l'orge et les tubercules comme la pomme de terre et le manioc, dans lesquelles les sucres sont présents sous forme d'un polymère, l'amidon, d'où dérive leur autre dénomination de « plantes amylacées ».
- Les matières lignocellulosiques, constituants importants de la biomasse, telles que les résidus agricoles, dont les pailles de céréales, ou des résidus forestiers, des cultures dédiées comme les taillis à courte rotation, parmi lesquels on trouve le peuplier, le saule et l'eucalyptus. Ces végétaux sont constitués de cellulose et d'hémicelluloses (polymères de sucre) qui doivent être hydrolyses en monomères avant d'être fermentés en éthanol. La transformation de ce type de matières premières, du fait de sa complexité et des recherches et découvertes récentes dont elle témoigne, amène à la production d'un bioéthanol dit de seconde génération dont les procédés et l'ensemble de cette filière ne feront pas l'objet d'une présentation dans cette étude.
En ce qui concerne les plantes sucrières, c'est la canne à sucre qui présente le meilleur potentiel alcooligène, sans oublier qu'elle génère, comme le sorgho sucrier, de la biomasse lignocellulosique, la bagasse qui peut être valorisée en tant que source d'énergie ou de production de gaz de synthèse par voie thermochimique.
Le principal avantage des plantes sucrières, et non des moindres, est que les sucres obtenus par extraction (betterave) ou broyage et pressage (canne à sucre) sont directement fermentés en éthanol, sans étapes intermédiaires induisant obligatoirement des coûts importants et une demande en énergie nécessairement plus grande. La plante la plus utilisée actuellement est la canne à sucre, essentiellement au Brésil (premier producteur d'éthanol au monde), mais qui se trouve à présent talonnée par les Etats-Unis où le maïs est principalement utilisé.
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Partenaire :Lycée Paul Langevin à Suresnes
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