La France vers la seconde génération de biocarburants

Biodiesel cellulosique Sundiesel, photo Choren Industries

Les polémiques récentes au sujet des biocarburants de première génération, issus de cultures originellement dédiées à l’usage alimentaire, ont engagé des changements stratégiques dans les politiques de soutien des trois principaux pôles de consommation – USA, Brésil, UE : les décisions politiques qui sont prises actuellement amorcent une transition vers les biocarburants de seconde génération, considérés comme plus vertueux des points de vue sociaux et environnementaux.

La dernière édition du World Energy Outlook, le rapport annuel de l’Agence Internationale de l’Énergie, publié le mois dernier, prévoit une production de biocarburants plus que triplée entre 2010 et 2035. L’AIE anticipe également une augmentation de la part des biocarburants de seconde génération, produits à partir de biomasse lignocellulosique comme le bois ou les pailles, qui passerait de 38% à 60%.

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La croissance prévue de ces nouvelles filières prend en compte un soutien des politiques publiques, que préfigurent les engagements pris par l’Union Européenne à horizon 2020 et par les États-Unis à horizon 2022.
A l’heure actuelle, les technologies de transformation de biomasse lignocellulosique en carburant sont connues, et une production industrielle (d’éthanol principalement) a déjà lieu à petite échelle. Le défi qui se pose est celui de la mise en place de filières industrielles compétitives. Cela implique des investissements conséquents dans l’amélioration des technologies actuelles, la mise en place d’unités de production, ainsi que le développement des filières d’approvisionnement en biomasse en amont des unités industrielles de transformation.

Eviter la compétition avec l’usage alimentaire

La différence entre biocarburants de première et de seconde génération réside dans la biomasse dont ils sont issus, et dans leur lien avec l’usage alimentaire des cultures.
Les biocarburants de première génération sont produits par transformation de sucre, d’amidon ou d’huile, le plus souvent contenues dans des plantes cultivées à cet effet comme les céréales, le colza ou la canne à sucre.
Ces molécules sont également valorisables pour l’alimentation humaine ou animale, ce qui pose des problèmes d’ordres éthique (hausse des prix du maïs aux USA) et environnemental (problématique des changements d’usage des sols indirects en Europe). Cet aspect écorne l’image des « carburants verts » et pousse les politiques à se tourner vers d’autres sources de carburants renouvelables.
Les biocarburants de seconde génération sont issus de biomasse lignocellulosique, qui est disponible dans le bois, les tissus de structure des plantes cultivées (pailles, bagasses de canne à sucre…) ou les cultures herbacées dédiées, comme le miscanthus. Ils n’entrent donc pas en compétition avec l’usage alimentaire1 , ce qui en fait des candidats intéressants pour se substituer aux dérivés du pétrole dans les transports.
Dans ces tissus végétaux, les sucres sont présents sous forme d’hémicellulose ou de cellulose et sont souvent liés à des molécules de lignine (d’où le terme « ligno-cellulose »). Ces sucres sont particulièrement structurés pour permettre le maintien des plantes, et difficiles d’accès pour leur valorisation.

Des technologies de deuxième génération déjà disponibles

Actuellement, des technologies permettant de produire des carburants liquides à partir de biomasse lignocellulosique sont connues, et il existe même des unités de production de seconde génération en fonctionnement dans le monde. Par ailleurs, de nombreux projets de démonstrateurs ont vu le jour ces dernières années, visant à établir une production importante. Deux voies de productions coexistent en pratique :

  • La voie thermochimique ou BtL (Biomass to Liquid): la ligno-cellulose est fragmentée par voie thermique – pyrolyse ou torréfaction – puis gazéifiée. On tire de ce gaz de synthèse un carburant liquide par voie GtL (Gas to Liquid). Les hydrocarbures ainsi produits peuvent être utilisés dans les moteurs gazole, seuls ou incorporés au diesel. Cette voie permet également de produire du biokérosène pour le transport aérien.
  • La voie biochimique, qui permet d’obtenir de l’éthanol par fermentation-distillation des sucres contenus dans la biomasse. Un prétraitement est nécessaire afin obtenir des sucre fermentescibles, il consiste en l’extraction de la cellulose contenue dans les fibres, qui sera ensuite hydrolysée pour produire du glucose.

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Toutefois, bien que ces technologies soient connues et pour partie maîtrisées, des améliorations seront nécessaires pour développer des filières viables.

Premier enjeu, l’amélioration des rendements

L’efficacité des voies de transformations décrites précédemment est encore très faible : d’après l’Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie (ADEME), les rendements matière sont de l’ordre de 20% et ne permettent pas aux producteurs d’atteindre des prix compétitifs. Pour être rentables, les filières de production devront bénéficier de rendements très supérieurs.
Les technologies de transformation de sucre en éthanol et de la synthèse BtL étant déjà maitrisées, les marges d’amélioration se situent dans la phase de prétraitement de la biomasse, c’est-à-dire l’extraction de la cellulose pour la voie biochimique et la pyrolyse/torréfaction et gazéification pour la voie thermochimique.
Ces procédés font le sujet de nombreux programmes de recherche et développement, et certaines innovations sont déjà testées, comme l’apport externe d’énergie sous forme d’hydrogène, qui permet, selon le Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA), un doublement des rendements massiques.

Second enjeu, la sécurité et la régularité de l’approvisionnement

La croissance de la biomasse connait une variabilité saisonnière et les sites de production (champs cultivés, forêts) sont dispersés sur le territoire. Les systèmes de récolte et de transport de la biomasse utilisée pour la seconde génération ne sont pas encore développés. Il existe deux cas : d’une part les résidus agricoles ou forestiers qui sont récupérables au niveau des sites industriels, de l’autre le bois et les cultures dédiées pour lesquels une filière logistique doit être développée. De nombreux arbitrages restent à faire, comme celui de la centralisation du prétraitement.
Ceci est d’autant plus vrai pour la filière thermochimique, dans laquelle la rentabilité est assujettie à une taille critique des installations.
Par ailleurs, des marchés comme ceux de la biomasse torréfiée, des pailles de colza ou des déchets forestiers n’existent pas encore, et les prix restent à déterminer.

Troisième enjeu, celui de la valorisation effective des coproduits

Les résidus de process sont valorisables comme engrais agricoles, ce qui contribue à la durabilité des filières agricoles ou forestières en permettant de maintenir le cycle des nutriments dans la biosphère. La rentabilité des filières de productions de biocarburants de seconde génération passe par la structuration de filières de valorisation de ces coproduits, comme elle a lieu pour les filières de première génération avec les tourteaux, les pulpes ou la glycérine. Une telle valorisation nécessitera un cadre réglementaire qui n’existe pas encore.
D’autre part, les biocarburants ne sont pas les seuls produits attendus de ces nouvelles technologies, qui ont notamment de forts potentiels pour les filières à haute valeur ajoutée des biomatériaux ou de la chimie biosourcée. Ces débouchés peuvent être un élément important pour la compétitivité des filières biomasse.

Les projets français de développement industriel

La France est un leader européen et mondial dans la production de biocarburants de première génération. Les acteurs de ce secteur comptent participer au développement des nouvelles filières biomasse, et s’associent pour cela à d’autres acteurs de l’énergie. On compte cinq projets majeurs dans l’hexagone :

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Le schéma suivant présente la filière de BioTfuel, un exemple de projet français de production Biomass to Liquid. Ce projet réunit des instituts de recherche et des insustriels du pétrole et des biocarburants de première génération. Il a la particularité de fonctionner en cotraitement biomasse/fossile afin de pallier à la variabilité saisonière de l’approvisionnement en biomasse.

Organisation du projet BioTfuel

Sources CEA, IFPEN, Sia Partners - Cliquer pour agrandir

Les objectifs de développement des biocarburants sont très ambitieux en Europe comme aux États-Unis. Un soutien fort et stable à l’innovation dans ces nouvelles filières par les pouvoirs politiques représente une condition nécessaire pour les atteindre. En plus de ce soutien public, le développement de filières rentables devra se faire avec l’appui des industriels de l’agro-alimentaire et de l’énergie. La France se positionne dès aujourd’hui comme un acteur d’importance européenne pour ces filières. Reste que l’atteinte des 10% d’énergies renouvelables dans les transports européens dès 2020 ne pourra pas passer par les seuls biocarburants de seconde génération. Le biodiesel et le bioéthanol « conventionnels » seront donc d’actualité pour quelques années encore.

Sia Partners

NOTE :

(1) Du moins pas directement. De manière indirecte, une faible concurrence peut être envisagée puisque les résidus de culture sont souvent employés dans l’alimentation animale, et les cultures dédiées entrent en concurrence à travers leur emprise sur les parcelles cultivables.

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