Histoire

Les biocarburants sont connus depuis les débuts de l’industrie automobile. En effet, Nikolaus Otto, l’inventeur du moteur à explosion avait conçu son invention pour utiliser de l’éthanol ; tandis que Rudolf Diesel l’inventeur du moteur à combustion faisait tourner ses machines à l’huile d’arachide. La Ford T (produite entre 1903 et 1926) roulait à l’éthanol. Ensuite, le pétrole que l’on commençait à extraire, depuis le milieu du XIXe siècle, de plus en plus profondément grâce au forage devint bon marché, et les consommateurs et industriels se détournèrent des biocarburants. Lors de la Seconde Guerre mondiale, les Allemands qui devaient faire face à des pénuries de carburants utilisèrent un procédé pour fabriquer un équivalent du pétrole à partir du charbon. _ Avec le premier et second choc pétrolier (1973 et 1979), les autorités publiques, et les milieux académiques s’intéressèrent davantage aux biocarburants. De nombreuses études furent ainsi menées à la fin des années 1970 et au début des années 1980. Mais, avec le contre-choc pétrolier de 1986 (baisse des prix de l’or noir), l’enthousiasme pour les biocarburants retomba. Finalement, au début et milieu des années 2000, avec la nouvelle hausse du prix du baril de pétrole, et la crainte du pic pétrolier, la volonté de lutter contre l’effet de serre, et avec les craintes sur la stabilité de certains pays producteurs, les gouvernements multiplièrent les discours et aides pour le secteur des biocarburants. Par exemple, George Bush dans son discours de l’union de janvier 2006, a declaré qu’il voulait que son pays se passe de 75% du pétrole issue du Proche-Orient pour 2025. La commission Européenne quant à elle, veut que les pays membres incluent au moins 5,75% de biocarburants.

Aspects environnementaux

Selon la plupart des gouvernements occidentaux et de nombreux experts, les biocarburants produisent moins d’émission de CO2, l’un des principaux gaz à effet de serre et responsable des pluies acides. En effet, lorsque l’on utilise du pétrole, on libère du carbone qui était enseveli profondément dans le sol depuis des centaines de milliers d’années. Ce carbone provient de la décomposition de la faune et de la flore qui y avaient vécu auparavant. Par contre, les biocarburants émettent autant de carbone de l’ atmosphère que les plantes ont absorbé durant leur croissance. Le bilan est nul : les plantes absorbent du CO2 pour croître puis sont brûlées, elles libèrent alors du carbone qui sera à nouveau absorbé par les plantes qui sont à nouveau produites. Néanmoins certains professeurs d’université comme Tad Patzek ou David Pimentel pensent que le bilan est négatif : l’émission de carbone est supérieure à la consommation car, selon eux, d’autres facteurs ne sont pas pris en compte ou sont négligées.

Parmi celles-ci citons, le carbone nécessaire à la fabrication des engrais, l’énergie nécessaire aux outils agricoles, à l’irrigation et à la fabrication des biocarburants.

La production de biocarburants peut aussi s’avérer non "écologique" ou non durable, si les matières premières sont produites grâce à une agriculture intensive qui entraîne un épuisement des nappes phréatiques et pollution des eaux par l’usage d’engrais et pesticides. De plus, certaines personnes considèrent comme dangeureux l’usage de plantes OGM qui permettent d’obtenir de plus hauts rendements. Il n’y a pas que les plantes qui peuvent être modifiées génétiquement. Par exemple, dans la fabrication du bioéthanol, l’ADN des levures sont aussi souvent modifiées pour permettre une transformation plus rapide du sucre en éthanol.

En outre, la fabrication de biocarburants signifie souvent qu’il faille consacrer davantage de terres à l’agriculture, cela peut entraîner dans certains pays le défrichement de forêts vierges et la réduction de la biodiversité, lorsque ces terres n’étaient pas auparavant cultivées.

En ce qui concerne les gaz émis lors de la combustion des biocarburants, la comparaison avec le pétrole est nuancée. Les biocarburants produisent généralement moins de SOX, mais parfois plus de NOX. De plus, la combustion du bioéthanol produit davantage d’aldéhydes que l’essence. Mais ceux du bioéthanol sont moins toxiques (acétaldéhydes contre formaldéhydes pour l’essence).

Il faut aussi ajouter, que les biocarburants se dégradent plus vite que les carburants fossiles, ce qui limite les dégâts occasionnés à la nature lors d’une "marée noire".

Aspects économiques et géostratégiques

L’obtention de biocarburants permet de procurer des ressources supplémentaires aux agriculteurs et crée des emplois dans le secteur de la transformation des matières premières en carburants (par exemple des usines peuvent être nécessaires). D’autre part fabriquer des carburants de manière locale évite à l’argent de sortir du pays (en important) et soutient le marché de l’emploi local.

D’autre part, une grande partie du pétrole produit au début des années 2000 provient de pays ou régions instables (Nigéria, Venezuela), de pays où les assassinats sont quotidiens (Irak), de pays dont les Occidentaux se méfient (Iran, Russie). Pour cette raison, les gouvernements et associations de producteurs estiment que les biocarburants procurent une plus grande sécurité dans les approvisionements énergétiques.

Néanmois, d’aucuns estiment que les biocarburants, en incitant les agriculteurs à consacrer des terres aux besoins énergétiques de nos machines et appareils électriques, réduiraient la quantité de nourriture produite par les sols et accentueraient la faim et la sous-alimentation qui touchent 800 millions d’habitants (chiffre de Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture pour 2005)

Situations nationales et analyse économique

Les plus grands producteurs de biocarburants du monde sont les États-Unis pour le biodiesel. Pour le bioéthanol, les deux plus grands producteurs sont les États-Unis et le Brésil avec 16 et 15,5 milliards de litres produites en 2005, alors que l’Union européenne n’a produit que 900 millions de litres (le principal producteur est l’Espagne).

Les biocarburants ne peuvent pas être considérés comme une solution à long terme. Leur développement restera probablement limité. En effet, il a été estimé que sur la base des consommations de 2004, il faudrait des surfaces de production couvrant six fois la surface terrestre si l’on voulait remplacer tous les carburants fossiles par des biocarburants. Par ailleurs, de nouveaux problèmes écologiques apparaissent. Les surfaces agricoles dédiées à la production de biocarburants ne remplacent pas l’agriculture existante mais empiètent sur les espaces naturels, et notamment la forêt, particulièrement dans les pays de l’hémisphère sud. _ En Malaisie par exemple, on estime que 87% de la déforestation est liée à la production d’huile de palme condamnant l’Orang-Outan à disparaitre avant 2020, et les forêts défrichées sont brûlées (rejet supplémentaire de CO2 dans l’atmosphère, qui n’est pas compensé par les palmeraies arbustives). Enfin, l’agriculture intensive utilise une quantité d’énergie énorme (29 % supérieure à l’énergie contenue dans ce bioéthanol selon des chercheurs américains) et rejette des polluants nocifs pour l’environnement.

Si les biocarburants ne peuvent ainsi qu’être une réponse très ponctuelle au niveau mondial, ils pourraient en théorie être un eldorado pour quelques pays précis. Par exemple, Madagascar, relativement peu peuplé, et comptant parmi les pays les plus pauvres du monde, ne consomme que 12 000 barils de pétrole par jour. Produire l’équivalent en biodiesel ne réclamerait que quelques 4 000 km² de jatropha, ce qui ne paraît pas irréaliste (moins de 1 % de la surface du pays).

Taux d’utilisation

Le bilan environnemental des biocarburants reste sujet à controverse, car l’intérêt énergétique et écologique de nombre de filières est remis en cause lorsque l’on étudie le cycle complet, incluant la consommation de carburant des engins agricoles, la consommation d’engrais, de pesticides, etc. Le Brésil utilise ainsi de la biomasse (précisément canne à sucre transformée en éthanol) comme carburant automobile. Seuls l’éthanol et les huiles végétales sont utilisés dans les transports, le méthane (ou biogaz) issu de la fermentation des déchets est généralement destiné à la production d’électricité et pour chauffer des bâtiments. Son utilisation pour propulser un véhicule, comparable à celle du GNV, reste encore très marginale. Les biocarburants ne pourront constituer qu’une énergie de complément, car le rendement des végétaux est assez faible : la superficie des terres agricoles, en France, ne suffirait pas à alimenter en carburant le parc automobile actuel, cependant son coût de production est en passe de devenir inférieur à celui des carburants pétroliers si ce dernier continue d’augmenter comme en 2005.

L’expérience brésilienne

Un vaste plan pro-alcool a été mis en place au Brésil pour diminuer la pollution au soufre notamment et améliorer l’autonomie énergétique. Cela n’a pas été sans conséquence sur la déforestation. Dans ce programme, la Canne à sucre servait de matière première. Mais la production ne fut jamais rentable, et l’emploi d’éthanol fut progressivement réduit - sans être jamais totalement abandonné au profit de son intégration avec l’essence. Parmi les critiques contre ce programme, outre le coût, figure la demande de terres arables qu’elle représente, aux dépens des forêts et des cultures vivrières. La chute du prix du pétrole dans les années 1980, l’expansion du parc diesel, et finalement la découverte d’importantes ressources de pétrole dans les eaux brésiliennes ont été autant de conditions défavorables pour ce programme, qui connaît cependant un regain d’intérêt récent, du fait de la flambée des cours internationaux du pétrole. Le bilan énergétique de l’éthanol brésilien est assez bon car les « raffineries » sont autonomes en énergie, la bagasse de canne à sucre fournissant suffisamment de combustible pour leur fonctionnement.

La mise sur le marché de véhicules polycarburants (ou flex fuel) a connu une spectaculaire envolée avec la hausse du cours du pétrole, pour dépasser 5 000 % en 1999. On estime que ce taux dépassera 90 % en 2008. On peut noter que la Suède a elle aussi développé cette technique, bien que les biocarburants soient pour l’essentiel importés. En effet la canne à sucre ne pousse pas en Europe. Les deux solutions qui restent sont la production d’éthanol à partir de la betterave sucrière ou encore l’importation, deux procédés beaucoup plus coûteux en énergie. Cela entraîne un cercle vicieux qui enlève au biocarburant ses qualités d’énergie renouvelable.

Développement aux États-Unis

Plus récemment, les États-Unis ont développé la production d’éthanol, notamment à partir de maïs : elle place le pays à la deuxième place mondiale et s’élevait à 6,21 millions de mètres cubes en 2001 pour 10,2 millions de mètres cubes en 2003.[1]. L’éthanol est ajouté dans l’essence, généralement en faible proportion (jusque 5 %) et sert d’anti-détonant (pour améliorer l’indice d’octane). Le bilan énergétique et l’écobilan sont toutefois peu favorables : en prenant en compte toute l’énergie consommée pour produire le maïs (engrais, pesticides, carburants) puis pour le transformer en éthanol (cuisson et distillation) on arrive à un bilan proche de zéro. À cela s’ajoute la très lourde consommation d’eau pour la culture de cette céréale. Certains critiques pensent que le développement de l’éthanol aux États-Unis est plus un moyen de subventionner les agriculteurs qu’une politique énergétique. _ La production d’éthanol consomme déjà 11 % du maïs produit aux États-Unis pour remplacer à peine plus de 1 % de l’essence consommée. Notons quand même que les protéines contenues dans les grains sont récupérées et données au bétail, le maïs consommé pour l’éthanol n’est pas perdu à 100 % pour l’alimentation. Par ailleurs, l’huile de maïs peut être récupérée, et utilisée en agro-alimentaire, ou pour produire du biodiesel.

Situation dans l’Union européenne

Dans l’Union européenne les principaux biocarburants sont le biodiesel et le bioéthanol. Selon la commission, l’Union européenne a produit 2 447 138 de tonnes des biocarburants en 2004. En 2005, l’Union europénne produisait environ 15 fois moins de bioéthanol que le Brésil et les États-Unis. Les principaux producteurs de biodiesel sont l’Allemagne, la France et l’Italie avec respectivement 1,034 millions de tonnes, 348 000 tonnes et 328 000 tonnes en 2004. En ce qui concerne le bioéthanol, les principaux producteurs sont l’Espagne, la France et la Suède avec 194 000, 102 000 et 54 000 tonnes en 2004. La commission européene pousse les pays à utiliser au moins 5,75% de biocarbarants dans le transport à l’horizon 2010.

Situation en France

En 2005, les bio-carburants deviennent de plus en plus intéressants économiquement, à cause de l’augmentation du prix du pétrole. De plus, ils sont relativement faciles à produire en France, du fait de la grande surface cultivable disponible. Le raffinage peut se faire de manière artisanale, mais des industries voient le jour qui permettront de faire baisser les coûts de fabrication. Les bio-carburants sont partiellement détaxés de la TIPP (Taxe Intérieure sur les Produits Pétroliers) ce qui compense en partie les externalités des carburants fossiles (le pétrole est une ressource non renouvelable, et sa combustion dégage des gaz à effet de serre). Socialement, cette industrie est créatrice d’emplois et de retombées économiques plus régionales. Elle est aussi valorisante pour les terres, puisqu’elle se fonde sur la culture intensive de végétaux.

Actuellement, produire des biocarburants reste plus onéreux que de produire et d’acheminer du pétrole ; mais plus pour longtemps, car on estime qu’à partir d’un prix du pétrole de 70$/baril, l’équilibre sera réalisé avec les plus compétitifs des biocarburants.

Dans l’immédiat, la France a décidé de rattraper son retard sur la législation européenne en incorporant 5,75 % de biocarburants aux produits fossiles. Le gouvernement veut atteindre ce taux pour 2008, alors que la directive européenne donne une date pour 2010, mais les capacités de production risquent de ne pas suffire pour tenir ce court délai. Elle accordera un soutien expérimental à la solution flex fuel en 2006.

En 2005, 500 000 tonnes de biocarburants (400 000 tonnes de biodiesel et 100 000 tonnes d’éthanol) ont été incorporés aux 40 millions de tonnes de carburants consommés dans les transports ; la France dépasse donc de très peu 1 %, alors que l’objectif d’incorporation fixé par le Conseil et le Parlement européen est de 5,75 % en 2010.

Bio-additifs

On appelle bio-additif un biocarburant employé en complément ou en mélange avec de l’essence. Ce peut être dans des proportions faibles (de 0 à 5 %) ou plus fortes (de 5 à 30 %), on parle alors de bio-composant. Le diester, par exemple, est un bio-composant.

Types de biocarburants

Biocarburants oléagineux (huiles)

 liquides oléagineux (huiles) : techniquement, n’importe quelle huile végétale (ou même animale) peut être utilisée comme carburant (directement ou par conversion en biodiesel), mais des considérations de prix, de rendement de cultures et d’écobilan excluent nombre de candidats. Les premiers prototypes des moteurs diesel inventés par Rudolf Diesel fonctionnaient à l’huile végétale, l’ancêtre des biocarburants. De façon générale, les lipides fournissent des carburants plus adaptés aux moteurs à cycle diesel qu’à ceux utilisant un cycle à allumage commandé (moteurs « essence »). Les tourteaux (la partie « non lipide » de la matière première utilisée) sont essentiellement utilisés dans l’alimentation animale. Leur valorisation en carburant pourrait se faire par décomposition et récupération de biogaz.

 Dérivés d’huiles végétales ou animales par trans-esthérification, le biodiesel, aussi appelé en France diester™, ou scientifiquement des EMHV (esters-méthyles d’huiles végétales).

Biocarburants éthyliques (alcools)

 l’éthanol : la fermentation directe de sucres produit de l’éthanol, un alcool qui peut remplacer partiellement l’essence. Une petite proportion d’éthanol peut aussi être ajoutée dans du gazole mais cette pratique est très rare.

 l’Ethyl-tertio-butyl-éther (ETBE) : obtenu par réaction entre l’éthanol et l’isobutène ; il est utilisé comme additif à hauteur de 5 % à l’essence en remplacement du plomb. L’isobutène n’est pas produit à partir de la biomasse.

  le méthanol : le méthanol (ou alcool de bois) est aussi utilisable, en remplacement partiel (sous certaines conditions) de l’essence, comme additif dans le gasoil, ou, à termes, pour certains types de piles à combustible.

 le Butanol : le butanol est fabriqué à partir d’avoine, de betteraves et de canne à sucre.

Biocarburants gazeux

 l’hydrogène : élément le plus abondant de l’univers (75 % en masse et 90 % en nombre d’atome), l’hydrogène sert à la production de méthanol, de carburant pour des moteurs thermiques (Chrysler et BMW possèdent une flotte de voitures roulant à l’hydrogène sans pile à combustible avec réservoir cryogénique) et comme combustible pour la pile à combustible chargée de produire de l’électricité. L’hydrogène n’est pas un biocarburant en soi, mais peut être produit à partir de méthane (réformage) ou d’autres combustibles.

 le méthane d’origine biologique ou biogaz carburant : ce gaz peut être utilisé en remplacement de l’essence dans les moteurs à explosion. Le méthane est le principal constituant du biogaz issu de la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l’absence d’oxygène ; c’est un biocarburant pouvant se substituer au gaz naturel (essentiellement composé de plus de 95 % de méthane). Il est fabriqué par des bactéries méthanogènes qui vivent dans des milieux anaérobiques (sans oxygène). Le méthane se dégage naturellement des zones humides peu oxygénées comme les marais et les terres inondées. Il peut être utilisé soit dans des moteurs à allumage commandé (technologie moteurs à essence) soit dans des moteurs dits dual-fuel. Il s’agit de les moteurs diesel alimentés en majorité par du méthane ou biogaz et pour lesquels l’explosion étant assurée par un léger apport de biodiesel/huile ou gazole.

 le gazogène : inventé par Georges Imbert (1884-1950), le gazogène est un système qui peut remplacer l’essence dans les moteurs à explosion. Pour que le gazogène soit un biocarburant il doit utiliser du bois ou du charbon de bois. La mise en œuvre est assez complexe, plus de vingt minutes sont nécessaires pour démarrer le moteur, après allumage d’un foyer, une fumée riche en gaz combustibles est produite, après purification le gaz obtenu est utilisé en carburant. _ Ce système n’est plus utilisé aujourd’hui que dans quelques véhicules d’époque. En effet, c’est le manque de pétrole durant la Seconde Guerre mondiale qui a conduit à l’utilisation de ce système très contraignant. _ Abandonné pour les transports, le principe est néanmoins utilisé à nouveau dans quelques petites unités de cogénération, il permet d’utiliser par exemple des déchets de bois dans un groupe électrogène avec un rendement convenable.

Biocarburants solides

 le bois : le bois sert notamment à la production de gazogène. Depuis 2004, des installations entièrement automatisées utilisent des rebuts de l’industrie du bois pour produire en continu de la chaleur et de l’électricité. L’électricité alimente le réseau tandis que la chaleur est utilisée pour des processus industriels ou des équipements collectifs. Un module typique moyen, composé principalement d’un gazogène et d’un moteur diesel, délivre en continu 300 kW électriques et 600 kW thermiques.

  la paille : la paille sert à la production de méthane par fermentation.

  le charbon de bois : le charbon de bois se produit par pyrolyse de bois mais aussi de paille ou d’autres matières organiques. À condition que sa source soit soutenable (autre que du bois issu de déforestation irréversible), c’est un carburant intéressant, notamment pour les besoins domestiques dans les pays en développement (comme la cuisson des aliments) : il ne pose pas de problèmes sérieux de pollution ou de toxicité, est facile et sûr à manipuler, brûle sans fumée, et a le double du pouvoir calorifique du bois ou de la paille « tels quels ».

Utilisations de déchets ou coproduits

Il y a nombre d’avantages à utiliser des matières premières issues non pas d’une culture spécifique (par exemple, du tournesol planté pour l’huile), mais coproduits d’une activité agricole ou agroalimentaire ; dans ce cas, on améliore l’écobilan (pas d’utilisation supplémentaire de terres arables, d’engrais, et d’eau). Mais les volumes réellement disponibles sont relativement limités. Ainsi, le biogaz est presque toujours produit à partir de déchets : eaux d’épuration, effluents agroalimentaires, déchets ménagers ; il permet ainsi de récupérer de l’énergie autrement gaspillée.

La mélasse de canne à sucre est un exemple typique de coproduit agricole valorisable en biocarburant. Chaque tonne de sucre de canne s’accompagne de 300 kg environ de ce mélange de sucres, d’eau et de cendres, assez pour produire quelques 75 litres d’éthanol. En théorie, toute la mélasse de canne à sucre du monde (environ 30 Mt/an) permettrait donc de produire 130 000 barils/jour d’éthanol. Mais en fait, une grande partie de la mélasse est déjà utilisée : nourriture pour animaux, industrie chimique, production de rhum, spécialités culinaires... La quantité de mélasse réellement disponible est donc bien moindre, et plus difficile à évaluer.

D’autre part, un procédé a récemment été développé (mais non encore employé à l’échelle commerciale) pour « digérer » la cellulose à l’aide d’une enzyme, c’est-à-dire la dépolymériser en glucose pouvant ensuite être fermenté. Ce système permettrait de produire de l’éthanol à partir de matières ligno-cellulosiques, telles que de la paille, des déchets de bois, de la bagasse de canne à sucre, voire de l’herbe de tonte. La première étape consisterait à séparer lignine et cellulose, comme dans la production de pâte à papier. La paille est produite en volumes énormes (plus de 2 milliards de tonnes par an), mais là aussi la grande majorité n’est pas disponible.

Pour les carburants oléagineux

Des huiles de fritures usagées, des huiles d’abattoirs ou de poissonneries, des huiles de vidange peuvent être utilisées.

Pour le biogaz

Le biogaz est lui toujours produit par valorisation de déchets. Les principales sources sont les boues des stations d’épuration (la production rend la station au moins en partie autonome en énergie), les lisiers d’élevages, les effluents des industries agroalimentaires et les déchets ménagers.

Pour le charbon de bois

Le charbon de bois peut se produire à partir de différentes sortes de résidus organiques. Ainsi, récemment, un inventeur indien a développé un procédé pour pyrolyser les feuilles de cannes à sucre - celles-ci, à l’heure actuelle, ne sont presque jamais utilisées, la majorité est brûlée sur les champs. Si cette technique (qui a pour seul défaut de demander beaucoup de main-d’œuvre) se répand, elle pourrait offrir, pour les populations des pays producteurs de canne à sucre, une nouvelle source d’énergie domestique, offrant un « troisième choix » entre le pétrole de plus en plus cher, et le bois qui s’épuise.

Notes

1. Alain Faujas, « Biocarburants : une fausse-bonne idée ? » dans Le Monde, 09/06/2006

Bibliographie

 "Manger ou rouler, il faut choisir !", Corinne Smith, L’Ecologiste n°18, p. 46