Biocarburant en Inde

Usine de production d'éthanol à Bajaj Hindustan en Inde (©photo)

Définition et catégories

Un biocarburant est un carburant liquide ou gazeux créé à partir de la transformation de matériaux organiques non fossiles issus de la biomasse, par exemple des matières végétales produites par l’agriculture (betterave, blé, maïs, colza, tournesol, pomme de terre, etc.).

Si la langue anglaise n’a retenu qu’une seule appellation « biofuel », plusieurs dénominations coexistent dans la langue française : biocarburant (terme retenu par le Parlement européen), agrocarburant ou carburant végétal. 

Les biocarburants sont assimilés à une source d’énergie renouvelable. Leur combustion ne produit que du CO2 et de la vapeur d'eau et pas ou peu d'oxydes azotés et souffrés (NOx, SOx).

On distingue trois générations de biocarburants :  

Les biocarburants de première génération

Ils sont principalement de deux types : 

  • le bioéthanol : il est produit à partir de canne à sucre, de céréales et de betterave sucrière.  Il est utilisé dans les moteurs essence ;
  • le biodiesel : il est dérivé de différentes sources d’acides gras, notamment les huiles de soja, de colza, de palme et d’autres huiles végétales. Il est utilisé dans les moteurs diesel.

Les biocarburants de première génération entrent en concurrence directe avec la chaîne alimentaire. Ils sont produits à partir de matières premières qui peuvent être utilisées dans une chaîne alimentaire animale ou humaine. Aujourd’hui, seule cette génération est produite à l’échelle industrielle.   

Les biocarburants de deuxième génération

Des technologies sont actuellement mises au point pour exploiter les matières cellulosiques telles que le bois, les feuilles et les tiges des plantes ou celles issues de déchets.
On qualifie ces matières de biomasse ligno-cellulosique car elles proviennent de composants ligneux ou à base de carbone qui ne sont pas directement utilisés dans la production alimentaire. Ces caractéristiques présentent un avantage de disponibilité supérieure et de non concurrence alimentaire par rapport à la première génération de biocarburants.

Cette technologie permet de produire du bioéthanol dit de deuxième génération, du biodiesel, du biohydrogène ou du biogaz.
Elle n’est pas encore déployée au stade industriel mais des perspectives de mise en application à moyen terme se dessinent. Leur production à grande échelle est prévue à l’horizon 2020-2030.

Les biocarburants de troisième génération

Les procédés, encore à l’étude, s’appuient principalement sur l’utilisation de microorganismes telles que les microalgues.

Celles-ci peuvent accumuler des acides gras permettant d’envisager des rendements à l’hectare supérieurs d’un facteur 30 aux espèces oléagineuses terrestres. A partir de ces acides gras, il est possible de générer du biodiesel. Certaines espèces de microalgues peuvent contenir des sucres et ainsi être fermentées en bioéthanol. Enfin, les microalgues peuvent être méthanisées pour produire du biogaz. Certaines d’entre elles peuvent également produire du biohydrogène.

Fonctionnement technique ou scientifique

Les principales techniques de production des carburants de première génération sont les suivantes :

  1. le bioéthanol : le processus de fabrication transforme le sucre de la matière végétale en alcool (éthanol) par fermentation. Il est mélangé à l’essence soit directement, soit sous une forme chimique différente ;
  2. le biodiesel : il est fabriqué à partir de la réaction entre une huile végétale semi-raffinée, obtenue principalement à partir des huiles végétales (colza, tournesol) avec un alcool. Le processus est appelé « transestérification » : les huiles végétales sont mélangées à froid à un alcool en présence d’un catalyseur (hydroxyde de sodium ou de potassium). Le biodiesel est mélangé uniquement au gazole.

Les filières classiques biocarburants première génération

Biocarburant de première génération (©DR, d'après source IFP)

 

Il existe deux principales méthodes de production des biocarburants de seconde génération :

  • par voie thermochimique ou gazéification : la biomasse est transformée en gaz (principalement de l’hydrogène et du monoxyde de carbone). Cela nécessite des conditions de pression et de températures très élevées (de l'ordre de 1 000 °C et 4 bar), puis transformé en carburant par une réaction dite de Fischer-Tropsch ;
  • par voie biochimique : ce procédé permet de transformer la biomasse en sucre par des enzymes. Le sucre produit est ensuite transformé en éthanol par un procédé de fermentation. Le produit obtenu est appelé éthanol de « seconde génération ».   

Biocarburant de deuxième génération

Biocarburant de deuxième génération (©DR, d'après source IFP)
 

Les biocarburants de troisième génération ne sont encore qu’au stade de la recherche et de projets pilotes. Une des principales pistes de réflexion est basée sur le fait que certains micro-organismes peuvent fournir de l’hydrogène ou des lipides (acides gras) sous l’effet de la lumière et d’autres substances chimiques.

Enjeux par rapport à l'énergie

Enjeux économiques

Les biocarburants représentent une source supplémentaire de carburant et une activité agro-industrielle nouvelle. Ils permettent aux pays qui les produisent de réduire leur dépendance énergétique vis-à-vis des carburants d’origine fossile. Cependant, l’utilisation de biocarburants de première génération peut entraîner l’augmentation de la demande et la hausse des prix des produits agricoles. Celle-ci peut créer l’instabilité sociale dans les pays pauvres. En effet, il est à noter qu’en Haïti et dans d’autres pays d’Afrique comme le Sénégal ont déjà éclaté des émeutes de la faim.   

Enjeux environnementaux

La combustion des carburants d’origine fossile participe aux émissions de gaz à effet de serre (GES). Pour ce qui relève des biocarburants, le carbone émis lors de leur combustion dans l’atmosphère a été préalablement fixé par les plantes lors de la photosynthèse. Ainsi, le bilan carbone semble donc à priori neutre. Cependant, la situation idéale n’est pas encore atteinte en pratique car la production de ces biocarburants requiert un travail humain, agricole, de transport, de procédé industriel, et donc une consommation de carburants et éventuellement d’autres substances dont l’usage produit aussi des GES.

Par ailleurs, le caractère durable de la production des agrocarburants peut être mis à mal si elle est réalisée de manière non durable : épuisement des sols, pollution des eaux et destruction de milieux naturels pour cette production. 

Évolution de la législation européenne

La directive européenne 2009/28/CE(1) fixe un objectif d'intégration des sources renouvelables dans le secteur des transports d'au moins 10% pour chaque État membre d'ici 2020.

Cette directive établit également des critères de durabilité pour les biocarburants (dans les articles 17 à 19), en accord avec l'objectif de réduction des gaz à effet de serre, de préserver les terres présentant une grande valeur sur le plan de la biodiversité.

Parmi les critères fixés, les biocarburants doivent émettre au moins 35% moins de gaz à effet de serre que les carburants traditionnels pour être considérés comme « durables ». En janvier 2017, cette réduction des gaz à effet de serre résultant de l'utilisation de biocarburants devra atteindre au moins 50%, et 60% en janvier 2018.

Le 11 septembre 2013, le Parlement européen s'est par ailleurs prononcé pour plafonner la part des biocarburants de 1re génération à 6% de l'énergie finale consommée dans le secteur des transports. Ce plafonnement vise à réduire l'impact du développement de cette catégorie de biocarburants sur la production alimentaire. Un objectif de 2,5% est par ailleurs fixé pour les biocarburants de 2e et 3e génération.

Acteurs majeurs

Il existe trois principales zones productrices qui produisent près de 85% des biocarburants dans le monde(2).

Les États-Unis : 27,4 Mtep en 2012 (45,5% de la production mondiale)

Longtemps loin derrière ses concurrents, les États-Unis ont investi le marché en se fixant des objectifs ambitieux : alors qu'en 1999, il n'y avait qu'une seule unité de production de biodiesel sur le territoire des États-Unis, en 2008, on pouvait dénombrer 173 sociétés de production de biodiesel, capables de produire jusqu'à 10,9 milliards de litres/an, soit l'équivalent de la consommation mondiale de 2008.

Le développement américain des biocarburants a pris de l’ampleur en 2007 avec le programme Renewable Fuel Standard (RSF1). Ce programme fixant des objectifs d'intégration des biocarburants (en volume) dans les transports traduit la volonté du gouvernement américain de diversifier les sources d'énergie et de diminuer la dépendance énergétique vis-à-vis de pays exportateurs d'énergies fossiles.

Deux axes sont développés : renforcer la production de biodiesel et développer massivement les biocarburants de seconde génération.

Le Brésil : 13,5 Mtep en 2012 (22,5% de la production mondiale)

Le Brésil s'est longtemps classé en tête au niveau mondial car le développement des biocarburants a été mis en place dès les années 1970. Le plan Proalcool, lancé à cette époque, avait pour objectif d’ouvrir de nouveaux débouchés au secteur sucrier en crise. Il s’agit principalement de la production d’éthanol à partir de la canne à sucre. L’État brésilien a contribué une grande part dans le développement du secteur des biocarburants.

L’Europe : 10,0 Mtep en 2012 (16,6% de la production mondiale)

Leader mondial sur le marché du biodiesel en 2010, l'Europe est une des régions les plus motrices après les États-Unis et le Brésil dans la production et l'usage des biocarburants.

Les dirigeants européens se sont engagés à augmenter la part des biocarburants dans les transports, passant de 2% en 2010 pour atteindre 10% d’ici 2020. Cet objectif ambitieux n'est pas sans poser certaines questions, notamment sur la ressource disponible en biomasse.

Deux pays européens se démarquent du point de vue de la production de biocarburants : l'Allemagne (2,9 Mtep produits en 2012) et la France (1,8 Mtep).

Unités de mesure et chiffres clés
  • En France, le taux d'incorporation global de biocarburants a atteint 6,8% de la consommation totale de carburant en 2012(3) : 7,0% pour le biodiesel et 5,8% pour le bioéthanol.
     
  • En Amérique du Nord, la production de biocarburants a pour la première fois dépassé un niveau moyen d'un million de barils par jour(4). Cette production a plus que doublé entre 2007 et 2011.
Passé et présent

Lorsque l’industrie automobile est née, le pétrole et ses dérivés n’étaient pas encore très utilisés, les motoristes se tournaient vers le futur biocarburant : Nikolaus Otto a inventé le moteur à combustion interne. Rudolf Diesel, inventeur du moteur portant son nom, faisait tourner ses machines à l’huile d’arachide.

Au milieu du XXe siècle, le caractère abondant et peu cher du pétrole entraîne un désintérêt des industriels pour les biocarburants. Les deux chocs pétroliers (1973 et 1979) provoquent un regain d’intérêt pour les biocarburants pour des questions stratégiques et économiques. 

Le contre-choc pétrolier de 1986 a réduit l’enthousiasme pour les biocarburants. Mais en 2000, une nouvelle hausse du prix du pétrole et la nécessité de réduire l’effet de serre ont incité les gouvernements à multiplier les discours favorables au secteur des biocarburants. 

Futur

Les biocarburants apparaissent à l’heure actuelle comme une alternative sérieuse aux carburants traditionnels.

Cependant, ils possèdent actuellement un rendement énergétique « du puits à la roue » inférieur à celui des sources fossiles (dont on ne comptabilise pas le coût de fabrication pendant des millions d’années) et leur production est limitée par la disponibilité des terres. Parmi les prévisions, l’Agence internationale de l’Energie (l’AIE) estime que les biocarburants pourraient fournir jusqu'à 27% du carburant utilisé dans les transports dans le monde en 2050(5).

La position des biocarburants dans le futur champ énergétique va principalement être conditionnée par le développement de la deuxième génération de biocarburants.  

Dans le domaine de la production des biocarburants de seconde génération, on assiste à un effort de recherche et développement sans précédent au niveau international. Les États-Unis misent sur l'éthanol cellulosique. Le Brésil, premier producteur mondial d'éthanol, s'y intéresse également. L'Europe, quant à elle, mise sur les deux voies, éthanol cellulosique et des biocarburants obtenus par voie thermochimique. Plusieurs unités pilotes fonctionnent déjà et beaucoup sont en projet. Tout l'enjeu est de produire ces biocarburants à un prix compétitif avec les meilleurs bilans environnementaux possibles. Compte tenu des verrous économiques et technologiques qu'il faut encore lever, les installations industrielles ne devraient pas voir le jour avant 2015/2020.