Biocarburants et science

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Biocarburants et science

  1. 1. Les biocarburants et la scienceI) La première génération de biocarburantsa) Introduction : pourquoi les biocarburants ?Cadre général : développement de procédés d’exploitation des sourcesrenouvelables d’énergie, afin de remplacer à moyen ou long terme lesénergies fossiles.Pour cela : utiliser l’énergie rayonnée par le soleil, soit directement(techniques photovoltaïque et solaire thermique), soit indirectement :en exploitant l’énergie chimique stockée par les plantes lors de laphotosynthèse sous forme de sucres ou d’amidon.Différents usages de la biomasse : soit par combustion, soit commecarburants (les biocarburants, aussi appelés agrocarburants).Des programmes ambitieux (objectif européen de 10% de biocarburantsen 2020) qui se heurtent à plusieurs inconvénients :-Economique : Carburants produits à partir de cultures à vocationgénérique, c’est-à-dire destinées à la fois à la filière énergie et àl’industrie agro-alimentaire. Cet usage participe par conséquent à lahausse du prix des denrées alimentaires.-Ecologique : Les surfaces nécessaires à leur culture sontconsidérables : participe à la déforestation.
  2. 2. b) Produire un carburantAu sein de la production de biocarburants on peut d’abord distinguertrois sous-filières en fonction de la technique utilisée (ne correspondentpas aux générations successives de biocarburants). Soit :-on exploite l’huile contenue dans les plants de colza, de tournesol oud’autres oléagineux (biodiesel et esters).-on produit un alcool par fermentation des sucres que contiennent engrande quantité certains végétaux comme les betteraves ou la canne àsucre (bioéthanol). L’éthanol n’est pas utilisé directement commecarburant mais est transformé en un éther.-ou on produit des hydrocarbures gazeux par une fermentationanaérobie, c’est-à-dire dans un milieu privé de dioxygène. Ainsiobtenu, le biogaz est constitué à 65% de méthane (CH4), de 34%dioxyde de carbone (CO2), d’eau et de composés azotés et sulfurés.Bus roulant au biogaz en Suède. Ce pays a été l’un des premiers àdévelopper la filière biogaz pour le transport public. Uneexpérimentation est également en cours à Lille.
  3. 3. II) Deuxième génération : une réponse partielleLes biocarburants de deuxième génération tentent de palier à certainsdes défauts de leurs prédécesseurs. Ils sont obtenus à partir de sourcesligno-cellulosiques (bois, feuilles, paille, etc.).De nouvelles espèces végétales, encore inconnues du grand public(comme par exemple le Jatropha), présentent également des capacitésconsidérables de stockage de lipides.Avantage : un meilleur bilan écologique-Des cultures à seule vocation énergétique, donc plus de concurrencedirecte avec l’industrie agro-alimentaire.-Les plantes peuvent être valorisées dans leur totalité. En effet toutecellule végétale contient, en proportions variables, de la lignine et de lacellulose. Il n’y a plus de concurrence directe avec la filière agro-alimentaire et des déchets de celle-ci peuvent être valorisés.-Cependant la valorisation de plantes entières tend à appauvrir les sols,en les privant de sources naturelles de matières organiques : apportssupplémentaires en engrais nécessaires.Inconvénient : un bilan économique moins bon-Un réseau de collecte et distribution (stockage, transport, information)est à mettre en place. La collecte des déchets agricoles, comme lesnouvelles cultures à vocation énergétique et encore peu répandues, nepeuvent bénéficier des structures existantes.-Procédés techniques avancés nécessaires pour obtenir des rendementscomparables ou supérieurs à ceux de la première génération.
  4. 4. Le fruit du Jatropha curcas
  5. 5. III) Troisième génération : les perspectives de rechercheIl s’agit cette fois de concentrer au maximum la production decarburants, par exemple en cultivant des microalgues. L’objectif à longterme est de s’affranchir des contraintes dues à la culture d’êtresvivants, notamment la contrainte du sol. Pour cela, on imagine desstructures reproduisant les mécanismes chimiques impliqués dans laphotosynthèse.a) La culture de micro-organismesLes microalgues, comme les autres végétaux, stockent des sucres et deslipides pour garantir leur développement. Dans certaines conditions,ces réserves peuvent cependant devenir bien plus importantes.Avantages : un impact écologique théoriquement satisfaisant…- L’espace nécessaire à la culture d’algues est faible : cette pratique neparticipe pas directement à la déforestation.-La grande diversité de ces algues, à laquelle s’ajoute la possibilité deles améliorer génétiquement, donne l’espoir d’améliorer les très faiblesrendements (environ 1%) de la conversion d’énergie de source solaireen carburants.Inconvénient : ….mais encore très incertain-Une telle culture nécessite grandes quantités d’eau (renouvellementcontinu et vidanges), fait appel à de nombreuses substances chimiques(engrais et pesticides sélectifs afin de ne conserver qu’un type d’alguesprécis), à un système de régulation thermique et chimique (les alguesdoivent croître dans des conditions optimales).-Ce type de culture étant peu fréquent, de grandes incertitudessubsistent quant à la rentabilité sur le long terme.
  6. 6. A Alicante, en Espagne, le dioxyde de carbone dégagé par unecimenterie alimente ces tubes où sont cultivées des algues. Produisantdes biocarburants, ce centre présente donc un double intérêtécologique.
  7. 7. b) Les procédés bio-inspirés pour la production d’hydrogèneLes approches visant à reproduire artificiellement les mécanismes dephotosynthèse se sont multipliées depuis le début des années 2000.Elles concernent principalement la troisième sous-filière, c’est-à-dire laproduction de dihydrogène. En effet les microalgues produisent dudihydrogène, mais seulement dans des circonstances exceptionnelles(stress soudain, etc). L’idée est de copier la technique qu’elles utilisent,en l’améliorant.Avantage : une technique économiquement et écologiquement viable-On s’affranchit non seulement du sol, mais du vivant lui-même, et desnombreuses contraintes qu’il pose pour son entretient.-Possibilité de standardisation : les structures de productiond’hydrogène bio-inspirée pourraient ressembler à l’avenir à des sortesde panneaux solaires, faciles à diffuser et exploiter.Inconvénient : des projets encore abstraits-Ces projets ne sont encore qu’à l’état de recherche, et celle-cis’annonce encore longue. Outres le choix des composés chimiquesreproduisant la photosynthèse, il faut encore fixer durablement cescomposés sur un support. Dans l’état actuel des recherches, laproduction de dihydrogène ne se maintient à un seuil satisfaisant quedurant quelques heures.
  8. 8. Moduled’ancrage : attache Module Module catalytique : photoactif : reçoit c’est là que la réaction se l’énergie lumineuse produit Schéma représentant les trois modules à assembler pour pouvoir produire du dihydrogène. Très indépendants l’un de l’autre, les trois complexes chimiques sont réunis par de fragiles liaisons. Grâce à l’énergie lumineuse (hv) apportée au module photoactif, les électrons arrachés au niveau du module catalytique se déplacent en empruntant les liaisons, de la droite vers la gauche. Ce schéma montre une cuve produisant du dihydrogène (H2) selon une méthode bio-inspirée, en deux étapes. L’énergie du soleil permet -De transformer l’eau en dioxygène (évacué) et en ions H+ (à droite) -De former du dihydrogène à partir de ces ions H+ (à gauche)
  9. 9. ConclusionDes approches très diversifiées et qui ne peuvent pas toutes aboutir :une sélection aura lieu, en particulier selon le critère économique.Le dynamisme de la recherche scientifique joue un rôle déterminant, àla fois à l’échelon global et à l’échelon national (fort potentiel decréation d’emplois dans le secteur de l’énergie).Aujourd’hui : en grande majorité des biocarburants de premièregénération (à partir de céréales, palmier à huile, etc.), mais, du fait de lagrande diversité des techniques, il n’existe pas de séparation stricteentre ces catégories.Ce panorama devrait se préciser dans un avenir proche.Sources :-Le dossier de presse du CEA intitulé Bioénergies : les recherches surles biocarburants de 3ème génération, 5 mai 2010-Pages Biocarburant (français) et Biofuel (anglais) sur Wikipédia,dans leur version du 06/01/2012.Ecrit par Maxime REMOND

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