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L E S B I O C A R B U R A N T S : P E R S P E C T I V E S , R I S Q U E S E T O P P O R T U N I T S 11

2. Biocarburants et agriculture un aperu technique

principale source dnergie pour la plupartde la population du monde qui vit dans desconditions dextrme pauvret, et elle sertessentiellement la cuisson des aliments. Destechnologies de conversions plus avances etefficaces permettent aujourdhui dobtenir

des biocarburants solides, liquides ougazeux partir de matriaux comme lebois, les matires premires vgtales et lesdchets. Le prsent chapitre passe en revueles biocarburants. Que sont-ils, quel est leurpotentiel, quelles sont leurs implicationspour lagriculture? Les biocarburants liquidespour les transports dont lemploi tend se gnraliser rapidement, ont retenuparticulirement lattention.

Types de biocarburants

Les biocarburants sont des vecteursdnergie qui emmagasinent lnergie tirede la biomasse2. Lventail des sources debiomasse qui peuvent servir produire dela bionergie sous une varit de formesest large. Par exemple, les rsidus de latransformation industrielle des aliments, desfibres et du bois; les cultures nergtiques,les plantations rotation rapide, et lesdchets du secteur agricole; les rsidusdu secteur forestier, tous peuvent servir

produire de llectricit, de la chaleur, cognrer de la chaleur et de llectricitainsi que dautres formes de bionergie.Les biocarburants sont galement appelsnergie renouvelable parce quils sont delnergie solaire sous une autre forme.

On peut classer les biocarburants enfonction de leur origine et de leur type.Ils peuvent provenir de dchets forestiers,agricoles ou de produits de la pche oude dchets municipaux ou encore de sous-produits et dchets de lagro-industrie,

des industries alimentaires et des services

2 Voir FAO (2004a) pour un aperu de la terminologie

relative aux biocarburants.

La biomasse traditionnelle, notammentle bois de feu, le charbon de bois et lesdjections animales, reste une importantesource dnergie dans de nombreusesrgions du monde. La bionergie est la

TerresEauMain-doeuvreSemences

Nutrimentsnergie

FIGURE 4Biocarburants de la matirepremire lutilisation finale

Canne sucreBetterave sucreMasBlColza

Huile de palmeJatrophaPanicSaule...

thanolBiodieselBois de feuCharbon de bois

BagasseBiogaz...

RESSOURCES

PRODUCTION

TRANSFORMATION

CONSOMMATION

MATIRES PREMIRES

UTILISATION FINALE

BIOCARBURANTS

Transport

Chauffage

lectricit

...Source: FAO.


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L A S I T U A T I O N M O N D I A L E D E L A L I M E N T A T I O N E T D E L A G R I C U L T U R E 2 0 0 812

FIGURE 5

Utilisations de la biomasse pour lnergie

Source: AIE, 2007.

Transport

Utilisation industrielle

Utilisation rsidentielle

2%

18%

80%

La biomasse pour la gnration de chaleuret dnergieDiffrents types de biomasse sont utilisscomme combustibles pour produirede llectricit et de la chaleur. Parmiceux-ci on a diffrents types de dchets,comme les rsidus agro-industriels, lesrsidus de rcolte laisss sur le champ,les djections animales, les dchets debois de lindustrie et de la sylviculture, lesdchets de lindustrie alimentaire et dupapier, les dchets municipaux solides,

les boues des systmes dpuration et lesbiogaz provenant de la fermentation dedchets agricoles et organiques. On utilisegalement des vgtaux spcifiquementcultivs cette fin, comme des culturesprennes croissance rapide (eucalyptus,peupliers, saule) et des herbes (miscanthuset panic rig).

Les procds de production dellectricit sont galement varis.Ceux qui utilisent la biomasse fontgnralement intervenir le cycle de la

vapeur: la biomasse est brle dans unechaudire qui produit un flux de vapeur haute pression activant des palesarodynamiques qui mettent en rotation

une turbine laquelle entrane son tourun alternateur produisant de llectricit.La biomasse peut galement trecompacte, par exemple en briquettesde bois servant de combustible, et labiomasse peut galement tre brleavec du charbon dans la chaudire dunecentrale conventionnelle pour produirede la vapeur et de llectricit. lheureactuelle, cette dernire faon de combinerles technologies renouvelables avec laproduction conventionnelle dlectricit

est la plus rentable parce que dans laplupart des cas il est possible dutiliserlinfrastructure des centrales existantessans grandes modifications.

Les biogaz dans la production de chaleuret dlectricit et dans les transportsDigestion anarobieLa digestion anarobie de dchetsalimentaires ou animaux par desbactries dans un environnement privdoxygne libre des biogaz forte

teneur en mthane et en dioxyde decarbone pouvant servir produire dela chaleur ou de llectricit dans unmoteur combustion interne modifi.

ENCADR 1Autres types de biomasse pour la gnration de chaleur, dnergie et pour le transport


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La conversion en mthane/biogaz desdchets et djections dorigine animalepeut prsenter des avantages intressantsdu point de vue de lenvironnement et dela sant. Le mthane est un gaz effetde serre dont le potentiel au regard durchauffement plantaire est de 22 24 fois plus puissant que celui du dioxydede carbone. En pigeant et en utilisant lemthane, on neutralise ses effets de gaz effet de serre. De plus, la chaleur produitependant le processus de biodigestion

tue les agents pathognes prsents dansle fumier et le processus livre un rsiduvaloris comme engrais.

GazificationMoyennant un processus de gazification,la biomasse solide peut tre convertieen un combustible gazeux ou biogaz.Le fonctionnement du gazifieur est lesuivant: la biomasse porte tempratureleve dans un milieu pauvre enoxygne est dcompose et libre un

gaz de synthse inflammable riche ennergie que lon appelle syngaz. Cegaz peut tre brl dans une chaudireconventionnelle ou utilis la place du

gaz naturel dans une turbine gaz pouractionner un gnrateur lectrique. Lebiogaz obtenu par gazification peut trefiltr pour le dbarrasser des composschimiques non dsirs puis utilis dansdes centrales rendement lev cyclecombin qui utilisent des turbines gazet vapeur pour produire de llectricit.

Biogaz pour le transportLe biogaz non trait est impropre lusage comme carburant pour le transport

en raison de sa faible teneur en mthane(60-70 pour cent) et de sa forteconcentration en contaminants. Il peuttoutefois tre trait pour tre dbarrassdu dioxyde de carbone, de leau et desulfures dazote corrosifs, et pour treenrichi en mthane. Le biogaz traitlorsquil est comprim, a des propritssimilaires celles du gaz naturel comprimet peut alors servir de carburant pour letransport.

Source: sur la base du GBEP, 2007.

alimentaires. Ils peuvent tresolides, boisde feu, charbon de bois, briquettes de bois;liquides, comme lthanol, le biodiesel et leshuiles de pyrolyse; gazeuxcomme les biogaz.

On distingue galement entre lesbiocarburantsprimaires (non transforms) etsecondaires (transforms):

Les biocarburants primaires, commele bois de feu, les copeaux et lesbriquettes de bois, sont ceux o lamatire organique est utilise danssa forme naturelle (telle quelle estrcolte). ils fournissent en gnralle combustible servant directement

cuire les aliments, produire de lachaleur ou de llectricit dans desapplications industrielle petite etgrande chelle.

Les biocarburants secondaires sousla forme de solides (par exemple, lecharbon de bois), liquides (lthanol, lebiodiesel, les huiles biologiques, etc.) ou

de gaz (biogaz, syngaz et hydrogne)peuvent servir dans un ventail

dapplications plus large notammentdans les transports et les processusindustriels temprature leve.

Biocarburants liquides pourle transport3

En dpit du faible volume de la productiontotale de biocarburants liquides, laproduction de biocarburants liquides pourle transport partir essentiellement de

matires premires agricoles et alimentairesest le secteur qui a enregistr la croissance laplus rapide de ces dernires annes. Les plusimportants sont lthanol et le biodiesel.

3 La prsente section sinspire de GBEP (2007, p. 2-10) et

AIE (2004).


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LthanolTout matriau dont la teneur en sucre

est suffisante ou tout matriau pouvanttre converti en sucre, tels la cellulose oulamidon, peut servir produire de lthanol.Lthanol que lon trouve aujourdhui surle march des biocarburants est produit partir de sucre ou damidon. Les principalescultures sucrires sont la canne sucre, labetterave sucre et, dans une moindremesure, le sorgho doux. Les amylacs lesplus courants sont le mas, le bl et lemanioc. La faon la plus simple de produirede lthanol est par fermentation directe

de la biomasse contenant du sucre. AuBrsil et dans dautres pays tropicaux quiproduisent actuellement de lthanol,on utilise surtout la canne sucre. Dansles pays de lOCDE, on produit lthanolessentiellement partir des amylacscontenus dans les crales (quoiquon utilisegalement la betterave sucrire) dont laconversion en sucre est relativement aise.Ces amylacs ne reprsentent toutefois quunpetit pourcentage de la masse vgtaletotale. Lessentiel de cette masse consisteen cellulose, hmicellulose et lignine. Lesdeux premires peuvent tre converties enalcool aprs conversion pralable en sucre,mais le processus est plus complexe que pourlamidon. La production dthanol partirde la biomasse cellulosique est pratiquementinexistante aujourdhui mais les recherches sepoursuivent trs activement dans ce secteur(voir la section consacre aux biocarburantsde deuxime gnration p. 20-21).

Lthanol peut tre mlang de lessenceou servir de carburant dans sa forme puredans des moteurs combustion interne

lgrement modifis. Un litre dthanolcontient environ 66 pour cent de lnergiefournie par un litre dessence, mais lthanola un niveau doctane plus lev et, lorsquilest mlang lessence pour le transport, ilamliore la performance de cette dernire.Il amliore galement la combustion descarburants dans les vhicules, rduisantpar l lmission de monoxyde de carbone,dhydrocarbures non brls et de particulescancrignes. Cependant, la combustiondthanol intensifie galement la raction

avec lazote dans la sphre, ce qui peutprovoquer une augmentation marginale degaz doxyde dazote. Compar au ptrole,lthanol ne contient du souffre qu ltatde trace. Par consquent, en mlangeant

lthanol lessence, on rduit la teneuren soufre des carburants et par consquent

les missions doxyde de soufre, produitcancrigne qui contribue aux pluies acides.

Le biodieselOn obtient le biodiesel moyennant unprocessus chimique dit de transestrification partir dun mlange dhuile vgtaleou de graisse animale avec un alcool enprsence dun catalyseur. Lhuile servant la production de biodiesel peut provenir depratiquement nimporte quelle olagineuse.Les plus couramment utilises au niveau

mondial sont le colza en Europe et le sojaau Brsil et aux tats-Unis dAmrique.Dans les pays tropicaux et sous-tropicaux,on utilise lhuile de palme, de coprah et dejatropha. On emploie galement de faiblesvolumes de graisses animales provenantdes industries de transformation du poissonet des produits animaux. Le processus deproduction du biodiesel fournit galementdes sous-produits tels que les tourteauxde fves tritures (servant lalimentationdes animaux), et la glycrine. Du fait quelon peut produire du biodiesel partir dunlarge ventail dolagineuses,les carburantsobtenus prsentent une plus grande varitde proprits physiques que lthanol enmatire par exemple de viscosit et decombustibilit.

Le biodiesel peut tre mlang avecle diesel habituellement utilis commecarburant ou utilis tel quel dans desmoteurs allumage par compression. Sateneur en nergie quivaut 88-95 pourcent de celle du diesel, mais il en amliorela lubricit tout en amliorant son indice

de ctane, de sorte que grosso modo lesdeux carburants se valent. La teneur plusleve en oxygne du biodiesel favorise unecombustion plus complte du carburant, cequi rduit les missions dans latmosphrede particules polluantes, de monoxydede carbone et dhydrocarbures. Commelthanol, le biodiesel a une teneur en soufrengligeable, ce qui contribue rduire lesmissions doxyde de soufre des vhicules.

Les huiles vgtales pures

Les huiles vgtales pures4

, aptes servir decarburant pour les moteurs diesel, peuventtre produites partir de nombreuses

4 On dit aussi huile vgtale pure.


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olagineuses telles que le colza, le tournesol,le soja et le palmiste. On peut galement

employer les huiles uses des restaurantset les graisses animales des industriesde transformation de la viande commecarburant pour les moteurs diesel.

Les matires premiresutilises dans la productionde biocarburants

La biomasse pouvant servir la productiondnergie est trs diverse, de mme que

sa distribution gographique. Aujourdhuiencore la plupart de lnergie tire dela biomasse et utilise comme carburantprovient de sous-produits ou de co-produitsde la production de bois, de fourrage et defibres. Ainsi, les principaux sous-produitsdes industries forestires servent produiredu bois de chauffe et du charbon de bois,et la liqueur noire (sous-produit des usinesde pte papier) joue un grand rlecomme carburant dans la production debiolectricit dans des pays comme le Brsil,le Canada, la Finlande, la Sude et les tats-Unis dAmrique. Une quantit considrablede chaleur et dlectricit est produite partir de biomasse ligneuse de rcuprationou recycle et la production dnergie partir de la biomasse fournie par les cultures(pailles et tiges de coton) et la sylviculture(copeaux et briquettes de bois) ne cesse decrotre. Dans les pays producteurs de sucreet de caf, la bagasse et les parches de cafsont utilises en combustion directe et aussipour produire de lnergie thermique et dela vapeur.

En termes de bionergie, toutefois,le secteur qui a connu la plus grandecroissance ces dernires annes est celuides biocarburants liquides pour le transport partir des matires premires agricoles.Lessentiel de la production a pris la formedthanol partir de cultures nergtiques teneur leve en sucre ou en amidon, ou debiodiesel partir dolagineuses.

Comme il ressort de la Figure 6, diffrentescultures nergtiques peuvent servir dematire premire la production dthanol

et de biodiesel. Il reste que lessentiel dela production mondiale dthanol reposesur le sucre de canne ou le mas; lessentieldthanol produit au Brsil lest partir dela canne sucre, aux tats-Unis dAmrique

partir du mas. Parmi les autres matirespremires importantes figurent le manioc, le

riz, la betterave sucre et le bl. Les culturesnergtiques les plus utilises pour laproduction de biodiesel sont le colza au seinde lUE, le soja aux tats-Unis dAmrique etau Brsil, et les huiles de palme, de coprahet de ricin dans les pays tropicaux et sous-tropicaux, le jatropha semblant devoir sejoindre ce groupe.

Biocarburants et agriculture

Lessor et llargissement actuel des marchsde lnergie conscutifs ladoptionpar la plupart des pays dvelopps denouvelles politiques nergtiques et delenvironnement au cours de la dcenniecoule entranent une rorganisation enprofondeur du secteur agricole. Son rle defournisseur de matires premires destines la production de biocarburants liquidespour le transport, comme lthanol et lebiodiesel, ne cesse de gagner en importance.Les bionergies modernes offrent denouveaux dbouchs aux produits agricoleset sont par consquent potentiellementcratrices demplois et de revenus. Ellesexercent en mme temps une pressioncroissante sur la demande de ressourcesnaturelles, notamment sur la terre et leau,en particulier court terme, quoiqu longterme, la hausse des rendements pourraitattnuer les effets de cette pression. Lademande croissante de terre devientproblmatique en particulier lorsquelleentrane la conversion de cultures destines lalimentation (par exemple la culture du

mas, et du soja) au profit de la productionde biocarburants, ou la conversion decultures vivrires la production debiodiesel.

lheure actuelle, 85 pour cent de laproduction mondiale de biocarburantsliquides consiste en thanol (Tableau 1). Lesdeux plus gros producteurs dthanol, leBrsil et les tats-Unis dAmrique, entrentpour 90 pour cent dans la production totale,le Canada, la Chine, lUE (en particulierla France et lAllemagne) et lInde se

rpartissant pratiquement tout le reste dela production. La production de biodieselest essentiellement concentre dans lUE(60 pour cent du total) et aux tats-Unis(avec une bien moindre part de la production


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totale). Au Brsil, la production de biodiesel

est bien plus rcente et le volume deproduction reste limit. La Chine, lInde,lIndonsie et la Malaisie comptent parmi lesproducteurs importants de biodiesel.

Les rendements de biodiesel lhectarevarient considrablement dune culturenergtique lautre, dun pays lautreet dun systme de production lautre,comme le montre le Tableau 2. Ces variationstiennent la fois aux diffrences dans desrendements lhectare selon les culturesnergtiques et aux diffrences dans

lefficacit de conversion des diffrentesmatires premires. Il sensuit que lademande de terres ncessaires pour faireface aux besoins de laccroissement de

BIODIESEL

FIGURE 6

Conversion des matires premires agricoles en biocarburants liquides

Source: FAO.

Canne sucreBetterave sucreSorgho doux

CULTURES SUCRIRES

PanicMiscanthusSaulePeuplierDbris vgtaux

MATIRES CELLULOSIQUES

THANOL

Fermentationet

distillation

Saccarification,fermentationet distillation

Extractionet

esterification

MasBlOrgeSeiglePomme de terreManioc

PLANTES DONT EST EXTRAIT LAMIDON

ColzaHuile de palmeSojaTournesolArachideJatropha

CULTURES OLAGINEUSES

la production de biodiesel varie elle-

mme considrablement en fonction dela culture nergtique de base considreet de son emplacement gographique. lheure actuelle, cest la canne sucre et labetterave sucre qui permettent dobtenirles meilleurs rendements en matire deproduction dthanol, le Brsil arrivant entte du palmars avec sa production basede canne sucre en termes de rendementen biocarburants lhectare, suivi dassezprs par lInde. Les rendements lhectaresont un peu plus faibles pour le mas, l aussi

avec des diffrences importantes entre lescultures de base, par exemple entre la Chineet les tats-Unis dAmrique. Les donnesfigurant dans le Tableau 2 ne concernent


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et rcolter la matire premire vgtale,pour la transformer en biocarburant et

pour transporter les matires premireset le biocarburant qui en est tir auxdiffrentes tapes de la production et dedistribution. Le bilan nergtique exprimele rapport entre lnergie contenue dans lebiocarburant et lnergie fossile consommedans sa production. Lorsque ce rapport estgal 1,0 cela veut dire que la quantitdnergie consomme dans la productiondu biocarburant est gale la quantitdnergie quil contient; en dautres termesle biocarburant najoute ni ne soustrait rien

la quantit dnergie existante.Lorsque ce rapport est gal 2,0 cela veut

dire quun litre de biocarburant contientdeux fois plus dnergie quil nen a fallupour le produire. Les efforts pour tablirdes bilans nergtiques prcis se heurtent des difficults relatives la dlimitation dusystme soumis analyse.

La Figure 7 rcapitule les rsultats dediffrentes tudes sur les bilans nergtiquespour diffrents types de carburant,emprunts au Worldwatch Institute (2006).Les chiffres font apparatre de grandesvariations dans les estimations de bilansnergtiques selon les matires premiresde base et le carburant et, parfois, pour unecombinaison matire premire/carburantdonne en fonction de facteurs tels que la

que les rendements techniques. Les prix derevient de la production des biocarburants

partir de diffrentes cultures nergtiquesdans diffrents pays prsentent galementune grande htrognit. Cette questionest examine de manire plus dtaille auChapitre 3.

Le cycle de vie des biocarburants:bilans nergtiques et missionsde gaz effet de serre

Les politiques de soutien au dveloppement

des biocarburants poursuivent deux grandsobjectifs: garantir la scurit nergtiqueet rduire les missions de gaz effetde serre. De mme que les rendementsdes diffrentes cultures nergtiques entermes de biocarburants par hectare varientconsidrablement, les bilans nergtiqueset les rsultats obtenus en termes derduction des missions de gaz effet deserre affichent des carts importants selonles matires premires, les rgions et lestechnologies considres.

La contribution nette des biocarburants la fourniture dnergie est fonction la fois de la teneur en nergie desbiocarburants et de lnergie consommedans sa production. Cette dernireenglobe lnergie ncessaire pour cultiver

TABLEAU 1Production de biocarburants par pays, 2007

PAYS/REGROUPEMENTDE PAYS

THANOL BIODIESEL TOTAL

(Millions de litres) (Mtep) (Millions de litres) (Mtep) (Millions de litres) (Mtep)

Brsil 19 000 10,44 227 0,17 19 227 10,60

Canada 1 000 0,55 97 0,07 1 097 0,62

Chine 1 840 1,01 114 0,08 1 954 1,09

Inde 400 0,22 45 0,03 445 0,25

Indonsie 0 0,00 409 0,30 409 0,30

Malaisie 0 0,00 330 0,24 330 0,24

tats-UnisdAmrique

26 500 14,55 1 688 1,25 28 188 15,80

Union europenne 2 253 1,24 6 109 4,52 8 361 5,76

Autres 1 017 0,56 1 186 0,88 2 203 1,44

Monde 52 009 28,57 10 204 7,56 62 213 36,12

Note: Les chiffres ont t arrondis.Source: adapt de F.O. Licht, 2007, donnes provenant de la donne de bases AgLink-Cosimo de lOCDE-FAO.


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productivit des matires premires, despratiques agricoles et les technologies de

conversion.Le bilan nergtique en termes dnergie

fossile de lessence et du diesel classiques estde 0,8-0,9 parce quune partie de lnergieest consomme pour raffiner le ptrole brutet le transformer en carburant utilisableet pour le transporter sur le march. Sile bilan nergtique dun biocarburantest suprieur ses valeurs, il contribue rduire la dpendance lgard descombustibles fossiles. Mesure cette aune,la contribution de tous les biocarburants

apparat comme positive, quoiqu desdegrs trs divers. Les valeurs estimativesobtenues pour le bilan nergtique dubiodiesel varient dans une fourchette

comprise entre 1 et 4 pour le tournesol, lecolza et le soja. Le bilan estimatif pour lhuile

de palme est suprieur, prs de 9, parce quilfaut triturer dautres olagineuses avantde pouvoir extraire lhuile et cette tapesupplmentaire de transformation exige delnergie. Pour ce qui est de lthanol produit partir de matire premire vgtale, lebilan estim varie entre une valeur de moinsde 2,0 pour le mas et une valeur compriseentre 2 et 8 pour la canne sucre. Le bilannergtique positif de lthanol base decanne sucre, comme celui produit au Brsil,tient non seulement la productivit de

la matire premire de base, mais aussi aufait que lon utilise les rsidus de biomassede la canne sucre (bagasse) commeintrant nergtique dans sa production.

TABLEAU 2Rendements en biocarburants pour diffrents types de matires premires

et diffrents pays

CULTURES

ESTIMATIONSAUX NIVEAUX

MONDIAL/NATIONAL

BIOCARBURANTSRENDEMENT

DESCULTURES

EFFICACIT DECONVERSION

EFFICACIT DECONVERSION

(Tonnes/ha) (Litres/tonne) (Litres/ha)

Betterave sucre

Mondial thanol 46,0 110 5 060

Canne sucre

Mondial thanol 65,0 70 4 550

Manioc Mondial thanol 12,0 180 2 070

Mas Mondial thanol 4,9 400 1 960

Riz Mondial thanol 4,2 430 1 806

Bl Mondial thanol 2,8 340 952

Sorgho Mondial thanol 1,3 380 494

Canne sucre

Brsil thanol 73,5 74,5 5 476

Canne sucre

Inde thanol 60,7 74,5 4 522

Palmier huile

Malaisie Biodiesel 20,6 230 4 736

Palmier huile

Indonsie Biodiesel 17,8 230 4 092

Mastats-UnisdAmrique

thanol 9,4 399 3 751

Mas Chine thanol 5,0 399 1 995

Manioc Brsil thanol 13,6 137 1 863

Manioc Nigria thanol 10,8 137 1 480

Sojatats-UnisdAmrique

Biodiesel 2,7 205 552

Soja Brsil Biodiesel 2,4 205 491

Sources: Rajagopal et al., 2007, pour les donnes au niveau mondial; Naylor et al., 2007, pour les donnes au niveaunational.


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Les carts obtenus dans le calcul des bilansnergtiques pour les matires premirescellulosiques sont encore plus importants,ce qui reflte les incertitudes relatives cette technologie et la diversit des matirespremires et des systmes de production.

De mme, les biocarburants peuventavoir des effets nets trs diffrents surles missions de gaz effet de serre. Lesbiocarburants sont produits partir de la

biomasse; par consquent, ils devraientavoir en thorie un effet neutre en termesde carbone puisque leur combustion nerenvoie dans latmosphre que ce que la

plante en a retir durant sa croissance la diffrence des combustibles fossiles quilibrent du carbone qui a t stock pendantdes millions dannes dans lcorce terrestre.Toutefois pour valuer leffet net dunbiocarburant sur les missions de gaz effetde serre, il faut en analyser les missionssur tout son cycle de vie: de la plantation la rcolte de la culture de base; durantla transformation des matires premires

en biocarburants; pendant le transportdes matires premires puis du carburantqui a en t tir; pendant le stockage, ladistribution et la commercialisation au

FIGURE 7

Estimation des bilans nergtiques des principaux types de combustibles

Sources: adapt du Worldwatch Institute, 2006,Tableau 10.1; Rajagopal et Zilberman, 2007.Note: Les ratios des biocarburants base de cellulose sont thoriques.

THANOL

BIODIESEL

DIESEL

COMBUSTIBLEMATIREPREMIRE

Ptrole brut

ESSENCE

Ptrole brut

Colza

Soja

Dchets dhuilevgtale

Huile de palme

Sorgho doux

Mas

Betterave sucre

Bl

Canne sucre

Cellulose

Bilan nergtique (ratio)

0 2 3 4 5 6 7 8 9 101


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dtail sans omettre les effets de son emploicomme carburant dans les vhicules ni les

missions causes par sa combustion. Il fauten outre tenir compte de tous les coproduitssusceptibles de rduire les missions. Parconsquent, le bilan nergtique en termesdnergie fossile nest que lun des lmentsservant dterminer lincidence descarburants dans le montant des missions.Dautres facteurs lis la productionagricole revtent galement une importancecritique, par exemple lemploi dengrais etde pesticides, les techniques dirrigation etde traitement des sols. Les changements

daffectation des terres induits parlextension de la production de biocarburantspeuvent galement avoir une importanceconsidrable. Par exemple, la conversionde terres destines la sylviculture ou la production agricole la production dematires premires nergtiques peut setraduire par dimportantes missions decarbone que la rduction des missionsobtenues en remplaant les combustiblesfossiles par les biocarburants ne permettrapas de compenser avant de nombreusesannes. Le Chapitre 5 se livre un examendtaill des rapports entre biocarburants etmissions de gaz effet de serre, et passe enrevue les donnes montrant que lincidencedes biocarburants sur les changementsclimatiques nest pas uniforme nincessairement positive, du moins pas aussipositive quon a gnralement tendance lesupposer.

Biocarburants liquides de ladeuxime gnration5

Lexpression de biocarburant de la premiregnration renvoie gnralement auxcultures nergtiques forte teneur en sucreet en amidon ainsi quaux olagineusesutilises respectivement comme matirespremires dans la production dthanolet de biodiesel. Les technologies ditesde deuxime gnration en cours dedveloppement visent quant elles rendre possible lutilisation de la biomasselignocellulosique dans ces productions. La

5 La prsente section sinspire de GBEP (2007), AIE (2004)

et Rutz et Janssen (2007).

biomasse cellulosique offre plus de rsistance la dgradation que les amylacs, les sucres

et les huiles. Sa conversion en carburantliquide prsente des difficults, ce quirend cette mthode de production pluscoteuse que les autres en dpit du prix derevient relativement moindre de la matirepremire cellulosique elle-mme, par rapportaux matires premires utilises pour laproduction des biocarburants de la premiregnration. Le processus de conversionde la cellulose en thanol se droule endeux temps: les composants cellulosiqueset hmicellulosiques de la biomasse sont

dabord dcomposs en sucres, puis ces sucressont ferments pour produire de lthanol.Toutes les difficults techniques relatives la premire tape nont pas encore trsolues et les recherches axes sur la miseau point de mthodes rentables et efficacesde conversion se poursuivent. Le manque dedbouchs commerciaux a jusquici frein ledveloppement du secteur.

tant donn que la biomasse cellulosiqueest le matriau biologique le plusrpandu sur terre, la mise au point debiocarburants de la deuxime gnration base de cellulose commercialementrentables pourrait dboucher sur une forteaugmentation du volume de la productiondes matires premires servant de base ces nouveaux biocarburants et sur uneplus grande diversification de ces matirespremires, parmi lesquelles pourraientdsormais figurer les dchets cellulosiques,notamment ceux provenant de lagriculture(pailles, tiges, feuilles) et de la sylviculture,ceux des industries de transformation(coques de noix, bagasse de canne sucre,

sciures) ou encore la partie organique desdchets municipaux. Il ne faut toutefois pasperdre de vue le rle important que joue labiomasse en dcomposition dans le maintiende la fertilit et de la texture des sols, nipar consquent les effets ngatifs pouvantrsulter de prlvements excessifs aux fins dela production de bionergie.

La solution pourrait consister sorientervers la mise en culture de vgtaux forte teneur en cellulose spcifiquementdestins alimenter en matires premires

les technologies de deuxime gnration.Parmi les espces ligneuses rotationrapide offrant un potentiel intressant,


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citons le saule, les peupliers hybrideset leucalyptus ou certaines gramines

comme le miscanthus, le panic rig et lephalaris roseau. Leur principal avantagepar rapport aux cultures nergtiques depremire gnration concerne le caractredurable de leur exploitation du point devue de lenvironnement. Leur rendement enbiomasse lhectare est suprieur celui desamylacs et des olagineuses, du fait quedans leur cas la totalit de la rcolte peuttre convertie en carburant. Qui plus est,certaines des cultures prennes croissancerapide parmi les essences ligneuses et les

gramines saccommodent de sols pauvres etdgrads se prtant mal aux cultures vivriresen raison des dgts causs par lrosionou dautres contraintes. Le risque que cescultures empitent sur les terres destines la production vivrire ou de fourrage pourles animaux sen trouve donc rduit dautant.Parmi les facteurs inscrire au passif de cesrcoltes, on peut mentionner le fait quecertaines dentre elles sont considrescomme envahissantes ou potentiellementenvahissantes et quelles risquent davoir uneincidence ngative sur les ressources en eau,la biodiversit et lagriculture.

Les biocarburants de la deuximegnration et les matires premires quiles sous-tendent pourraient galementprsenter des avantages au regard de larduction des missions de gaz effet deserre. Il ressort de la plupart des projectionsralises en la matire que, comparsaux carburants de la premire gnrationou ceux tirs du ptrole, les nouveauxcarburants produits partir des culturesprennes et des rsidus ligneux et agricoles

permettront de rduire substantiellementles missions de gaz effet de serre surlensemble du cycle de vie.

Cela tient la fois au rendement suprieur lhectare des cultures de base utiliseset au combustible utilis dans le processusde conversion. Lnergie utilise dansle processus de production de lthanolprovient en gnral des combustibles fossiles(sauf au Brsil o lthanol est produit basede canne sucre, laquelle fournit sous formede bagasse lessentiel de lnergie ncessaire

sa transformation), alors que lnergiencessaire la transformation des vgtauxservant de base aux biocarburants de

deuxime gnration pourrait tre fourniepar les dchets (essentiellement la lignine) de

ces mmes vgtaux.Sil est vrai quil est plus difficile de

dcomposer la biomasse cellulosique pourla convertir en carburant liquide, elle estaussi plus robuste et rsiste mieux lamanutention, ce qui rduit cette partie descots, et elle conserve mieux ses qualitsque les cultures vivrires par exemple. Seconservant mieux, elle est galement plusfacile stocker surtout si on la compare auxcultures forte teneur en sucre. En revanche,la biomasse cellulosique tant souvent

volumineuse, lacheminement des rcoltesjusquaux installations de transformationexigera une infrastructure de transports biendveloppe.

Dimportantes difficults techniquesdoivent encore tre surmontes avant que laproduction dthanol partir de la biomassecellulosique devienne commercialementrentable de sorte quil est malais de prvoircombien de temps il faudra attendre avantque la part des nouveaux carburants dansla consommation mondiale de combustiblesliquides devienne rellement apprciable. Bonnombre dinstallations pilotes et de projets dedmonstration sont dj en fonctionnementou ltude aux quatre coins du mondeet leurs succs pratiques, de mme que lapoursuite de leffort de financement de larecherche, le niveau des cours mondiaux duptrole et des investissements du secteurpriv seront dterminants pour la croissancede la filire de conversion biochimique etthermochimique.

En rsum, les techniques de productiondes biocarburants de la deuxime gnration

partir de la biomasse lignocellulosiqueoffrent un panorama compltementnouveau au regard de leurs implicationspour lagriculture et la scurit alimentaire:elles rendent possible lexploitation commematire premire dune bien plus grandevarit de vgtaux que les technologies dela premire gnration et des rendementsnergtiques lhectare plus levs. Leseffets des biocarburants sur les marchsdes matires premires, les conversionsde terres et lenvironnement seront eux

aussi diffrents au gr de lvolution quesuivront les technologies de transformationet de production (voir Encadr 2).


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Le potentiel de la bionergie

Quattendre de la production de bionergie?Le potentiel conomique et technique dela bionergie doit tre apprci dans lecontexte de la croissance dmographiqueet de la hausse des revenus au niveaumondial avec les chocs et les tensionsquelles gnrent au sein du systmeagricole mondial, corollaires de la poussede la demande de denres alimentaires etagricoles. Telle production techniquementpossible peut ne pas tre rentable sur le

plan conomique ou durable sur le plan delenvironnement. Dans la prsente section,le potentiel conomique et technique de labionergie est examin plus en dtail.

La bionergie tant produite partirde la biomasse, la limite de son potentiel

global est donne en dernire analyse parla quantit totale dnergie produite surla plante par photosynthse. Lnergietotale accumule par les vgtaux est delordre de 75 000 Mtep (3 150 Exajoule) paran (Kapour, 2004) soit six sept fois lemontant actuel de la demande nergtiquemondiale. En termes purement physiques,la collecte de lnergie solaire par le biaisde la biomasse est une mthode qui laisse dsirer, surtout si on la compare aurendement obtenu grce aux panneaux

solaires, toujours plus performants (FAO,2006a).Diffrentes tudes ont tent de

dterminer le volume de la biomasse

Nombreuses sont les biotechnologiesexistantes dont les applications peuventservir amliorer la production debionergie, que ce soit par exemple enamliorant les plantes qui fournissentla biomasse ou encore en amliorantlefficacit des mthodes de conversion dela biomasse en biocarburants.

Biotechnologies appliques la

production de biocarburants de lapremire gnrationLes varits de plantes actuellementutilises pour la production debiocarburants de la premire gnrationont t slectionnes sur la base decaractres agronomiques pertinentsau regard de la production de produitsalimentaires et de fourrage et nonpas sur la base de caractristiquestendant favoriser leur emploi commematire premire pour la production debiocarburants. La biotechnologie peutcontribuer acclrer le processus deslection des varits les mieux adaptes ce type de production rendement enbiomasse lhectare suprieur, teneur plusleve en huile (production de biodiesel)ou en sucres fermentables (productiondthanol), facilit de transformation auniveau de la conversion en biocarburants.

Le champ dtude du gnome, cest--dire de tout le matriel gntique dunorganisme, est sans doute appel jouerun rle de plus en plus important. Lasquence du gnome de plusieurs desplantes qui servent de matire premire la production de biocarburants, commele mas, le sorgho et le soja, est en passedtre tablie ou a dj t publie. Parmiles autres biotechnologies donnant lieu

des applications figurent la slectionassiste par marqueurs et la modificationgntique.

La fermentation des sucres joue un rlecentral dans la production dthanol partir de la biomasse. Toutefois, le micro-organisme le plus couramment utilis danslindustrie de la fermentation, la levureSaccharomyces cerevisiae, ne permet pasde fermenter directement les amylacscomme lamidon de mas. La biomasse doitdabord tre dcompose (par hydrolyse)en sucres fermentables au moyendenzymes appeles amylases. Nombre desenzymes actuellement disponibles dansle commerce sont produites au moyende micro-organismes gntiquementmodifis. Les recherches se poursuiventconcernant la mise au point de souches delevures gntiquement stables capablesde produire elles-mmes des amylases ce

ENCADR 2

Applications de la biotechnologie aux biocarburants


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qui permettrait de combiner les tapes delhydrolyse et de la fermentation.

Lapplication des biotechnologies auxbiocarburants de la deuxime gnrationLa biomasse lignocellulosique consisteessentiellement en lignine, en cellulosepolysaccharides (consistant en sucreshexose) et en hmicellulose (contenantun mlange de sucres hexose et pentose).

Compar la production dthanol partir de matires premires vgtalesde la premire gnration, lemploi dela biomasse lignocellulosique est pluscompliqu parce que les polysaccharidessont plus stables et les sucres pentosene peuvent tre ferments directementpar Saccharomyces cerevisiae. Afin deconvertir la biomasse lignocellulosiqueen biocarburants, les polysaccharidesdoivent dabord tre hydrolyss oudcomposs en sucres simples au moyendacides ou denzymes. On cherche rsoudre ce problme en recourant diverses mthodes reposant sur lesbiotechnologies, y compris la mise aupoint de souches de Saccharomycescerevisiae capables de fermenter lessucres pentose, la mise au point despcesde levures de remplacement capablesde fermenter naturellement les sucres

pentose, et la conception denzymescapables de dcomposer la cellulose etlhmicellulose en simples sucres.

En dehors de lagriculture, de lasylviculture et dautres sous-produits,la principale source de biomasselignocellulosique pour la production debiocarburants de la deuxime gnrationproviendra vraisemblablement de culturesspcifiquement destines cette fin,

comme celle de certaines herbes prenneset de certaines essences darbres defort. Les tudes se poursuivent dans ledomaine du gnome, des modificationsgntiques et des autres biotechnologiesen vue de produire des plantes ayantles caractristiques souhaites pour laproduction de biocarburants de deuximegnration, par exemple qui produisentmoins de lignine (compos qui ne peuttre converti par fermentation encarburant liquide), qui produisent elles-mmes des enzymes capables de dgraderla cellulose et la lignine, et qui aient unrendement suprieur en cellulose ou enbiomasse globale.

Sources: sur la base de la FAO, 2007a, et deThe Royal Society, 2008.

pouvant techniquement servir accrotreloffre dnergie mondiale. Les estimations

obtenues divergent sensiblement enraison de diffrences dans la porte, lesprsupposs et la mthodologie des analysesen question, rvlant du mme coup ledegr lev dincertitude concernantlapport ventuel de la bionergie loffrenergtique mondiale de demain. Selonla dernire grande tude des bionergiesralise par lAgence internationale delnergie (AIE) sur la base dtudes existantes,la part potentielle des bionergies en 2050varierait lintrieur dune fourchette

comprise entre un minimum de 1 000 Mtepet un maximum de 26 200 Mtep (AIE, 2006,p. 412-16). Ce dernier chiffre se basait surlhypothse dun progrs technologique

trs rapide; lAIE prcisait toutefois quunevaluation plus raliste se fondant sur

une croissance plus lente des rendementsdonnerait une fourchette comprise entre6 000-12 000 Mtep. Selon elle, pour obtenirun rsultat de 9 500 Mtep se situant dans lemilieu de cette fourchette, il faudrait quuncinquime environ de la superficie de toutesles terres agricoles mondiales soit consacr la production de biomasse.

Plus importante encore que la questionde la viabilit purement technique est laquestion de savoir quelle proportion de cepotentiel bionergtique techniquement

disponible se prterait une exploitationconomiquement rentable. Lvaluationdu potentiel conomique long terme esttroitement conditionne par les hypothses


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relatives aux prix des nergies fossiles, audveloppement des matires premiresagricoles et aux futures innovationstechniques dans les mthodes de rcolte, deconversion et lutilisation des biocarburants.Ces diffrents aspects sont examins demanire plus dtaille au Chapitre 3.

On peut aborder lvaluation du potentielde la production de biocarburants souslangle des besoins relatifs en terres. Dansle scnario de rfrence pour 2030 quelledcrit dans son World Energy Outlook 2006,lAIE prvoit que la part des terres arablesconsacres la production de biomassedestine tre convertie en biocarburantsliquides, qui reprsentait 1 pour cent de

la superficie mondiale totale des terresarables en 2004, passera 2,5 pour centen 2030, alors que dans son scnario depolitiques alternatives, leur part passe 3,8 pour cent en 2030. Dans les deux cas,les projections reposent sur lhypothseque les biocarburants liquides serontproduits partir des matires premiresvgtales habituelles. Dans lhypothseo les biocarburants feraient lobjet dunecommercialisation grande chelle avant2030, lAIE prvoit que la part mondiale des

biocarburants dans la demande dnergiepour les transports passerait 10 pour centau lieu des 3 pour cent de son scnario derfrence et des 5 pour cent de son Scnario

de politiques alternatives. La demandesupplmentaire de terres serait assez faible,portant la proportion des terres destines la production de biocarburants 4,2 pourcent du total des terres arables, en raison delamlioration du rendement nergtique lhectare et de lutilisation des dchetsde la biomasse comme combustible pourla production, do il ressort, en tout tatde cause, que mme dans le cadre dunscnario de la deuxime gnration, unehypothtique substitution grande chelledes combustibles dorigine fossile pardes biocarburants liquides exigerait uneraffectation des terres de grande ampleur.On trouvera un examen plus dtaill de ces

questions ainsi quune ventilation par rgionde lincidence des volutions envisages, auChapitre 4.

On trouve galement une valuationdu potentiel des biocarburants commesource dnergie susceptible de remplacerles combustibles fossiles dans ltudede Rajagopal et al. (2007). Les auteursprsentent des estimations de la productionthorique mondiale dthanol partir desprincipales crales et cultures sucriresutilises comme matire premire, tablies

sur la base de rendements et de coefficientsdefficacit de conversion moyens pondrsau niveau mondial. Les rsultats de leursestimations sont reproduits dans le Tableau 3.

TABLEAU 3Rendement potentiel en thanol des principales crales et cultures sucrires

CULTURESSUPERFICIE

TOTALEPRODUCTION

TOTALERENDEMENT ENBIOCARBURANT

RENDEMENTMAXIMUM

EN THANOL

QUIVALENTPTROLE

PART DE LA PRODUCTIONDANS LA CONSOMMA-TION MONDIALE DE P-

TROLE EN 20031

(Millions dhectares) (Millions de tonnes) (Litres/hectare) (Milliards de litres) (Milliards de litres) (Pourcentage)

Bl 215 602 952 205 137 12

Riz 150 630 1 806 271 182 16

Mas 145 711 1 960 284 190 17

Sorgho 45 59 494 22 15 1

Canne sucre 20 1 300 4 550 91 61 6

Manioc 19 219 2 070 39 26 2

betterave sucre

5,4 248 5 060 27 18 2

Total 599 ... ... 940 630 57

Note: ... = non disponible. Les chiffres ont t arrondis.1 Consommation mondiale de ptrole en 2003 = 1 100 milliards de litres (Kim et Dale, 2004).Source: Rajapogal et al., 2007.


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Les cultures mentionnes reprsentent42 pour cent de la totalit des terres arables

aujourdhui. La conversion de la totalit de lamasse vgtale rcolte donnerait un volumedthanol quivalant 57 pour cent de laconsommation totale de ptrole. Si lon partde lhypothse, plus raisonnable, que 25 pourcent seulement de chacune de ces rcoltesest convertie en thanol, le volume dthanolobtenu ne correspond plus qu 14 pour centde la consommation de ptrole.

Il ressort clairement de ces calculs derendements thoriques que, compte tenude la superficie quil faudrait affecter aux

diffrentes cultures nergtiques, il nefaut pas sattendre que les biocarburantsse taillent une part autre que trs modestede la consommation totale dnergie audtriment des combustibles fossiles. Simodeste cependant que soit leur part, lesbiocarburants sont susceptibles davoir unimpact considrable sur lagriculture et lesmarchs agricoles.

Principaux messages du chapitre

La part de la bionergie dans loffremondiale dnergie est de lordre de 10pour cent. Elle provient pour lessentielde la biomasse non transformeutilise dans la consommation directetraditionnelle, mais la bionergiecommerciale gagne en importance.

Les biocarburants liquides pour letransport ont la vedette et enregistrentune croissance rapide de leurproduction. Sur le plan quantitatif,toutefois, leur rle reste marginal: ils

couvrent 1 pour cent des besoins encarburant du secteur des transportset 0,2-0,3 pour cent des besoinsnergtiques au niveau mondial.

Les principaux biocarburants liquidessont lthanol et le biodiesel. Lunet lautre peuvent tre produits partir dun vaste ventail de matirespremires. Les principaux producteurssont le Brsil et les tats-UnisdAmrique pour lthanol et lUE pourle biodiesel.

Les technologies actuelles de productiondes biocarburants liquides reposent surlemploi de matires premires agricoles,la production dthanol sur les cultures

sucrires et amylaces, concrtementsur la canne sucre au Brsil et le mas

aux tats-Unis dAmrique pour lesproductions les plus importantes envolume, la production de biodiesel surdiffrentes olagineuses.

La production grande chelle debiocarburants exige que de vastessuperficies soient affectes laproduction des matires premires.Il est par consquent vraisemblable queles biocarburants ne se substituerontaux combustibles fossiles pour letransport que dans une mesure trs

limite. Les biocarburants liquides, en dpit de

leur faible part dans la consommationmondiale d'nergie, peuvent exercerune influence non ngligeable surl'agriculture et les marchs agricolesmondiaux, en raison du volume dematires premires et des grandessuperficies indispensables leurproduction.

La contribution des diffrentsbiocarburants la rduction de laconsommation dnergie doriginefossile varie considrablementlorsquon tient compte de lnergiefossile consomme dans leur propreproduction. Le bilan nergtiquede chaque biocarburant dpend defacteurs tels que la matire premirevgtale, le lieu de production,les pratiques agricoles et la sourcednergie utilise dans le processus deconversion. En termes de contribution la rduction des missions de gaz effet de serre, les carts entre eux sont

galement trs importants. Les biocarburants de la deuxime

gnration en cours de mise au pointseront produits partir de la biomasselignocellulosique provenant du bois, decertaines gramines et des rsidus dela sylviculture et de lagriculture. Celapermettra damliorer le rendementen biocarburants lhectare etvraisemblablement aussi le bilannergtique des biocarburants et leurbilan au regard des missions de gaz

effet de serre. Toutefois, on ne saitpas quand ces nouvelles technologiespourront dboucher sur une productioncommerciale une chelle apprciable.

Documents

biiiio.pdf