Les biocarburants : matières premières, transformation et produits

Les biocarburants : matières premières, transformation et produits Élodie Palluet et Pierre-Olivier Pineau

2012-1

Les Notes thématiques GRIDD-HEC

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Numéro

2012 - 1

GRIDD-HEC Groupe de Recherche Interdisciplinaire sur le Développement Durable - HEC Montréal Personne ressource Pierre-Olivier Pineau Professeur agrégé HEC Montréal 3000, chemin de la Côte-Sainte-Catherine Montréal (Québec) Canada H3T 2A7 Téléphone : (514) 340-6922 Courriel : [email protected] http://expertise.hec.ca/gridd

Les opinions exprimées et les arguments avancés dans cette publication n’engagent que leur(s) auteur(e)s et ne prétendent pas forcément couvrir le sujet traité de manière exhaustive.


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Les biocarburants : matières premières, transformation et produits

Élodie Palluet1, Pierre-Olivier Pineau2

RÉSUMÉ

Les biocarburants peuvent provenir d’une grande variété de sources de matière premières, qui elles-mêmes peuvent être transformées de diverses manières pour donner différents produits. Ce document offre une synthèse des principales sources de biomasse pouvant être utilisées pour les biocarburants. Une présentation des différentes techniques de transformation est proposée, ainsi que des différents produits.

Mots clés : biocarburants, biomasse, déchets, éthanol

1 MSc HEC Montréal

2 Professeur agrégé, HEC Montréal

Correspondance : [email protected], [email protected]


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Table des matières

Introduction ...................................................................................................................................................... 6

Avant de commencer ...................................................................................................................................... 7

Les matières premières ................................................................................................................................. 8

Les algues ........................................................................................................................................................................................... 8

La canne à sucre .......................................................................................................................................................................... 13

Le colza et le canola ................................................................................................................................................................... 14

Les déchets urbains .................................................................................................................................................................... 15

Huile de palme .............................................................................................................................................................................. 16

Le jatropha curcias ..................................................................................................................................................................... 16

Le maïs ............................................................................................................................................................................................. 17

Les résidus de bois ....................................................................................................................................................................... 20

Le switchgrass .............................................................................................................................................................................. 21

Pongamia pinnata ...................................................................................................................................................................... 22

Le soja ............................................................................................................................................................................................... 22

Les techniques de transformation ........................................................................................................... 22

La voie Thermochimique ......................................................................................................................................................... 23

a. La Gazéification ............................................................................................................................................................ 23

b. La Pyrolise ...................................................................................................................................................................... 24

c. La Méthanisation ......................................................................................................................................................... 25

d. BTL (Biomass to Liquid) ......................................................................................................................................... 26

La voie Chimique ......................................................................................................................................................................... 26

a) La Transestérification............................................................................................................................................... 26

En bref .............................................................................................................................................................................................. 27

Les différents produits ................................................................................................................................ 27

Biobutanol ...................................................................................................................................................................................... 27

Ceux issus des algues.................................................................................................................................................................. 29

Biodiesel ........................................................................................................................................................................................... 29

Éthanol ou bioéthanol ............................................................................................................................................................... 32

EMHA (Ester Méthylique d'Huile Animale) ..................................................................................................................... 33

Méthanol ......................................................................................................................................................................................... 33

L’Huile Végétale Brute (HVB) ................................................................................................................................................ 33


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Contexte Sociopolitique .............................................................................................................................. 33

Bibliographie ................................................................................................................................................. 35


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Introduction

Si les biocarburants occupent de plus en plus de place dans nos journaux, sites Internet ou même les débats politiques, l’idée n’est pas nouvelle. C’est en 1900 que Mr Diesel (inventeur du moteur portant le même nom) présenta lors de l’exposition universelle de Paris le premier moteur fonctionnant à l’huile végétale (Radich, 2004). L’idée avait alors été abandonnée par manque de compétitivité avec les hydrocarbures traditionnels. Aujourd’hui, le contexte est tout autre. Le prix du baril ne cesse de fluctuer atteignant son maximum le 3 juillet 2008 soit 145,33$. Nous notons également la création de différents supports gouvernementaux aux entreprises, une prise de conscience environnementale, associée à l’accès au maïs et soja à bas prix (EIA, 2007). Ce nouvel environnement est plus que propice au développement du marché des biocarburants (EIA, 2007). Ils deviennent alors une alternative à considérer (Haney, 2007).

Figure 1 : Le Cours du Pétrole entre 2003 et 2010 (Prix du Baril-Le Cours Officiel du Baril de Pétrole, 2010)


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Le Brésil est l’un des initiateurs de l’aventure. Suite au premier choc pétrolier (1973), le pays met en place le programme Proalcool en 1975 (Bernard, 2007). L’objectif est de devenir indépendant sur le plan énergétique via la création d’un carburant issu de la culture de la canne à sucre (Bernard, 2007).

À l’intersection de la mode et de la volonté écologique, l’information proposée est souvent la même. Risque de famine, accélérateur à la déforestation, tant de points négatifs qui nous amènent à douter du bien fondé d’un changement de comportement de la part du consommateur. Qu’en est-il vraiment? Il faut cependant tenir compte que, selon le DOE (Department of Energy), l’AIE (Agence Internationale de L’Énergie) ou l’UE (Union Européenne), la demande d’énergie dite primaire augmenterait de 60 à 75% entre 2000 et 2030 (EIA, 2009). Pour combler cette demande croissante, l’énergie fossile pourrait être utilisée, mais à fort coût et au prix d’une contribution importante aux changements climatiques qui y sont associés. Cependant, même si les biocarburants sont considérés comme moins polluants, ils demeurent plus chers à produire (Moreault, 2010).

Dans le but de couvrir les principales données du défi posé par les biocarburants, nous identifierons dans un premier temps les différentes matières premières possibles. Par la suite, nous ferons le bilan des technologies de transformation du marché ainsi que leurs stades de développement; puis nous nous pencherons sur les différents biocarburants auxquels le consommateur pourrait être confronté. Si nous avons souvent entendu parler de biocarburants première ou deuxième génération, nous considérons la question sous un angle différent qui vise à répertorier l’ensemble des possibilités qui s’offre aujourd’hui à nous. Nous pourrons alors mettre en relief la solution optimale dans le contexte actuel.

Avant de commencer

Si la langue anglaise n’utilise que le terme Biofuel, le français entraîne plus de subtilités : biocarburants, agrocarburants, nécrocarburants, carburants végétal, carburants verts sont autant de termes qui peuvent être utilisés dans des contextes plus ou moins différents (Wikipedia, 2010). Aussi, dans le but de faciliter la lecture de la présente recherche, nous devons définir ce qu’est un biocarburant au sens scientifique.

Pour nous, et comme le conçoit le terme anglais, la notion de biocarburant correspond à l’ensemble des carburants produits à partir de biomasse (EIA, 2010). Il est important de comprendre que la notion de production biologique n’est pas présente dans l’élaboration du biocarburant. Ce terme, de part sa racine grecque (formé de bios, la vie), nous permet d’indiquer le fait que la matière première est organique.


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Les matières premières

Avant toute chose, il est important de comprendre que les ressources en matières premières sont extrêmement vastes, dans le sens où n’importe quelle matière organique peut être transformée en biocarburant (EIA, 2010). Cependant, des variables dépendantes telles que le prix, la disponibilité nationale ou encore les enjeux internationaux et autres pressions gouvernementales, influencent les multinationales dans leur choix de voie d’exploitation (EIA, 2007). Ainsi, la Belgique cherche à réaliser son biocarburant à partir de l’huile à friture, le Japon à partir des baguettes en bois et l’Allemagne à partir des déchets de la fabrication de la bière (Biocarburants.canalblog.com, 2008). On comprend alors que l’élaboration d’un biocarburant national fait partie intégrante de l’orientation stratégique déterminée notamment par le gouvernement. Également, la culture de matières premières spécifiques telles que la canne à sucre (Brésil) ou le palmier (Afrique) est un moyen d’envisager un développement économique indépendant (GBEP, 2007). A la lueur de ces quelques lignes, on se rend compte que les biocarburants comportent des enjeux économiques, mais également politiques, importants. Il ne faudra pas l’occulter dans le reste de notre étude.

La rentabilité de l’industrie dépend grandement du prix en vigueur des matières premières. Si nous prenons l’exemple de l’éthanol issu de la culture du maïs, les dépenses associées à l’approvisionnement en matière première de 2002 représentaient prêt de 57% des coûts totaux de production (Shapouri & Gallagher, 2005). En ce qui a trait aux biodiesels, l’approvisionnement en huile de soja représente entre 70% et 78% des coûts totaux de production (Howell, 2005) (Pruszko, 2006). Aussi, les fluctuations des prix du marché représentent une donnée importante dans la réussite (ou non) de l’industrie. La diversification des matières premières peut être une solution à la réduction du risque encouru (EIA, 2007).

Même si le bassin de matières premières semble infini, nous avons pu identifier les principales sources. Voici leurs caractéristiques.

Les algues

Avec entre 200 000 et plusieurs millions d’espèces répertoriées (Cadoret & Bernard, 2008), les algues représentent sans nul doute une opportunité de développement énorme. L’intérêt des professionnels ne dément pas cette affirmation. Depuis 2009, ce sont prêt de 50 compagnies et plus de 100 universités qui se sont lancées dans la recherche et le développement de procédés de production (Oilgae, 2010).

Il est possible de classifier l’ensemble de ces espèces en deux catégories, les microalgues et les macroalgues, qui offrent des avantages et des inconvénients (Oilgae, 2010) :

Microalgues Macroalgues

Les avantages - Contiennent beaucoup d’huile

- Culture peu onéreuse

- Possibilité actuelle de les utiliser comme matières

premières

Les inconvénients - Difficile à cultiver de manière rentable - Certaines espèces sont faibles


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en lipides

Tableau 1: Comparatif entre les Microalgues et les Macroalgues (Oilgae, 2010)

Nous allons maintenant nous pencher plus en profondeur sur les microalgues. En effet, certaines de ces espèces sont capables de stocker le carbone absorbé sous forme de lipides (principalement triglycérides) ce qui permet de les considérer comme matière première probable au biocarburant. Ces algues sont qualifiées d’autotrophes (Cadoret & Bernard, 2008). Voici les plus « rentables » :

Contenu maximum en lipides (% en poids sec)

Botryococcus braunii 29-75

Chlorella protothecoides 15-55

Cyclotella DI-35 42

Dunaliella tertiolecta 71.4

Hantzschia DI-160 66

Isochrysis sp. 7-33

Nannochloris 6-63

Nannochloropsis 31-68

Neochloris oleoabundans 35-54

Nitzschia sp 45-50

Phaeodactylum tricornutum 31

Pleurochrysis carterae 32-35

Scenedesmus TR-84 45

Stichococcus 9-59

Tetraselmis Suecica 15-32

Thalassiosira pseudonana 21-31

Tableau 2: Contenu Lipidique et diverses espèces (Cadoret & Bernard, 2008)


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Poussant rapidement (entre 10 et 100 fois plus rapidement que les plantes terrestres) et n’importe où (étang, sous serre, bioréacteurs), le rendement espéré atteint entre 4 560 et 38 000L / demi hectare (Cadoret & Bernard, 2008).Certaines espèces peuvent contenir plus de 80% de leur masse en huile (Christi, 2007). Elles ingèrent au cours de leur développement le CO2 généré notamment via la pollution humaine [Un kg de biomasse représente, en moyenne, 1.8 kg de CO2 fixé (Christi, 2007)].Leur caractère unicellulaire leur permet, selon les scientifiques du NREL (John Sheehan et al) de « synthétiser 20 fois plus d’huile à l’hectare que les plantes terrestres oléagineuses utilisées pour la fabrication de biocarburants ». Cette donnée est particulièrement importante. En effet, ce n’est que lorsque le lieu de culture est choisi adéquatement et stratégiquement que leur exploitation devient rentable (Clarens, Resurreccion, White, & Colosi, 2010). Le CO2 absorbé lors de leur croissance permet aux algues d’envisager un bilan de cycle de vie positif dans le sens où la quantité absorbée sera plus grande que celle rejetée lors de la consommation du produit. Cependant, elles nécessitent beaucoup d’eau, de fertilisants et de CO2. On y voit alors une alternative pour lutter contre la pollution urbaine. Placées près des zones de production, leur culture peut s’intégrer dans un système de traitement des eaux usées (Clarens, Resurreccion, White, & Colosi, 2010). La culture des algues peut également être réalisée à partir d’eau salée (Christi, 2007).

Oil Soure Biomass (Mt/ha/yr)

Soy 1-2.5

Rapeseed 3

Palm Oil 19

Jatropha 7.5-10

Microalgae 14-255

Tableau 3: A Summary of Comparison of Oil and Biodiesel Yield from Main Energy

Crops, tiré de (Oilgae, 2010)

Nous notons cependant que l’expérience acquise par les industriels est relativement faible et la rentabilité énergétique n’est pas au rendez-vous (facteurs influençants de manière aléatoire la production selon l’échelle: ensoleillement, froid, etc.) même si selon Clarens, Resurreccion, White & Colosi (2010) l’utilisation de 13% du territoire des Etats-Unis d’Amérique permettrait de produire l’équivalent de la consommation annuelle du pays (contre 41% pour le maïs, 56% pour le Switchgrass et 66% pour le Canola). D’après les premières recherches, il semblerait que la culture des microalgues ne soit rentable que lorsque celle-ci nécessite un minimum de main d’œuvre et utilise au maximum l’énergie solaire et la pollution humaine (d’où l’importance de la localisation des lieux de production).

Co2 fixé Co2 fixé Poids sec Poids sec Huile 60%

Huile 30%

Huile 60%

Huile 30%

Figure 2: Estimation des productivités obtenues en g, m2, j), tiré de (Cadoret & Bernard, 2008)


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Rendement 9.9% 3% 9.9% 3% 9.9% 9.9% 3% 3%

Unité g/m2/J g/m2/J g/m2/J g/m2/J T/ha/an T/ha/an T/ha/an T/ha/an

Almeria 198.7 60.2 108.6 32.9 237.8 118.9 72.1 36.0

Amsterdam 108.9 33.0 59.5 18.0 130.4 65.2 39.5 19.8

Atacama 237.7 72.0 129.9 39.4 284.5 142.2 86.2 43.1

Florence 150.2 45.5 82.1 24.9 179.7 89.9 54.5 27.2

Honolulu 191.6 58.1 104.7 31.7 229.3 114.7 69.5 34.7

Lisbonne 181.9 55.1 99.4 30.1 217.7 108.8 66.0 33.0

Madrid 172.9 52.4 94.5 28.6 206.9 103.4 62.7 31.3

Negev 197.3 59.8 107.8 32.7 236.2 118.1 71.6 35.8

Nice 163.9 49.7 89.5 27.1 196.1 98.1 59.4 29.7

Paris 121.6 36.8 66.4 20.1 145.5 72.7 44.1 22.0

Perth 216.1 65.5 118.1 35.8 258.6 129.3 78.4 39.2

Prague 111.7 33.8 61.0 18.5 133.6 66.8 40.5 20.2

Rome 150.4 45.6 82.2 24.9 179.9 90.0 54.5 27.3

Sahara 224.7 68.1 122.8 37.2 269.0 134.5 81.5 40.8

Tableau 4: Potentiel de Captation de CO2 et de production d'huile en fonction de la localisation, du rendement et de la teneur en lipides (D'après Cadoret et Bernard, 2008)

Parmi les nombreux investisseurs du secteur, nous notons la présence de nombreux industriels. En voici quelques-uns :

Firme Pays Produit

Alguafuel Portugal Biodiesel

Aurora Biofuels USA Biodiesel

Kumho Petrochemical Corée Biodiesel

LiveFuels USA Biodiesel

Seambiotic Israel Biodiesel

Solix USA Biodiesel

Algenol Mexique Éthanol

ExxonMobil USA -----


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Sapphire USA Biodiesel

Solazyme USA Biodiesel

StatoilHydro USA Biodiesel

Synthetic Genomics1 USA -----

Tableau 5: Les Principaux Investisseurs du secteur de l'algue

On remarque que la majorité des produits finaux est du biodiesel. Cependant, il est important de noter que de multiples carburants peuvent être issus de cette matière première : biodiesel, ethanol, méthane, kérosène, biocrude (Oilgae, 2010).

Soulignons également que l’idée du bioréacteur fût nommée invention de l’année en 2006 par le cabinet Frost & Sullivan. Comment cela fonctionne? Comme nous l’avons vu, les algues nécessitent du CO2 pour leur croissance (photosynthèse). Elles sont alors déposées dans des tubes transparents pour bénéficier de la lumière du jour. Les installations industrielles environnantes dégagent des gaz toxiques qui sont introduits dans ces tubes. Les algues absorbent naturellement le CO2 présent avant qu’ils ne soient relâchés dans l’atmosphère. Par temps ensoleillé on parvient à éliminer plus de 82% du CO2 contenu dans les gaz et ce pourcentage passe à 50% par temps nuageux.

Depuis 2006, le programme Shamash (http://www-sop.inria.fr/comore/shamash/index.html2) vise à produire un biocarburant à partir de microalgues autotrophes. Pour se faire, de nombreux spécialistes (culture, physiologie, utilisation, optimisation des procédés biotechnologiques, des biocarburants et de l’extraction et de la purification des lipides) travaillent ensemble. Notons que ce programme est financé en partie par le groupe PSA Peugeot Citroën et EADS.

Concrètement, on estime qu’entre 2009 et 2014, l’investissement des industriels pour le développement des biocarburants produits à partir des algues augmentera de plus de sept points. En effet, le pourcentage des investissements passera de 1.02% à 7.68% des investissements globaux réalisés dans les biocarburants. [Note Elodie : base de données database biofuel digest de vitor : Je ne la trouve pas malgré les informations qu’il m’a donné mi-juin.]

1 Programme de recherche sur les algues avec ExxonMobil Research and Engineering Company 2 La section liens du site offre plus de renseignements quant aux apports de ce type de matières premières.


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Figure 3: Les différents produits énergétiques obtenus par les algues (tiré de Oilgae, 2010)

La canne à sucre

La canne à sucre est l’une des matières premières la plus utilisée aujourd’hui dans le cadre de la production de biocarburants (EIA, 2009). Elle l’est principalement au Brésil où la production y est intense (EIA, 2009). Bien que sa transformation en alcool soit une des manipulations les plus simples, sa culture nécessite des terres fertiles et empiète sur les ressources alimentaires disponibles (EIA, 2009). Ces deux dernières spécificités représentent des inconvénients non négligeables dans l’élaboration de ces nouveaux biocarburants. De plus, le rendement énergétique de l’éthanol obtenu à partir du sucre est satisfaisant bien que n’égalant pas celui atteint par les hydrocarbures traditionnels. D’après le Département de l’agriculture des Etats-Unis, un demi hectare de canne à sucre produirait 665 gallons d’éthanol (au Texas). [Note Elodie : Je ne retrouve pas de référence => le garde t’on ou avez vous déjà cette information?]

L’un des défis d’innovation, dans le but de devenir plus rentable, est de trouver comment transformer efficacement le reste de la plante, notamment la bagasse. En effet, le sucre ne contient que 1/3 de l’énergie de la plante. [Note Elodie : Bagasse et plante : N’as tu pas un article que tu aurais écris qui permettrait de justifier ces propos?]

En 2009, les principaux investisseurs furent :

Firme

Amyris

Amyris

Green Future Innovations

Ledesma

Maple Energy

Mumias

Petrobras

Principle Energy

Shree Renuka

Tarlac - General Santos

Virent

Tableau 6: Les Principaux Investisseurs du secteur de la canne à sucre

[Note Elodie : C’est encore une table de vitor… mais je n’ai pas l’original…

Le colza et le canola

Le colza est la matière première qui permet de produire l’huile de colza qui sera utilisée comme intrant pour la production de biocarburant. En 2007, le Brésil était le plus gros producteur de colza (12.2 millions de tonne par an) mais ne le transformait pas en biocarburant Pourquoi? Les coûts de transformation sont généralement plus élevés que pour le sucre et le maïs (Wapler, 2007). Si l’Eurtransforme 60% de sa production en biocarburant, ce n’est que grâce à la présence de subventions gouvernementales 2007). En France, 90% de la production de biodiesel communautaire est réalisé à partir du colza (ONIOL, 2004).

Sa culture possède de nombreux avantages. La plante limite la fuite des nitrates dans les nappes phréatiques : en étant planté au mois d’aout et récolté seulement au mois de juillet


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Pays

US California

Brazil

Green Future Innovations Philippines

Argentine

Pérou

Kenya

Brésil Éthanol / Biodiesel

Mozambique

Brésil

General Santos Philippines Éthanol

US Wisconsin

: Les Principaux Investisseurs du secteur de la canne à sucre

: C’est encore une table de vitor… mais je n’ai pas l’original… ]

Le colza est la matière première qui permet de produire l’huile de colza qui sera utilisée comme intrant pour la production de biocarburant. En

sil était le plus gros producteur de colza (12.2 millions de tonne par an) mais ne le transformait pas en biocarburant (Wapler, 2007). Pourquoi? Les coûts de transformation sont généralement plus élevés que pour le sucre et

. Si l’Europe, elle, transforme 60% de sa production en biocarburant, ce n’est que grâce à la présence de subventions gouvernementales (Wapler,

. En France, 90% de la production de biodiesel communautaire est réalisé à partir du

Sa culture possède de nombreux avantages. La plante limite la fuite des nitrates dans les

: en étant planté au mois d’aout et récolté seulement au mois de juillet

Figure 4: La production de canola au Canada atteindra 14 millions de tonnes avant 2015 (Conseil du Canola au

Canada, 2006).

Figure 5: Exploitation du colza (AIGx, 2007)

2,5

5

6,5

Utilisation du canola

millions de tonnes

Produit

Ren F&C

Ren F&C

Éthanol

Éthanol

Éthanol

Éthanol

Éthanol / Biodiesel

Éthanol

Éthanol

Éthanol - Biodiesel

Diesel

: Les Principaux Investisseurs du secteur de la canne à sucre

canola au Canada atteindra 14 millions de tonnes avant 2015 (Conseil du Canola au

Canada, 2006).

: Exploitation du colza (AIGx, 2007)

Utilisation du canola -

millions de tonnes

Biodiesel

Utilisation alimentaire

Exportation des graines


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de l’année suivante, la matière végétale permet d’empêcher l’érosion des sols durant l’hiver (Maison de l'environnement, 2006). Également, le contenu oléagineux de la récolte (N.B huile végétale) a dépassé en 2005 44% de la plante (Conseil du Canola au Canada, 2006). Cela la positionne comme une des meilleures matières premières d’origine oléagineuse, les autres ayant des contenus en huile plus faible (exemple du soja). Aussi, cela nous amène à penser que sa culture risque d’augmenter significativement dans les prochaines années (Conseil du Canola au Canada, 2006) [voir figure 4]

La plante peut être cultivée sur une terre en jachère industrielle ce qui évite une perte de productivité totale notamment pour les agriculteurs (Valbiom, 2006).

Il est également important de noter que les co-produits sont importants dans la culture du colza et son également très rentables (AIGx, 2007).

Les déchets urbains

Bien que la conscience écologique soit croissante, une des premières conséquences visibles de l’activité humaine est l’accumulation des déchets. Depuis peu, les municipalités apportent des changements dans la gestion de ces détritus et agissent directement : une étude parue en 2006 montrait alors que lorsque les canadiens avaient accès à un programme de recyclage, plus de 95% d’entres eux y participaient (Le Quotidien, 2007). Entre 2002 et 2006, le nombre de déchets éliminés au Canada est passé de 24 081 371 tonnes à 27 249 178 tonnes (Statistique Canada, 2010). On comprend alors l’intérêt de cette source de matières premières pratiquement inépuisable. Permettant de régler le problème de toutes les villes du monde qui voient leur population augmenter (Figure 6), cette source de matières premières serait donc idéale (SCI, 2009). Cependant, elle reste de mauvaise qualité et est donc difficilement transformable en un produit rentable tant sur le plan énergétique qu’économique.

Figure 6: Augmentation de la population urbaine mondiale (United Nations, 2006)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1950 1975 2000 2005 2030

Population urbaine mondiale (en milliard d'habitants)

Population urbaine des régions les plus développées (en milliard d'habitants)

Population urbaine des régions les moins développées (en milliard d'habitants)


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Huile de palme

L’huile de palme a déjà beaucoup fait parler d’elle. Actuellement, c’est la deuxième matière première organique utilisée pour la réalisation de biocarburants (Friends of the Earth, 2006). Avec un rendement exceptionnel (5 000 litres par hectare et par an), les pays d’Afrique, la Malaisie et l’Indonésie ont vu, en son exploitation, un vecteur de développement exceptionnel et sont aujourd’hui les principaux producteurs mondiaux (Pin Koh & Wilcove, 2008). En effet, 90% de la production mondiale provient de ces pays (Friends of the Earth, 2006). Les investisseurs sont présents comme par exemple, Cargill, Alliance ADM-Kuok-Wilmar, Synergy Drive et Duta Palma. Il est à noter que la récolte du fruit nécessite une main d’œuvre conséquente, ce qui ne permet son exploitation que dans des pays où le salaire est faible. Aussi, la culture de l’arbre s’est accentuée, amenant une déforestation massive (Pin Koh & Wilcove, 2008). Les associations écologiques telles que Greenpeace ont alors exprimé leur point de vue quant à son exploitation massive (Nb : campagne « Ask Nestlé to give a rainforests a break », 2010). En 2007, un rapport de l’association, La Palme du Réchauffement (Greenpeace France, 2007), estimait que 10 des 22,5 millions d’hectares de Tourbières d’Indonésie avaient déjà été détruits, ce qui entraînait une augmentation substantielle et continue des gaz à effet de serre (sols asséchés, oxydés voire brûlés). La déforestation serait responsable de 10% à 30% des émissions de gaz à effet de serre (Friends of the Earth, 2006). Certains estiment même que d’ici 2022, 98% de la forêt indonésienne et malaisienne aura disparu (Mackinnon, 2007).

Le jatropha curcias

Le jatropha est une plante ayant la capacité de pousser sur des terres dites non fertiles et ne nécessitant aucun entretien (BioZio, 2010). On l’appelle d’ailleurs la plante du désert. Sa culture permet alors d’utiliser des parcelles non exploitables jusqu’alors et surtout de les rendre rentables. De manière générale, si la plante est capable de produire dès la première année, il faut attendre deux à trois ans avant que son exploitation soit profitable (BioZio, 2010). On estime aujourd’hui la production de biodiesel issu du Jatropha à près de 1 892 litres par hectare et par an (Christi, 2007). La graine peut produire entre 30% et 40% d’huile et est considérée aujourd’hui comme la deuxième plante ayant le plus fort rendement (au sens de Yield) après l’huile de palme (BioZio, 2010). Selon Aboubacar Samaké, chef du programme national de valorisation énergétique de la plante pourghère (PNVEP), le coût de production d’un litre d’huile peut être estimé entre 0,25 euros et 0,38 euros (Traore, 2005) soit 0,34 $ CAN et 0,52 $ CAN3.

C’est également un vecteur de développement qui séduit de plus en plus de pays émergents tels que l’Inde, les Philippines, l’Indonésie, l’Afrique du Sud, le Burkina Faso, le Mali, le Ghana, le Malawi, le Zambie et dernièrement Madagascar. Leur enthousiasme est accentué depuis qu’une firme londonienne, D1, a décidé de se lancer dans l’aventure (voir programme de l’entreprise). Il faut dire que la plante est plutôt attrayante. Outre ses facultés de croissance intéressante, l’huile obtenue, plus communément appelée l’huile de pourghère, contient plus d’oxygène que de monoxyde de carbone. De plus, lors de son utilisation comme biocarburant, le gaz carbonique habituellement rejeté, est remplacé par de la vapeur d’eau. Entre 2000 et 2009, le nombre de compagnies du secteur est passé de 1 à 275 et on estime qu’il sera de 700 d’ici 2015 (BioZio, 2010).

3 Selon les cours du 20 juillet 2010

Nous notons également que les déchets issus de la culture du Jatropha peuvent être utilisés en tant que fertilisants de par une con

Aujourd’hui, l’objectif premier de l’industrie est d’augmenter le rendement de la plante. Nous ne citerons que l’exemple de l’Institut de l’Énergie et des Ressources (TERI) de New Dehli qui a investi massivement dans un programme de recherche (9,4 millions de dollars sur 10 ans) pour que la culture du Jatropha Curcias passe du stade artisanale à la production massive. Pour se faire, des micro-organismes seraient implantés dans les graines afin d’augmentenourrissante des racines.

Figure 7: Processus de production du biodiesel à partir du jatropha

Properties

Density, g/ml

Viscosity @40 0c .

Calorific value, MJ/ KG

Flash Point, 0c

Cloud Point, 0c

Sulphur %

Certane Value

Tableau 7: Propriétés principales de l'huile

Le maïs

Le maïs est principalement utilisé aux USA augmentation des surfaces cultivées depuis ces dernières années de l’industrie est assez élevée et que le rendement reste satisfaisant (370 à 430 gallons par demi


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Nous notons également que les déchets issus de la culture du Jatropha peuvent être utilisés en tant centration de protéines et nitrogène (BioZio, 2010)

Aujourd’hui, l’objectif premier de l’industrie est d’augmenter le rendement de la plante. Nous ne citerons que l’exemple de l’Institut de l’Énergie et des Ressources (TERI) de New Dehli qui a

ssivement dans un programme de recherche (9,4 millions de dollars sur 10 ans) pour que la culture du Jatropha Curcias passe du stade artisanale à la production massive. Pour se

organismes seraient implantés dans les graines afin d’augmente

: Processus de production du biodiesel à partir du jatropha (BioZio, 2010)

Jatropha Oil Jatropha Biodiesel

Density, g/ml 0,929 0,865

c . cs 40-50 4,5-5,2

Calorific value, MJ/ 39,7 39,2

c 240 165-175

c 16 13

0,13% 0,13% 1,2 % or less

Certane Value 51 58,4

: Propriétés principales de l'huile de Jatropha et de son biodiesel (BioZio, 2010)

Le maïs est principalement utilisé aux USA (EIA, 2007) et nous remarquons par ailleurs une augmentation des surfaces cultivées depuis ces dernières années (Collins, 2007)

e est assez élevée et que le rendement reste satisfaisant (370 à 430 gallons par demi

Nous notons également que les déchets issus de la culture du Jatropha peuvent être utilisés en tant (BioZio, 2010).

Aujourd’hui, l’objectif premier de l’industrie est d’augmenter le rendement de la plante. Nous ne citerons que l’exemple de l’Institut de l’Énergie et des Ressources (TERI) de New Dehli qui a

ssivement dans un programme de recherche (9,4 millions de dollars sur 10 ans) pour que la culture du Jatropha Curcias passe du stade artisanale à la production massive. Pour se

organismes seraient implantés dans les graines afin d’augmenter l’efficacité

(BioZio, 2010)

Diesel

0,841

4,5

42,0

50

9

1,2 % or less

47,8

de Jatropha et de son biodiesel (BioZio, 2010)

et nous remarquons par ailleurs une (Collins, 2007). Si l’expérience

e est assez élevée et que le rendement reste satisfaisant (370 à 430 gallons par demi


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hectare selon le Food and Agriculture Organisation (FAO, 2008)), l’énergie issue du maïs reste inférieure à celle contenue dans l’énergie fossile traditionnelle (EIA, 2007) :

Fuel Btu per gallon (low

heating value) BTU per gallon (High

heating value) Gallons of gasoline équivalent

(High heating value)

Conventional gasoline

115,500 125,071 1.00

Fuel éthanol (E100) 76,000 84,262 0.67

E85 (74 % blend on average

--- 94,872 0.76

Distillate fuel oil (diesel)

128,500 138,690 1.11

Biodiesel (B100) 118,296 128,520 1.03

Tableau 8: Énergie contenue par biocarburant (EIA, 2007)

Ce tableau met en évidence une différence de rentabilité énergétique qui se traduira de façon plus pratique en une réduction de la distance parcourue par gallon lorsque le biocarburant sera utilisé dans des engins conçus pour rouler au gazole ou diesel (EIA, 2007). Aussi, au final, plus le pourcentage d’éthanol contenu dans le carburant est élevé, plus la distance parcourue par gallon diminuera (EIA, 2007). Il est à noter également qu’un gallon du liquide ne contient que les ⅔ de l’énergie contenue dans un gallon de carburant traditionnel (EIA, 2007).

Cependant, malgré des résultats qui peuvent sembler décevants, le maïs reste la matière première la plus attrayante pour la production d’éthanol (EIA, 2007). Pourtant, sa production reste problématique. La plante garde une vocation alimentaire et nécessite des terres fertiles pour sa culture. De fait, l’un des défis majeurs, tout comme pour la canne à sucre, est d’arriver à transformer de manière rentable tant énergétiquement qu’économiquement parlant, l’ensemble de la plante. C’est ce qu’on appelle l’exploitation des co-produits (EIA, 2007).

Biofuel feedstock Co-products Volume produced (lb /100 lb of feedstocks

Approximate value ($/lb)

Ethanol

Corn, wet mill Corn gluten feed 24.0 0.033

Corn gluten meal 4.5 0.135

Corn oil 2.9 0.260

Cron, dry mill Dried distillers’ grains and solubles 30.5 0.045

Sugar Sugar stlaks, bagasse 27.0 ---


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Cellulosic ethanol

Switchgrass Lignin 27.0 ---

Hybrid poplar Lignin 27.0 ---

Forest residue Lignin 27.0 ---

Agricultural residue

ligini 27.0 ---

Biodiesel

Soybeans Meal (44-48% protein) 80-82 0.097

Canol Meal (28-36% protein) 60-62 0.079

Sunflowe Meal (28% protein) 60-63 0.035

Mustard Meal (28-36% protein) 60-62 ---

Coton Meal (41% protein) 84-86 0.088

Crude glycerin 10 0.050

Tableau 9: Production U.S and valeurs des co-produits des biocarburants (EIA, 2007)

De plus, l’augmentation de sa production influence directement le marché alimentaire. Ce dernier subit en effet l’augmentation des prix due à la hausse de la concurrence (Baker & Zahniser, 2006). On remarque également que la proportion du maïs utilisée pour la production de biocarburants par rapport à la production totale U.S., ne cesse d’augmenter (tableau 10).

Year U.S. Corn Production

U.S. Grain Production

U.S. Corn Used for Fuel Ethanol

Share of U.S. Grain Used for Fuel Ethanol *

Million Tons Million Tons Million Tons Percent 1980 169 268 0,9 0,3 1981 206 328 2,2 0,8 1982 209 331 3,6 1,1 1983 106 206 4,1 1,2 1984 195 313 5,9 2,9 1985 225 345 6,9 2,2 1986 209 313 7,4 2,1 1987 181 278 7,1 2,3 1988 125 204 7,3 2,6 1989 191 282 8,2 4,0 1990 202 310 8,9 3,1 1991 190 278 10,1 3,3 1992 241 350 10,8 3,9 1993 161 257 11,6 3,3 1994 255 353 13,5 5,3 1995 188 275 10,1 2,8 1996 235 333 10,9 4,0


20

1997 234 334 12,2 3,7 1998 248 347 13,4 4,0 1999 240 332 14,4 4,1 2000 252 340 15,9 4,8 2001 241 321 17,9 5,3 2002 228 294 25,3 7,9 2003 256 345 29,7 10,1 2004 300 386 33,6 9,7 2005 282 363 40,7 10,6 2006 268 335 53,8 14,8 2007 331 412 76,9 22,9 2008 307 401 92,7 22,5 2009 312 392 104,1 26,0

Tableau 10: Production U.S de maïs et son utilisation pour les biocarburants entre 1980 et 2009 (Vidal, 2010)

De plus, il est important de comprendre que la culture du maïs dans le cadre de l’élaboration d’un biocarburant peut permettre de sauver 35% des émissions de gaz à effet de serre…ou d’en générer 30% de plus, dépendamment de la manière dont il est cultivé puis transformé (voir les techniques de transformation).

Et c’est ici que réside toute la complexité des biocarburants et des produits se voulant éco-responsables. L’effort des industriels ne doit pas uniquement porter sur le choix d’une technique de transformation ou d’une matière première. Au contraire, l’ensemble du cycle de vie du produit doit être analysé afin que les actions entreprises soient couronnées de succès. Si cette condition n’est pas respectée, les conséquences pourraient être néfastes pour l’environnement.

Les résidus de bois

Le Canada possède la troisième plus grande superficie forestière au monde (Charron, 2005). L’exploitation des résidus forestiers dans l’élaboration de biocarburants permettrait d’utiliser les déchets d’une industrie pour en faire fonctionner une autre. De ce fait, nous pouvons estimer que cette source est importante mais dépendante d’une industrie spécifique (EIA, 2009). On estime que l’Australie pourrait produire 20% de l’énergie nécessaire au pays par la valorisation des déchets forestiers; la Finlande en produisait 22% en 2006 et l’Union Européenne prévoit d’en produire 12% à court terme (The Age, 2006).

Alors que la gestion des forêts au Québec (et ailleurs dans le monde) subit de nombreuses critiques, la récupération des déchets s’inscrirait totalement dans la logique d’exploitation durable et responsable appelée « Gestion intégrée » [« Aménagement qui maintient et améliore la santé à long terme des écosystèmes forestiers dans l’intérêt du vivant, tout en offrant des possibilités environnementales, économiques, sociales et culturelles aux générations d’aujourd’hui et de demain » (Service canadien des forêts, 2001)]. Au Canada, cette technique de gestion contient plusieurs volets (Charron, 2005) :

- La gestion écosystémique - Les collectivités forestières durables - Les droits et la participation des peuples autochtones


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- Les avantages des produits forestiers - Le savoir et l’innovation au service de la compétitivité et de la durabilité - La forêt urbaine et la mobilisation du public envers la durabilité - La participation des boisés privés à la durabilité - La reddition des comptes

En effet, alors que le monde s’indigne de la destruction du poumon de la terre, les industriels doivent réapprendre à exploiter la forêt mais également à la cultiver. La gestion des déchets est alors une problématique à résoudre. Cela pourrait être le moyen pour l’industrie forestière de créer une source de revenus par leurs ventes mais également de permettre le développement d’un biocarburant national voire provincial. C’est d’ailleurs l’un des projets développés actuellement par la forêt de Fundy au Nouveau-Brunswick (Ressources Naturelles Canada, 2008). L’impact de cette récupération ne s’arrêterait pas au secteur forestier mais toucherait d’autres secteurs tel que celui des pâtes et papiers (Cascades, Domtar, Abitibi Bowater), moteur de l’économie québécoise (Nadeau, 2008).

L’ensemble de ces données reflète tout l’intérêt que suscite la conversion des déchets en biocarburants. Le programme écoÉnergie vise à soutenir cette initiative notamment via un investissement sur neuf ans de près de 1,5 milliards de dollars (Treasury Board of Canada Secretariat, 2008)

Proprement dit, on estime que l’exploitation des résidus forestiers permettrait de supprimer 80 à 90% des émissions de gaz à effet de serre par rapport à l’essence (Desjardins, 2009). Cependant, l’expérience acquise est très faible et la transformation de ce type de matière première est plus complexe (voir section suivante). En effet, elle nécessite la culture d’enzymes permettant de rompre la chaîne cellulosique du bois lorsque la voie biochimique sera choisie (Ragauskas). Ceci suppose donc un coût additionnel.

Le switchgrass

Le switchgrass (« panic dressé » en français) est une plante vivace rhizomateuse, ce qui lui permet de résister à divers climats. Elle pousse principalement aux Etats-Unis d’où elle est originaire (Bransby, 2006). Si pendant de nombreuses années l’objectif était de l’anéantir, nous nous sommes rendus compte, d’une part que sa présence était bénéfique pour l’environnement (les racines de la plante permettent un maintien des sols); et que d’autre part, son exploitation pouvait être rentable (Barthelemi, 2007). De plus, elle ne nécessite pas de terres fertiles (Bransby, 2006).

Ce n’est que depuis 2006 et le discours de G.W. Bush (State of the Union) que la plante est considérée comme une matière première potentielle aux biocarburants (C-Span, 2006). En effet, il est possible de l’utiliser comme matière première à l’éthanol cellulosique. De plus, son rendement énergétique est impressionnant (1 000 gallons par demi-hectare) et nettement supérieur à celui du maïs également cultivé dans ce pays (multiplié par quatre (EIA, 2007)). On estime que la plante produit 540% d’énergie par rapport à l’investissement énergétique de sa culture (Schmer, Vogel, Mitchell, & Perrin, 2008). Une de ces caractéristiques principales est


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également de capter énormément d’énergie solaire et de la transformer en énergie chimique (Oak Ridge National Laboratory, 2006).

Concrètement, même si en se développant d’autres espèces virent le jour (principalement utilisées comme fourrage), il existe deux types de Switchgrass (Bransby, 2006) :

• Celui poussant sur les terres hautes (upper land). Il atteindra entre 1,5 et 2 mètres et est

adapté aux sols très secs.

• Celui poussant sur les terres basses (low land). Il atteindra jusqu’à 3,7 mètres et est

généralement situé sur des sols lourds en bas fond.

Le switchgrass n’atteindra son rendement maximal qu’au bout de trois ans (Bransby, 2006). Deux récoltes par an sont envisageables, ce qui offre des perspectives de production intéressantes (Bransby, 2006). De plus, la plante possède une des capacités les plus élevées à séquestrer le carbone tout au long de sa croissance, ce qui en fait un allié dans la course à la réduction des émissions de gaz à effet de serre (Bransby, 2006). Notons également que la transformation en biocarburant semble relativement simple : elle peut être directement liquéfiée, gazéifiée ou brûlée (Oak Ridge National Laboratory, 2006).

Au final, les estimations d’émission de gaz à effet de serre de l’éthanol issu du switchgrass sont 94% inférieures à celles émises par l’essence (Schmer, Vogel, Mitchell, & Perrin, 2008).

Pongamia pinnata

Le Pongamia Pinnata est un arbre à croissance rapide. Il a la particularité de fixer l’azote et de pousser dans des conditions très rudes (résistance à la sécheresse, terres non fertiles). L’Inde, tout comme pour le Jatropha Curcas, encourage sa plantation afin de produire de l’huile végétale qui pourra servir à l’élaboration de biocarburant. Dès ses 10 ans, on estime que le rendement de l’arbre atteindra 5000 litres d’huile par hectare et par an (semblable à celui de l’huile de palme vu précédemment).

Le soja

On estime que les coûts de fabrication d’un gallon de biocarburant issu du soja se situent entre 1,80$ et 2,40$ (EIA, 2007). Les dépenses associées à l’approvisionnement en matière première représente 70% à 78% des coûts de production finaux (varient entre 0,20$ et 0,30$ la livre) (EIA, 2007). Historiquement, l’huile de soja a toujours été un surplus industriel et donc disponible en grande quantité (EIA, 2007).

Les techniques de transformation

Aujourd’hui, pour créer un biocarburant dénié de toute impureté, nous sommes en mesure de distinguer 3 grandes avenues de transformation. Chacune d’entre elles se déclinent en plusieurs possibilités. Il est important de comprendre que le type de matières premières utilisé va influencer le processus de transformation.


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La voie Thermochimique

La voie thermochimique consiste tout d’abord à dégrader la biomasse pour en extraire un gaz de synthèse. Ce dernier sera à son tour synthétisé pour être transformé en hydrocarbure qui pourra être ajouté au carburant actuel. Ce processus est considéré comme la voie la plus robuste selon Sylvie Rougé, chef de projet biomasse à la Direction de l'énergie nucléaire (Grenoble) du CEA (France)(CEA Techno(s), 2008)

On distingue quatre principales déclinaisons : la gazéification, la pyrolise, la méthanisation, le BTL (Biomass To Liquid).

a. La Gazéification La gazéification consiste en une décomposition thermique des substances organiques solides en élevant la température entre 900 oc et 1100oc en milieu oxygéné ou en présence de vapeur d’eau (National Renewable Energy Laboratory, 2009). Le gaz obtenu, très riche en hydrogène (80 à 85%) est appelé Singaz (National Renewable Energy Laboratory, 2009). Ce produit est particulièrement intéressant car il répond à toutes les spécifications nécessaires pour le transport des carburants issus de la biomasse (National Renewable Energy Laboratory, 2009).

On estime qu’une tonne de déchets peut générer 0,4 kilowatts d’électricité par heure (Ballerini & Alazard-Toux, 2006). N’importe quelle biomasse peut être utilisée, comme par exemple les résidus de l’exploitation forestière. Même si le procédé n’en est encore qu’au stade de démonstration, les États-Unis semblent trouver cette technique fort intéressante. Le pays accorde des subventions significatives pour que les entreprises et laboratoires développent le procédé.

Figure 8 : Illustration de la voie thermochimique (planete-energie.com)


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Figure 9 : Schéma d'ensemble du procédé de gazéification associé au procédé de synthèse de Fisher-Tropsch (Ballerini & Alazard-Toux, 2006)

b. La Pyrolise La pyrolise est également une technique de décomposition thermique de substances organiques dans un milieu avide d’air (National Renewable Energy Laboratory, 2009). Cependant, elle a lieu à des températures variant entre 450 et 500 oc (Ballerini & Alazard-Toux, 2006). Un de ses grands avantages est qu’elle permet de diminuer le gaspillage d’énergie et qu’elle s’adapte à plusieurs types de biomasses agro-forestières et autres résidus de transformation (Ballerini & Alazard-Toux, 2006). En effet, les résidus de l’exploitation agricole et forestière sont brûlés sur place après les récoltes. De plus, c’est une technique de transformation qui permet de détruire les pathogènes contenus dans des matériaux potentiellement dangereux tels que les abats d’animaux. Elle permet également de retourner au sol les nutriments N, P, K, C via la répartition du charbon pyrolytique (Ballerini & Alazard-Toux, 2006).

Les produits issus de cette technique de transformation de matières premières sont (Ballerini & Alazard-Toux, 2006) :

- Les biohuiles (60-65%) également appelées « huiles pyrolises ». Elles peuvent être raffinées

pour être utilisées comme carburants (National Renewable Energy Laboratory, 2009).

- Le Charbon (20-25%)

- Le gaz (10-15%). Les principaux sont : CO2, CO, H2, et sont principalement utilisés dans le

procédé lui-même comme source d’énergie.

Eau de FT

Gaz de tête de FT

Purge Condensats de FT

Synbrut

n-naphta

Gazole Kérosène

i-naphta

CO2

Cires de FT

Gazéification

Conversion HT

Réaction de SHIFT Extraction du CO

Unité FISHER-TROPSCH

Hydrocraqueur isomérisant

Biomasse

H2


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On constate avec ce tableau qu’il existe plusieurs types de pyrolyses :

- La pyrolyse rapide : elle nécessite un taux élevé de particules de chauffage et une courte

période de transfert de chaleur à la biomasse(National Renewable Energy Laboratory, 2009)

- La pyrolyse lente (Ballerini & Alazard-Toux, 2006)

L’expérience de l’industrie est assez élevée même si le procédé n’en est encore qu’au stade de démonstration.

c. La Méthanisation La méthanisation (ou digestion anaérobie) consiste en la transformation de matière organique en biogaz (Moletta, 2008). Cette dégradation de la matière organique en l’absence d’oxygène donne naissance à plus de 90% à du biogaz, le méthane (Ballerini & Alazard-Toux, 2006) ; le reste étant du gaz carbonique.

Historiquement, le processus de méthanisation n’est pas nouveau. Dès les années 1940, il fut utilisé à partir du fumier (Moletta, 2008). Dans les années 1970, l’application s’est étendue au traitement des eaux usées amenant ainsi de nombreuses applications industrielles : agroalimentaires, chimiques, pétroliers, agricoles (Moletta, 2008). Aujourd’hui, il est vu comme un outil de dépollution créant de surcroit une énergie « verte », car la matière première est d’origine vivante (animale ou végétale)(Moletta, 2008). Le méthane produit est un avantage considérable.

La Suède l’a d’ailleurs bien compris et a lancé en 2009 un vaste programme de valorisation du recyclage de la matière organique et la récupération du biogaz.

Il est à noter également que les résidus de la fermentation peuvent être utilisés comme fertilisant organique.

Biomasse

Gaz a PCI Moyen RDT : 70-80% en masse Rendement Énergétique : 80%

Vitesse de Chauffage élevée (>100oc/s) Température élevée (>800oc) Pyrogazéification

Huile RDT : 50-80% en masse Rendement Énergétique : 75%

Vitesse de Chauffage élevée (>100oc/s) Température faible (500oc) Pyrolyse rapide ou flash

Charbon végétal RDT : 25-35% en masse Rendement Énergétique : 60%

Vitesse de Chauffage faible (<50oc/min) Température faible (500oc) Pyrolyse lente

Figure 10: Produits majoritaires obtenus par pyrolise de la biomasse à pression atmosphérique selon les conditions de température et de vitesse de chauffe (rendement énergétique: contenu énergétique de produits, contenu énergétique de la biomasse (Ballerini & Alazard-Toux, 2006)


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d. BTL (Biomass to Liquid) Cette technique vise à transformer la biomasse en hydrocarbures liquides (de type gazole) en passant par une étape de gazéification (voir vidéo de présentation) (Actu-Environnement, Inconnue). On estime à 4m3 le volume de biocarburant pouvant être issu par hectare et par année(European Biofuels Technology Platform, 2010). Le fait de passer par la gazéification de la biomasse permet de rendre la technique simple et ce, quelque soit la matière première (European Biofuels Technology Platform, 2010). On peut, en effet, épurer le gaz obtenu et ajuster également la proportion des composantes du produits (notamment en hydrogène et monoxyde de carbone) (European Biofuels Technology Platform, 2010). Cependant, il est important de comprendre que pour le type de matières premières utilisées ainsi que pour le type de débouchés visés (gazole Fisher-Tropsch, méthanol, DME), la technique est modifiable à chacune des étapes de transformation; à savoir le prétraitement, la gazéification, la purification et, pour finir, la valorisation du gaz de synthèse (Ballerini & Alazard-Toux, 2006). Aussi, il est possible de dire qu’il existe de multiples combinaisons possibles pour le BLT.

Pour aller plus loin, développons le processus de transformation Fisher-Tropsch. Il consiste en une réaction chimique au cours de laquelle le monoxyde de carbone et l’hydrogène sont convertis en hydrocarbones liquides(European Biofuels Technology Platform, 2010). Ce processus est déjà très connu et appliqué dans de nombreux domaines. Nous notons que nous devons son invention aux allemands durant la seconde guerre mondiale (European Biofuels Technology Platform, 2010).

De manière générale, le BTL est actuellement au stade de démonstration et les produits issus de cette technique de transformation ne sont donc pas disponibles sur le marché (European Biofuels Technology Platform, 2010).

La voie Chimique

a) La Transestérification La transestérification est un procédé utilisé principalement dans la production de biocarburants dits de première génération (Ballerini & Alazard-Toux, 2006). Il s’agit tout simplement d’une presse mécanique qui permet d’extraire l’Hexane (hydrocarbure saturé de formule C6H14) (Ballerini & Alazard-Toux, 2006). Cela permet d’éliminer les glycérides via la combinaison de l’huile végétale avec de l’alcool (Basha, Raja Gopal, & Jebaraj, 2009). On peut comparer le procédé à celui de l’hydrolyse sauf que dans le cas présent, de l’alcool est utilisé à la place de l’eau (Meher, Vidya Sagar, & Naik, 2004). Il vise à réduire la viscosité de l’huile (Basha, Raja Gopal, & Jebaraj, 2009). Cependant, son extraction est critique en raison de sa toxicité4.

Voici l’exemple du principe dans le cadre de la culture du Ponamia Pinnata :

4 http://www.cdc.gov/niosh/ipcsnfrn/nfrn0279.html, page consultée le 4 février 2010.

Figure 11 : Exemple du Ponamia Pinnata d’après Ahmad et al. (2009)

Le processus de transformation sera affecté par différentes variables telles que les conditions la réaction, le rapport molaire de l’alcool à l’huile, le type d’alcool, lecatalyseurs (pour accélérer la conversion)des différents actifs (Meher, Vidya Sagar, & Naik, 2004)

Ainsi, le contenu en acide gras libre et l’humidité sviabilité du processus de transformation. Par exemple, il est indispensable que le niveau d’acide gras libre soit inférieur à 3%. Plus l’acidité de l’huile est élevée, moins la conversion sera efficiente (Meher, Vidya Sagar, & Naik,

Aussi, il est possible d’identifier catalyseur hétérogène (Hanna MA, 1999)1999).

En bref

Tableau

Les différents produits

Biobutanol

Le biobutanol (ou alcool butylique) est obtenu grâce à la bactérie de Gram positif anaérobique clostridium acetobutylicum. Son caractère enzymatique lui permet d’effectuer la transformation du sucre en butanol-1. En plus du biobutanol, d’autres molécules produites (acide acétique, acide propionique, acétone, isopropanol).l’éthanol, par la fermentation du sucre des différentes matières premières utilisées

Il est important de comprendre que l

Voie Thermochimique

Gazéification

Pyrolise

Méthanisation

BTL


27

: Exemple du Ponamia Pinnata d’après Ahmad et al. (2009)

Le processus de transformation sera affecté par différentes variables telles que les conditions action, le rapport molaire de l’alcool à l’huile, le type d’alcool, le

eurs (pour accélérer la conversion), le temps de réaction, la température et enfin la pureté (Meher, Vidya Sagar, & Naik, 2004).

Ainsi, le contenu en acide gras libre et l’humidité sont des paramètres clefs bilité du processus de transformation. Par exemple, il est indispensable que le niveau d’acide

gras libre soit inférieur à 3%. Plus l’acidité de l’huile est élevée, moins la conversion sera (Meher, Vidya Sagar, & Naik, 2004).

Aussi, il est possible d’identifier différents types de catalyseurs : alkali, acide, enzyme ou (Hanna MA, 1999). Le premier semble être le plus efficace

Tableau 11: Récapitulatif des Techniques de transformation

Les différents produits

Le biobutanol (ou alcool butylique) est obtenu grâce à la bactérie de Gram positif anaérobique clostridium acetobutylicum. Son caractère enzymatique lui permet d’effectuer la transformation

1. En plus du biobutanol, d’autres molécules telle que le dihydrogène sont produites (acide acétique, acide propionique, acétone, isopropanol). Il est obtenu, comme l’éthanol, par la fermentation du sucre des différentes matières premières utilisées

Il est important de comprendre que le biobutanol possède de nombreux avantages

Voie Biochimique Voie Chimi

Biocarbonisation Transestérification

Biorefinery Enzymes Hydrolysis

Acid hydrolysis

: Exemple du Ponamia Pinnata d’après Ahmad et al. (2009)

Le processus de transformation sera affecté par différentes variables telles que les conditions de action, le rapport molaire de l’alcool à l’huile, le type d’alcool, le type de montant de

rature et enfin la pureté

ont des paramètres clefs pour déterminer la bilité du processus de transformation. Par exemple, il est indispensable que le niveau d’acide

gras libre soit inférieur à 3%. Plus l’acidité de l’huile est élevée, moins la conversion sera

: alkali, acide, enzyme ou . Le premier semble être le plus efficace (Hanna MA,

Le biobutanol (ou alcool butylique) est obtenu grâce à la bactérie de Gram positif anaérobique clostridium acetobutylicum. Son caractère enzymatique lui permet d’effectuer la transformation

telle que le dihydrogène sont Il est obtenu, comme

l’éthanol, par la fermentation du sucre des différentes matières premières utilisées (Leber, 2010).

e biobutanol possède de nombreux avantages :

Voie Chimique

Transestérification

Enzymes Hydrolysis


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- Une haute densité énergétique (Parr, 2007)

- Facilement manipulable et mélangeable, notamment aux hydrocarbures traditionnels et à

l’éthanol (Parr, 2007) (U.S. Department of Energy, 2009)

- Moins corrosif (Parr, 2007)

- Utilisable à l’état liquide, solide, gazeux (Leber, 2010)

- Il peut être produit à partir de nombreuses matières premières(Parr, 2007) notamment à

partir d’algues (Simpson, 2010)

- Et surtout est compétitif en terme de coûts avec l’éthanol (Parr, 2007)

Mais avant toute chose, l’avantage premier de ce biocarburant est qu’il possède une structure moléculaire se rapprochant fortement de celle des hydrocarbures traditionnels (Leber, 2010) (Simpson, 2010). Il devient alors la source énergétique idéale à l’heure où le prix du pétrole flambe. En effet, il peut être utilisé directement dans les moteurs actuels (à ne pas confondre avec l’éthanol qui nécessite une modification du moteur [moteur flex] au-delà de 85% de biocarburant) (U.S. Department of Energy, 2009). D’ailleurs, les unités de production de bioéthanol ainsi que les raffineries pétrolières peuvent être adaptées à la production de biobutanol(Leber, 2010). De nombreuses compagnies y voient une source de revenus non négligeable (Leber, 2010). Même si à l’heure actuelle il n’existe aucun point de distribution, le fait que le liquide ne se mélange pas à l’eau (contrairement à l’éthanol) permet d’envisager une distribution au travers des stations de carburants actuelles(U.S. Department of Energy, 2009).

Les entreprises BP (technologies carburants et la connaissance des marchés de l’énergie) et DuPont (biotechnologies et de bio-production) accordent énormément d’importance à ce biocarburant. Elles ont d’ailleurs décidé dès 2003 de s’associer afin de porter le projet à des fins commerciales (BP, 2006).

Le lancement était prévu pour 2007 au Royaume-Uni via un partenariat avec British Sugar, premier fournisseur de sucre dans ce pays(BP, 2006).

En ce qui concerne le contenu énergétique, on estime que le Biobutanol est 10% à 20% inférieur aux hydrocarbures traditionnels (U.S. Department of Energy, 2009). Voici d’autres caractéristiques (Gevo, 2009) :

Fuel Densité énergétique

Ratio air / carburant

Énergie Spécifique Chaleur de vaporisation

Gazole 32.0 MJ/L 14.6 2.9 MJ/kg d’air 0.36 MJ/kg

Butanol 29.2 MJ/l 11.2 3.2 MJ/kg d’air 0.43 MJ/kg

Ethanol 19.6 MJ/L 9.0 3.0 MJ/Kg d’air 0.92 MJ/kg

Méthanol 16.0 MJ/L 6.5 3.1 MJ/kg d’air 1.20 MJ / kg


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Tableau 12: Comparaison énergétique du Gazole, du Butanol, de l'Éthanol et du Méthanol(Gevo, 2009)

Ceux issus des algues

Même si les études en sont encore au stade de laboratoire, on estime que le rendement des algues pourrait être jusqu’à 30 fois supérieur à celui des oléagineux terrestres (Cadoret & Bernard, 2008) (Cornell, 2008). Cependant, il est important de se rappeler que la production de biocarburants à partir des algues ne devient rentable quand dans certaines conditions qui doivent être respectées tout au long du cycle de vie du produit (choix des techniques de productions, des algues, des lieux de cultures, etc.) (Cadoret & Bernard, 2008).

Cependant, certains problèmes émergent. En effet, selon Gerhard Knothe (chercheur à l’USDA, U.S. Departement of Agriculture’s Agricultural Reseach Service), ils se dégradent plus rapidement que les autres carburants en basse température du fait de la forte présence de gras saturé et d’acides gras polyinsaturés (Sawahel, 2010). Ainsi, il semblerait que la seule issue à ce problème majeur soit la modification génétique (Sawahel, 2010).

A l’heure actuelle, l’industrie aérienne voit en ce type de biocarburant la possibilité de diminuer l’impact environnemental de leurs activités (Green Car Congress, 2008)

Biodiesel

Le Biodiesel est un ester méthylique obtenu par réaction chimique (transestérification) entre un alcool léger et de la matière grasse (Centre de référence en agriculture et agroalimentaire du Québec, 2008). Notons qu’il peut être utilisé soit comme carburant de remplacement à 100% (B100) et sans modification majeure de la voiture; soit mélangé aux hydrocarbures traditionnels (avec des concentrations différentes soient 2%, 5% ou encore 20%) (Conseil Québécois du Biodiesel, Indisponible).

L’utilisation de matières premières dites végétales entraine souvent la confusion entre le biodiesel et l’huile végétale carburant. Pourtant, de nombreux points les différencient :

Biodiesel Huile végétale carburant

Matières premières

Huiles végétales pures (huile de soya, de canola, de palme…)

- Huiles végétales pures - Huiles de friture recyclées

Procédé Transestérification Décantation et filtration

Modification Moteurs

Aucune Modifications mineures au véhicule : ajout d’un réservoir pour réchauffer le carburant

Respect des garanties

Équipementiers et fabricants de moteurs respectent leurs garanties jusqu’à B20 (20% de biodiesel dans le mélange) mais la plupart recommandent de ne pas dépasser B5 (5%)

Garanties invalidées

Norme de qualité applicables

- ASTM D6751 pour le B100

- CAN/ONGC 3.520 pour le B2 à B5

Il n’existe aucune norme de qualité applicable


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Programme d’assurance qualité existant

- Accréditation BQ-9000 pour les producteurs

- Certification BQ -9000 pour les distributeurs

Il n’existe aucun programme d’assurance qualité applicable

Utilisation par temps froid

- Efficace jusqu’à B5 avec un biodiesel qui rencontre les normes de qualité

- L’utilisation du biodiesel représente un plus grand défi par temps froid pour le B20 et le B100, mais on peut gérer la contrainte en utilisant un additif, un système de gestion thermique du carburant ou en laissant les véhicule dormir à l’intérieur en hiver.

À tous les niveaux de concentration, l’utilisation de carburant par temps froid n’est pas recommandée car elle peut occasionner des pannes

Problèmes les plus courants

- Si le biodiesel ne respecte pas les normes de qualité, il peut occasionner des problèmes d’utilisation - le biodiesel est un solvant qui, par nature, agit sur certaines matières. Surtout pour les véhicules plus anciens (avant 1994), il se peut que le biodiesel ne soit pas compatible avec les matériaux utilisés - l’effet solvant du biodiesel à forte concentration (B20 à B100) peut également entrainer, en nettoyant les systèmes encrassés, le colmatage des filtres à carburant

Oxydation élevée et risques de contamination résiduelle entrainant le colmatage des filtres, des dommages au niveau des injecteurs et au niveau de la pompe

Règlement fédéral sur le souffre dans le carburant diesel

- Exemption taxe d’accise fédérale sur les carburants (4 centimes / litre pour le pétrodiesel - Remboursement de la taxe sur les carburants (16,2 centimes / litre au Québec)

- la taxe d’accise fédérale sur les carburants est applicable - La taxe québécoise sur les carburants est applicable, il n’existe pas d’exemption ou de remboursement pour ce type de carburant - Même s’il y a autoproduction pour un usage personnel, les taxes s’appliquent. Il faut les verser par autoperception

Règlement fédéral sur le souffre dans le carburant diesel

L’importation, la production et la vente sont assujetties au règlement

- l’importation, la production et la vente sont assujetties au règlement - L’autoproduction pour usage personnel n’est pas assujettie au réglement

Tableau 13: Les différences entre le biodiesel et l'huile végétale carburant (Conseil Québécois du Biodiesel, Indisponible)

Comme nous venons de l’apercevoir, il existe de nombreuses normes de qualité permettant ainsi d’assurer la viabilité du produit et surtout de gagner la confiance des consommateurs(Conseil Québécois du Biodiesel, Indisponible). Il n’existe actuellement aucune réglementation pour le B100 au Canada. Pour combler ce manque, les producteurs se sont pliés aux exigences américaines (ASTM D6751) et européennes (EN 14214) qui sont reconnues à l ‘international(Conseil Québécois du Biodiesel, Indisponible). La situation est différente pour les mélanges où des normes canadiennes s’appliquent (CAN/ONGC 3.520 pour les mélanges B1 à B5). Cependant, si les normes sont présentes, faut-il encore les respecter. Le programme BQ-


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9000 s’inscrit dans cette perspective et vise à renforcer la qualité du produit via un contrôle aux différentes étapes de la production.

Depuis 2002, la Société de Transport de Montréal (STM) s’est lancée dans l’aventure biodiesel en choisissant le biodiesel comme source d’énergie pour une partie de la flotte (STM, 2002).

Le Biodiesel est actuellement produit dans différents pays (Allemagne, Malaisie, etc.) à partir de différents types de matières premières (Huile de palme, Jatropha, ect) et est considéré comme un produit de première génération.

Mais quelle est vraiment la valeur énergétique de ce biocarburant? Voici un comparatif :

La production de Biodiesel a le soutien du gouvernement des États-Unis : elle représente un des seuls produits rentables sur le marché actuel. La production en 2007 était de six milliards de litres.

Archer Daniels Midland Co. (États-Unis) est un des industriels qui a fait le choix de produire et de commercialiser (principalement en Europe et aux États-Unis mais est présent dans 60 pays) le biodiesel sous le nom de Connediesel, Connester et de glycérine brute et raffinée. Une des particularités de l’entreprise est qu’elle œuvre dans plusieurs secteurs qui, nous pouvons le dire, sont complémentaires. En effet, elle s’occupe non seulement de la production, de l’élaboration et de la commercialisation du biodiesel, mais également produit, exploite et commercialise des produits agricoles (nourriture, produits industriels, etc.). Ainsi, l’entreprise s’auto-approvisionne en matières premières pour ses biocarburants. Elle peut ainsi contrôler la qualité et miser également sur des économies d’échelles.

Comme autres producteurs, nous pouvons citer :

Compagnies Produits

Chicago-based Ultra Green Energy Service (USA) Ultra Green Diesel

Renewable Energy Group Inc. (USA) SoyPower & REG-9000

Propriétés Biodiesel (B100) Pétrodiesel

Énergie disponible (GJ/t) 39.8 45.2

Point d’éclair (oc) 131 60 à 72

Point trouble (oc) -0.5 -20.0

Masse Volumique (t/m3) 0.885 0.850

Indice cétane 50.9 46.0 Tableau 14 : Caractéristiques typiques d'un carburant biodiesel pur (B100) fabriqué à base d'huile de soya et de méthanol et d’un carburant diesel conventionnel (Centre de référence en agriculture et agroalimentaire du Québec, 2008)


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FUMPA Biofuels (USA) Northland Choice

North Mississippi Biodiesel Southern Gold

[Note Elodie : Table de vitor… mais je n’ai pas l’original…]

Éthanol ou bioéthanol

L’éthanol est un biocarburant non toxique (à la manipulation notamment) et biodégradable (EIA, 2009). Il est obtenu à partir du sucre qui peut être issu de la matière végétale (EIA, 2010). Aux Etats-Unis, la majorité de l’éthanol provient du maïs (EIA, 2010) et sert à fabriquer du E10 (10% d’éthanol et 90% de gazole) dans 99% des cas (EIA, 2010). Au Canada, il est principalement issu de la culture du maïs et du blé (Office de l'efficacité énergétique, 2009).

Concrètement, deux types d’éthanol peuvent être produits : celui dit industriel et celui dit carburant (Office de l'efficacité énergétique, 2009). Ce dernier fut distillé puis déshydraté (afin de pouvoir le mélanger à l’essence) pour obtenir un alcool anhydre à indice d’octane élevé (Office de l'efficacité énergétique, 2009). Dès l’intégration, même minime (inférieure à 10%), de l’éthanol à l’essence (possible pour tous les véhicules construits après 1980 (Office de l'efficacité énergétique, 2009)), on observe une réduction du monoxyde de carbone émis par les véhicules (EIA, 2009). Cette diminution serait équivalente à la suppression de 1 000 voitures (Ethanol GreenField, Indisponible). Par ailleurs, une quantité minimale de 15% d’essence est nécessaire afin de permettre la combustion du carburant(Office de l'efficacité énergétique, 2009).

Notons également qu’en cas de déversement, l’éthanol se décompose rapidement en substances inoffensives (EIA, 2009).

On estime qu’en 2030, la production d’éthanol pourrait atteindre 60 milliards de gallons soit plus de 227 milliards de litres (Parr, 2007). Voici les principaux producteurs canadiens :

Producteur Lieu Capacité Informations complémentaires

Mohawk Oil, Canada, Ltd Minnedosa, Man. 10 millions de litres A base de blé

Pound-Maker Agventures, LTD

Lanigan, Sask. 12 millions de litres A base de blé avec de la graisse bovine

Commercial Alcohols, Inc.

Tiverton, Ont. 23 millions de litres A base de maïs

Commercial Alcohols, Inc.

Chatham, Ont. 150 millions de litres A base de maïs

API Grain Processors Red Deer, Alta. 26 millions de litres A base de blé

Tembec Temiscaming, Qué. 17 millions de litres A base de déchets forestier

Tableau 15: Principaux Producteurs d'Éthanol au Canada (Canadian Renewable Fuels Association, 2000)


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EMHA (Ester Méthylique d'Huile Animale)

Le EMHA est obtenu en remplaçant l’huile végétale par de l’huile issue des graisses animales. On appelle cette filière équarrissage. Elle vise à récupérer les animaux morts soit dans les élevages, soit dans les centres vétérinaires, soit sur la route ou autre. Sa vocation est avant tout d’ordre sanitaire.

Cette industrie est principalement présente dans certains pays européens et en Amérique.

Méthanol

Le méthanol est un alcool obtenu par la synthèse chimique de produits carbonés (après gazéification). La matière première principale est le bois.

Il peut être utilisé comme carburant de synthèse.

L’Huile Végétale Brute (HVB)

L’Huile Végétale Brute est également appelée Huile Végétale Carburant (HVC) et Huile végétale pure (HVP). On peut l’utiliser sans modification du moteur diesel dans des proportions allant de 30% à 50% avec du gazole. Cependant, de minimes transformations (réchauffement du carburant) sont nécessaires lorsque l’huile devient la seule source d’énergie (Wikipedia, 2010).

Nous notons également qu’elle représente la matière première brute à l’élaboration du biodiesel présenté précédemment(Wikipedia, 2010).

Contexte Sociopolitique

Les biocarburants s’inscrivent dans un contexte sociopolitique pour le moins complexe. Pour le comprendre, il faut d’abord assimiler le fait que l’industrie se positionne en réponse aux problèmes de réchauffement climatique et à la pénurie annoncée du pétrole, matière première principale aux hydrocarbures traditionnels.

Le contexte énergétique actuel correspond à une situation monopolistique où l’OPEP (Organisation des pays exportateurs de pétrole) et de grandes multinationales (BP, Shell, Total pour ne citer qu’eux) influent sur le prix du baril. Celui-ci augmentant de manière exponentielle, certains pays ont vu dans les biocarburants une occasion d’indépendance énergétique. Le Brésil est le cas parfait. En développant une nouvelle industrie par l’utilisation de la canne à sucre, il a pu se créer une ressource interne non négligeable. Cette démarche représente la majorité des biocarburants appelés « de première génération ». Cependant, la rentabilité énergétique n’est pas présente et le consommateur n’embarque pas. Le biocarburant est alors vu comme une alternative ponctuelle plutôt que récurrente.

Les multinationales ont vite compris que les biocarburants représentaient un enjeu économique important. Ils sont une nouvelle manière d’utiliser l’agriculture : pour les pays développés, d’épuiser des réserves importantes et pour les PVD, une façon de lutter contre l’exode rural (Inde, Brésil). La commission européenne estimait même en 2003 que le remplacement de 1% de carburants pétroliers traditionnels par les biocarburants en Europe permettrait la création de


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45 000 à 75 000 emplois sur l’ensemble de la zone, dont plus de la moitié dans le monde agricole(Ballerini & Alazard-Toux, 2006).

Soucieuses de garder leur hégémonie dans l’industrie de l’énergie, les multinationales sont impliquées fortement dans les recherches soient via des subventions aux universités (Shell à Londres) soit par des recherches internes. L’objectif est de trouver le biocarburant miracle qui ne nécessitera pas de changements comportementaux à la consommation et aura une rentabilité énergétique proche de celle des hydrocarbures traditionnels. Pourtant, tous les chercheurs sont d’accord pour dire que cette stratégie est de loin la moins rentable (IEA, 2008). Il serait préférable de créer à partir de ce que l’on a (matière première) et ensuite de faire évoluer les comportements.

Nous notons également que les firmes automobiles ne semblent pas s’aligner sur cette nouvelle source d’énergie, mais favorisent le recours aux véhicules hybrides.


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Documents

Les biocarburants : matières premières, transformation et produits