Biocarburants: la tournée des labos

Difficile ces derniers temps d’ouvrir un quotidien sans trouver un article sur les biocarburants. À côté des sujets mettant en cause leur pertinence écologique (voir B & C n^o 789), on évoque sans cesse de nouveaux procédés et de nouvelles matières premières capables d’assurer leur production: algues, bois, déchets, paille, plantes exotiques, chocolat…

Visiblement, tout est “bion” pour faire du carburant propre. Il est toutefois important de démêler le vrai du faux, ou plutôt de faire la part entre les pistes de recherche et ce qui sera prochainement exploitable. “Beaucoup des sujets lancés dans la presse appartiennent au domaine de la recherche. On est encore très loin de solutions exploitables, avec une crédibilité économique”, souligne Paul Lucchese, directeur des nouvelles technologies de l’énergie au Commissariat à l’énergie atomique (CEA).

Pour le moment, les biocarburants exploités sont dits de première génération. Ils regroupent d’un côté le bioéthanol (mélange d’éthanol et d’essence), et de l’autre le biodiesel, appelé aussi B 30 ou Diester en France (gazole avec 30 % de Diester). Dans le secteur des transports publics, c’est plus l’utilisation du second qui domine. Scania est le seul constructeur à proposer des bus fonctionnant à l’éthanol.

En revanche, le Diester, incorporé à 30 % dans le gazole, est accrédité par l’ensemble des constructeurs pour toutes les motorisations. “Nous expérimentons actuellement sur un véhicule isolé, en partenariat avec l’Institut français du pétrole, un mélange supérieur au B30. Les performances environnementales pourraient être meilleures”, dévoile Valéry Cervantes, responsable des affaires publiques chez Irisbus.

Les biocarburants de première génération n’utilisent que la graine ou la racine des plantes (céréales, betterave ou canne à sucre pour l’éthanol, et colza, tournesol et arachide pour le biodiesel). C’est ce qui pose problème à la fois sur le plan environnemental et social: surexploitation des terres, déforestation, menaces sur l’écodiversité.

L’engouement planétaire pour les biocarburants a également des incidences sur le plan alimentaire. L’appétit de l’éthanol et du biodiesel participent à la flambée des cours des céréales et autres denrées. C’est pourquoi on cherche à développer des cultures qui n’auraient pas d’usage alimentaire. Dans cette catégorie, la plante la plus prometteuse est la jatropha curcas. Elle pourrait être utilisée pour produire du biodiesel. “Elle présente un réel intérêt. C’est une plante rustique qui demande peu d’eau. Elle se presse facilement. Il faut juste étudier ses limites d’implantation”, précise Paul Lucchese. La jatropha curcas est en effet originaire du Brésil et on la trouve également en Afrique. Ainsi, après s’être fait le chantre de l’éthanol, le président Lula pourrait devenir celui du biodiesel non comestible. Mais l’attrait pour cette plante miracle est bien d’ordre planétaire. Daimler, Bayer (géant allemand de la chimie), et le groupe américain de produits agricoles Archer Daniels Midland assurent travailler ensemble sur le sujet.

En France, deux plantes non comestibles attirent les regards: le miscanthus et le switchgrass. Originaires de Chine et d’Amérique, elles servent aujourd’hui principalement à l’ornement des espaces verts. Mais il ne s’agit pas de plantes immédiatement exploitables. Elles entrent dans le processus de fabrication des biocarburants de seconde génération. Ceux-ci exploitent l’ensemble de la plante: feuilles, tige et graines d’où un meilleur rendement. “Il s’agit de plantes dédiées qui permettraient de produire de la matière sèche en quantité importante, sans peser sur les cultures alimentaires”, indique Paul Lucchese.

Mais pour faire le plein avec du carburant au miscanthus ou à la switchgrass, il faudra certainement attendre encore une bonne quinzaine d’années. Car les biocarburants de seconde génération ne sont pas encore prêts. “Il ne s’agit pas de choisir la matière première, mais de perfectionner les processus de fabrication et de mettre en place toute une chaîne logistique qui soit économiquement et écologiquement cohérente”, explique Paul Lucchese.

Deux méthodes permettent de fabriquer des biocarburants à partir de la lignocellulose (toute la plante): l’une est biochimique, l’autre thermochimique. Elles ne sont pas réellement en concurrence, notamment parce qu’elles ne visent pas la production du même biocarburant. La biochimie conviendrait mieux à l’éthanol et la thermochimie au gazole de synthèse, le BTL (Biomass to liquid). Aussi, dans l’optique d’une utilisation dans les transports publics, il est plus judicieux de se concentrer sur la voie thermochimique.

Un des programmes les plus avancés en la matière est celui développé par l’Allemand Choren (détenu à 25 % par Shell). “Cet industriel s’est focalisé sur la biomasse avec l’objectif de proposer un carburant pour moteur diesel qui s’affranchisse de produits pétroliers”, explique Paul Lucchese. Choren a récemment achevé un démonstrateur qui, en utilisant plus de 80 000 tonnes de bois, s’est montré capable de produire près de 20 000 tonnes de biodiesel de seconde génération. À l’échelle industrielle, le chimiste doit être en mesure de traiter un million de tonnes de bois chaque année et d’offrir un rendement de 20 à 22 %.

Choren prévoit d’ouvrir quatre ou cinq usines en Allemagne dont la première, au nord du pays, doit démarrer sa production à l’horizon 2010. La solution choisie par Choren pose encore divers problèmes, techniques et logistiques. L’investissement pour la première usine approcherait les 500 millions d’euros ce qui suppose un amortissement à long terme. “Il faudra trouver le moyen de bénéficier, pendant 20 ans, d’un approvisionnement annuel d’un million de tonnes de bois. Pour la première usine, il semble que des accords intéressants aient été passés avec les pays nordiques, qui ne manquent pas de forêts”, indique Paul Lucchese. L’implantation de ces usines devra donc se faire dans des zones où l’apport de bois ou de matière sèche peut être abondant, aisé et peu coûteux. Après l’Allemagne, d’autres sites sont en projet au Canada, aux États-Unis et en Chine. Mais s’il faut mettre des milliers de camions sur les routes pour alimenter les usines de biocarburant, le bilan écologique global risque de se trouver détérioré. Par ailleurs, le fait de s’affranchir de produit pétrolier exige la mise en place d’un circuit de distribution spécifique. Hors de question de profiter du réseau dévolu à l’or noir traditionnel.

D’autres industriels et pétroliers ne croient pas à un carburant composé à 100 % de biomasse. Contrairement à Choren, ils veulent y incorporer un produit fossile pour obtenir un carburant liquide. Cette opération peut se faire dans une raffinerie classique, ce qui résout le problème, essentiel, de la distribution. “Il est également possible d’exploiter les résidus pétroliers qui sont habituellement mis au rebut. C’est assez vertueux sur le plan écologique”, déclare Paul Lucchese.

Air Liquide est aussi très actif dans le domaine avec le rachat en 2007 de Lurgi, un des spécialistes mondiaux des procédés de fabrication des biocarburants. Mais Lurgi ne cherche pas du côté des plantes, il s’oriente vers le CTL (Coal to Liquids), biocarburant produit à partir de résidus de charbon. Siemens s’intéresse également à cette solution depuis le rachat de Futur Energy. “Sur le plan du CO₂, la production de carburant à partir de résidus de charbon n’est pas idéale. Mais c’est un enjeu considérable, notamment pour les pays émergents ou pour la Chine, car cela pourrait leur permettre d’assurer leur indépendance énergétique”.

Pour le moment, l’essor des biocarburants de seconde génération achoppe sur un rendement assez faible. La matière première consommé est trop importante comparée au produit obtenu. Les grands principes écologiques ne suffiront pas à motiver les industriels et les pétroliers. La pertinence économique doit également être au rendez-vous. “Pour obtenir du BTL, il faut brûler la matière sèche avec un gaz très pur composé de carbone (CO) et d’hydrogène (H₂). Or les procédés thermo-chimiques actuels demandent une grande dépense d’énergie pour obtenir ce gaz. Autrement dit, il faut brûler beaucoup de bois pour transformer une plus faible portion en BTL. C’est une première perte de rendement”, confie Paul Lucchese.

Le second déficit de rendement vient du fait que, lorsque l’on brûle la matière sèche, on obtient plus de CO que de H₂, et l’on est donc contraint de jeter du CO. “Tout ceci explique pourquoi à partir d’un million de tonnes de matière sèche, on n’obtient que 200 000 tonnes de biodiesel. Au CEA nous cherchons des solutions pour amener une énergie extérieure propre pour économiser de la matière sèche ou pour apporter du H₂ en plus dans le gaz. Notre objectif est d’obtenir un rapport de 1/0,5. Nous en sommes encore au stade de la recherche”, précise-t-il.

Le CEA a récemment fait une proposition pour l’implantation sur le site de Bure (Meuse) d’un démonstrateur capable de traiter 20 000 tonnes de biomasse par an. “Il permettrait de mettre en application de nouvelles méthodes de production et d’étudier toute la chaîne logistique de distribution à l’échelle locale. Ce serait une première en France”, conclut Paul Lucchese.

Pour combler le fossé qui sépare la première et la seconde génération de biocarburants, la société finlandaise Neste Oil propose le NexBTL, un carburant diesel produit à base d’huiles végétales et de graisses animales. Ses performances environnementales sont supérieures à celles des biodiesels de première génération. Une première usine a ouvert en 2007 en Finlande à Porvoo. Elle affiche une capacité de production de 170 000 tonnes de biodiesel par an. Pour produire cette quantité, il faut quelque 200 000 tonnes de matière première. Irisbus s’est intéressé au NexBTL. En 2007, un véhicule équipé d’un moteur répondant à la norme EEV a été testé sur un banc. "Les résultats ne peuvent pas encore être dévoilés entièrement. Mais nous avons constaté que l’ensemble des polluants locaux étaient à la baisse", assure Valery Cervantes, responsable des affaires publiques. Le NexBTL pourrait être une bonne étape intermédiaire avant l’avènement des biocarburants de seconde génération. Neste Oil prévoit la création de plusieurs usines dans le monde. Un site a failli être installé à Dunkerque, mais au grand dam de Neste Oil, Total s’est désengagé car le projet n’offrait pas assez de garanties de rentabilité. Encore une fois, l’écologie doit aussi être économique.

En matière de biocarburant, la donne est aujourd’hui claire. Les véhicules essence ont droit au bioéthanol et ceux dotés d’un moteur diesel roulent au biodiesel. Le schéma pourrait changer prochainement. L’Institut français du pétrole (IFP) collabore avec divers industriels au sein du consortium E4D (Ethanol for Diesel). L’objectif est de trouver une solution pour faire du biodiesel non plus avec des huiles végétales, mais en incorporant de l’éthanol. Cette volonté s’explique en partie par l’importance toujours croissante du parc diesel en France et par le potentiel de ressources en bioéthanol plus élevé que celui de dérivés d’huiles végétales. Les premiers résultats du consortium E4D sont attendus en 2009, et le nouveau carburant pourrait être utilisé dans un premier temps sur des flottes captives comme les réseaux urbains.