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Sous les feux de l’actualité, les sources d’énergie renouvelables EnR ne sont pas toutes égales. Bien qu’occupant la première place dans le bilan énergétique mondial, la biomasse n’est pas la plus étudiée. Ce qui suit est donc d’une grande importance pour qui veut comprendre ce que sont les sources d’énergie biosourcées, ou bioénergies, et quels en sont les développements possibles. La transition écologique qui s’impose aujourd’hui à toutes les sociétés, surtout industrialisées, nécessite un recours croissant aux sources d’énergie renouvelables EnR. Parmi elles, aux côtés des nouvelles techniques pour produire de l’électricité, la biomasse, historiquement utilisée depuis les débuts de l’humanité, occupe une place majeure. Mais qu’est-ce que la biomasse ? Issue principalement de l’agriculture, de l’élevage, des forêts et de la mer, elle est relativement méconnue sous cette appellatio générique car chacun de ces domaines procure des ressources finales très différentes les unes des autres, des produits alimentaires aux matériaux les plus variés et aux sources d’énergie utilisées pour l’éclairage, la cuisson, et surtout les combustibles destinés au chauffage. Pour bien comprendre la place prise et à prendre par les produits de la biomasse dans un bilan énergétique Lire Le bilan énergétique, il est indispensable de remonter à la définition de la biomasse, à ses propriétés énergétiques, à son cycle de valorisation et aux diverses formes de sa contribution à la satisfaction des besoins énergétiques Lire Les besoins d’énergie. 1. Qu’est-ce que la biomasse ? La biomasse, au cœur du monde vivant, donc substrat essentiel de la biosphère, est produite par les êtres que sont les plantes, les animaux, les insectes et les micro-organismes, principalement au cours de leur croissance. Elle a pour caractéristique fondamentale dêtre constituée de matière organique, végétale ou animale, ou tout au moins d’origine végétale ou animale comme le sont les sédiments fossiles aujourd’hui inertes hydrocarbures, ou n’étant plus vivants mais cependant habités par des micro-organismes actifs, ce qui caractérise les résidus, déchets, et autres matières fermentescibles qui, sous l’action de certaines bactéries, sont alors dénommées biodégradables[1]. La caractéristique chimique essentielle de la biomasse est d’être construite à partir de molécules carbonées, structurées selon d’innombrables formules, presque toujours de type polymères, appartenant à des familles très connues de la chimie organique polysaccharides, ou lipides, par exemple. Dans ces assemblages de composants se trouvent généralement incorporés en faible quantité des éléments minéraux, qu’on retrouve notamment dans les cendres des produits brûlés. Définition légale Depuis les assises du Grenelle de l’environnement septembre-novembre 2007 et la loi de programmation n°2009- 967, la biomasse est définie légalement en France comme la fraction biodégradable des produits, déchets, et résidus provenant de l’agriculture, y compris les substances végétales et animales issues de la terre et de la mer, de la sylviculture et des industries connexes, ainsi que la fraction biodégradable des déchets industriels et ménagers » Figure 1. Cette définition a été inspirée par celle précédemment retenue de la Directive 2001-77-CE du Parlement européen et entérinée par le Conseil du 27 septembre 2001, en vue de préciser la nature des sources d’énergie renouvelables destinées à la production de l’électricité. Il s’agit donc d’un référentiel de la réglementation intérieure européenne. Pour que la ressource biomasse » soit caractérisée matière renouvelable, on suppose que la plante repousse après avoir été prélevée », ce qui implique que son stock soit géré de façon durable sans décroître avec le temps, sa quantité de carbone incorporée demeurant ainsi stable. Les ressources constitutives de la biomasse D’une manière générale, les ressources de la biomasse accessibles sur notre planète, issues de grands domaines de production, peuvent être classées de la manière suivante les produits issus de l’agriculture blé, maïs, pommes de terre, betterave, canne à sucre, colza, tournesol, soja, palme et autres et de l’élevage graisses notamment, tous dédiés initialement du moins à l’alimentation humaine ou animale auxquels s’ajoutent des plantes dédiées à la culture énergétique, comme le miscanthus géant pour le bioéthanol, le switchgrass ou le colza pour le biodiesel ; les co-produits et résidus de l’agriculture et de l’élevage pailles, pulpes, drèches, tourteaux, fumier de bovins, lisier de porcs, fientes de volailles ; les ressources halieutiques produits animaux de la mer et des zones humides et leurs déchets, algues et microalgues, ces dernières promises à un grand avenir car très riches en énergie ; le bois des forêts qui fournit en majeure partie les ressources de bois-énergie, utilisées pour la cuisson des aliments, le chauffage des logements et des collectivités que complètent aussi les plantations d’arbres à vocation énergétique, comme le peuplier, le pin, l’eucalyptus ou les taillis à courte rotation TCR, soit quelques années, en saule notamment ; les déchets naturels du bois et de la sylviculture plaquettes, sciure ainsi que ceux des industries du bois de construction copeaux, sciure et du bois d’emballage cagettes, palettes, tonnellerie, à l’exception de ceux traités par des produits chimiques toxiques ; les déchets issus des industries agro-alimentaires, des habitations et des collectivités urbaines, souvent humides ou même liquides, parmi lesquels les boues des eaux usées, les ordures ménagères et résidus organiques des déchetteries, les résidus de la distribution et des cafés-restaurants ou ceux des espaces verts. 2. Contribution de la biomasse à l’approvisionnement en énergie La biomasse a été utilisée par les animaux et par les hommes depuis les débuts de leur présence sur terre, pour satisfaire trois grands besoins fondamentaux nourriture, matériaux, et énergie, sous diverses formes Lire Consommation mondiale d’énergie avant l’ère industrielle. Des ressources primaires aux ressources utiles Les ressources sont des produits de la nature, mais ils sont rarement consommables directement les aliments doivent être épluchés, broyés, cuits ; les sources d’énergie captées et transformées par des convertisseurs tels que les meules de charbon de bois ou les moulins à eau ou à vent ; les matériaux bois, laine ou cuir travaillés à l’aide d’outils. Ces successions de transformation Figure 2 forment des filières qui vont des ressources primaires, naturellement accessibles, extraites ou cultivées rayonnement solaire, vent, énergie hydraulique, géothermie, énergie nucléaire, et énergie chimique contenue dans les végétaux et animaux ; aux produits finaux bûches, pellets, boues, gaz, carburants, électricité eux même transformés en sources d’énergie utile déployée pour tous usages biologiques métabolisme, mécaniques force motrice des machines, des véhicules, thermiques et chimiques. Ces transformations s’opèrent avec des rendements très variables selon la nature de la ressource, selon son taux d’humidité, sa densité énergétique et selon les procédés de transformation mis en œuvre, mais évidemment avec un rendement de consommation toujours inférieurs à 1 = 100%. D’une manière générale, la valorisation de la biomasse consiste donc à transformer des ressources primaires en vue d’obtenir les produits finaux correspondant aux divers besoins matériels des consommateurs nourriture, matériaux, et énergie, au sein de différentes filières. Dans le cas de la biomasse-énergie, l’énergie est échangée sous de multiples formes, dans son flux de production et en interaction avec son environnement. D’une manière générale, la valorisation de la biomasse consiste donc à transformer des ressources primaires en vue d’obtenir les produits finaux correspondant aux divers besoins matériels des consommateurs nourriture, matériaux, et énergie, au sein de différentes filières. Dans le cas de la biomasse-énergie, l’énergie est échangée sous de multiples formes, dans son flux de production et en interaction avec son environnement. Lire La consommation mondiale d’énergie 1800-2000 définitions et mesures, sources, résultats. Place de la biomasse parmi les ressources énergétiques primaires Tant au niveau mondial qu’à celui de la plupart des pays, surtout peu industrialisés, la biomasse reste de très loin la première source d’énergie renouvelable dans la consommation des sources primaires d’énergie Figure 3. Hors nourriture, non considérée comme produit énergétique, elle représente environ 10% de toutes les sources primaires, derrière le pétrole, le charbon et le gaz naturel mais devant le nucléaire, l’hydroélectricité et les autres sources renouvelables. Cette part peut cependant varier considérablement d’une région du globe à l’autre, en raison des différences de situations géographiques, de ressources naturelles et surtout de niveaux de développement Tableau 1. Tableau 1 Biomasse en % de la consommation d’énergie primaire de diverses régions du monde Monde 10,4 Chine 7,1 Pays membres de l’OCDE 5,7 Inde 23,5 Japon 2,5 Brésil 27,7 Etats-Unis 4,7 Afrique 47,6 Europe 8,2 Afrique sub-saharienne 61,0 Pays non membres de l’OCDE 13,9 Afrique de l’Ouest 74,6 Moyen-Orient 0,1 Afrique du Centre 78,4 Russie 1,1 Afrique de l’Est 84,8 Source IEA, World Energy Outlook 2016 et Africa Energy Outlook 2014. Par rapport aux seules sources renouvelables, la part de la biomasse est presque toujours prédominante comme dans le cas de la France Figure 4. Comme l’ensemble des sources d’énergie renouvelable qui proviennent à 98% du soleil, la biomasse-énergie provient du rayonnement solaire. La quasi-totalité des énergies renouvelables est décarbonée il s’agit de la chaleur absorbée par la terre, les océans, et la biosphère, de l’énergie utilisable indirectement sous forme hydroélectrique, éolienne, ou marine, et de celle qu’on peut directement utiliser dans des capteurs solaires, thermiques sous forme de chaleur, ou photovoltaïques sous forme d’électricité Lire Énergie solaire les bases théoriques pour la comprendre. Une autre part est carbonée. Il s’agit de la part de l’énergie solaire absorbée par la biomasse, y compris maritime, et transformée sous la forme d’une énergie chimique stockée. Elle réside surtout dans les plantes, ainsi que dans les êtres vivants, marins, végétaux et animaux, principalement dans les algues et le plancton. On la trouve en abondance dans le bois, dans les arbustes, les taillis ou l’herbe Lire Photosynthèse et biomasse. Source d’énergie traditionnelle depuis les débuts de l’humanité, cette biomasse-énergie est aujourd’hui massivement consommée dans les pays du sud Afrique, Asie, pour satisfaire les besoins domestiques de cuisson des aliments et de chauffage des habitations. Le charbon de bois y est notamment encore très utilisé. Mais des pays avancés l’utilisent aussi en raison de son abondance naturelle bois des forêts du Canada, ou en plantant des forêts pins, eucalyptus, palmiers à huile, ou par l’exploitation de cultures comme celles de la canne à sucre, source importante de carburant au Brésil. Les ressources de la biomasse sources d’énergie Les ressources de la biomasse peuvent toutes devenir des sources d’énergie. Très diversifiées, la quasi-totalité d’entre elles peuvent en effet se muer en combustibles, y compris les matières organiques humides telles que tissus des plantes et animaux abattus, déjections et eaux usées, mais parmi toutes ces ressources, c’est la matière sèche qui compte le plus. a/ En premier lieu, on trouve tous les usages énergétiques directs, sous forme de combustibles bois de chauffage bûches et résidus naturels des forêts, des taillis et des cultures tels que plaquettes forestières, paille, drèches d’orge, rafles de raisin et de maïs, pulpes de betteraves, coques de tournesol et autres. Il n’est cependant pas souhaitable de brûler les résidus agricoles, riches en matières organiques, notamment en protéine. b/ On dispose aussi des produits combustibles dérivés du bois, ayant donc subi des transformations artisanales ou industrielles charbon de bois, pellets, sciures, y compris pour les productions de chaleur urbaine, l’électro-génération. Leur valeur économique est certaine. c/ Il existe par ailleurs des plantations de végétaux non alimentaires destinés à la production d’énergie chaleur, électricité, ou éventuellement à la production de biogaz. On les appelle des cultures énergétiques dédiées. Il s’agit généralement de plantes à croissance rapide à saules, pins, eucalyptus, miscanthus, switchgrass, sorgho. Ces cultures ne sont encore pas très développées, leur intérêt économique n’étant pas toujours démontré à des fins énergétiques bien qu’il puisse l’être pour des productions de matière comme la pâte à papier. d/ Les cultures alimentaires, dont on connaît la très grande diversité, sont toutes des ressources potentiellement aptes à devenir des marchandises énergétiques. Les aliments sont par nature des produits à vocation énergétique indispensables à la survie et aux activités physiques et intellectuelles de tous les êtres vivants, humains, animaux, et végétaux. La plupart des produits de culture que l’on trouve dans l’agro-industrie peuvent donc être transformés en produits énergétiques, carburants principalement amidon des céréales en bio-éthanol, sucre de la betterave ou de la canne à sucre également en bio-éthanol, huile des oléagineux tournesol, colza, soja en biodiesel. On peut aussi cultiver du maïs et d’autres plantes, notamment exotiques, en vue de fabriquer du biogaz, par méthanisation. Ce gaz peut être consommé dans l’industrie, distribué dans des réseaux ou utilisé comme carburant dans des véhicules. Ces transformations énergétiques de produits alimentaires sont aujourd’hui très développées dans certains pays comme les États-Unis maïs, l’Allemagne maïs, ou le Brésil canne à sucre, mais contestées dans la mesure où leur culture perturbe économiquement les marchés dont les cours peuvent être faussés et risque de créer des pénuries de nourriture. e/ À vocation ni énergétique ni alimentaire, certaines cultures produisent des matières et des matériaux utilitaires sous d’innombrables formes plantes à fibres comme le coton, le lin, le chanvre, plantes dédiées hévéa, pour le caoutchouc, plantes médicinales, plantes à parfum, et même plantes a priori alimentaires comme les pommes de terre, mais utilisées pour des productions de polymères très divers, notamment pour la fabrication des matières plastiques et de multiples produits de chimie fine cosmétiques, solvants, adjuvants, détergents, adhésifs, isolants, colorants et peintures. Les produits de ces cultures ne sont généralement pas utilisés à des fins énergétiques. f/ Les déchets de toutes sortes, sont, en revanche, de plus en plus transformés en matières énergétiques, notamment en vue de produire du biogaz, par fermentation méthanisation ou par méthanation. g/ Restent les algues qui sont d’abord un aliment pour de nombreuses populations d’Asie et utilisées assez abondamment dans le monde occidental spiruline, par exemple, surtout comme ingrédient pour des usages pharmaceutiques et cosmétiques. Les micro-algues, aujourd’hui objet de nombreuses études et expérimentations, notamment par des techniques d’aquaculture, sont connues pour leurs propriétés énergétiques remarquables, dues à leur contenu très élevé en matières oléagineuses. On les considère pour cette raison comme une source potentielle importante de biocarburants biodiesel, mais seulement dans les 15 ou 20 années à venir Figure 5. 3. Propriétés énergétiques de la biomasse D’où provient l’énergie contenue dans la biomasse ? Elle a pour origine la photosynthèse, mais elle dépend ensuite du contenu énergétique des diverses ressources de la biomasse, lui-même produit des rendements de transformation. Photosynthèse Grâce aux pigments de la chlorophylle, les végétaux élaborent leur biomasse sous l’effet de la photosynthèse, processus dans lequel des molécules organiques glucides, notamment le glucose, monomère du sucre sont élaborées sous l’action du rayonnement solaire, par absorption de gaz carbonique de l’atmosphère et réaction sur des molécules d’eau, rejetant en même temps de l’oxygène dans l’atmosphère. Énergie lumineuse + 6 CO2 + 6 H2O à C6H12O6 + 6 O2 Cette énergie d’origine solaire est ainsi convertie et stockée, en partie, sous forme d’énergie chimique, constituant une réserve utile pour l’accomplissement des fonctions vitales de la plante, dont sa nutrition et sa respiration. Celle-ci s’exerce en l’absence de lumière, la nuit, en consommant de l’oxygène et rejetant du gaz carbonique, dans une réaction de combustion analogue à celle de la respiration des animaux et des hommes, qui restitue de la chaleur Lire Photosynthèse et biomasse. Ce cycle complet photosynthèse / respiration combustion est neutre du point de vue carbone, le CO2 rejeté dans l’atmosphère au cours de la combustion y ayant été précédemment absorbé par la plante, dans la photosynthèse. Contrairement à ce qui se passe dans la combustion des combustibles fossiles, sur une durée permettant aux végétaux de se régénérer, il n’y a pas donc d’émission de CO2 dans l’utilisation du bois-énergie. Selon les espèces de plantes considérées, la photosynthèse élabore diverses molécules importantes dans le stockage énergétique de la plante, notamment le saccharose sucre polymère du glucose, l’amidon polymère encore plus complexe, présent surtout dans les céréales, le glycérol présent dans les oléagineux et riche en énergie et surtout la cellulose, composante majeure du bois et des plantes herbacées, riches aussi en fibres coton. Dans le bois, cette molécule est associée à des hémi-celluloses et à de la lignine. Les algues et microalgues absorbent et stockent aussi par photosynthèse des quantités considérables de carbone, les océans occupant environ 70 % de la surface de notre planète. Sur le plan quantitatif et à l’échelle planétaire, les réactions de photosynthèse absorbent annuellement au moins 100 milliards de tonnes Gt de carbone, stockant ainsi environ 100 milliards de tonnes d’équivalent pétrole Gtep d’énergie dont 59 pour la végétation terrestre, ce qui correspond à 8 fois la consommation mondiale d’énergie, de l’ordre de 12 Gtep[2]. L’énergie solaire diffusée sur la terre océans compris est gigantesque en moyenne environ 0,3 kW par m2, ce qui correspond à 3000 kW par hectare ou 300 000 kW par km2. Mais une très faible partie de cette énergie est en fait transformée par photosynthèse, soit moins de 1/1000e de la quantité reçue, en raison de l’effet de nombreux facteurs physiques pertes thermiques et liées au spectre lumineux notamment, chimiques réactions auxiliaires, environnementales température, présence d’eau, dispersion et orientation des plantes et des feuilles, entre autres. Bien que, dans les conditions les plus favorables, l’énergie récupérée par photosynthèse puisse atteindre 5 à 6 % de l’énergie captée, elle représente en définitive, et en moyenne, nettement moins de 1%. À titre de comparaison, les cellules photovoltaïques offrent des rendements pouvant atteindre environ 20 %. La biomasse est donc une source d’énergie très abondante mais extrêmement diffuse ! Rendement matière des plantes et contenu énergétique Pour comprendre le rendement énergétique de la biomasse, il faut d’abord s’interroger sur les quantités de matière végétale produites par les plantes dans l’espace et dans le temps, donc à leur rendement matière. Cette quantité dépend fortement de la nature du végétal, mais tout autant du climat, de la disponibilité de l’eau et des nutriments, ainsi que des modes de culture, voire de prédation. La production brute Pb de biomasse, dans l’agriculture, est évaluée en kilogrammes ou en tonnes par hectare et par an. La production naturelle de biomasse est très variable selon les régions et les climats. Elle peut atteindre jusqu’à 20 tonnes/hectare t/ha dans les régions tropicales. Pour produire du bioéthanol, sur un hectare et par an, on peut obtenir les quantités de matière brute récoltées suivantes[3] Blé 7,5 tonnes, soit 4,2 t d’amidon, puis 26 hectolitre hl d’éthanol Maïs 10 tonnes, soit 6,3 t d’amidon, puis 40 hl d’éthanol Betterave 96 t soit 16 t de sucre, puis 96 hl d’éthanol Canne à sucre 90 à 110 t, soit 80 à 100 t de sucre, puis 90 hl d’éthanol. Mais l’eau occupant une part importante, voire très importante, de la masse végétale, aussi bien dans les champs et les prairies que dans les forêts, et encore bien plus dans les algues, il est nécessaire de préciser si l’on parle de biomasse naturelle contenant son eau, ou de matière sèche. Cette distinction concerne surtout le bois, qui, coupé fraîchement, peut contenir plus de 50 % d’eau. Mais pour bien brûler il doit en contenir moins de 20 %. Le contenu énergétique des combustibles est mesuré par leur pouvoir calorifique, dit supérieur [PCS] lorsqu’il inclut l’énergie nécessaire à la vaporisation de l’eau, incontournable au cours de la combustion, et dit inférieur [PCI] après déduction de cette chaleur latente. Sur ces bases, une tonne de matière sèche a un contenu énergétique moyen de 0,45 tep. Une production végétale de 10t/ha/an correspond donc à 4,5 tep ; il s’agit là d’une production déjà relativement élevée. Une tonne de bois d’humidité relative à 25 % contient en effet 0,33 tep, ce qui équivaut tout de même à 3 833 kWh. A titre de comparaison, une tonne de carburant fossile, essence, fuel domestique, ou gaz naturel, contient de 1 à 1,12 tep, donc au moins 3 fois plus d’énergie Lire Les unités d’énergie. Rendement énergétique La notion de rendement énergétique est un concept général, utilisé lors des transformations d’une énergie en une autre forme d’énergie dans une machine, un corps vivant, un processus de production de combustible ou de carburant. Lorsque la fabrication d’un combustible ou d’un carburant, bio ou pas, nécessite la consommation d’une énergie extérieure processus allo-thermique, son rendement est généralement inférieur à celui obtenu dans le cas contraire. Mais il faut aussi tenir compte de la nature, renouvelable ou non, de cette énergie extérieure. Les professionnels de l’énergie appellent ainsi Indice énergétique Ie le rapport entre l’énergie restituée sous forme de produit final carburant et celle de l’énergie fossile consommée. Lorsque l’on dispose de végétal destiné à produire de l’énergie, on sait évaluer la quantité d’énergie par hectare qu’il contient. On connaît ainsi la production brute d’énergie Pb accessible. Elle est calculée en tep/ha/an. Mais la culture des végétaux travail des sols, production des engrais, leur récolte usages des tracteurs, des machines et surtout les transformations permettant de passer de la ressource primaire au produit final combustibles solides, chaleur, biogaz ou carburants nécessitent de consommer beaucoup d’énergie, aujourd’hui fossile, selon une quantité EF. La valeur énergétique du produit final en est d’autant réduite. Celle-ci est évaluée aussi en tep/ha/an, la production nette Pn = Pb – EF tep/ha/an peut alors être calculée. Cette fabrication, après récolte, introduit donc des pertes de rendement, dépendant notamment des procédés mis en œuvre. Il en est ainsi, par exemple, de la fabrication biologique de biogaz par méthanisation, ou fabrication thermochimique de gaz de synthèse. On peut alors définir un rendement énergétique RE = Pn / Pb de ce végétal, exprimé en %. D’un point de vue économique, le calcul du rendement énergétique, donc le calcul des coûts, pourrait aussi prendre en compte la valorisation, ou non, des coproduits issus de l’élaboration du produit final, co-produits tels que tourteaux, drèches et pulpes de betterave. D’une manière plus générale, cette méthode de calcul inspirée de l’analyse du cycle de vie ACV donne des résultats assez variables, principalement en raison de la prise en compte de la qualité renouvelable ou non des énergies grises utilisées. Du coup, elle peut produire des résultats contestés 42 % en France, 10 % aux États-Unis pour de l’éthanol issu de blé, de maïs, ou de betterave, donc après transformation de la molécule amidon, sucre en biocarburant. On considère cependant qu’en moyenne la valorisation énergétique sous forme d’éthanol de ces céréales conduit à obtenir un rendement énergétique de 40 %, l’usage des énergies non renouvelables absorbant donc 60 % de la ressource primaire. 4. Valorisation de la biomasse Les transformations opérées en vue de la valorisation de la biomasse apportent une valeur économique aux ressources traitées, mais nécessitent des consommations de matière eau, intrants et d’énergie, donc absorbent d’autres ressources utilitaires, qui ont un coût et des incidences environnementales. Elles s’exercent par ailleurs presque toujours en plusieurs étapes au cours desquelles la matière est soit construite soit déconstruite. Construction et déconstruction de la matière Cycle en M » Concrètement, on peut illustrer symboliquement et temporellement ce processus par un Cycle en M » dans lequel quatre phases principales se déroulent successivement, au sein d’un diagramme Temps/entropie » représentatif de l’ordre et du désordre » de la matière Figure 6 une phase de croissance du végétal, naturelle sauvage ou cultivée agriculture au cours de laquelle la plante se construit et se différencie son ordre y croît, donc son entropie y diminue ; une phase de déconstruction sciage du bois, trituration de bulbes, mouture de grains, élaboration de pâte à papier ou hydrolyse, par exemple au cours de laquelle son ordre décroit donc son entropie augmente ; elle fournit alors de la matière d’œuvre telle que bois, matériau farine ou glucose ; une phase de construction du produit final tel que meuble, pain, papier ou biocarburant ; une phase de consommation destruction, dans laquelle la matière du produit est généralement décomposée nourriture ou combustion d’un carburant, par exemple, donc à nouveau déconstruite. La première étape du M » étant celle de la création de la ressource croissance du végétal, et la dernière celle de sa consommation, les étapes 2 et 3 de la valorisation correspondent successivement à une première puis une seconde transformation. Pour fabriquer des pellets de bois, on déconstruit d’abord les troncs d’arbres par sciage, broyage puis séchage, et on construit ensuite les granulés par moulage à haute pression, sans colle ni liant. De même, le bioéthanol est fabriqué par broyage et extraction du glucose des betteraves ou de la canne à sucre, suivis d’une fermentation et d’une distillation. Toutes ces opérations engendrant des résidus ou déchets, lesquels retournent tôt ou tard dans la nature ou sont récupérés et retraités, le M ci-dessus, rebouclé, est donc topologiquement un cycle. La récupération des déchets représente par elle-même un vaste secteur économique, doté de nombreuses filières. Elle s’inscrit dans le cadre de l’économie circulaire, inscrite dans la loi sur la transition énergétique, mais aussi d’un principe nouveau de la valorisation de la biomasse celui des transformations en cascade Figure 7. Dans ce concept important, les résidus ne sont pas considérés comme des déchets mais comme de nouvelles matières d’œuvre appelées co-produits, valorisables, dont les transformations créeront des résidus eux même susceptibles de devenir valorisables. Par ailleurs, en fin de cascade, les vrais déchets, considérés techniquement comme tels, conservent une valeur économique parce qu’ils contiennent généralement encore de l’énergie noyaux d’olives brûlés dans des chaudières d’usine, par exemple. L’économie circulaire est ainsi appelée à jouer un rôle particulièrement important dans la gestion de l’énergie d’une région ou d’un pays. Filières de valorisation et système de production biosourcée D’un point de vue économique, les transformations de construction-déconstruction s’opèrent au sein de filières dans lesquelles divers acteurs créent ou entretiennent la ressource primaire agriculteurs, sylviculteurs, produisent les agro-ressources industriels, cultivent ou récoltent les produits de la mer pêcheurs, aquaculteurs, puis élaborent les produits finaux industriels en tous genres. Dans les siècles passés, ces filières dites traditionnelles étaient par nature monoflux » parce qu’organisées autour d’un flux principal de matière reliant l’agriculteur, le sylviculteur ou le pêcheur au consommateur final. Ainsi en allait-il de la production de bûches consistant simplement à couper les troncs des arbres, à les débiter puis à les livrer aux particuliers utilisateurs en vue de leur combustion. Mais la biologie et la chimie sont passées par là, et une triple vision des végétaux a pris le pas sur leur seule perception externe celle de la ressource massive plante à l’état naturel, des cellules et fibres vision histologique et celle de leurs molécules. De nouvelles propriétés porteuses d’importants débouchés économiques sont apparues, permettant de multiplier les produits finaux issus d’une même ressource. Elles ont permis de développer des filières arborescentes nouvelles, basées sur la chimie du végétal et les biotechnologies Figure 8. Une même plante, le maïs par exemple, permet à la fois de nourrir des volailles, de fabriquer de la polenta, de produire de l’amidon pour la pharmacie ou les fabriques de papier, du biogaz, de l’alcool industriel ou du bioéthanol incorporé dans l’essence des voitures ! Dans ce cas, l’arborescence des transformations est descendante, sa structure basée sur une, ou éventuellement plusieurs, ressources primaires mais sur une seule molécule plateforme » présentant une diversification moléculaire vers de multiples marchés. À l’inverse, un fabricant de carburants peut aussi produire du biodiesel avec une multitude de végétaux oléagineux tournesol, colza, palme, toutes sortes de graisses animales, ou des algues. Dans ce second cas, l’arborescence de la ou des filières aboutissant à ce carburant est ascendante un seul marché, mais de multiples ressources primaires. 5. Les produits énergétiques finaux et leurs usages Il existe en définitive, dans la production d’énergies biosourcées, une pluralité de filières basées sur les ressources agricoles, forestières, marines et traitement des déchets, aboutissant à diverses formes de sources finales d’énergie les biocombustibles solides bois-buches, pellets, charbon de bois, les biogaz, les biocarburants et l’électricité. Biocombustibles solides le bois-bûches et les pellets Le bois est principalement utilisé à des fins de chauffage, domestique ou collectif, d’où la désignation de bois-énergie. Nombre de ses utilisateurs brûlent des bûches directement issues des coupes de troncs effectuées dans les forêts. Elles proviennent d’essences variées, feuillues ou résineuses, dont le PCI dépend de la densité de la variété et surtout du degré d’humidité du bois utilisé. S’il est sec, son pouvoir calorifique est presque identique pour toutes les essences entre 4 et 4,5 kWh/Kg. La combustion complète du bois, disposant initialement d’un pouvoir calorifique supérieur PCS, nécessite la vaporisation de l’eau qu’il contient. Celle-ci absorbe une certaine chaleur latente qui diminue d’autant la quantité de chaleur utile, le pouvoir calorifique résiduel devenant pouvoir calorifique inférieur PCI. Un bois réputé sec dont l’humidité est de 20% peut ainsi perdre la moitié de sa chaleur utile s’il est vert. Le processus de combustion du combustible se déroule en plusieurs étapes. L’énergie dégagée par un appareil de chauffage rempli d’une charge de bois varie en effet en fonction du temps. Ainsi un appareil d’une puissance nominale de 20 kW, par exemple, peut atteindre sur un temps relativement court une puissance de maximale de 50 kW, pour ensuite décroître progressivement pendant quelques heures. Le rendement thermique de la combustion dépend du combustible consommé mais surtout de l’appareil de chauffage utilisé, c’est pourquoi des dispositifs et appareils, inserts ou poêles, de plus en plus performants sont proposés pour le chauffage domestique. Outre l’emploi de combustibles sous forme de bûches, les besoins de chauffage sont de plus en plus satisfaits par des matériaux issus de la première ou de la deuxième transformation des arbres. Ce sont des combustibles d’origine industrielle, constitués soit de résidus, écorces ou copeaux, soit de plaquettes et de granulés fabriqués en vue de leur combustion dans des équipements thermiques individuels ou collectifs tels que les chaufferies au bois. Les granulés, également appelés pellets, sont des biocombustibles solides se présentant sous forme de cylindres, obtenus par compactage de sciure ou de copeaux de bois Figure 9. Leur densité énergétique est élevée, surtout s’ils sont issus de bois résineux. Ils sont vendus en sacs, ou en vrac. Ils sont fabriqués aujourd’hui par un nombre important de fournisseurs. Leurs principales caractéristiques sont les suivantes PCI de 4,7 à 5,3 kWh/kg 2 kg de pellets équivalent donc à 1 litre de mazout ; densité énergétique quatre fois supérieures à celle des plaquettes forestières ; teneur en eau et en poussière inférieure à 10% ; teneur en cendre inférieure à 5%. Il existe enfin des biocombustibles solides ligneux, qui sont des bois de rebut, tels que les résidus d’emballage, palettes et autres supports non souillés. Ils sont issus d’ateliers et d’usines de la filière bois, d’établissements de distribution, de commerces ou d’entreprises de transports. Inutilisables à d’autres fins que la fourniture d’énergie, ils sont aptes à être utilisés dans des chaudières et équipements similaires. L’utilisation domestique du bois-bûche dans des cheminées, des chaudières et des poêles représente une part très importante de la consommation de bois-énergie en France Tableau 2. Environ six millions de foyers, soit près d’un logement sur quatre, se chauffent de cette manière. Un renouvellement et une modernisation assez rapides du parc d’appareils conduit cependant ces utilisateurs à recourir aux pellets, ce qui améliore l’efficacité énergétique de leur installation. Une offre de solutions combinées bois+solaire thermique » pourrait se développer conjointement, pour des particuliers ou des habitants de logements collectifs neufs de taille limitée Tableau 2. Tableau 2 La biomasse énergie dans le bilan énergétique de la France en 2015 Consommation primaire CE Mtep % de CE Consommation finale CF Mtep % de CF Bois 9,8 3,9 Chauffage individuel 6,5 4,3 Mat. prem. biocarburants 3,1 1,2 Chauffage collectif 2,5 1,7 Déchets menagers 1,0 0,4 Biocarburant 2,5 1,7 Résidus agr. 0,3 0,1 Biogaz 0,1 0,05 Electricité 0,5 0,3 Total 14,2 5,6 12,1 9,05 Source. Ministère Env. Energie. Chiffres-clés 2016. La production d’électricité comprend 0,45 Mtep de biogaz et 0,5 Mtep de bois et déchets dont une partie en cogénération. Les % sont calculés sur une consommation primaire de 253 Mtep et une consommation finale de 150 Mtep L’emploi de chaudières dans des chaufferies collectives, fonctionnant souvent avec des plaquettes, associées à des réseaux de chaleur chauffage urbain, principalement est une solution nettement plus efficace en termes de rendement. Cette solution est notamment bien adaptée au chauffage des locaux publics, industriels, ou agricoles déshydratation du fourrage, chauffage de serres ou d’étables. Combustibles solides le charbon de bois Le charbon de bois est un combustible utilisé à très grande échelle dans le monde, depuis de nombreux siècles. Il présente l’intérêt d’offrir un pouvoir calorifique élevé ~8 kWh/kg par rapport à celui du bois ~5 kWh/kg, sous une forme plus aisée à transporter et à manipuler que celle des bûches et autres branchages du bois de feu, particulièrement lourd lorsqu’il est encore humide. Sa fabrication traditionnelle est par ailleurs facile à réaliser, dans des meules implantées en pleine nature. Leur fonctionnement est basé sur l’exécution d’une pyrolyse produisant un combustible riche en carbone, et laissant des cendres. On y entasse le bois puis on le recouvre d’un couvercle empêchant sa combustion complète dans l’air libre. On laisse cependant celui-ci pénétrer partiellement en dessous ; l’opération de fabrication dans l’enceinte met en œuvre successivement un séchage du bois 20° à 110°, une pré-carbonisation 110° à 270 °, puis une décomposition exothermique dégageant divers gaz des vapeurs et du goudron 270 ° à 400 °, le tout parachevé par un raffinement à haute température 400 ° à 500 °. Brûlé dans un foyer à rendement élevé 25 % pour un poêle ordinaire, notamment, le charbon de bois fournit une énergie utile de 2 kWh/kg, soit ~ 3 fois plus que celle issue d’une quantité de bois 5 fois supérieure Figure 10. À partir d’une même quantité de végétal, le rendement énergétique du charbon de bois est donc environ deux fois plus faible que celui du bois, ce qui signifie qu’il faut abattre deux fois plus d’arbres pour obtenir la même quantité de chaleur. Si les forêts exploitées à cette fin ne sont pas régénérées, la production artisanale du charbon de bois est donc économiquement négative et territorialement destructrice. Dans divers pays en développement, notamment en Afrique, en Amérique latine, et en Asie du Sud-Est, l’usage du charbon de bois, fabriqué et utilisé selon ces techniques, reste cependant très répandu, soit une consommation mondiale d’environ 50 millions de tonnes ! La production de charbon de bois pourrait cependant être réalisée en milieu industriel à une échelle importante, avec un bon rendement et dans des conditions écologiques convenables sylviculture qui ménageraient les ressources primaires. Des techniques de torréfaction existent aussi, apportant une amélioration des capacités calorifiques des combustibles obtenus. Il n’est pas superflu enfin de mentionner, parmi les produits énergétiques solides porteurs d’avenir, les briquettes combustibles obtenues par agglomération de résidus végétaux, principalement agricoles. Elles peuvent en effet offrir un contenu énergétique important mais elles nécessitent l’emploi d’un liant, et ont un pouvoir calorifique moindre que celui du charbon de bois. Biogaz par méthanisation ou méthanation La production d’énergie biosourcée peut aussi s’appuyer sur la transformation de déchets de toutes sortes, végétaux, animaux et humains ordures ménagères en biogaz, riche en méthane, donc en calories, dénommé gaz renouvelable ou parfois gaz vert. En 2017, il ne représente en France qu’une très faible part de la consommation de gaz 0,1 %, laquelle pourrait cependant augmenter jusqu’à 30% en 2030. Ce gaz peut être obtenu dans deux types de filières par voie biologique, via une dégradation de résidus agricoles, de déjections animales ou humaines à partir de micro-organismes, dans des unités de fermentation il s’agit alors d’un processus de méthanisation ; par voie thermochimique, mettant en œuvre des techniques de pyro-gazéification, s’appliquant plutôt aux matières lignocellulosiques du bois ou de ses résidus ; ces transformations conduisent à la fabrication de composés chimiques tels que des gaz de synthèse, mélanges d’oxyde de carbone et d’hydrogène, aux débouchés multiples ; le processus utilisé, basé sur une méthanation, est alors appelé gazéification. La méthanisation des matières organiques, végétales et animales La méthanisation des végétaux et des matières organiques est un phénomène de fermentation biologique naturel qui s’effectue en milieu fermé, dit anaérobie. Il se produit spontanément lorsque des déchets organiques humides sont confinés, par exemple dans un sac ou un conteneur. Du biogaz, composé partiellement de méthane, est ainsi créé, accompagné d’une élévation de température. Ce gaz étant combustible peut procurer de la chaleur, possiblement transformée en électricité ; il peut aussi être transformé en vue d’obtenir un gaz renouvelable injectable dans un réseau ou un biocarburant gazeux biométhane. Cette fermentation de la biomasse est effectuée dans un digesteur-méthaniseur », qui produit un mélange de méthane et de gaz carbonique, riche en énergie, ainsi qu’un résidu mixte liquide et solide le digestat. Sa phase liquide peut servir d’engrais azoté, sa phase solide d’amendement agricole comme du compost Figure 11. Divers types d’installations de méthanisation existent, y compris de gros méthaniseurs industriels certaines grandes fermes élevant des bovins traitent leurs effluents d’élevage sur le site même de leur exploitation, ces investissements étant nettement soutenus par les autorités agricoles ; des centres de stockage de déchets décharges, tenus légalement de capter leur biogaz pour éviter leur rejet sans combustion dans l’atmosphère, valorisent ce gaz par combustion dans des chaudières ou même en le transformant en biocarburant ; des sites de traitement d’effluents ou de déchets urbains boues d’épuration, le plus souvent ou industriels unités de production agroalimentaires, usines de pâte à papier valorisent aussi cette biomasse par méthanisation Lire Méthanisation du traitement des eaux usées à l’injection de biogaz dans le réseau. Des centres territoriaux de méthanisation, traitant dans un digesteur central des résidus divers déchets de tonte, d’élagage, lisier ou fumier fonctionnent aussi. Ces installations, souvent coûteuses et qui soulèvent fréquemment des problèmes de rentabilité, ne sont toutefois mises en œuvre que sur des sites de grosse capacité. Elles ne suppriment pas, par ailleurs, la nécessité de stocker environ 50% des tonnages de biomasse dans des décharges. Les installations de méthanisation utilisent en général 50% d’effluents d’élevage, 25% de substrats agricoles carbonés et 25% de biodéchets exogènes. Les effluents d’élevage sont de vraies levures de la méthanisation, mais sont peu méthanogènes et doivent donc être complétés par des substrats carbonés. Un projet agricole de ce type coûte en moyenne ~1 million d’euros M€ pour une puissance électrique fournie de ~150 kW de 50 à 1000 kW, avec une efficacité énergétique totale de 65% environ. La chaleur est en général peu valorisée, sauf pour le process lui-même et l’énergie des bâtiments, mais les digestats produits sont récupérés, car la phase liquide est un engrais azoté, la phase solide pouvant être utilisée comme compost. Biogaz par méthanation ou gazéification La gazéification est une opération relativement complexe, effectuée sur des matières carbonées minérales ou organiques charbon, hydrocarbures ou sur la biomasse, en vue de produire un biogaz appelé gaz de synthèse, qui est combustible mais est surtout utilisé pour des transformations chimiques, notamment pour produire de l’hydrogène Lire La production d’hydrogène » vert . Le gaz de synthèse est un produit très valorisable, composé essentiellement d’oxyde de carbone CO et d’hydrogène H2. Dans cette opération, dite thermochimique, il s’agit de transformer la biomasse en un gaz possédant de l’énergie à l’aide d’un échage préalable, puis d’une phase de préparation, qui se déroule ensuite en plusieurs étapes, à haute température. Elle donne lieu à une réaction de pyrolyse suivie d’une combustion produisant la chaleur nécessaire pour sécher la matière d’œuvre et permettre la gazéification des produits. Elle se déroule en milieu réducteur on ajoute juste assez d’oxygène pour apporter l’énergie nécessaire en vue d’activer les réactions de gazéification. On peut aussi fabriquer des biocarburants avec ce gaz Figure 12 Lire Biogaz, biométhane et Power-to-Gas. Ce gaz de synthèse peut être injecté sur le réseau d’un distributeur ou utilisé sur place pour produire de la chaleur ou de la chaleur et de l’électricité en co-génération. Les bio-carburants Les biocarburants ne datent pas d’hier. Dès l’antiquité, et sans doute avant, les hommes avaient découvert le pouvoir calorifique des huiles végétales, puisqu’ils utilisaient des lampes à huile et connaissaient les vertus énergétiques de l’alcool, appelé aujourd’hui éthanol. Lorsque Rudolf Diesel inventa le moteur à explosion, au début du siècle passé, c’est un dérivé pétrolier qu’il a utilisé mais le moteur à éthanol avait aussi été inventé. Ce n’est que vers la fin du 20ème siècle que les grands agriculteurs, devenus agro-industriels, mais aussi les pétroliers, ont compris que les céréales, la betterave sucrière, les produits oléagineux colza, tournesol pouvaient être de gros pourvoyeurs d’énergie et donc permettre la production de biocarburants Figure 13. Mais les filières automobiles ne pouvaient fournir de nouveaux moteurs 100 % verts, technologiquement différents de ceux fonctionnant aux hydrocarbures fossiles ; par ailleurs il n’était pas question de détourner massivement la production agricole des marchés alimentaires. C’est pourquoi la solution du mélange biocarburant–hydrocarbure, à faible proportion de biocarburant 10 % a été adoptée en Europe, contrairement au Brésil qui a opté pour des moteurs fonctionnant à 85 % d’éthanol, extrait d’une canne à sucre abondante et bon marché. Comme dans le domaine alimentaire, où l’on trouve des filières basées les unes sur les polysaccharides amidon et sucre, les autres sur les huiles et les graisses oléagineux, protéagineux, deux grandes filières dominent la production des biocarburants celle de l’alcool éthylique éthanol, et de son dérivé l’éthyle tertiobutyle éther ETBE, et celle de l’éther méthylique d’huile végétale EMHV ou biodiesel. La première alimente les moteurs à essence, la seconde les moteurs diesel. L’usage de biocarburants est très vertueux sur le plan écologique, économique, et stratégique, car il entraîne une baisse importante des rejets atmosphériques de CO2, ouvre des débouchés aux productions agricoles excédentaires, et contribue à l’indépendance énergétique des pays. Ces filières, aujourd’hui matures et développées industriellement à grande échelle, sont toutefois dénommées de 1ère génération » car basées sur des ressources agricoles dites traditionnelles, et donc soumises à terme à une concurrence d’usage elles menacent non seulement la fourniture d’aliments à des populations en forte croissance, donc mondialement de plus en plus nombreuses, mais entrent en concurrence avec les ressources d’origine pétrolière, aux cours fluctuants. C’est pourquoi le développement de filières de 2ème génération a été entrepris il s’agit d’extraire l’énergie contenue dans la partie non alimentaire des plantes, donc de leurs composants ligno-cellulosiques. Concrètement cela consiste à transformer les molécules de cellulose en glucose, qu’on soumet ensuite à une fermentation permettant de produire de l’éthanol. Techniquement possible, le développement de cette voie se heurte au problème des rendements, au départ très faibles, et suppose donc la mise au point de procédés enzymatiques et métaboliques performants, à partir de nouvelles enzymes et de levures. Joue en faveur de tels développements l’avantage majeur des procédés biotechnologiques par rapport à ceux de la chimie traditionnelle, thermo-chimie notamment ; les traitements s’effectuent sur des substrats hétérogènes et non purifiés, dans des conditions opératoires proches du naturel, c’est-à-dire dans des suspensions aqueuses diluées, à basse température, et sous une pression atmosphérique. Ces avantages sont néanmoins limités par un certain nombre d’inconvénients liés à la complexité des processus, à la stabilisation des souches et à la difficulté de pilotage des opérations de fermentation. Le bioéthanol Selon la nature de la biomasse, le bioéthanol peut être fabriqué par divers procédés Figure 14. Les graines de céréales 1ère génération peuvent soit être broyées puis liquéfiées, avant de subir une saccharification, suivie d’une fermentation, d’une distillation et d’une déshydratation. Un autre procédé consiste à produire par centrifugation un lait d’amidon, en phase liquide, puis à l’hydrolyser pour en extraire le glucose, qui est ensuite traité par fermentation, distillation, puis déshydratation. Si la biomasse source est constituée de canne à sucre ou de betterave, on doit d’abord extraire le sucre, en le séparant de ses substrats tels que bagasse ou pulpes de betterave, puis, comme précédemment, le traiter par fermentation, distillation, et déshydratation Tableau 3. Lorsque la biomasse employée est ligno-cellulosique 2èmegénération, le bioéthanol est fabriqué selon les mêmes principes après un pré-traitement mécanique trituration, une hydrolyse est effectuée sous l’action d’enzymes pour élaborer un substrat fermentescible, soumis alors à des levures. Après cette fermentation le produit obtenu est distillé pour en extraire l’éthanol. Ce procédé nécessite donc de fabriquer les enzymes à partir de bactéries et de champignons, et de disposer des levures appropriées. Ces enzymes et ces levures sont difficiles à sélectionner et à exploiter si l’on veut bénéficier d’un rendement élevé et de conditions de production à grande échelle, en utilisant, de plus, diverses matières premières ; c’est pourquoi ce procédé, développé notamment à Pomacle Bazancourt projet Futurol, en est encore au stade pré-industriel. Tableau 3 Rendements et coûts de la production de bio-éthanol obtenue à partir de diverses plantes Ressource végétale Quantité brute récoltée tonnes Produit plateforme Produit final transformé éthanol hl Coût de production hors valorisation des coproduits €/litre Coût de production avec valorisation des coproduits €/litre- Betterave ~96 ~16 tonnes de sucre ~ 96 0,60 0,50 Canne à sucre ~90 à 110 ~12 à 16 tonnes de sucre 80 à 100 0,20 Maïs 10 6,3 tonnes d’amidon ~ 40 0,75 0,50 Blé 7,5 4,2 tonnes d’amidon ~ 26 0,75 0,50 Source France Agrimer. Pour adapter parfaitement le bioéthanol aux contraintes de fonctionnement des moteurs, les pétroliers lui font subir une réaction chimique avec un produit bien connu, l’isobutène, pour obtenir la molécule ETBE. C’est le produit qui se trouve dans le carburant E10 distribué par les pompes à essence, dans une proportion de 10%. Il faut cependant savoir, qu’à masse égale, le pouvoir calorifique du bioéthanol n’est que 0,64 fois celui du super sans plomb. Le biodiesel Le biocarburant dénommé biodiesel peut être fabriqué à partir de graines de végétaux oléagineux, ce qui se pratique actuellement à grande échelle ou sur la base de plantes cultivées, différentes selon les régions tournesol et colza en Europe ; maïs principalement utilisé aux États-Unis ; soja et huile de palmiste en Asie produit issu des noyaux des fruits des palmiers à huile, leur pulpe fournissant l’huile de palme. Dans tous les cas, les huiles de ces plantes doivent d’abord être extraites par une trituration, suivie d’une filtration. Les déchets de cette opération sont des tourteaux, énergétiques et riches en protéines, très appréciés notamment pour l’alimentation des animaux. Les huiles brutes sont ensuite semi-raffinées par un traitement de démucilagination puis de neutralisation. Pour les rendre utilisables dans des moteurs, les huiles sont ensuite traitées chimiquement selon l’un ou l’autre de deux procédés distincts une trans-estérification, avec du méthanol, qui fournit un ester méthylique d’huile EMHV lequel est aussi apprécié pour élaborer des lubrifiants et des solvants ; cette réaction fournit en outre du glycérol, produit plateforme très utilisé en chimie du végétal ; une hydrogénation qui retire les atomes d’oxygène indésirables. Il est intéressant de noter aussi que le biodiesel de 1ère génération peut aussi être fabriqué à partir de graisses animales, et même d’huiles usagées. Il existe aussi une filière biodiesel de 2ème génération, utilisant des plantes dédiées graminées ou des déchets ligneux. Dans ce cas c’est une voie thermochimique qui est mise en œuvre. Elle comporte un prétraitement par torréfaction, puis une gazéification et une purification, suivie par une réaction de Fischer Tropsch. Le pouvoir calorifique du biodiesel est proche de celui du gazole traditionnel, 1 tonne d’ester EMHV équivalant à 0,9 tonne de gazole. Les algues et les cyanobactéries Elles sont une autre source potentielle de biocarburants. Les algues et les cyanobactéries sont des organismes photosynthétiques dotés de propriétés particulièrement intéressantes ils fixent environ la moitié du gaz carbonique absorbé dans toute la biosphère tandis que leur production de biomasse par unité de surface est plusieurs fois supérieure à celle des végétaux terrestres. Ils pourraient donc jouer un rôle essentiel dans la panoplie des ressources du futur. Le milieu vivant du plancton phytoplancton et zooplancton, dont il existe des milliers d’espèces, constitue la base de la chaîne alimentaire de l’ensemble des organismes marins poissons et autres produits de la mer, consommés massivement ; mais il existe aussi de nombreuses algues et animaux aquatiques des eaux douces rivières ou lacs et des piscines d’aquaculture. Les débouchés alimentaires des produits de la pêche et de l’aquaculture occupent déjà une place majeure dans l’économie mondiale, mais ce qui intéresse encore plus aujourd’hui les chercheurs et industriels, ce sont les matières présentes dans ces algues. Déjà exploitées depuis longtemps pour des usages biochimiques pharmacie et cosmétiques, certaines contiennent en effet des molécules particulièrement riches en poly-saccharides, en protéines, en polyphénols, en lipides et en sels minéraux. Dans les usages énergétiques, les microalgues sont extrêmement intéressantes, car leur productivité surfacique est potentiellement très élevée 50 000 litres d’huile par hectare, contre 6000 pour l’huile de palme ! À l’avenir, à partir de procédés de photosynthèse naturelle ou artificielle, ces organismes pourraient convertir le CO2 de l’atmosphère ou celui collecté à la sortie des grandes usines, dans des installations dédiées, hors mer et hors terres à vocation agricole, dans des bassins ou des lagunes saumâtres ou alcalines fonctionnant directement ou non à l’énergie solaire. Pourraient ainsi être élaborées des molécules carbonées riches en énergie, en particulier des biocarburants Figure 15. Les choses n’en sont pas encore là. Bien que, depuis plusieurs années, des stations d’essais et de démonstration préindustrielles développent et testent activement des procédés de culture et d’extraction à haut rendement de matières énergétiques huile principalement, ces perspectives sont, à l’échelle d’une économie régionale ou nationale, restent lointaines 20 ans au moins. Génération et co-génération d’électricité biosourcée La valorisation énergétique de la biomasse peut aller jusqu’à la génération d’électricité toutes les fois où un coût avantageux du combustible 60€ / par tonne livrée ajouté au prix du CO2 évité 15€ / par tonne livrée rend la thermoélectricité-biomasse très compétitive. Tel est le cas pour les industries et les collectivités qui utilisent de plus en plus de chaufferies fonctionnant au bois ou à la paille 3000 sites existants, croissance 5 à 10 % / an, dont une partie associées à des installations de co-génération. La cogénération est la production simultanée de deux énergies différentes dans un même processus. Le cas le plus fréquent est la production d’électricité et de chaleur, la chaleur étant issue de la production électrique ou l’inverse. Concrètement, le bois est brûlé dans le foyer d’une chaudière, qui produit de la vapeur haute pression, qui entraîne l’axe d’une turbine. Cet axe entraîne à son tour un alternateur, qui produit de l’électricité. La vapeur d’eau basse pression issue de la turbine passe dans un condenseur, qui fournit de la chaleur Figure 16. Un bon exemple de ce type d’installation est fourni par l’usine de pâte à papier de Saint Félicien au Québec. La fourniture, en cogénération-biomasse, de 1 MW électrique de puissance suppose, en moyenne, la production préalable de 5 MW thermiques, soit l’utilisation de 6 MW PCI en puissance d’énergie primaire-biomasse compte tenu d’un rendement chaudière de 85 %. Pour une exploitation de 7 000 H par an, soit 42 000 MWh PCI fournis, l’installation nécessite donc, pour 1MWe de puissance fournie, la combustion annuelle d’environ 14 000t de biomasse cellulosique fraîche. 6. Les bioénergies dans la transition énergétique Surtout depuis les dernières décennies du 20ème siècle, la transition énergétique est devenue une ardente obligation » Lire La transition énergétique un concept à géométrie variable et La transition énergétique, un enjeu majeur pour la planète. Pour éviter la poursuite d’une dégradation de l’environnement planétaire, dont de graves risques climatiques, tous les pays sont invités à rendre leur développement économique aussi soutenable que possible. En matière d’approvisionnement énergétique, cet objectif signifie une plus grande maîtrise de la demande, via plus de sobriété lorsqu’elle est possible et plus d’efficacité des utilisations de l’énergie, et une réorientation de l’offre vers des sources d’énergie moins polluantes et moins émettrices de gaz à effet de serre GES que les sources fossiles. Quelle place doivent occuper les bioénergies dans les bilans énergétiques susceptibles d’assurer une transition énergétique ? Avantages des bioénergies Compte-tenu du recours massif au bois de feu dans les pays encore peu industrialisés, cette place est déjà, et de loin, la plus importante à l’échelle mondiale. Elle devrait s’accroître encore et gagner de nouveaux pays au vu des nombreux avantages que présente cette ressource énergétique la masse végétale, à l’échelle planétaire, bien que très inégalement répartie, est extrêmement abondante ; la production annuelle de cellulose, principal composant du bois, est d’environ 100 milliards de tonnes, donc au moins vingt fois supérieure à celle du pétrole ; à cette ressource s’ajoute la masse des déchets organiques résidus agricoles et industriels, ordures, déchets verts économiquement et écologiquement valorisables ; en France, ils représentent environ 600 millions de tonnes/an. par opposition à l’usage des matières fossiles, bientôt épuisées, la biomasse est indéfiniment renouvelable, parce qu’à notre échelle humaine, l’énergie solaire sera toujours présente, de même que l’eau et le gaz carbonique, à condition de respecter leur qualité et les grands équilibres naturels en trente ans, la végétation mondiale a augmenté de 14 % ! ; les bioénergies issues de cette biomasse sont très diversifiées combustibles solides sous forme de pellets, gazeux ou liquides, se prêtent aisément à des formes de distribution multiples vrac, sacs, réseaux de chaleur, réservoirs de gaz ou distribution à la pompe ; en outre, tous peuvent être convertis en électricité, avec ou sans co-génération ; sur le plan écologique cycle du carbone, la biomasse est totalement vertueuse elle absorbe autant de CO2 par la photosynthèse qu’elle en rejette par la combustion des êtres vivants et par la combustion sous toutes ses formes ; son bilan carbone est donc neutre ; la production des bioénergies est aussi écologiquement avantageuse car ses processus de transformation se déroulent à basse température, à l’exemple de la méthanisation à la ferme ou de la production de bioéthanol ; la combustion des biogaz peu carbonés est par ailleurs beaucoup moins polluante en particules fines que celle des hydrocarbures liquides ; toujours sur le plan écologique, cette biomasse est par nature biodégradable ; elle ne laisse donc à court-moyen terme aucun déchet organique, les composants minéraux métaux pouvant de plus être récupérés à des fins agronomiques ; sur le plan économique, dans le contexte de l’économie circulaire, sa valorisation peut être intégrale ; selon le principe de cascade, la plante entière fruits, tiges, feuilles, troncs, écorce peut en effet à être transformée, donc dotée de valeur ajoutée, et ce sur le lieu de production, sans transport et avec création d’emplois locaux ; last but not least, contrairement à la plupart des sources renouvelables, les ressources issues de la biomasse sont stockables et peuvent même stocker, après conversion, celles issues de sources intermittentes comme dans le power-to-gas. Inconvénients à prendre en considération Face à tous ces avantages qui militent en faveur d’un très large recours aux bioénergies, plusieurs limites pourront venir, dans certains pays plus que dans d’autres, des inconvénients suivants la difficulté d’accès aux ressources, notamment dans les zones à faible densité végétale mais aussi dans les forêts de montagne ainsi que les problèmes de transport de matière lourdes telles que les grumes ou de trop faible densité telles que les taillis ou les plantes herbacées ; les sur-coûts d’exploitation imputables à la difficulté économique d’extraire les matières énergétiques dans les végétaux humides et matières organiques déjections animales, boues imbibées d’eau, ainsi que ceux du traitement et de la consommation d’énergie grise d’un bout à l’autre de la chaîne de production des biogaz et biocarburants, principalement dans le cas des plantes à faible rendement énergétique ou des déchets agricoles et sylvicoles ; le fait que tous les processus de combustion émettent des GES, même si, sur une durée de quelques années permettant la repousse des plantes, leur cycle du carbone est neutre ; les risques de pénurie ou de déséquilibre des marchés, notamment alimentaires, dûs à des concurrences d’usage, comme dans le cas d’agriculteurs allemands ou américains cultivant du maïs uniquement pour produire du biogaz ou de l’éthanol ; s’agissant des biocarburants, éthanol ou biodiesel, tous les moteurs ne sont pas encore aptes à les utiliser à 100%. In fine, une évaluation précise des avantages de chaque bioénergie face à ses concurrents potentiels pourra seule emporter la décision, mais il y a fort à parier qu’elle lui sera favorable dans de nombreuses situations, notamment dans les pays, riches en biomasse, mais encore très pauvres en utilisation de sources d’énergie modernes et efficaces Lire L’approvisionnement en énergie des populations d’Afrique non raccordées au réseau diagnostic et solutions et Quelles transitions énergétiques en Afrique subsaharienne ? Notes et références [1] Les matières fossiles ou non- biodégradables ne sont légalement pas de la biomasse. [2] Source H. Bichat et P. Mathis [3] Source France Agrimer Bibliographie complémentaire Les ressources du futur issues du monde végétal – – 408 p – Mars 2017 – Editeur Covabis Biocarburants / Cinq questions qui dérangent / / – / Editions Technip – 2008 Les triples A de la bio-économie – Efficacité, sobriété, et diversité de la croissance verte –Ed. L’Harmattan – 294 P. – 2012 Ouvrage coordonné par Claude Roy – Le Club des Bio-économistes. La biomasse, énergie d’avenir – Hervé Bichat et Paul Mathis – 225 p. – Editions Quae – Mars 2013 Bioraffinerie 2030 – Une question d’avenir – Pomacle Bazancourt – Ouvrage collectif. 252 p. – Sept 2014 – Ed. L’Harmattan Energies renouvelables en agriculture – Editions France Agricole / Bernard Pellecuer / 2015 Rapport de l’OPECST/ Assemblée nationale -Sénat- De la biomasse à la bioéconomie une stratégie pour la France – 194 p – 10 février 2016 – Audition publique du 25 juin 2015 Une stratégie bioéconomie pour la France – Plan d’action 2018-2020 – Plaquette 12 pages Ministère de l’agriculture – Février 2018 L’Encyclopédie de l’Énergie est publiée par l’Association des Encyclopédies de l’Environnement et de l’Énergie contractuellement liée à l’université Grenoble Alpes et à Grenoble INP, et parrainée par l’Académie des sciences. 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Diviserle nombre obtenu par 10. La correspondance entre le rendement grain et le rendement fourrage plante entière est donnée par le tableau ci dessous. Ces équivalences peuvent s’appliquer pour des maïs à végétation « normale » et récoltés entre 30 et 35 % de MS. Le calcul indicatif du prix de la tonne de matière sèche passe

S'orienterS'installerTransmettreCentre de Formalités des EntreprisesProduire ThématiquesAgriculture biologiqueArboricultureÉlevageCulturesPhytosanitairesConseil Stratégique PhytoCéréalesProtéagineuxMaïs fourrageCultures intermédiaires - CIPANLe chanvre en NormandieHorticultureFertilisationAgro-EcologieDiversification des assolementsGérer son exploitationFinancer un projetPréserver l'environnementDiversifier son activitéSe former Une fois le silo réalisé, la qualité de la conservation va influer la qualité de production de lait ou de viande. Avec les études récentes, les repères sur la conduite du silo ont pertes de matière sèche MS sont de 2 ordres Les fermentations qui utilisent les sucres et produisent du gaz visible du fourrage qui le rend inconsommable. Perte de matière sèche 5 à 15 % mesurées dans les silos normands L'estimation de la perte au silo n'est pas facile. Cela suppose de peser ce qui est récolté et stocké et ce qui est réellement distribué aux animaux ou existe des pertes incompressibles qui sont de l’ordre de 3-5 %. Elles sont dues aux pertes de respiration de la plante et aux gaz produits par la première fermentation, le temps de consommer l’oxygène présent dans le silo. Les pertes dues à une mauvaise conservation qui entraînent de nouveaux échauffements voire un tri au silo sont rarement pertes, difficiles à estimer en élevage, sont calculées dans les stations expérimentales normandes INRA Le Pin au Haras, ferme expérimentale de La Blanche Maison. Tout ce qui est stocké au moment de la récolte et tout ce qui est distribué est pesé Cf Tab 1 bilans de silos réalisés.Les pertes s’étalent de 5 à 15 %. Si le minimum de 5 % est donc réalisable, 8 % est un objectif réaliste et atteignable en élevage. Ces données sont confirmées par des données allemandes sur 18 silos et qui indiquent en moyenne à 10 % de perte. La densité du silo est un facteur clé, avec un objectif à + de 700kg brut/ % de pertes au-delà de la partie inévitable, c’est l’équivalent d’1 ha pour un élevage moyen du Calvados qui sème 20 ha, soit un coût engagé de l’ordre de 600 € opérationnelles et récolte.Le coût de la perte doit aussi prendre en compte le manque à gagner d’une culture de vente de l’ordre de 800 € de marge brute sur cet hectare perdu. En y ajoutant les conséquences liées à une mauvaise conservation tri au silo, limitation de l’ingestion, risque butyriques, le montant atteint 2 000 € minimum par tranche de 5 % de pertes. Sachant que la réalité montre des cas à 20 % de pertes…Tableau 1 - Bilan 5 silos de maïs en Normandie Silo 1Silo 2Silo 3Silo 4Silo 5Durée utilisation j100 j41 j120 j39 j148 jTaux de perte5 %7 %15 %13 %16 % Préserver la qualité Après ouverture et malgré l’air Si la base d’une bonne conservation est de priver d’air l’intérieur du silo à la confection phase anaérobie, il est inévitable d’exposer le front attaque à l’air libre lors de la reprise. Les pertes liées à la reprise du fourrage au silo sont aussi importantes que la confection du silo en contact de l’air, les microorganismes se réveillent et se multiplient en se nourrissant des nutriments du levures commencent par consommer des sucres, augmentant la température et le pH. Ce phénomène est ensuite amplifié par des bactéries puis des moisissures qui apparaissent, produisant les entrées d’air dans le silo après l’ouverture se font préférentiellement dans les zones périphériques. Elles ont été mesurées jusqu’à 4 m. La couverture idéale du silo vise à répartir le poids uniformément sur toute la surface. Plusieurs études ont démontré que ce n’est pas le cas avec l’utilisation des pneus. Couvrir lourdement le front d’attaque reste possible avec 2 rangées de un silo est dense, plus il est poreux, plus l’air pénètre. Identifier les pertesLes pertes de MS sont invisibles à l’oeil nu. Celles qui sont visibles sont alors très dégradées avec des pH à plus de 6 et une température élevée. Très chargées en butyriques et en mycotoxines notamment, elles sont pH normal d’une bonne conservation est inférieur à 4. Une prise de pH sur le pourtour du silo permet d’identifier l’épaisseur de la couche avec fermentations. La température peut aussi être mesurée, idéalement après reprise du front d’attaque à 20 cm de profondeur en plusieurs points, comparée une mesure témoin silo à 40 cm. Objectif moins de 2°C d’ caméra ou un appareil photo infrarouge permet aussi de repérer les zones les plus chaudes avec les précautions d’interprétation.L’analyse des levures est un bon indicateur, avec des pertes de lait audelà de 10 000 unités formant colonie CFU/gramme de fourrage. A 100 000 CFU /g de fourrage, les pertes de MS peuvent atteindre 15 % et commencent à être visibles à l’oeil nu. Vitesse d’avancement Un point clé de la qualité après l’ouverture Après l’ouverture, le maïs est exposé à l’air. Alors que toute la prévention visait à chasser l’air du silo ! Deux facteurs contribuent alors à la dégradation de la qualité la température ambiante et la durée d’exposition à l’air. Après la densité, la vitesse d’avancement est alors le principal facteur de prévention, à moduler selon la partir de différentes études, les repères d’avancement sont au minimum 1m/semaine en hiver, 1,5m à 2m en la densité du silo n’est pas assurée à plus de 700 kg/m3, augmenter la vitesse si possible. Ce qui induit souvent la question d’un silo de dimension adapté pour l’été. Si la densité a été travaillée ces dernières années, la question de l’avancement est aussi importante dans l’explication des pertes de MS. Et si un inoculant type Buchneri retarde l’effet reprise de fermentations, il ne l’élimine pas en cas de vitesse d’avancement insuffisante. Et notons que cette bactérie agit lentement dans le silo, son effet sera effectif seulement 60 j après la fermeture du du front d’attaque visiblement dégradé selon la vitesse d’avancement Borreani 2012 Echauffement Attention au matériel utilisé Il importe donc d’éviter tout échauffement dans le silo, ce qui est possible en utilisant le matériel de désilage adapté. Objectif que le front d’attaque reste net, lisse et dense en évitant d’ébranler le maïs grâce à une coupe propre - Favorables Les chargeurs et les fourches frontales provoquent un détassement du front d’attaque.+ Favorables La fraise d’une désileuse automotrice est bien adaptée. Les autres possibilités sur le marchéGodet désileur EmilyBien que le volume soit limité et que la proximité des silos soit obligatoire, le recours à un godet désileur équipé d’une fraise est également intéressant. Le constructeur breton Emily propose d’ailleurs un nouveau modèle de godet désileur avec non pas un rotor mais des scies, assurant possiblement la meilleure reprise qui soit proposée sur le cube TriolietAvec une fréquence de 300 inversions de sens par minute, la scie propose à priori une qualité de reprise irréprochable qui n’engendre aucune vibration. Dotée d’un déflecteur qui retient la matière lors de la coupe et la dirige dans le godet, la scie rend aussi ce dernier plus compact lors du transport, ce qui théoriquement améliore le débit de dans les désileuses cube le principe du constructeur Trioliet est particulier dans la mesure où il fait des blocs d’ensilage découpés avec une scie sur 3 côtés ; ils doivent ensuite être repris pour être distribués ou dans le cas de plats uniques laissés en libre-service avec avancement d’une plaque face aux cornadis par exemple. L’outil peut également s’atteler sur le bras d’un télescopique par exemple si les silos sont très hauts. Il est aussi possible d’associer une distribution à partir d’un bloc d’ ensilage récolté sec alerte flash infoAttention longueur de coupe, si plus 40% de MS priorité à la conservation => 10 le silo poids des tasseurs, couche fine, tassage,….Additif bien réparti à l’ensileuse et pas sur silo. En quantité suffisante sinon pas d’ propionique pas sur front d’attaque mais dans la mélangeuse pour une conservation plus longue dans l’ la taille du silo en amont. Maïs, de l’énergie sous toutes ses formesLe maïs permet une grande souplesse d’utilisation grâce à ses différentes formes de l’ensilage plante entière, jusqu’au maïs grain sec, en passant par le maïs épis et par le maïs grain humide. Ce qui change récoltes plus tardives et hauteur de coupe. Cette dernière influence directement la qualité du fourrage + Riche en UFL.+ Riche en amidon / - de NDF plus digestible maïs coupe haute plus acidogène qu’en coupe de baisser la quantité de concentrés énergétiques type céréale. Maïs plante entièreMaïs plante entière Coupe 55 cmMaïs épis ensiléMaïs grain humideMs %323553 à 5562 à 65UFL kg MS g/kg MS42426063PDIE g/Kg MS67679886PDIA g/Kg MS15153824NDF g/Kg MS440410320120Amidon g/Kg MS300330610742DT Amidon808030 à 7060 à 70Rendement10085-9060 à 6555 à 55 Le LANO à la pointe des analyses maïsLe LANO intègre les dernières nouveautés en matière de calcul de la valeur alimentaire des maïs. Les évolutions des critères UF, PDI ainsi que des nouveaux repères balance protéique du rumen proposés par l’INRA sont intégrés. Le LANO, outil partagé entre l’interprofession laitière et les chambres d’agriculture de Normandie est un des premiers laboratoires agronomiques. Il réalise plus de 5000 analyses maïs par an en France. Il affiche toutes ses méthodes d’analyse et travaille avec la recherche pour proposer les dernières innovations. Et au même prix que l’an vous pouvez aussi rechercher une à trois molécules indicatrices de la présence des mycotoxines les plus répandues. Enfin, le LANO, en lien avec le LILANO peut aussi réaliser des analyses de levures, indicateurs d’une dégradation du front d’attaque du silo. À TÉLÉCHARGERLIENS UTILESPUBLICATIONSDe nombreuses préconisations sur le bon usage du glyphosate et des propositions de solutions alternatives à tester et à adapter chez vous. Vous souhaitez en savoir plus ?En cas de besoin, de projet, contactez-nous. Un conseiller à proximité peut vous aider.

^{Tableau1 : Surface, production et rendement des principales céréales, oléagineux et protéagineux d’Occitanie en 2020 Occitanie 2020 Principales Grande Cultures Surface (ha) Rendement Production Quintaux / ha Evolution par rapport à la moyenne quinquennale 2015-2019 Volume (Tonnes) Evolution par rapport à la moyenne quinquennale 2015-2019 Poids}

Bonjour J'ai cette année trop de mais ensilage, un voisin souhaite me l'acheter en grain humide pour le broyer et le stocker en boudin. Comment calculer vous. AGRICULTURE - CONVIVIALITÉ - ENVIRONNEMENT (A.C.E) Bonjour et bienvenue sur ACE !!!! Enregistrez-vous sur le forum et n'oubliez pas de renseigner votre profil. Avant de poster pour la première fois,

Troisnouveaux hybrides pour le maïs-grain seront disponibles en 2020. Leur maturité se situe entre 87 et 102 jours. « Ces hybrides plutôt défensifs sont adaptés aux sols légers et dans des conditions plus difficiles», indique Tanguy Lozac’h, de chez WindField United Canada.

AGPM20 avril 2022. Maïs grain humide : pour maîtriser les coûts en élevage bovins Télécharger Hausse du coût de l’aliment, augmentation du coût de production du maïs grain lié notamment à la hausse du prix des énergies et donc du coût de séchage le contexte actuel invite les éleveurs à s’intéresser de près au maïs grain humide (MGH). Lemaïs permet une grande souplesse d’utilisation grâce à ses différentes formes : de l’ensilage plante entière, jusqu’au maïs grain sec, en passant par le maïs épis et par le maïs grain humide. Ce qui change : récoltes plus tardives et hauteur de coupe. Cette dernière influence directement la qualité du fourrage : + Riche en UFL. qSvdOcD.

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tableau conversion maïs grain humide en sec 2020