biocarburants

Des promesses au doute

En Europe, la plus forte augmentation des émissions de gaz à effet de serre (GES) concerne le transport. Une tendance que la nouvelle directive européenne voudrait inverser en faisant passer la part des biocarburants du secteur de 2% à 10% d’ici 2020. Leur développement soulève néanmoins de nombreuses craintes quant aux conséquences environnementales et sociales. Des inquiétudes que la seconde génération de biocarburants ne pourra sans doute pas balayer.

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Mise en place d’un micro réacteur en verre à lit fixe pour l’évaluation de catalyseurs en vue de nouveaux procédés de production propres. © CNRS Photothèque/Emmanuel Perrin
Mise en place d’un micro réacteur en verre à lit fixe pour l’évaluation de catalyseurs en vue de nouveaux procédés de production propres. © CNRS Photothèque/Emmanuel Perrin
Étude de réaction catalytique pour les carburants verts. Ce dispositif permet d’étudier les performances (activité, sélectivité, durée de vie) d’un catalyseur solide. © CNRS Photothèque/Emmanuel Perrin
Étude de réaction catalytique pour les carburants verts. Ce dispositif permet d’étudier les performances (activité, sélectivité, durée de vie) d’un catalyseur solide. © CNRS Photothèque/Emmanuel Perrin

L’alerte est lancée par la Royal Society (UK), dans son rapport Sustainable biofuels: prospects and challenges de janvier: «Tant que le développement des biocarburants ne sera pas porté par des instruments réglementaires et économiques appropriés, le risque existe de bloquer la filière dans une chaîne de production inefficace, potentiellement génératrice de conséquences sociales et environnementales préjudiciables.» Et le Comité de vérification environnementale de la Chambre des communes britannique renchérit en demandant un moratoire sur les biocarburants. Au moment même où l’Union fixe à 10% le taux de biocarburants des transports pour 2020, de nombreux acteurs politiques, scientifiques ou de la société civile soulignent le bilan carbone incertain des biocarburants, leurs conséquences environnementales, et la hausse des prix des denrées alimentaires qu’ils provoquent.

Emissions: pas de consensus

Le gain en émission de GES induit par les biocarburants dépend fortement des paramètres que l’on accepte de prendre en compte. Ainsi, Renton Righelato, président du World Land Trust et Dominick Spracklen de l’université de Leeds (UK)(1) considèrent que le modèle utilisé par la Commission ne comptabilise pas les effets indirects de la conversion de terres et de forêts en biocarburants ou le déplacement de cultures pour l’alimentation hors d’Europe. D’après ces scientifiques, une terre forestière séquestrerait de 2 à 9 fois plus de GES que n’en ferait gagner son utilisation pour produire des biocarburants. «Un objectif de 10% nécessiterait l’utilisation de 38% des terres arables européennes, obligeant l’importation de matières premières agricoles et entraînant des déforestations dans d’autres pays», ajoute Dominick Spracklen. Mais pour Etienne Poitrat, responsable des biocarburants à l’agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie ADEME (FR) (2), une utilisation des sols bien moindre pourrait suffire – 14% pour la France, par exemple.

Pour Paul Crutzen, chimiste de l’atmosphère au Max-Planck-Institut (DE) et prix Nobel de chimie en 1995, le taux de dégradation des engrais en protoxyde d’azote (N2O), un gaz à effet de serre près de 300 fois plus puissant que le CO2, serait de 3 à 5 fois plus important que le 1% utilisé aujourd’hui. Autre exemple: l’ADEME estime que le gain en GES de l’éthanol produit à partir de blé est de 60%, alors que le Centre commun de recherche (CCR) de la Commission, qui regroupe scientifiques et industriels, donne un intervalle de -8% à 80%. Tout dépend de la manière dont on évalue la part des coproduits de raffinage dans les gains, ou les sources et les quantités d’énergie nécessaires à la fabrication.

Manger ou conduire?

Alors qu’aujourd’hui, dans l’Union, 81% des terres sont occupées par des forêts et des cultures, que les jachères disponibles ne représentent que 11% environ des terres cultivables, et qu’atteindre l’objectif de 10% en biocarburant en mobiliserait entre 15% et 38% selon les études, le risque est fort que le développement des biocarburants entraîne des dégradations environnementales significatives: destruction d’écosystèmes, agriculture intensive et dégradation des sols, déforestation, consommation d’eau. «Tant que l’environnement ne sera pas correctement pris en compte par les marchés, les incitations seront grandes de transformer les écosystèmes naturels en plantations pour les bioénergies», s’inquiète l’OCDE dans son rapport de 2007 intitulé Biofuels: is the cure worse than the disease?

L’organisation estime par ailleurs que les subventions accordées aux biocarburants détournent les terres d’une production dédiée à l’alimentation, faisant ainsi grimper les prix. Avec une hausse de 40% des prix alimentaires en 2007, de 52% pour le blé et de 70% pour les oléagineux et les huiles végétales (chiffres FAO), le choix entre carburant et alimentation devient très sensible. Pas tant dans les pays riches, où la hausse du prix du panier alimentaire ne serait «que» de 22% entre 2000 et 2007, mais surtout dans les pays les moins avancés où elle atteint 90%. Si la production des biocarburants n’est pas l’unique raison de cette flambée, la FAO la souligne néanmoins parmi les quatre causes identifiées

Une nécessaire nouvelle génération

La Commission n’est pas insensible à ces critiques et s’efforce de calmer les tensions en garantissant que les terres considérées comme des «puits de carbone» ou ayant un taux élevé de biodiversité ne pourront être converties. Elle table aussi sur la deuxième génération de biocarburants – bien qu’elle ne soit pas attendue avant 2015 – pour limiter les mauvais bilans écologiques et humains associés à la première. Si exploiter le blé et le maïs pour produire du bioéthanol ou cultiver du colza pour le biodiesel attise les inquiétudes, le recours à des plantes non dédiées à l’alimentation devrait les atténuer. Exit les plantes à sucres ou à huiles, la seconde génération veut transformer directement la ligno-cellulose des végétaux en alcools ou en hydrocarbures.

Composée en moyenne de 25% de lignine, de 50% de cellulose et de 25% d’hémicellulose, la ligno-cellulose constitue l’essentiel de la biomasse végétale et se retrouve dans le bois, les feuilles, les tiges des arbres et arbustes, ainsi que dans toutes les espèces d’herbacées.

Conversion biologique

On peut convertir cette matière végétale en carburant par conversion biologique. La cellulose étant un polymère formé de chaînes de glucose, la voie biologique consiste à récupérer ces sucres et les convertir en éthanol par fermentation. Si l’homme sait faire de l’alcool à partir de sucre depuis des millénaires, séparer la cellulose des fibres végétales (9% à 17% du coût de l’éthanol cellulosique) et la casser pour en extraire le glucose (20% à 33% du coût) n’est pas si simple. Le projet européen NILE New Improvements for Ligno-cellulosic Ethanol – a, entre autres, pour objectif de trouver le bon panel d’enzymes pour récupérer le glucose par hydrolyse enzymatique. Leur équipe s’intéresse aux cellulases, des enzymes présentes dans des champignons (Trichoderma reesei), des bactéries ou d’autres organismes se nourrissant de matière végétale brute, pour sélectionner les meilleures candidates, les associer et élaborer des cadres de production améliorant le rendement.

Peu optimisée, la conversion biologique n’exploite que les sucres cellulosiques, laissant de côté les pentoses de l’hémicellulose, sucres pour lesquels les procédés de fermentation restent mal maîtrisés. Le projet NILE cherche à accroître le rendement et la vitesse de l’hydrolyse enzymatique et à améliorer le rapport éthanol produit par unité de matière sèche, de 12% à 16% actuellement. Pour son coordinateur, Frédéric Monot, «les recherches en cours devraient améliorer le rendement de l’hydrolyse enzymatique, ouvrir des pistes pour exploiter les pentoses et valoriser la lignine».

Thermoconversion

L’autre voie consiste à chauffer la matière végétale, sous haute pression et en milieu pauvre en oxygène, pour «casser» les molécules et en extraire un gaz de synthèse, mélange de monoxyde de carbone et d’hydrogène. Ce gaz est transformé par catalyse à l’aide de fer ou de cobalt en une cire d’hydrocarbures qui est ensuite raffinée en carburant de synthèse. Même si des améliorations sont nécessaires pour prétraiter la matière végétale, limiter la formation d’impuretés lors de la gazéification et filtrer ces dernières, chaque élément de la chaîne est aujourd’hui opérationnel. La prochaine étape consiste à intégrer l’ensemble pour réaliser une unité de production suffisamment rentable. La chaîne de collecte, de transport et de stockage des matières premières représentant un coût important, la difficulté consiste à trouver la taille industrielle critique permettant de maximiser la production et minimiser les distances de collecte de la biomasse.

Avec un rendement estimé aujourd’hui à 15% de carburant par unité de matière sèche, l’Agence de l’énergie allemande évalue la production potentielle à 4000 litres par hectare. L’Allemagne pourrait ainsi assurer 20% de sa consommation totale de carburants. La Plate-forme européenne des biocarburants tempère néanmoins cet enthousiasme en soulignant la nécessité, pour l’industrialisation de ce procédé, d’énormes investissements que les risques technologiques et commerciaux n’encouragent pas.

Tout n’est pas résolu

Etienne Poitrat considère aujourd’hui la voie biologique comme la plus avancée, mais précise que «la demande en diesel étant forte et les procédés biologiques ne pouvant y répondre, la thermoconversion a toute sa place». Complémentaires, ces nouvelles techniques de production n’apaisent pas véritablement les inquiétudes soulevées par la première génération. La récupération des déchets ne devrait pas combler plus de 15% à 20% des besoins en biocarburants et, malgré une surface forestière couvrant 35% des terres européennes, la quantité des rémanents forestiers exploitables reste marginale. Quant aux pailles et autres résidus agricoles, leur utilisation à des fins énergétiques rentre directement en concurrence avec d’autres secteurs qui les exploitent, comme l’élevage, l’agriculture ou la papeterie. Impossible, donc, de faire l’économie de terres spécialement dédiées à une agriculture de plantes ligneuses pour les biocarburants.

Si des taux de ligno-cellulose importants et une structure chimique facilitant l’extraction des sucres par la voie biologique sont des critères indispensables pour ces «plantes à énergie», elles doivent aussi être pérennes, nécessiter de faibles quantités d’intrants et d’eau pour leur culture, avoir une croissance rapide et se développer sur des terres impropres à des cultures pour l’alimentation. Les espèces en vue sont des herbacées comme le miscanthus ou le switchgrass et des arbres comme le peuplier, le saule ou le robinier. EPOBIO, un groupe de recherche alliant Europe et États-Unis s’intéresse à ces essences pour en décrire les variétés et caractériser leurs traits les plus intéressants. Une fois les séquences génétiques identifiées, les chercheurs d’EPOBIO devront sélectionner, hybrider ou altérer génétiquement les espèces pour offrir des souches répondant au mieux aux besoins des biocarburants.

Par ailleurs, même optimisées pour offrir un rendement énergétique par hectare supérieur à celui du colza utilisé pour le biodiesel de première génération, ces plantes n’évacuent pas complètement la question des bilans d’émission de GES pour lesquels il devient indispensable que les différents acteurs s’accordent sur une méthodologie de calcul acceptée par tous. Stavros Dimas, Commissaire européen pour l’environnement, assure que «les réponses aux questions sociales et environnementales sont précisées et incorporées dans le texte». Des arguments qui ne convainquent pas les défenseurs de l’environnement, les Amis de la terre Europe qualifiant ces réponses de «particulièrement légères, n’offrant aucune garantie de durabilité».

Question de confiance

La CE donne-t-elle trop d’importance à ces biocarburants? Peut-être, mais comment répondre à l’urgence de réduire les émissions de GES, ainsi qu’à la raréfaction des ressources pétrolières? Si les Européens se montrent sceptiques à l’égard des biocarburants, ils ne sont cependant pas prêts à laisser leurs voitures au garage. Reste aux législateurs à regagner la confiance en offrant des garanties concrètes sur la préservation de l’environnement, la stabilité des prix des denrées alimentaires et le gain en termes d’émission de GES attendu.

Autre préoccupation: si, comme le suggère John Hontelez, Secrétaire général du Bureau européen de l’environnement, ces mesures ne sont qu’un outil pour «éviter de mettre en oeuvre de véritables remèdes au rôle grandissant du transport dans le changement climatique», elles pourraient aspirer des fonds et affaiblir d’autres programmes tout aussi prometteurs. Transports électriques, piles à hydrogène, amélioration de la performance énergétique des véhicules ou réduction des besoins liés aux transports n’offrent certes pas de perspectives à court terme, mais ces alternatives sont néanmoins parfaitement en accord avec un réel objectif de développement durable. Comme le signalent de nombreux experts, les biocarburants ne sont qu’un maillon d’une chaîne et ne doivent pas faire oublier l’ensemble des pistes à explorer.

François Rebufat

  1. Carbon Mitigation by Biofuels or by Saving and Restoring Forests? Science Vol 317, août 2007
  2. Energy and GhG balances of biofuels and conventional fuels - Convergences and divergences of main studies, ADEME, Juillet 2006

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