Usages de la biomasse

Energie, biocarburants, biomatériaux, chimie verte.

L'utilisation des ressources en biomasse et en particulier de la biomasse végétale dégage très peu de gaz à effet de serre.

Bien sûr, comme pour le charbon ou le pétrole, lorsque des éléments de la biomasse végétale brûlent, ils dégagent du dioxyde de carbone (CO2), le principal gaz responsable du réchauffement planétaire. La différence, c'est que la biomasse ne fait pas qu’émettre du CO2, elle en stocke aussi au cours de sa croissance.

Les plantes sont en effet les plus efficaces des usines chimiques, dont les scientifiques rêvent de reproduire la machinerie parfaite depuis des décennies. Elles sont capables de transformer le dioxyde de carbone de l'air, la lumière du soleil et l'eau en énergie et en oxygène grâce à une réaction chimique bien particulière : la photosynthèse. Ce mécanisme permet aux plantes de grandir, mais également participe au quotidien à lutter contre le réchauffement en fixant le carbone et en rendant l'air respirable grâce à la production d’oxygène (O2). Par exemple, chaque tonne de bois qui pousse équivaut à 0,5 tonne de dioxyde de carbone fixé !

Ainsi, grâce à la photosynthèse, lorsque l'on utilise de la biomasse végétale comme matière première et tant que l'on ne dépasse pas son accroissement naturel, la ressource est préservée.

La biomasse | Pour l'énergie

Une filière ancestrale et moderne

Face à la raréfaction des énergies fossiles et à la problématique de changement climatique les énergies renouvelables (solaire, éolien, hydraulique…) sont une partie de la solution et parmi elles la biomasse est en tête de liste : elle permet de se chauffer et aussi de produire de l’électricité.

Jusqu’au XIXème siècle, l’énergie mondiale consommée par l’homme provenait à plus de 95 % du bois. Elle constitue encore la première source de chaleur au monde, notamment dans les pays d’Afrique où elle représente 80 % de la consommation énergétique. Si elle a été un peu reléguée au second plan au XXème siècle dans les pays occidentaux avec l’émergence du pétrole, la biomasse revient en force en proposant une alternative intéressante.

Aujourd'hui, on peut produire de la chaleur et de l'électricité à partir d'une large palette de biocombustibles et grâce à de nombreux procédés de transformation :

Le bois, sous la forme traditionnelle de bûches mais aussi de plaquettes forestières (sous-produits d'exploitation forestière broyés), d'écorces, de bois de récupération, de granulés, de briquettes... 

La paille mais aussi des résidus de cultures et des productions dédiées.

On peut également brûler à l'échelle industrielle des marcs de raisin, des noyaux de fruits, des déchets d'usines papetières (liqueurs noires, boues), des déchets de collectivités... et aussi du biogaz issu de la fermentation de déchets divers (déchets verts, sous-produits de l'industrie agroalimentaire, déjection animales) et même de l'hydrogène.

Des objectifs européens et nationaux ambitieux

La France est contrainte par la politique énergétique de l'Union Européenne. Or la Commission Européenne a proposé le 10 janvier 2007 une "politique énergétique pour l’Europe" qui comporte à l’horizon 2020 trois axes majeurs (objectif européen des "3 x 20 en 2020") :

La réduction volontaire des émissions de CO2 de 20 % pour les pays de l’Union Européenne.

L’amélioration de l’efficacité énergétique de 20 %.

L’acceptation d’un objectif contraignant de 20 % des énergies renouvelables dans la consommation globale.

Les engagements du Grenelle de l'Environnement sont de diviser par 4 nos émissions de gaz à effet de serre d’ici 2020. Ces engagements sont particulièrement ambitieux pour ce qui concerne la biomasse puisque, si la France devait remplir l’objectif de 20 % d'énergies renouvelables à l’horizon 2020, la biomasse (bois et cultures dédiées) représenterait la moitié de cet apport, soit environ 25 millions de tonnes équivalent pétrole en énergie primaire. On devrait donc assister dans les prochaines années à un doublement ou un triplement des utilisations de la biomasse bois et des cultures dédiées.

L’objectif de 20 % d’énergies renouvelables pour la France en 2020 (source : SER)

Zoom sur les chaufferies bois énergie

Les chaufferies bois énergie, dont la taille peut varier de quelques kW (maison individuelle) à plusieurs centaines de MW (installation industrielle), sont de véritables usines qui brûlent le bois pour produire de la chaleur et/ou de l’électricité (on parle alors de "cogénération").

Ces chaufferies à bois comportent en général une chaudière et un silo de stockage du combustible (il s'agit le plus souvent de bois sous la forme de plaquettes ou de petits granulés car sous ces formes particulières, le bois peut être transporté jusqu’au foyer de la chaudière de façon automatique). Les fumées produites lors de la combustion sont évacuées par un conduit qui filtre les particules et enfin, un réseau de chaleur (canalisations enterrées et isolées) distribue la chaleur vers les différents bâtiments et/ou la turbine (pour produire de l'électricité).

Schéma de principe d'une chaufferie bois (source : OFME)

En France, des centaines de réseaux de chaleur, alimentés par une ou plusieurs chaufferies à bois, desservent des immeubles, des établissements scolaires et même des hôpitaux, des cliniques et des piscines. Et ce n’est qu’un début car pour favoriser la construction de ce genre de chaufferies, plusieurs dispositifs de subventionnement ont été créés.

De 1994 à 2006, l’Etat par l’intermédiaire de l’ADEME et les régions ont apporté un soutien important à la filière moderne du bois énergie, au travers du Plan Bois-Energie et Développement Local (PBEDL). Les 1.950 chaufferies installées durant le plan bois énergie (= 1.400 MW) ont permis en 2006 de valoriser environ 360.000 tep de bois, soit un peu plus d’un million de tonnes de bois, issues principalement des sous-produits de l’industrie du bois ; on note un recours plus important à la plaquette forestière depuis 2000.

Depuis 2005, Luc EVRARD a travaillé à l'approvisionnement biomasse de plus de 70 chaufferies bois énergie de toutes tailles pour le compte de maîtres d'ouvrages de tous types.

En 2009, un nouveau dispositif nommé "Fonds Chaleur" et géré par l’ADEME a été créé. Dans le cadre de ce dispositif, un appel à projets BCIAT (Biomasse Chaleur Industrie Agriculture Tertiaire) a été lancé chaque année, s’adressant aux entreprises des secteurs industriel, agricole et tertiaire. Il concerne les installations produisant plus de 1.000 tonnes équivalent pétrole / an à partir de biomasse.

Depuis 2009, Luc EVRARD a travaillé à l'élaboration des approvisionnements biomasse d'une vingtaine de centrales de production de chaleur pour le compte de grands industriels dans le cadre des appels à projets BCIAT (COFELY, DALKIA, IDEX, scieries...).

L'investissement dans des installations de cogénération (production combinée de chaleur et d'électricité) utilisant la biomasse est aussi soutenu en France, principalement par deux mécanismes d’aide distincts :

Les appels d’offres de la CRE (Commission de Régulation de l'Energie).

Le tarif d’achat selon l’arrêté du 27 janvier 2011 portant sur des installations de puissance supérieure à 5 MWélectrique.

Depuis 2006, Luc EVRARD a travaillé à l'élaboration des approvisionnements biomasse d'une quinzaine de centrales de cogénération pour le compte de grands industriels dans le cadre des appels d'offres CRE 2 et CRE 3 (COFELY, CORIANCE, POWEO, scieries...).

Zoom sur la méthanisation

La méthanisation est le processus de fermentation de la matière organique végétale ou animale dans un milieu dépourvu d’oxygène (anaérobie). Cette réaction produit du biogaz, composé de méthane (CH4) (entre 50 % à 70 %) et de dioxyde de carbone (CO2). Le méthane étant inflammable, il suffit donc de brûler le biogaz pour produire de la chaleur et/ou de l'électricité.

La méthanisation et l’utilisation du biogaz permettent à la fois de :

Réduire le volume de déchets et les émissions de gaz à effet de serre en valorisant le méthane dégagé lors de leur décomposition.

Récupérer l’énergie dégagée par la décomposition des déchets organiques pour produire de la chaleur et/ou de l’électricité (valorisation énergétique).

Filière de méthanisation agricole (source : IRSTEA)

Ce procédé est encore moins répandu en France qu'en Allemagne où l'on peut néanmoins discuter des choix qui ont été faits puisqu'on y méthanise beaucoup des produits issus de cultures dédiées qui "empiètent" donc sur les surfaces agricoles destinées à l'alimentation. En France, le principe retenu est de ne méthaniser que des sous-produits et des déchets.

Cette filière est actuellement en très fort développement, notamment parce que suite au Grenelle de l’Environnement la réglementation impose depuis 2016 que tout producteur de biodéchets organiques de plus de 10 tonnes / an se trouve dans l’obligation de mettre en place le tri de ses déchets fermentescibles et leur collecte séparée en vue d’une valorisation organique.

Dans les unités de production de biogaz, le principe consiste à accélérer le phénomène naturel de méthanisation en plaçant la matière organique dans un digesteur, une sorte de grosse cuve qui fait office de cocotte minute. A l'intérieur, les microorganismes sont privés d'oxygène et il règne une température de 38 degrés : ainsi placés dans les conditions idéales pour favoriser leur développement, ils accélèrent la dégradation des déchets organiques et produisent du biogaz.

La biomasse | Pour se déplacer

Un agrocarburant est un carburant produit à partir de matériaux organiques non fossiles, provenant de la biomasse et qui vient en complément ou en substitution du combustible fossile.

Biocarburants de 1ère génération

Il existe actuellement deux filières principales :

La filière « huile et dérivés », comme l'huile végétale carburant, le biodiesel (ou biogazole) mais aussi les graisses animales ou ses acides gras divers (algues…).

La filière « alcool » comme le bioéthanol, à partir de sucres, d'amidon, de cellulose ou de lignine hydrolysées

D'autres formes moins développées, voire simplement au stade de la recherche, existent aussi : carburant gazeux (biogaz carburant, dihydrogène), carburant solide...

La production des biocarburants de première génération pose certains problèmes, notamment sur le changement de culture des terres. Lorsque les plantes nécessaires à la fabrication des agrocarburants sont cultivées sur des champs qui étaient auparavant occupés par des prairies ou des forêts, le bilan de gaz à effet de serre des biocarburants peut s’avérer négatif. Pire, dans certains pays (notamment en Amérique latine), la culture de ces plantes peut entrer en concurrence avec la production alimentaire.

Biocarburants de 2ème génération

C'est pour éviter cela que d'importants travaux de recherche sont en cours afin de mettre au point des agrocarburants que l’on nomme de "seconde génération".

Ils sont produits non plus à partir de plantes cultivées spécialement pour devenir des biocarburants mais à partir de résidus agricoles, de ressources forestières ou de déchets organiques. Leur bilan en gaz à effet de serre promet donc d’être bien meilleur et surtout, ils ne risquent pas d’entrer en concurrence avec les cultures alimentaires. Les premières gouttes de ce carburant prometteur devraient sortir très prochainement.

Biocarburants de 3ème génération

Plus futuristes encore, les agrocarburants produits à partir d'algues microscopiques (agrocarburants de 3ème génération) qui produisent naturellement des hydrocarbures sont actuellement en train à l'étude dans les laboratoires.

C'est probablement à partir des cultures de microalgues (dont cyanophycées), d'un point de vue théorique 10 à 20 fois plus efficaces que les oléagineux terrestres selon le CEA qui cherche depuis le début des années 2000 à sélectionner les organismes les plus prometteurs, que des agrocarburants pourront être produits avec les meilleurs rendements, rendant ainsi envisageable une production de masse (par exemple pour l'aviation), sans déforestation massive ni concurrence avec les cultures alimentaires.

La biomasse | Biomatériaux et chimie

Il y a quelques années, le pétrole était le roi de l'industrie chimique ! Il faut dire qu’à partir de cette matière première, on fabrique des plastiques, des solvants pour les peintures, des matériaux de toutes sortes…

Mais la biomasse, renouvelable et beaucoup moins polluante, s'impose de plus en plus. Ainsi, des biomatériaux fabriqués à base de plantes, de bois ou de ses dérivés (papiers, cartons…) concurrencent les matériaux produits à base de pétrole. Le chanvre et les autres plantes textiles sont par exemple de plus en plus utilisés comme isolants pour les maisons ; les sacs des magasins deviennent biodégradables et sont faits d'amidon de céréales ou de pomme de terre ; de nombreuses peintures, nettoyants, vernis, colles, sont désormais issus de végétaux…

Et avec la raréfaction du pétrole, cela devrait se développer.

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