Sources d’énergie alternatives issues de la biomasse

Dans cette partie, nous nous concentrerons sur le développement des sources d’énergie issues de la biomasse, pour laquelle l’énergie est obtenue essentiellement via un processus de combustion.

La biomasse est, aujourd’hui, la première ressource énergétique renouvelable sur la planète et représente environ 10% de la production énergétique mondiale (cf. partie 1.1.).

L’avantage majeur de cette ressource repose sur le fait qu’elle n’entraîne pas le rejet de CO2

additif. En effet, la biomasse recours à la photosynthèse pour sa croissance. Dans ce processus, le végétal utilise l’énergie solaire, pour décomposer l’eau qu’elle contient dans ses cellules, et le CO2 de l’atmosphère, pour les transformer en matières végétales. De cette nous appuierons sur l’exemple de la région Centre, très active dans ce domaine.

La Figure I.10. présente la répartition de la production d’énergie primaire à partir de la biomasse en France, au cours de l’année 2009 [SOeS (2010)].

Figure I.10. Répartition de la production d’énergie primaire à partir de la biomasse en 2009 (France) [SOeS (2010)]

Bois-énergie

2.1. Bois-énergie

Le bois-énergie représente en France, en 2009, 71% de la part d’énergie produite à partir de la biomasse. Actuellement, il est principalement utilisé pour le chauffage, collectif ou individuel.

Selon l’Inventaire Forestier National (IFN), on peut distinguer trois catégories d’usages potentiels de bois définies selon des critères dimensionnels et de qualité de bois [IFN (2010)]. La Figure I.11. représente schématiquement ces trois catégories.

Bois œuvre : biomasse de la tige dont la qualité permet un usage bois d’œuvre (principalement utilisés dans l’industrie de la construction)

Bois Industrie et Bois Energie : biomasse du tronc > 7 cm non valorisable en bois œuvre et biomasse des branches de diamètre > 7 cm

Menus bois : Biomasse du tronc et des branches < 7 cm

Figure I.11. Catégories de bois valorisables pour différentes formes d’utilisations [IFN (2010)]

Les bois industrie et bois énergie et le menus bois constituent les parties valorisables en énergie. La Figure I.12. représente la répartition des ressources exploitables en France.

Figure I.12. Disponibilité du bois potentiellement valorisable en énergie en fonction des régions administratives [IFN (2010)]

Part du bois potentiellement valorisable en énergie

La Figure I.12. montre que la région Centre possède une importante quantité de bois disponible pour la production d’énergie renouvelable. Selon la société Arbocentre, chargée du développement de cette filière, la Région Centre possède un fort potentiel de développement.

En effet, sur les 5 millions de mètre cube de bois produits par an, seuls 2 millions de mètre cube sont employés pour la construction, la transformation industrielle et le chauffage.

2.2. Biocarburants de première génération

On entend par biocarburants de première génération deux grands types de produits : les alcools (principalement l’éthanol) actuellement mélangés en France avec l’essence et le biodiesel (constitués d’esters méthyliques d’huiles végétales) pouvant être mélangé au gazole.

Le premier est produit à partir des plantes sucrières et amylacées (betteraves, canne à sucre, blé ou maïs, par exemple), le second est produit à partir de plantes oléagineuses (colza, tournesol ou soja, par exemple).

Dans le contexte énergétique actuel, les biocarburants présentent deux atouts majeurs : ils constituent une source d’énergie alternative, partielle mais immédiate, au pétrole, majoritairement employée dans le cadre des transports, et ils permettent de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Il est délicat d’émettre des tendances sur les évolutions en termes de rejets de polluants autres que le CO₂. En effet, les « bio-alcools » et le biodiesel peuvent se présenter sous différentes compositions et être mélangés de manière plus ou moins intense avec un carburant

« conventionnel ». Il est néanmoins possible de dégager certaines tendances. Ainsi, il est reconnu que le recours au bioéthanol génère une diminution des rejets d’hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone [Agarwal (2007)] et une augmentation des rejets d’acétaldéhyde [Agarwal (2007), Kohse-Höinghaus et al. (2010)]. Il a été observé que l’emploi de n-butanol permet de diminuer de manière significative les émissions d’acétaldéhyde comparativement au bioéthanol [Dagaut et al. (2009)]. Le recours au biodiesel entraîne une diminution des rejets d’hydrocarbures imbrûlés et des suies [Agarwal (2007), Lai et al. (2011)].

Par ailleurs, l’emploi des biocarburants est l’objet de nombreux débats de part la concurrence qu’ils engendrent avec les besoins alimentaires des populations. De même, le bilan environnemental est contestable puisqu’il faut également considérer les pollutions engendrées par l’agriculture. Ainsi, on peut noter des problèmes de déforestation liés aux cultures énergétiques dans certaines zones du globe (Brésil, Malaisie, par exemple) ou des problèmes de pollution des eaux liés à l’emploi des pesticides, ou des engrais. De plus, les avantages des biocarburants liés à la diminution des rejets de gaz à effet de serre ont été récemment remis en cause puisqu’il s’avère que le recours massif aux engrais azotés pour la culture des biocarburants entraîne une augmentation des émissions de N₂O, un important gaz à effet de serre (cf. partie 1.2.2.) [Crutzen et al. (2008)].

Pour surmonter ces problèmes, les biocarburants de seconde génération sont produits à partir de végétaux non-comestibles (résidus agricoles et forestiers ou végétal à croissance rapide telles que le miscanthus giganteus, par exemple) et devraient permettre de limiter la concurrence avec les cultures alimentaires. De même, les bilans énergétiques et environnementaux devraient être meilleurs que la première génération.

Avec presque 4 millions d’hectares cultivables, la Région Centre se présente comme la première région céréalière d’Europe. Elle se présente également comme l’une des premières régions productrice de colza diester de France.

2.3. Déchets urbains renouvelables

50% des déchets urbains sont considérés d’origine renouvelable. En s’appuyant sur cela, la valorisation énergétique des déchets urbains renouvelables représente, en France, 10%

de l’énergie produite à partir de la biomasse.

Les déchets sont valorisés thermiquement dans des centres d’incinération auxquels des normes antipollution drastiques sont imposées afin de limiter au maximum les rejets de polluants dans l’atmosphère.

2.4. Biogaz

Le biogaz est un mélange composé essentiellement de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2). Suivant sa provenance, il contient aussi des quantités variables d'eau, d'azote, d'oxygène, d’hydrogène sulfuré (H2S), des traces d’aromatiques, de composés organo-halogénés, etc (cf. Tableau I.2.).

Ce combustible est produit par un processus de fermentation anaérobie des matières organiques animales ou végétales sous l’action de certaines bactéries. Le processus est naturel et peut se dérouler dans des marécages ou encore dans les centres d'enfouissement des déchets municipaux. Ce phénomène peut également être provoqué artificiellement dans des enceintes appelées « digesteurs » où l'on introduit à la fois les déchets organiques solides ou liquides et les cultures bactériennes. Cette technique de méthanisation volontaire peut s'appliquer :

- aux ordures ménagères brutes ou à leur fraction fermentescible ;

- aux boues de stations d'épuration des eaux usées urbaines ou industrielles ;

- aux déchets organiques industriels (industrie agro-alimentaire, cuirs et peaux, chimie, parachimie, par exemple) ;

- aux déchets de l'agriculture et de l'élevage (lisier, fumier, par exemple).

Le Tableau I.2. présente les compositions de biogaz formés selon différents procédés :

Tableau I.2. Proportions des espèces chimiques présentes dans des biogaz issus de différentes sources de production [Rasi et al. (2007)]

Les importantes quantités de méthane présentes dans la composition du biogaz lui confèrent une composition proche de celle du gaz naturel et, par conséquent, il peut être envisagé de le substituer, dans certaines conditions, au gaz naturel.

Selon les applications, il convient de purifier le biogaz de manière plus ou moins prononcée. En France, lorsque le biogaz est produit au sein d’une unité agricole, il est généralement brûlé à même le site au sein d’un module de cogénération afin de produire du chauffage pour l’installation et l’habitation (voire les habitations voisines), et pour la production d’électricité, vendue au réseau EDF. Dans ce cas, l’épuration du biogaz consiste généralement à éliminer la vapeur d’eau, l’hydrogène sulfuré voire d’éventuelles traces de siloxanes et/ou de composés halogénés avant de l’utiliser pour alimenter le cogénérateur.

Lorsque le biogaz est employé au sein d’une station d’épuration où la quantité de déchets traités peut devenir très importante, celui-ci peut être valorisé au moyen d’un cogénérateur pour la production de chaleur et d’électricité et peut être également employé comme carburant automobile, tel que dans la station d’épuration de Marquette-lez-Lille (59).

Dans ce cas, le traitement du biogaz est plus important puisqu’il est nécessaire d’éliminer non seulement les gaz traces tels que la vapeur d’eau, l’hydrogène sulfuré et les composés halogénés mais également le dioxyde de carbone, afin d’enrichir la concentration en méthane.

L’épuration est nécessaire pour produire un gaz similaire au gaz naturel. Par ailleurs, à condition de disposer d’un gaz suffisamment pur, il est également possible d’intégrer le biogaz au sein du réseau Gaz de France.

En définitive, lorsque le gaz est valorisé, il se présente sous la forme d’un mélange CH4/CO2 ou bien sous la forme d’un gaz très riche en CH4.

En région Centre, le biogaz est globalement assez peu développé. En effet, l’investissement nécessaire pour la mise en place d’une installation de méthanisation est relativement lourd, notamment pour une installation agricole. C’est pourquoi le Conseil régional du Centre et l’ADEME ont mis en place un appel à projet « méthanisation » en mai 2009 afin d’accompagner la réalisation des projets les plus matures. Récemment, une unité de méthanisation a été mise en place dans la commune de Saint Germain des Prés dans le département du Loiret.