Créé le : 03/08/2009
ESSOR DES BIOCARBURANTS GRACE A L'EVOLUTION DU CADRE REGLEMENTAIRE Leur essor est probable car ils limitent la production de gaz à effet de serre et réduisent la dépendance énergétique. Mais l'obligation de jachère imposée par la PAC en 1992 les a bridés. La nouvelle PAC réduit la jachère de 10% à 5% et permet une culture énergétique hors jachère, avec une aide de 45 euros/ha (blé, colza, biomasse), sauf pour la betterave. La directive du 8/5/2003 fixe des objectifs nationaux indicatifs d'incorporation des biocarburants dans les gazoles et essences. La France doit atteindre 5,75% en 2010. Objectif des biocarburants dans la filière gazole pour la France Milliers de tonnes 2002 2010 Gazole 29 700 (99%) 37 600 (94,25%) Diester 310 (1%) 2 162 (5,75%) Surfaces dédiées au diester en colza 300 000 ha 1 481 000 ha Objectif des biocarburants dans la filière essence pour la France Milliers de tonnes 2002 2010 Essence 13 100 (99,3%) 12 300 (94,25%) Ethanol 92 (0,7%) 707 (5,75%) Surfaces dédiées à l'éthanol En betterave 12 000 ha 44 700 ha En blé 13 000 ha 241 700 ha La directive du 27 octobre 2003 autorise que chaque Etat fixe des exonérations fiscales pour les biocarburants. En France, la loi de finances rectificative pour 2003 réduit la TIPP (Taxe d'Importation des Produits Pétroliers) pour le diester de 33 euros/hl en 2003 et de 35 euros/hl en 2004, pour l'ETBE (étanol-isobutylène) de 38 euros/hl et pour l'éthanol seul (ce qui est nouveau) de 37 euros/hl. Il reste à faire évoluer les volumes d'agréments fixés par les autorités françaises, encore limités aux surfaces actuelles, ce que pourrait faire la prochaine loi d'orientation sur les énergies [1]. LE GIS AGRICE (AGRICULTURE POUR LA CHIMIE ET L'ENERGIE) En France, le Groupement d'Intérêt Scientifique AGRICE, créé par les pouvoirs publics, l'ADEME et des partenaires industriels, agricoles et de la recherche, soutient financièrement la recherche sur l'utilisation des matières premières végétales dans l'énergie, la chimie et les matériaux (http://www.ademe.fr/partenaires/agrice/htdocs/present01.htm). L'évolution des nouvelles valorisations des agroressources :se présente comme suit [2] : Situation 1998 Perspectives 2011 Tonnage (t) Surfaces (ha) Tonnage (t) Surfaces (ha) Biocarburants 435 000 255 000 500 000 à 1 000 000 300 000 à 600 000 Lubrifiants 10 000 8 000 110 000 83 000 Solvants intermédiaires : Oléagineux Céréales, Betteraves 300 000 85 000 50 000 450 000 40 000 115 000 Tensio-actifs : Oléagineux (partie lipophile) Autres (partie hydrophile) 75 000 25 000 55 000 5 000 Matériaux, fibre Amidon industriel Polymères, matériau Pharmacie, plantes à parfum Biocombustibles 58 000 240 000 29 000 1 000 58 000 300 000 10 000 37 000 40 000 676 000 1 340 000 à 1 640 000 EVOLUTION DES CARBURANTS. QUEL ROLE POUR LES BIOCARBURANTS Des éléments importants de réflexion ont été fournis lors de la demi-journée d'information « Moteurs et carburants du futur » du BCMA , par MM. Girard (Total) et Vermeersch (Sofiproteol). Les annonces alarmantes sur la fin des réserves de pétrole ne sont pas à prendre au premier degré. Il n'y a pas d'inquiétude d'un décalage entre offre et demande avant 2020. L'information déterminante est que 68% des véhicules neufs vendus en France sont des diesels, et environ 40% en Europe. Leur percée en France depuis 30 ans est suivie dans toute l'Europe car le diesel produit moins de CO2 par km parcouru, et le problème des particules est résolu par les filtres à particules. Le parc diesel, incluant les véhicules anciens, atteint 40% et sera de 60% en 2010. On s'achemine vers une majorité de gazole, nommé familièrement le « blanc » pour les véhicules routiers (lourdement taxé), et le « rouge » pour le fioul domestique (autorisé pour les véhicules non routiers, de taxation modérée). Le déclin des véhicules à essence va s'accélérer. Les biocarburants sont déjà intégrés par les pétroliers en proportion de 1% (sauf pour des flottes captives d'autobus ou de compagnies privées, où cela atteint 30%). La charte mondiale des carburants et les conditions techniques de l'ACEA (Association des Constructeurs Européens d'Automobiles) imposées par les grands utilisateurs (tous les constructeurs d'automobiles et motoristes), exigent que ce soient les compagnies pétrolières qui continuent à assurer la confection des carburants, en raison de leur expérience en mélanges, logistique d'approvisionnement et sécurité. Ils sont seuls capables de fournir un carburant homogène compatible avec les exigences d'anti-pollution, sans risque de boucher les composants à 2000 bars et 100 °C (encrassage, polymérisation). Ce n'est pas une demande des pétroliers, mais des utilisateurs. Le biocarburant est intéressant par son bilan CO2 de 1 pour 1 (le CO2 rejeté est réutilisé par la biosphère). Le problème est l'adéquation des propriétés aux technologies nécessitées par les exigences antipollution : pas de mélange hétérogène, pas de point de figeage trop bas (les critères sont assez nombreux). Localement, il pourra y avoir des moteurs spécifiques pour brûler ce qui est disponible sur place (huile de palme, de noix de coco, suif, lard, déchets de vache folle si l'on pense à l'Angleterre), mais il n'est possible, pour une stratégie mondiale, de développer que quelques carburants. Ils doivent rester compatibles avec les vieux véhicules et permettre une fourniture mondiale et de bas prix. Il est prévu que les biocarburants atteignent 5,75% des carburants en 2010. A plus long terme, pour aller plus loin (25% comme le Brésil ?), cela nécessite de mettre au point une filière capable d'incorporer en entrée n'importe quelle biomasse, et de sortir du gazole, du kérosène (pour les avions) et du naphta (solvant). Une chose est certaine : les pétroliers ne se lanceront pas dans la production agricole de biocarburants et se contenteront de les acheter à la filière agricole. La France bénéficie d'un avantage. C'est le premier pays à avoir développé la technologie du diester (usine de Compiègne en 1992, puis Grand-Couronne, à proximité des pétroliers, Boussens, Verdun, bientôt Sète). Mais la défiscalisation plus avantageuse en Allemagne draine les graines de l'Est et la production de Verdun. L'Allemagne assure 50% de la production européenne 2003, la France 25% et l'Italie 19%. La France atteint une capacité de production de 387000 tonnes avec un objectif de 650000 tonnes en 2007. Cela ne fera encore que 2% du gazole alors que l'objectif est de 5,75% en 2010. C'est la restriction de la surface agricole autorisée par l'Etat qui bloque le lancement de nouvelles usines [6]. PROGRES DU BIODIESEL Les cas d'applications ci-après proviennent d'exemples de différents pays. JAPON . HUILES ALIMENTAIRES USEES Le fournisseur d'engins de construction Komatsu Mie a développé une machine qui transforme 100 litres d'huile en 80 à 95 l de carburant pour véhicules, engins de construction et groupes électrogènes. Il contient en outre moins de soufre. L'appareil convertit 1200 litres d'huiles alimentaires usées par jour. Les cibles sont les municipalités, les entreprises de traitement des déchets et les hôtels [12]. USA Les Etats-Unis comptent 21 stations-service distribuant ce carburant et le Sénat envisage de le favoriser. Le National Biodiesel Board estime à 120 millions de litres sa production 2002. Il est déjà utilisé par la poste, l'armée et de nombreux transports urbains. Spécialiste du traitement du soja, Archer Daniels Midland a lancé un projet de raffinerie de biodiesel dans le Minnesota. D'autres plantes (colza, sésame) sont possibles. Le National Renewable Energy Laboratory de Golden (Colorado) propose aussi la récupération de graisses de restaurants. Il reste à trouver un débouché au produit secondaire du raffinage du biodiesel, la glycérine [5]. Smithfield Foods, le grand producteur américain de viande porcine, dispose dans l'Utah d'une installation pour traiter les déjections de 500 000 porcs, dont la production a commencé fin 2003. Cette matière servira à la production de biométhanol qui, raffiné dans d'autres installations, sera utilisé pour obtenir du biodiesel. L'utilisation de déjections animales reste encore rare [8]. ARGENTINE ET CHILI Le coût d'importation du pétrole met le biodiesel au centre des intérêts en Argentine. Le Ministre de la production de La Pampa a publié un avant-projet de loi pour la production de biodiesel dans la province. Au Chili, la Faculté d'ingénierie agricole de l'Université de Concepcion travaille sur des projets d'usines à biodiesel et étudie tous les aspects de production de ce biocombustible prometteur pour le secteur agricole [9]. ALLEMAGNE. GAZOLE DE RESIDU DE BOIS La division Recherche et Technologie de DaimlerChrysler AG et Choren ont mis au point un carburant diesel synthétique à base de résidus de bois, le biotrol, dans le cadre d'un projet soutenu par le BMWA (ministère fédéral de l'économie et du travail). Une station-service approvisionne les véhicules à l'essai. Les travaux ont montré que le biotrol peut être utilisé seul ou en mélange et que son utilisation réduit les émissions de CO2. Actuellement, le coût de fabrication d'un litre de biotrol est de 0,70 euro soit 2 à 3 fois plus élevé qu'un carburant classique. L'amélioration de sa fabrication et l'optimisation de sa distribution permettront de réduire les coûts [10]. BELGIQUE. PRODUCTION DE BIODIESEL A PARTIR DE METHANOL SUPERCRITIQUE La production du biodiesel à partir d'huiles végétales et de méthanol est un processus lent avec des effets secondaires. Le centre technologique flamand VITO (http://www.vito.be) a montré que l'utilisation du méthanol supercritique simplifie le procédé, implique peu d'étapes, aucun catalyseur, est plus rapide et plus écologique. FRANCE. CLUB DES VILLES DIESTER Le diester, dénomination courante des esters méthyliques d'huiles végétales (EMHV) est poussé par le club « Partenaires Diester » . On constate un gain énergétique de l'ordre de 3,3 à 3,45 fois plus d'énergie restituée disponible comparé au gazole, et 70 à 78% de gain sur l'effet de serre. En 2002, l'incorporation de diester au gazole a permis un gain de près de 800 000 t d'équivalent CO2 en France [13]. FRANCE. VALORISATION DES HUILES ALIMENTAIRES USAGEES Les huiles alimentaires usagées (230 000 tonnes/an en France) sont principalement produites dans la restauration collective. On cherche à les valoriser en combustible pour chaudières ou en biocarburants, notamment par la filière biodiesel. Le recyclage des huiles alimentaires usées ainsi que les huiles et alcools produits par l'agriculture (betteraves, cannes à sucre, amidon) et la biomasse (pailles de céréales, maïs, résidus de bois, voire de stations d'épuration) sont des ressources que l'IFP étudie pour la filière biocarburants pour les moteurs à essence (via l'éthanol et l'ETBE), la filière biodiesel (esters éthyliques et méthyliques d'huiles végétales de colza, tournesol, soja) et la filières des carburants de synthèse (BTL étudié en partenariat avec le CEA) [14]. La société de restauration rapide Macdonald's confie ses huiles alimentaires usagées à Novaol, qui produit et commercialise du biodiesel. Ecogras et Sud-Récupération assurent la collecte et le prétraitement. Après réchauffage, dégrillage, filtration, décantation et estérification on obtient du biodiesel [7]. BIODIESEL ET ANTI-USURE La réduction d'usure d'un moteur diesel à compression alimenté par un mélange de méthanol et d'huile de graine de lin obtenu par transesterification (methylester d'huile de linette), un carburant compatible avec les caractéristiques faible émission, est de 30% comparée à un diesel classique. Ce chiffre est démontré par l'analyse par ferrographie des débris et particules d'usure contenues, par l'analyse par spectroscopie d'absorption atomique et par microscopie électronique à balayage, et confirmé par divers essais de frottement longue durée [3]. L'institut de recherche sur l'énergie et l'environnement de l'université de Rostock (Allemagne) a montré que l'ajout de diesel biologique est une alternative à l'utilisation d'additifs synthétiques pour améliorer le pouvoir lubrifiant du diesel appauvri en soufre [4]. THAÏLANDE. L'HUILE DE PALME RAFFINEE UTILISEE COMME CARBURANT REDUIT L'USURE DES MOTEURS Essais, au King Mongkut's Institute of Technology (Bangkok, Thaïlande), de gros moteurs diesels avec un carburant diesel mélangé de 50% d'huile de palme ou un carburant végétal à 100% . Les analyses d'huiles usées (notamment concentration en cuivre et aluminium) montrent l'intérêt de l'huile de palme eu égard à l'usure qui est considérée comme normale [11]. EMULSIONS EAU - GAZOLE Encore en expérimentation, son coût reste supérieur aux carburants classiques. En Italie, une aide fiscale permet son développement dans les transports publics. 8000 autobus l'utilisent en Italie (750 en France, 450 en Grande-Bretagne). On trouve le carburant Gecam breveté par Cam Tecnologie, le Qwhite (Kuwait Petrolium Italia) utilisant la technologie Purinox du groupe Lubrizol Corp et l'Aquadiesel produit par la société Deutra dans la raffinerie Iplom de Gênes (Source : Il Sole 24 Ore, 02/06/2003). En France, l'Aquazole de TotalFinaElf (émulsion de 10% d'eau dans le gazole), en service sur 250 bus, réduit bien les NOx, mais est inefficace côté CO, imbrûlés et particules. Cela empire même pour les véhicules anciens. L'émulsification de fioul et d'eau est proposée par SIT sur les moteurs diesels marins. SIT commercialise un procédé basé sur l'homogénéisation des caractéristiques du fioul et sur l'émulsification de fioul et d'eau. Le principe consiste à réaliser une structure homogène de fioul en gouttelettes de dimensions inférieures à 3 microns. Cette action s'effectue en 2 temps : d'abord par une centrifugation du fioul, puis par passage dans des champs ultrasonores. Les effets obtenus sont une combustion stable avec moins d'émission des suies, taches noires de suie, particules de NOx, une réduction de l'agglomération d'asphaltées pendant le transfert aux moteurs et groupes électrogènes, un allongement des intervalles de chasses dans les filtres, nettoyage plus facile, stabilité accrue, une amélioration de la filtration et une viscosité équilibrée. L'ajout d'un émulsificateur qui mélange une partie d'eau au fioul réduit encore les NOx et améliore la qualité de combustion, sans augmenter la consommation de fioul. Le système est utilisable sur navires existants ou neufs. Il a été en phase de test de 1995 à 2001 sur 262 navires. Tous les cas analysés ont satisfait aux jugements des laboratoires de certification Det Norske Veritas, Maritex, Marpol (SIT Sud Europe, Marseille). Sur un moteur diesel pour la production d'électricité, le britannique Imogy (filiale du groupe allemand RWE) vise un rendement de 60% contre 45% environ pour les moteurs actuels, en effectuant compression et combustion dans deux cylindres différents, avec un refroidissement par injection de gouttelettes d'eau à partir de 360 buses réparties dans la partie haute du cylindre (Usine nouvelle, Nr.2875, 12 juin 2003, P.42). GAZOLE SANS SOUFRE Le groupe Agip qui a mis au point Bludiesel, un gazole sans soufre qui anticipe les normes européennes (moins de 10 ppm). (Il Sole 24 Ore, 02/06/2003). DIESEL SYNTHETIQUE (GTL ET AUTRES) Des travaux sont menés par Shell sur le procédé Fisher-Tropsch de synthèse de gaz naturel par voie gaz-liquide (GTL). Une production de gaz de synthèse à partir de copeaux de bois et gazéification d'ordures ménagères broyées est réalisée par Choren Industries. Le nouveau biocarburant Sundiesel de Daimler-Chrysler et Choren, est obtenu par synthèse Fisher-Tropsch et liquéfaction de la biomasse (BTL). En 2003 l'Allemagne commencera à produire 15 000 tonnes de ce carburant pour son parc de locomotives diesel, elle estime possible à terme une production annuelle de plus de 80 millions de tonnes [15]. BIOGAZ DE TRANSPORT En Suède, le méthane produit par recyclage de fumier et déchets agricoles, liquéfiés puis compressés, est utilisé comme carburant automobile depuis plusieurs années. Le gouvernement encourage son utilisation en maintenant le prix du diesel et de l'essence 30 à 40% au-dessus de celui du biogaz et du gaz naturel. Les véhicules au biogaz émettent moins de dioxyde de carbone et le recyclage du fumier limite la pollution du sol, de l'eau et de l'air. L'organisation CalStart et le groupe suédois Business Region Goteborg proposent de fournir aux Californiens du biogaz pour voitures. La Californie possède déjà quelques unités de production d'électricité. La viabilité financière du système suédois est en cours d'analyse, avec un système de gazoducs. Un marché pourrait s'ouvrir aux éleveurs des 2 millions de vaches qui produisent chacune 55 kg de fumier par jour [16]. MOTEUR A GAZ DE BRASSERIE Tokyo Gas a conçu, pour la brasserie Kirin Brewery de Yokohama, un moteur utilisant le méthane généré par le brassage de la bière. Afin de lisser son fonctionnement, du gaz de ville complémentaire est injecté quand c'est nécessaire [20]. GAZ NATUREL, GNV, GNC Isuzu Motor et Canaca's Westport Innovations (Canada) ont développé un camion équipé d'un moteur diesel à injection directe qui utilise du gaz naturel. Il offre la même puissance et la même vitesse qu'un camion diesel conventionnel [17]. Sur les autobus français, on assiste à un boom du GNV. Plus de 500 bus GNV sillonnent les villes françaises. Ils sont champions de la réduction de CO, d'imbrûlés, de particules et des enquêtes de satisfaction. Nippon Ecology Work System a conçu un moteur diesel acceptant du gaz naturel comprimé (GNC), ce qui lui permet d'allier la puissance du premier à la pollution réduite du second. Il utilise 80% de GNC, injecté dans les cylindres du moteur diesel pour y être brûlé, et 20% de fioul pour l'allumage, ce qui supprime l'utilisation de bougies. Le moteur a donc une durée de vie plus élevée que les moteurs à GNC traditionnels. Il produit 20-25% de moins d'oxyde d'azote et 60-70% de moins de particules que les moteurs diesel, avec le même rendement. Le moteur a déjà passé les premiers stades de développement et de tests. Le système est destiné à des camions de 8-10 tonnes Caterpillar, revendus après installation par Nippon Ecology Work, qui espère un marché annuel de 500 véhicules [18]. Au Japon, Cosmo Oil, Inpex et Idemitsu Kosan prévoient de commercialiser un carburant pour moteur diesel fabriqué à partir de gaz naturel et de catalyseurs, qui produit très peu de monoxyde d'azote. Cosmo Oil a collaboré avec Japan Petroleum Exploration, Japan National Oil et Petramina (Indonésie). Une usine est prévue en 2004 en Indonésie pour produire 15000 barils par jour. Inpex quant a lui a acheté 50% des droits d'un champ d'exploitation de gaz naturel sur les côtes australiennes, et espère produire en 2006. Idemitsu Kosan développe la production d'oxyde de méthylène à partir de gaz naturel, en partenariat avec NKK et Marubeni, pour produire 20000 barils de ce carburant par jour en Australie en 2006 [19]. FILIERE ESSENCE : ETHANOL Dans le secteur agricole, des installations de production d'éthanol commencent à être proposées. Ainsi, à Agromek 2004, Green Farm Energy a exposé une installation en produisant, notamment à partir des effluents d'élevage [21]. Les carburants contenant de l'éthanol connaissent un succès grandissant auprès des automobilistes des Etats américains producteurs de maïs. Au Nebraska, troisième Etat américain producteur d'éthanol, 38% des stations services disposent du mélange. Toutes les stations services devraient l'offrir d'ici cinq ans. La situation de ce carburant est d'autant plus enviable que son principal concurrent, le MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether) a été interdit à la vente à la suite de la pollution d'une nappe phréatique [22]. TRAVAUX POUR CONTINUER A FOURNIR DU PETROLE L'échéance de l'ère du pétrole facile commence à se profiler. Les centres de recherche comme l'IFP, Institut Français du Pétrole, poursuivent des recherches pour continuer à fournir de façon économique du pétrole de plus en plus difficile à trouver et à extraire : Le taux de succès en exploration est passé en 20 ans d'un puits productif sur 10, à 1 sur 5. Un objectif d'1 sur 3 paraît accessible à moyen terme. Le taux de récupération des gisements de pétrole, 20 % en 1970, atteint 30 à 35 % aujourd'hui. L'objectif est de 50, voire 60 % en 2020-2030. Chaque point gagné assure 3 ans de consommation mondiale. Les techniques sont développées pour accéder aux pétroles « frontière » : offshore ultra-profond, pétroles extra-lourds, sables asphaltiques. Le piégeage de CO2 permettra de produire de l'électricité de façon décentralisée, sur un gisement de pétrole ou de gaz, avec réinjection du CO2 dégagé. Références [1] Biocarburants : portés par le nouveau cadre réglementaire. Matériel agricole, N°82, mars 2004, p.60 [2] L'évolution des nouvelles valorisations des agroressources :se présente comme suit (rapport P. Desmarescaux : « Situation et perspectives de développement des productions agricoles à usage non alimentaire », décembre 1998). [3] Réduction de l'usure d'un moteur à carburation biodiesel. Transactions of the ASME, Vol.125, Nr.3, Juillet 2003, P.820-826, « Wear assessment in a biodiesel fueled compression ignition engine ». [4] Handelsblatt, 04/10/01. Bulletin Electronique d'Allemagne, Service pour la Science et la Technologie de l'Ambassade de France a Berlin. [5] NYT 12/05/02 : Biodiesel : a fuel that starts low on the food chain. [6] Moteurs et carburants du futur. Demi-journée du BCMA, 30 juin 2004. [7] MacDonald's choisit la filière biodiesel pour valoriser ses huiles de friture usagées. Environnement & Technique, Nr.230, Octobre 2003, P.17. [8] Biodiesel à partir de déjections de porcs. Technologies internationales, Nr.94, Mai 2003, P.22. [9] Biodiesel en Argentine et au Chili. http://old.clarin.com/suplementos/rural/2003/02/01/r-01201.htm). [10] Du gazole de résidu de bois. Technologies internationales, Nr.98, Octobre 203, P.23 ; Die Welt, 01/07/03. [11] Effets de l'huile de palme raffinée utilisée comme carburant sur l'usure des moteurs diesel. Wear, Vol.254, Nr.12, Novembre 2003, P.1281-1288 (Effects of refined palm oil (RPO) fuel on wear of diesel engine components). [12] Gazole à partir d'huiles alimentaires usées. Nikkei Business Daily, 17 mai 2002. Bulletin Electronique du Japon, Ambassade de France au Japon. [13] Le diester à l'heure de la lutte contre les GES (Gaz à effet de serre). Pétrole et Gaz, Nr.1764, Mai-Juin 2003, P.70-71. [14] Valorisation des huiles alimentaires: combustibles et biocarburants. Environnement et technique, Nr.241, Nov. 2004, P.45-48. [15] Synthetischer Dieselkraftstoff als Weg in die Zukunft. MTZ Motortechnische International, Vol.65, Nr.4, Avril 2004, P.278-281 et http://www.all4engineers.com. [16] Tapping cow output to lower car output. Los Angeles Times, 18/10/2003. [17] Ambassade de France au Japon. The Nihon Keizai Shimbun Thursday morning edition, 18/09/2003. [18] Nikkei Business Daily, 15/08/2002. [19] Nihon Keizai Shimbun, 15 janvier 2002. Bulletin Electronique du Japon, Ambassade de France au Japon. [20] Moteur à gaz de brasserie. Technologies Internationales N°105, juin 2004, p.18. [21] Matériel agricole, N°82, mars 2004. [22] Washington Post 10/04/01, Bulletin Electronique des Etats-Unis, Ambassade de France a Washington.