comparaison d’intrants agricoles de cultures à vocation énergétique

Intrants agricoles 1

Comparaison d’Intrants Agricolesde cultures à vocation énergétique

3 approches :Energétique

AgronomiqueEconomique

Master 2 : Production et transformations agro-industrielles

Alain ZANARDO 14 septembre 2006


4 structures d’accueilConstat – Proposition - Définitions

Approche Energétique 3 intrants : gazole - semence - irrigationBilan énergétique des cultures de maïs

Efficacité énergétique des cultures

Approche Agronomique Adéquation élevage – agriculture : notion d’UGB

Approche économique en mars 2006

Conclusions

Les points abordés :


4 structures d’accueil :

1 - IFHVP : L’Institut Français des Huiles Végétales Pures.http://institut.hvp.free.fr/.

2 - CIVAM AGRO BIO 47 : Centre d'Initiatives pour Valoriser l'Agriculture et le Milieu rural de promotion du développement durable de Lot et Garonne.

http://www.bio-aquitaine.com/content/view/80/99/

3 - Collectif : « Alternatives énergétiques en Lot & Garonne » groupement d’associations locales qui participe à la promotion des économies d’énergies.

http://collectifenr47.free.fr/indexENR47.htm

4 – Le Chaudron Magique : ferme pédagogique du Lot et Garonne ouverte toute l’année pour des animations éducatives.

http://www.chaudronmagique.fr/

http://institut.hvp.free.fr/








http://collectifenr47.free.fr/indexENR47.htm

http://www.chaudronmagique.fr/


Ces 4 structures d’accueil ont des intérêts complémentaires pour les idées, concepts et données développés dans ce mémoire.

Pour l’IFHVP, le principal souci est la normalisation de la filière courte de trituration à froid des oléagineux.

Pour le CIVAM agro bio 47, l’enjeu des cultures énergétiques est l’autonomie des exploitations. Les approches Planète et Hérody offrent aux agriculteurs une guidance nouvelle.

Pour le Collectif, la question est faut-il : « brûler » des céréales ou des oléagineux pour le chauffage domestique ?

Pour le Chaudron magique, prototype de ferme pédagogique, c’est l’exemple de l’intégration de tous ces concepts.


Un constat – une proposition

Pour la plupart des agriculteurs européens les cultures à vocation énergétique sont un concept nouveau.

Il est déjà anormal que se pérennisent des pratiques culturales justifiables à des fins alimentaires ; c’est encore plus vrai pour des finalités énergétiques.

La culture des bioénergies, doit aboutir à une agriculture où les intrants seront régulés selon le paramètre à optimiser :

l’ efficacité énergétique


Des définitions

Productivité à l’ha : masse produite (t/ha) ou sa traduction énergétique (MJ/ha).

Efficacité* énergétique (EE) d’un produit : rapport entre l’énergie contenue dans le produit et l’énergie dépensée pour le produire lors de sa culture et de sa transformation.

EE = MJ produits / MJ dépensés. * ou rendement énergétique

Valeur énergétique nette : différence entre l’énergie produite et l’énergie consommée pour être produite.


Le fichier Planète diagnostique l’exploitation agricole d’un point de vue énergétique et permet la comparaison entre les modes de cultures et entre exploitations.

Il est fortement dépendant des sources documentaires dont la caractérisation énergétique des intrants agricoles est hétérogène.

Un « Handbook » des intrants agricoles est indispensable pour les bilans énergétiques des productions et des filières de transformations.

Deux expressions de l’énergie sont à distinguer :1. Le PCI est l’énergie de combustion directe 2. L’énergie grise rassemble tous les postes : production - transports –

élimination ou/et recyclage – CO2 – DBO5 et autres pollutions ;

Approche énergétique


Intrant 1 des cultures : énergie grise du gazole

Sources Nom Densité MJ/L MJ/kg

Pimentel tableaux 1 & 6 Diesel 47,65

Pimentel tableau 8 Diesel 41,8

Ecobilan 2002 Gazole 42,8

IFHVP Gazole 0,845 36 42,6

Vaitilingom Gazole 0,83 36,36 43,8

Planète Fioul domestique 0,833 40,7 48,86

(a) industrie.gouv Fioul domestique 42

(b) industrie.gouv (1) Gazole 0,84 35,95 42,8

Valeurs retenues PCI Gazole 0,84 35,95 42,8

Valeurs proposées énergie grise Gazole 0,84 47,65 56,73

(1) Valeurs reprises par Mines (c) et Douanes (d) où densité = 0,82 à 0,845


Un grain est à la fois :1. Une production agricole,

2. Un aliment pour les animaux, entier ou transformé,

3. Une semence,

4. Un combustible direct,

5. Un carburant dérivé, HVP ou ester ou éthanol

Pour chaque aspect du même produit, sa quantification énergétique varie.

Intrant 2 des cultures : grain et semence


PCI ou énergie grise selon 3 sources de la semence et du grain

En MJ/kg Pimentel EBAMM Planète semence grain semence grain semence grain

Tournesol 33 13 7 26,13

Maïs 104 15 10 10* 1 16,21

Panic élevé 261 16,7 19,85 9,4 18,4

EBAMMsignifie Energy and Research Group on Biofuels Analysis Meta-Model http://rael.berkeley.edu/EBAMM/

* Calculé d’après les données du texte

http://rael.berkeley.edu/EBAMM/




Intrant 3 des cultures : l’irrigationSources Energie utilisée en irrigation

en MJ/ha pour 810 m3 d’eau/ha

En MJ/m3 d’eau

Pimentel 1 339 1,65EBAMM Today (moyenne) 49 0,06Planète : pompage gazole 6,5Planète : électricité mono 220 V 5Planète : électricité tri 380 V 6Planète : électricité industrielle 7Planète : eau du réseau urbain Eau potable 14

Sur la base gazole de Planète, l’impact énergétique de l’irrigation pour Pimentel est 4 fois inférieur et pour EBAMM 108 fois


Bilan énergétique des cultures de maïsIntrants maïs en GJ/ha

(a)

Production maïs en qx/ha

(b)

Production maïs

en GJ/ha(c)

Efficacité énergétique en MJ/MJ

(d)

Valeur énergétique

nette en GJ/ha (e)

PCI du maïs en

MJ/kg (f)

Pimentel 34 87 130 3,8 96 15,0

EBAMM 19 87 87 4,5 68 10,0

EBAMM 136 7 116 15,5*

Valbiom 29 88 3 59

Ecobilan 2005 9 91 140 15,5 131 15,5*

Ecobilan 2005 12 91 140 11,7 129 15,5*

Risoud 33 89 144 4,4 111 16,2

bio sans séchage 4 50 78 17,5 73 15,5*

bio avec séchage 8 50 78 9,5 69 15,5*

*Valeurs non indiquées par la source


Bilan énergétique de l’éthanol de maïs

maïs en

GJ/ha(c)

Efficacité maïs

MJ/MJ(d)

Valeur nette en GJ/ha

(e)

Total intrantséthanol GJ/ha

(f)

EfficacitéÉthanolMJ/MJ

(g)

hLÉthanolPar ha

(h)

PCIÉthanolMJ/L

hL Éthanol/ tonnemaïs

(i)

Pimentel 130 3,8 96 89 0,78 32,2 21,44 3,7

EBAMM 87 4,5 68 87 1,2 34,6 21(,2) 4,0

Valbiom 88 3 59 4,2

Ecobilan 05 140 15,5 131 41 1,89 36,0 21,3 4,0

Ecobilan 05 140 11,7 129 54 1,43 36,0 21,3 4,0

Valeurs non indiquées par la source

L’efficacité énergétique de la transformation du maïs en éthanol est le quotient de l’énergie produite, ici l’alcool, sur le total des intrants, colonne (f).


Efficacité énergétique des culturesen MJ produits par MJ utilisés

Sources - cultures Maïs Tournesol Soja Panic Colza Blé Lin fibre

Planète 4,38 5,7 4,92 6,85 10,2

EBAMM 3,8 14,8

Pimentel 3,84 0,76* 2,56 14,4

Ecobilan 2002 6 4,2 8,6

Ecobilan 2005 15,5

Ecobilan 2005 11,7

bio avec séchage 17,5

bio sans séchage 9,5

* Supérieur à 4 avec les rendements obtenus en France.







Conclusions



Approches agronomique et pédologique

Approche agronomique : Les analyses de sols conventionnelles sont là pour commander l’apport d’intrants chimiques en fonction des exportations par les cultures. Méthode des bilans.

Approche pédologique : La méthode Hérody considère que dans les sols pourvus de matière organique, peu d’apports sont indispensables et que les microorganismes rendent disponibles les éléments nutritifs du sol.


L’UGB est une unité employée pour pouvoir comparer ou agréger des effectifs d’animaux d’espèces ou de catégories différentes.

En 2005, la France comptait, 28 millions d’équivalent UGB … pour 18,4 millions d’ha soit 1,6 UGB par ha de SAU.

Notion d’Unité Gros Bétail : UGB

1,6 UGB fertilise un ha avec 100 kg d’azote organique, ce qui est suffisant sans apport d’azote de synthèse.


Une contrainte incontournable pour une agriculture pérenne :

L’agriculture intégrée

Les apports en NPK et S des rejets des animaux, élevés en France, couvriraient les besoins agronomiques de toutes les cultures du pays.

Ce sont plus de 20 GJ (3 GJ interne et 17 GJ de dépollution) par UGB et par an qui concernent la synergie élevage-culture soit plus de 500 litres d’équivalent gazole.

Ce chiffre est à comparer avec la capacité de production d’HVP d’un ha : 800 litres d’huile pour le tournesol et 1000 pour le colza.

Synergie élevage - culture







Conclusions



PCI : Pouvoir Calorifique Inférieur en MJ/kg brutÉquivalence économique en €/kg brut par rapport au fioul domestique

Cours actuels mars 2006

Tournesol ( 9% H2O) 26,3 0,34 - 0,21

Huile de tournesol 37,2 0,50 - 0,8

Tourteaux agricoles (15 % MG-6 % H2O) 20,3 0,34 - 0,17

Maïs ( 15 % H2O) 15,5 0,21 - 0,11

Plaquettes forestières (20% H2O) 12,6 0,17 - 0,07

Blé (9 % H2O) 15,7 0,21 - 0,10

Fioul domestique d = 0,84 42,8 0,6 €/L = 0,71 €/kg

La valorisation énergétique du maïs est le double de sa valorisation alimentaire

Celle du tournesol est 60 % supérieure


La valorisation énergétique de la biomasse, par combustion directe, au cours actuel de l’énergie, est supérieure à sa valorisation alimentaire.

C’est une solution économique aux problèmes des excédents structurels des productions agricoles et un gisement d’emplois ruraux non délocalisables.

Approche économique en mars 2006 :


Conclusion

La valorisation énergétique de la biomasse est une opportunité pour le monde agricole mais nécessite une gestion rationnelle des intrants. Le couple agriculture-élevage peut faciliter cette gestion.

La production d’énergie issue de la biomasse cultivée est envisageable économiquement via une combustion directe. La transformation agricole de cette biomasse cultivée ne peut se justifier que pour des carburants directement utilisables dans des moteurs adaptés. La production d’alcool ne se justifie que comme additif spécifique (carburant AZUR*).

*supercarburant ancien mélange de benzène et d’alcool


Apports personnels

Ce retour en formation à temps plein pendant 10 mois est une relance dans mon cursus professionnel. J’ai pu me consacrer totalement au sujet qui m’interpelle depuis longtemps :

le devenir du « monde rural ».

Cette mise à plat des connaissances sans contraintes professionnelles porte ses fruits.


En espérant avoir répondu à vos attentes !

Ce diaporama et les sources documentaires utilisées sont sur :

http://scienceenvironnement.free.fr/IA/IA.htm



Ce diaporama et les sources documentaires utilisées sont sur :




Les problématiques

Les intrants agricoles sont à la croisée des problématiques telles que :

1. la déprise du monde rural, selon le plan Mansholt de 1968 Les productions excédentaires, en France, correspondent à 5 millions d’ha.

2. les intrants énergétiques des cultures : la disponibilité de l’énergie fossile a généré des pratiques voraces en énergie ; il semble incongru de ne pas les remettre en cause.

3. les pollutions : absence d’études épidémiologiques mettant en évidence les liens pollution-santé.

4. la non préservation de la fertilité des sols, le taux d’humus est réduit d’un tiers sur la plupart des SAU labourées.


Approche sociétale : le Plan MANSHOLT

Le 21 décembre 1968, Sicco Mansholt, constate les limites de la politique des prix et des marchés. Il prédit en effet le déséquilibre de certains marchés si la Communauté Européenne ne soustrait pas au moins 5 millions d'hectares de terres arables à la production agricole. …L'objectif du plan est d'encourager près de cinq millions d'agriculteurs à quitter leur ferme, de favoriser une redistribution de terres ainsi rendues disponibles afin de permettre l'accroissement des parcelles familiales restantes. …Ce plan arrive à terme :

le nombre d’agriculteurs est de 980 000, le nombre d’exploitations entre 450 000 et 640 000 l’objectif est de 150 000 exploitations en France.

Aujourd’hui 80 % des productions sont le fait de 80 000 producteurs.


Approche politique : Blair House court toujours…

OMC : Un accord conclu entre les États-Unis et l’Union Européenne limite la surface européenne de cultures oléagineuses à 5,5 millions ha.

TRANSRURAL Initiatives • 14 FÉV 2006 •

La France importe 5,4 millions de tonnes de tourteaux pour l’alimentation animale chaque année. Cela correspond à 2,7 millions d’ha d’oléagineux pour la France, soit près de la moitié de la limitation « politique » pour l’Union Européenne.


Un constat

« Fin 2005, 11.402 exploitations agricoles sont engagées dans le mode de production biologique, soit une augmentation de 3 % par

rapport à 2004. » http://www.pleinchamp.com/article/detail.aspx?id=23506&page=1&local=false&pub_id=2&menu_id=2

Ces 11 402 exploitations sont des exemples de non emploi d’intrants chimiques pour les 450 000 autres soit une sur 40.

L’important c’est le taux de croissance du nombre d’exploitations biologiques, alors que le nombre global d’exploitations diminue en

France, de 25 000 par an soit moins 5 % par an.

http://www.pleinchamp.com/article/detail.aspx?id=23506&page=1&local=false&pub_id=2&menu_id=2


Deux calculs

Le plan Mansholt prévoit 150 000 exploitations en France. Il faudra 21 ans pour réduire les 450

000 exploitations actuelles au taux de moins 5 % l’an.

Le nombre d’exploitations en agriculture biologique sera de 20 593 dans 21 ans. Soit prés de

17 %.



Approche Energétique 5 intrants : gazole - semence - irrigation - TCS - BRF

Bilan énergétique des cultures de maïs Efficacité énergétique des cultures



Conclusions



Intrant 4 : les Techniques Culturales Simplifiées : TCS

Le non labour avec semis direct diminue les consommations directes en gazole pour les façons culturales. Le temps de travail est également réduit.

Les pertes de rendement sont négligeables pour la rotation maïs-blé. Elles sont de 6,5 % pour le maïs en monoculture d’après http://www.arvalisinstitutduvegetal.fr/fr/com_detail.asp?id=216

Pourquoi les TCS, connues et pratiquées par certains agriculteurs, sont-elles encore si peu mises en œuvre ?

http://www.arvalisinstitutduvegetal.fr/fr/com_detail.asp?id=216


Intrant 5 : apport au sol, fumure et amendement.Cas particulier du Bois Raméal Fragmenté (BRF)

Epandage du BRF sur les

Causses du Quercy

Le Bois Raméal Fragmenté apporte :

1. un support de culture, type litière2. un engrais retard,3. un générateur d’humus, 4. une protection physique des sols,

effet « mulch »,5. une réserve d’humidité, 6. un support pour microorganismes, 7. un vecteur de transfert de fertilité

des zones non ensemencées vers les cultures,

8. un désherbant physico chimique,…


Bilan énergétique des cultures de maïs

Intrants maïs en MJ/ha

(a)

Production maïs en kg/ha

(b)

Production maïs

en MJ/ha(c)

Total des intrants

pour l’éthanol MJ/ha (d)

Litre éthanol/t maïs 15 %d’humidité

(e)

PCI du maïs 15 % d’humidité en MJ/kg

(f)

Pimentel 33 921 8 655 130 240 54 808 372 15,0EBAMM 19 361 8 746 52 476 400 10,0 Valbiom 29 299 87 896Belgique 418

Ecobilan 2005 8 950 9 055 49 631 40 681 398Ecobilan 2005 11 806 9 055 65 468 53 662 398Risoud 32 940 8 900 16,2Damien en bio 8 121 5 000 77 500 15,5

Selon le chapitre VI - Comparaisons des publications pour le maïs à éthanol


Bilan énergétique des cultures de tournesol

Intrants en MJ/ha

(a)

Production en kg/ha

(b)

Production en MJ/ha

(c)

Total des intrants

pour l’ester en

MJ/ha (d)

Total des intrants

pour l’HVP enMJ/ha

(e)

PCI du tournesolà 91 % MS en MJ/kg

(f)

Pimentel 25 577 1 500 19 437 31 348 13Pimentel modifié 13 375 2 400 62 712 50 157 26Henri en bio 2 000 52 000 26Damien en bio 2 000 52 000 26Gaec de Penne 2 400 52 000 26

Valeurs non indiquées par la source


Comparaison des combustibles ester, HVP et gasoil, de l’éthanol carburant et de l’essence

Carburant ou combustible

Efficacité énergétique

Investissement minimum par

unité de production en €

Emissions de gaz à effet de serre : en

gramme équivalent CO2

Distances de transport des

matières pondéreuses en km

HVP 3,5 20 000 468 13 % 30

Esters d’huiles 3 10 000 000 671 19 % 300

Gaszole 0,92 100 000 000 3454 100% 3 000

Alcool 1,2 1 000 000 527 15 % 300

Essence 0,87 100 000 000 3635 100% 3 000

L’HVP est le meilleur des biocarburants liquides disponibles aujourd’hui selon les 4 critères rassemblés dans le tableau ci-dessus


La valorisation énergétique directe des productions végétales est une solution pour créer les débouchés transitoires,dans l’attente d’une ouverture du marché des carburants aux huiles agricoles pures.

A terme, les plaquettes bois compléteront, les grains amylacées et les tourteaux combustibles, en remplacement des oléagineux !

Le marché de la combustion directe est aussi important que celui des carburants et ne souffre pas de la problématique TIPP.

Valorisation par combustion : chaudière polycombustibles


Le maillon faible de la filière HVP carburant c’est le tourteau (Accords de Blair House) !

Prix de vente pratiqué : de 0,09 à 0,15 €/kgValorisation en alimentation animale : 0,17 €/kgValorisation énergétique des tourteaux : 0,34 €/kg

Il faut donc jouxter chaque unité de trituration de chaudières polycombustibles capables d’utiliser les tourteaux et une dizaine de graines qui génèrent actuellement un équivalent gazole à 0,22 €/L alors que le fioul domestique est à 0,6 €/L !

Approche économique en mars 2006 :

comparaison d’intrants agricoles de cultures à vocation énergétique

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