la biomasse

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Cahier spécial réalisé avec le soutien de la direction scientifique de TOTAL

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  • cher

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    Cahier spcialralis avec le soutien

    de la direction scientifique de

    TechnOLOgieLa biomasse, une nergie en plein essor

    cOnOMieLa biomasse, un gisement dor vert

    sOciT Les bionergies doivent confirmer leur potentiel durable , interviews de Caroline Rantien, charge dtudes lADEME, et de Benot Gabrielle, chercheur lINRA.

    2. La biomasse

    Tous les deux mois, ce cahier La Recherche vous permet de comprendre les dfis technologiques, conomiques et environnementaux des nergies.

    Trs productive, riche en lignocellulose,

    peu exigeante en intrants et surtout non valorisable

    pour lalimentation, le miscanthus, une

    gramine vivace originaire dAsie, intresse

    de prs les scientifiques en qute de nouvelles

    ressources de biomasse pour fabriquer

    des biocarburants avancs.

  • LA BIOMASSE TECHNOLOGIE

    86 La Recherche | JUILLET 2011 n 454

    Le Centre de stockage de Claye-Souilly valorise actuellement le biogaz issu des dchets non dangereux pour produire une quantit dlectricit quivalente la consommation lectrique hors chauffage dune ville de 228 000 habitants, ainsi que du biomthane carburant.

    Pendant longtemps, la bio-masse, qui dsigne len-semble de la matire orga-nique dorigine vgtale et animale, fut la source dnergie la plus exploite

    par lhomme. Son utilisation remonte la matrise du feu, il y a environ 450 000 ans. Puis vint la rvolution industrielle au xixe sicle. Lnergie du bois fut alors remplace par les nergies fossiles : le charbon et sur-tout les hydrocarbures. Cependant, la biomasse connat aujourdhui un renouveau. La lutte contre le rchauf-fement climatique a en effet permis de redcouvrir les bienfaits de cette res-source. Lnergie tire de la biomasse est notamment considre comme re-nouvelable. De plus, son bilan car bone est thoriquement favorable vis--vis de leffet de serre, puisque le gaz car-bonique mis dans latmosphre nest autre que celui absorb auparavant par

    la plante lors de sa croissance. Autre intrt : sa diffusion pourrait permettre de rduire les problmes de dpen-dance nergtique. Il faut cependant tenir compte de lnergie ncessaire lagriculture, aux transports et la transformation de la biomasse.

    Comment produit-on de lnergie partir de la biomasse ? Les rponses sont nombreuses tant la ressource et les procds de transformation sont varis. La combustion du bois reste la voie la plus importante , explique Olivier Bertrand, chef du dpartement Bionergies du Syndicat des nergies renouvelables en France. Les applica-tions vont du simple feu de bois domes-tique aux chaudires industrielles. Les rendements nergtiques des meil-leures technologies de chaudire ont fait de grands progrs ces dernires annes, atteignant 90 % en utilisant des granuls : un combustible bois haut pouvoir calorifique et faible taux

    dhumidit. Linnovation rside aussi dans la capacit des installations brler diffrents types de biomasse : bois, sciures et autres copeaux. Il sagit galement de limiter au maximum les rejets des missions polluantes , indique Christian Hamon, directeur de lIns-titut de recherche sur les matriaux avancs (Irma). Ce centre a dvelopp un catalyseur spcifique en forme de nid-dabeilles permettant de rduire la teneur des fumes en monoxyde de carbone (CO), en composs orga-niques volatils (COV) et en mthane.

    Le principe de cognrationMais la combustion du bois ne peut se rsumer la seule production de cha-leur. Elle fournit aussi de llectricit. Dans les faits, on combine mme les deux : cest le principe de la cogn-ration, une option particulirement retenue dans les Pays scandinaves, en Allemagne et en Autriche. Dans ce cas, la chaleur dgage sert chauffer de leau. Celle-ci se transforme alors en vapeur, dont une partie sera utilise pour alimenter des rseaux de chauf-fage urbains. Lautre partie est envoye sous pression vers des turbines qui font fonctionner un alternateur, produisant son tour un courant lectrique. La cognration offre lavantage de pro-duire une lectricit non intermittente, la diffrence de lolien par exemple , souligne Jos Carlos Valle Marcos, chef de projet Biomasse EDF. Reste quelle ncessite un fort besoin de chaleur dans la ville ou les usines proches du lieu de production dnergie, sinon le procd perd tout intrt.

    Dautres alternatives se dvelop-pent, limage de la pyrolyse, une d-composition thermique de la biomasse qui donne du charbon, une huile et des gaz. Toutefois, les chercheurs se fo ca-lisent sur la gazification. Ce procd consiste chauffer la biomasse dans une atmosphre en dfaut dair. Les l ments carbons ragissent avec la vapeur deau et le dioxyde de carbo ne (CO2), on obtient alors un gaz com bus-tible compos de monoxyde de car-bone (CO) et dhydrogne (H2), appel gaz de synthse. Lintrt rside dans lobtention dun combustible gazeux

    La biomasse, une nergie en plein essorPrincipalement issue des forts et de lagriculture, la biomasse est aujourdhui considre comme une source dnergie alternative et propre. Chaleur, lectricit, biocarburants, chimie : ses voies de valorisation sont multiples. Mais des dfis se posent encore pour le passage une production en masse.

  • chercheurs dnergies

    Jean-Paul Cadoret, biologiste lIfremer.

    n 454 JUILLET 2011 | La Recherche 87

    La biomasse marine pourrait devenir une source importante de biocarburant. Certaines espces de microalgues peuvent fixer le dioxyde de carbone par le mcanisme de la photosynthse et accumuler des lipides, lesquels peuvent tre transforms en carburant. Ces micro-organismes produisent jusqu dix fois plus de litres dhuile par hectare que des olagineux. Cependant, la slection des algues les plus adaptes est un dfi et lextrac-tion de lhuile contenue dans des organismes de quelques microns est un vrai challenge qui dpendra des avances techniques en filtration , explique Jean-Paul Cadoret, biologiste lInstitut franais de recherche pour lexploitation de la mer (Ifremer). Enfin, vaut-il mieux cultiver les algues en bassins ouverts ou en photobioracteurs, sortes de tubes plastiques transparents ? lheure actuelle, soit le risque de contamination est impor-tant, soit les cots sont trs levs, et il faut disposer dune grande surface dclairement. Les bilans nergtiques des procds de transformation restent galement amliorer. Un litre de biodiesel issu de micro-algues cote aujourdhui 10 euros. Mais la possibilit de valoriser la biomasse marine sous la forme de composs dintrt, en alimentation ou en cosmtique, comme cela se fait dj dans de nombreuses PME de part le monde, pourrait jouer en faveur de ce dispositif. En France, le projet Green Stars, runissant laboratoires de recherches et industriels, doit initier la cration de cette filire.

    dorigine fossile, comme en Allemagne, en Suisse, en Belgique ou en Sude , indique Olivier Bertrand. En France, certains gaz purs devraient faire leur entre dans les tuyaux.

    La promesse des biocarburantsSur le devant de la scne mdiatique, les biocarburants constituent un autre champ dapplication trs prometteur. Une premire gnration, mlange lessence et au gazole, est dj com-mercialise. On distingue le biodiesel, fabriqu partir dhuiles (colza, tour-nesol, soja, palme). Et le biothanol, pour les moteurs essence, un alcool produit par fermentation du sucre issu de plantes (betteraves, cannes sucre), ou damidon issu de crales (bl, mas). Problme : selon les pays, ces deux filires rentrent en concur-rence avec les surfaces cultives ou dlevage ncessaires lalimentation humaine, alors que la FAO calcule quil est ncessaire de doubler la production alimentaire dici 2050. De nouvelles sources dhuiles vgtales sont donc ltude pour alimenter les units de production de biodiesel de 1re gn-ration. Parmi elles, on compte des plantes non valorises ce jour pour lalimentation, comme le jatropha ou le miscanthus, nayant cependant pas le mme rendement nergtique.

    Mais cest surtout du ct des biocarburants de 2e gnration que les regards se portent. De quoi sagit-il ? Cette fois-ci, cest la partie non ali-mentaire de la plante que lon cherche valoriser, comme le bois ou les dchets vgtaux tels que la paille, les rafles et tiges de mas, ou la bagasse de canne sucre , indique Daphn Lorne, in-gnieur conomiste Biomasse IFP nergies nouvelles. Cette filire re-pose sur lexploitation de la biomasse lignocellulosique, constituant princi-pal des parois de cellules vgtales. ce jour, 157 projets de production de biocar burants de 2e gnration sont en cours dans le monde, mais aucune usine na encore atteint lchelle >>>

    beaucoup plus facile transporter, avec un rendement de transformation de ma ti re lev. Cest pourquoi cette techno logie est particulirement adap-te la cognration. Mais la prsence de goudrons dans le gaz de synthse, qui viennent encrasser le moteur gaz pour la production dlectricit, est son talon dAchille.

    Lune des solutions est de dcompo-ser les goudrons grce laction de cata-lyseurs comme le charbon de bois ou le fer, explique Anthony Dufour, charg de recherche au laboratoire Ractions et gnie des procds du CNRS. On peut galement augmenter la tempra-ture pour augmenter la con version des goudrons. Des rsultats prometteurs ont ainsi t obtenus petite chelle en utilisant une torche plasma pour craquer les goudrons qui se reforment en CO et H2. Une vingtai ne de centrales lectriques pilotes dans le monde ex-ploitent la gazification de la biomasse pour faire de la cognration. Leur nombre devrait vite augmenter, au vu de leur potentiel. Nous considrons la cognration par gazification comme une alternative la combustion pour les productions de petite puissance , indique Jos Carlos Valle Marcos.

    Au-del du bois, les ordures mna-gres, les boues de stations dpuration et autres sous-produits issus de lin-dustrie laitire sont tudis de prs. Et