Carbone renouvelable et impact énergie sur la biomasse - empreinte emission CO2 bioethanol et rechauffement climatique

La valorisation énergétique de la biomasse est un enjeu important. Encore faut il se souvenir que les matières premières en cause sont peu denses et que la durabilité du système requiert un retour des résidus décarbonnés au champ qui les a produit, pour éviter un recours trop coûteux à des fertilisants exogènes. Il en résulera des coûts de transport élevés; une grande usine, même au milieu de la France risque de n'être pas viable.Il faut concevoir des outils de transformation de petites dimensions utilisables à l'échelle de quelques exploitations agricoles, au plus, de quelques communes. Cela pourrait en outre revitaliser certains cantons ruraux.

Réponse :Trois éléments de réponse sur les matières minérales qui représentent de 2 à 15% des matières lignocellulosiques selon l’origine botanique et l’origine tissulaire.

- Les éléments décarbonnés concernent les matières minérales dont l’état chimique final est fonction des technologies mises en œuvre dans le fractionnement (fractionnement physique vs thermochimie). En particulier la matière minérale présente dans la biomasse influence la pyrolyse et la gazéification, avec un effet significatif sur la température, la vitesse et les mécanismes de dégradation ainsi que sur les rendements en produits de pyrolyse et de gazéification.
Ensuite l’incorporation de ces matières minérales dans les cycles biogéochimiques est profondément affectée selon les technologies précédentes. A l’INRA, l’effort mis sur les biotechnologies vertes, pour disposer de végétaux lignocellulosiques moins riches en matières minérales, et les biotechnologies blanches devrait conduire à obtenir des fractions minérales plus faciles incorporables dans les cycles biogéochimiques.

- Cette problématique est préoccupante surtout dans la filière bois-énergie, y compris la partie utilisant des sous-produits de la filière bois. Elle a fait l’objet du « programme bois-énergie 1999-2006 »
La composition des cendres dépend de l’espèce, de l’essence et de l’origine. Les cendres sont déjà utilisées pour augmenter le pH des sols acides. Le retour de ces cendres dans les forêts est déjà bien encadré. En revanche le retour sur des grandes cultures est plus compliqué à mettre en œuvre, car il faudra ensuite compléter ces cendres (à analyser) pour retrouver les équilibres en P et K.
L’impact écologique de la filière bois-énergie porte sur l’émission de gaz brûlés et le devenir des cendres (voir plus loin).

- Le dimensionnement des unités de transformation est un point très important, à relier d’ailleurs à la spatialisation de l’implantation des unités de transformation. Ces questions sont des thématiques abordées essentiellement au Cemagref et au Cirad. Les grosses unités envisagées pour la thermochimie sont effectivement très discutées, même en Allemagne qui a une industrie très impliquée dans cette technologie. Cette problématique renvoie directement à l’aménagement des territoires et aux réseaux énergétiques.

Cordialement

Paul Colonna
Directeur de recherche, INRA

L'ambition de la réglementation européenne REACH sur les produits chimiques met de nombreuses entreprises françaises dans l'embarras à un an de sa première échéance. En effet, au 1er décembre 2010, toutes les substances produites ou importées en quantités supérieures à mille tonnes au sein de l'UE (ou à plus d'une tonne pour les plus dangereuses pour la santé humaine) doivent avoir été enregistrées auprès de l'Agence européenne des produits chimiques (ECHA) basée à Helsinki sous peine d'être rayées des tablettes.

Cette procédure, fondée sur des tests toxicologiques, exige des entreprises qu'elles prouvent que le risque est "valablement maîtrisé" et fournira à l'Europe l'ensemble des données lui permettant de valider l'usage de ces produits.

Pour ECHA, 9.200 substances sont concernées par cette première étape sur les 146.000 pré-enregistrées l'an passé - nettement plus qu'estimé par l'Agence qui tablait sur 30.000 - étape indispensable pour accéder aux forums d'enregistrement.

D'après le quotidien suisse Le Matin (seul média à traiter de ces sujets) début octobre, sur 633 dossiers déposés, 53 émaneraient de France - contre 273 d'Allemagne et 127 du Royaume-Uni - selon ECHA, bien que la France soit le deuxième producteur européen derrière l'Allemagne et le cinquième mondial.

A un an de l'échéance, des tas d'entreprises françaises ne savent toujours pas si elles doivent aller à l'enregistrement, ce qui aura des répercutions pour le secteur de la chimie française, qui n'a pas anticipé comme les allemands.

L'INRA n'aurait-il pas une place pour aider les partenaires privés à comprendre REACH, qui est sans doute un des textes européens les plus complexes. La chimie européenne pèse 30% du marché mondial et la France est assez bonne.

Réponse :Plusieurs acteurs français majeurs se préoccupent de l’appropriation du règlement REACH par les industriels : les DRIRE, l’INERIS (http://www.ineris.fr/reach-info/ ), atoutreach (http://www.atoutreach.fr/ ) qui est une organisation professionnelle de la chimie, sans oublier l’UIC.

L’action légitime de l’INRA apparaît dans trois domaines, en lien avec les usages des molécules d’origine anthropique:
- la sécurité des emballages alimentaires, avec des recherches sur les interactions emballage-aliment. Les travaux sur la diffusion des plastifiants des emballages vers les aliments, comme celui des vernis des boites de conserve, apportent les méthodes permettant aux utilisateurs d’appréhender les risques toxicologiques. C’est l’un des objectifs du groupe Ile de France Emballage alimentaire.
- Les dangers présentés par les substances toxiques à faible dose sur de longues périodes chez l’homme. Les méthodologies sont en cours de développement et pourront ensuite être étendues à des substances, en dehors de l’alimentation qui est le domaine de choix de l’INRA. Cf l'unité de Pharmacologie-Toxicologie du centre Inra de Toulouse.
- L’écotoxicologie.

A ce titre l’INRA apporte un soutien méthodologique aux utilisateurs en aval impliqués dans l’établissement de dossiers pour REACH.

Cordialement

Paul Colonna
Directeur de recherche, INRA

Je suis très surpris que la question de l'habitat et des matériaux d'habitat qui forme un poste d'économie majeure ne soit pas évoqué ? C'est pourtant sans aucun doute l'un des domaines où le progrès pourrait être le plus rapide et les masses en jeu les plus substancielles.

Quant au projet autour de la génomique, il me revient cette remarque de Louis XVIII à propos du retour de la noblesse "ils n'ont rien oublié et rien appris". Aucune des questions épistémologiques posées par l'approche des systèmes complexes ne semblent même effleurée dans ce programme. Je résume brièvement. Pascal disait de Descartes "inutile et incertain". Il pointait par ailleurs le fait que l'esprit géométrique (nous dirions aujourd'hui réductionniste) ne fonctionne que si l'on dispose d'une compréhension exhaustive des paramètres (voir dans les pensées esprit de finesse, esprit de géométrie:"les géomètres qui ne sont que géomètres ont donc l'esprit droit, mais pourvu qu'on leur exmplique bien toutes choses par définitions et principes; autrement ils sont faux et insupportables, car ils ne sont droits que sur les principes bien éclaircis). Biotech et nonatech prétendent résoudre des problèmes au sein de systèmes complexes (comme le sont les systèmes biologiques et sociaux) en introduisant des artefacts de petites échelles mais sans qu'aucune réflexion épistémologique ait été fournie sur la notion de connaissance d'un système. On peut donc prédire avec une quasi certitude que leurs effets seront "faux et insupportables". Enfin n'appelons pas "sciences" le développement "technologiques", ou alors considérons les métallurgistes du cinquième millénaire avant notre ère comme des "scientifiques" car ils maîtrisaient la technique de production du bronze sans avoir aucune idée sur ce qui se passait vraiment. Mutatis mutandis, nous en sommes à ce même stade en terme de biotech et de nanotech, sauf que nous agissons en toute méconnaissance de cause directement sur les systèmes vivants !

Réponse :Les matériaux font partie des domaines d’application envisagés des bioproduits, en particulier pour les bioproduits. Le bois et ses dérivés sont des atouts majeurs en bio-économie, puisqu’il s’agit de matériaux naturellement structurés.

Les métallurgistes de l’âge de bronze disposaient d’un savoir empirique, c’est à dire la cause et ses effets sont connus mais leur relation d'influence inconnue (phénomène qui induit les effets non explicité).
Les biotechnologies bénéficient d’une connaissance scientifique, avec une identification de la cause, des effets et de leur relation d'influence. Toutefois certaines d’entre elles font l’objet de controverses sociétales : la connaissance des effets de ces biotechnologies est considérée par certains comme incomplète, pour envisager une exploitation sans risque. L’approche réductionniste n’est pas remise en cause. C’est plutôt la faiblesse de l’approche systémique qui est soulevée, et qui justifie donc des recherches dans ce domaine.

Cordialement

Paul Colonna
Directeur de recherche, INRA

La question de la production de biomasse pour l'énergie, les bio-matériaux est essentiel. Le pétrole n'est pas viable, durable, dégradant pour l'environnement et nous rend dépendant de pays tiers.

Par contre, la biomasse produite doit être un enjeu de territoire et réfléchi à l'échelle de territoire (ex. méthanisation) pour éviter les déplacements trop longs de matières premières.

Travaux de l'INRA :
- détermination des fourrages les plus productifs et les moins (pas) consommateurs en intrants (azote, eau, phyto) puor assurer une production de biomasse importante
- définition des process de traitement de la biomasse pour produire de l'électricité, gaz, carburant, matériaux, ............................
=> à quand une production individuelle (ou à 2-3) d'électicité à partir de nos déchets ménagers fermentescibles ?

Réponse :Cette réflexion est en accord avec l’orientation des travaux en cours, qui s’étendent depuis la production de biomasse jusqu’à sa transformation par des combinaisons de procédés, dont ceux biotechnologiques.
La question portant sur la taille des installations dédiées à la production d’électricité directement à partir de la biomasse renvoie aux travaux couplant microorganismes et électrodes, ces dernières récupérant les électrons donnés par ces micro-organismes : ce sont des travaux encore au stade de la recherche.
Les adapter à des micro-installations pour deux ou trois foyers, avec des déchets ménagers, posera toujours le problème de l’adaptation des microorganismes à des déchets variables qualitativement et à la compétence technique nécessaire pour piloter ces installations.

La situation est bien meilleure si l’on considère la méthanisation actuellement, qui est une technologie adaptée à la taille d’une exploitation agricole. Cette solution est envisagée préférentiellement en raison des atouts techniques du méthane et de l’utilisation aisée des résidus solides et liquides de méthanisation au niveau d’exploitations agricoles. L’extension aux déchets urbains est au stade du développement.

Cordialement

Paul Colonna
Directeur de recherche, INRA

La question ne se pose pas uniquement en terme de biocarburant ou biocombustible, mais il faut également faire le bilan total du cycle.
Ainsi, le chauffage individuel au bois, dont on fait la publicité, présente peut-être un bilan carbone à peu près nul, mais s'accompagne d'émissions de COV, poussières,...... parce que la puissance de ces chaudières ne permet pas une combustion optimale, et cela n'est en général pas dit. Il faut donc favoriser les chaufferies collectives et ne plus laisser penser que les chauffages au bois ne polluent pas.
Quant à l'utilisation industrielle de l'huile de palme en France, il faut l'interdire

Réponse :Les bioénergies sont bien entendu abordées avec le prisme de la durabilité. A ce titre les outils de l’analyse des cycles de vie permettent d’appréhender l’ensemble des critères, bien au delà du seul rendement énergétique.
Les problèmes posés par le chauffage au bois sont de trois ordres : l’eutrophisation des eaux via les oxydes d’azote émis lors de la combustion, les émissions atmosphériques de métaux toxiques et le devenir des métaux toxiques dans les sols, ces deux derniers étant regroupés dans l’indicateur METOX, qui est un paramètre établi par les Agences de l'Eau afin de percevoir les redevances de pollution.
D’où trois voies de recherches, sur l’optimisation des chaudières (cf Ademe et Cnrs : poêle à granulés, ou plaquettes, inserts, la cheminée traditionnelle étant peu intéressante, en dehors de son aspect ludique), l’optimisation des matières premières (la teneur en matières minérales varie de 3 à 17% dans les matières premières lignocellulosiques, cf supra) et enfin la spatialisation de l’implantation des chaudières à bois et du devenir des cendres (cf Ademe et les centres techniques de l’Acta).

Les biodiesels qui sont des biocarburants de première génération ne font plus l’objet de recherche à l’INRA. En revanche des recherches sont développées sur l’analyse de cycle de vie de tous les biocarburants : les nombreuses controverses, en particulier à la Commission Européenne et à l’Ademe, ont permis d’identifier des difficultés méthodologiques, dont le changement indirect d'affectation des terres à intégrer dans les calculs.

L’huile de palme, bien que non produite sur le territoire national, fait l’objet d’un suivi au niveau de sa production dans les zones asiatiques, essentiellement Indonésie et Malaisie. Cette capacité d’analyse est nécessaire car les huiles de palme et de soja jouent le rôle de leader, en servant d’indicateurs de tendance pour le prix d’autres huiles qui peuvent leur être substituées, partiellement ou en totalité, respectivement le palmiste et le coprah pour la première, le tournesol, et le colza pour la seconde.
Toutes les huiles sont comparées actuellement sur la base de leur ACV.

L’huile de palme n’est pas utilisée en France pour le biodiesel, fondé à 70 % sur du colza, 10 % du tournesol et tournesol oléique, et le reste avec des corps gras animaux, les huiles de friture usagées, les huiles acides de raffinage.

Cordialement

Paul Colonna
Directeur de recherche, INRA

Les travaux effectués par des groupes d'agriculteurs en bretagne, dans le nord, montrent que le semis direct et l'emploi judicieux d'engrais verts permettent d'augmenter le % de matière organique de façon très importante . L'un d'eux dit dans un DVD qu'il ne met plus que 5 litres de carburant/ha pour une céréale au lieu de 50 !! cela résoud beaucoup de problemes d'un sol coup ? moins de fuel, moins d'érosion, pas besoin de fumier ....il ne faut plus les aider qu'à trouver les engrais verts adaptés à leur région (qui gelent en hiver) ou un bon rouleau et on enlève aussi la demi dose de round up encore indispensable ? voila quelque chose qui me permet extrêmement porteur en matière d'énergie ... et gardons les parcelles pour manger ...

Réponse :Cette question s’inscrit plutôt dans la thématique 1 Performances des systèmes agricoles.

Une illustration de l’investissement de l’INRA est le projet européen SOLIBAM, coordonné par l’INRA, lancé le 12 mars 2010 : son objectif est de développer des stratégies combinant la sélection végétale et l'innovation agronomique pour l'agriculture biologique et l'agriculture à faibles intrants.

Seule la dernière phrase « et gardons les parcelles pour manger » nécessite une réponse partielle ici. L’ensemble des besoins élémentaires de l’homme doivent être considérés simultanément : alimentation, habitat, hygiène, vêtements, transports, … Le bois-énergie, le bois matériau, le coton, le caoutchouc, le cuir, le lin, le chanvre sont autant d’applications très anciennes des produits agricoles, en dehors de la finalité alimentaire.
Dans ce contexte l’INRA a une responsabilité particulière vis à vis de la sécurité alimentaire, inscrite dans ses objectifs. Les bioénergies et la chimie verte peuvent se développer d’une part en se fondant sur les fractions végétales non utilisables en alimentation humaine (fractions lignocellulosiques en particulier) en envisageant une valorisation de la plante entière, d’autre part en utilisant des terres non utilisables pour l’alimentation : anciennes friches industrielles, terres inondables utilisables pour des cultures pérennes, …
A terme c’est bien chaque citoyen qui devra établir ses priorités dans les besoins élémentaires, sur la base de son éthique. Plusieurs réflexions globales comme l’ARP Vega, et la réflexion prospective INRA-CIRAD Alimentation durable en cours, abordent la complémentarité et la concurrence entre les systèmes de production alimentaire et non alimentaire. Il convient d’étendre l’analyse au-delà de la seule question des sols, en appréhendant d’autres critères : complémentarité et concurrence des usages de la biomasse et de ses fractions (certains matières premières sont autant intéressantes en alimentation qu’en chimie, maintien des équilibres écologiques (par introduction de nouvelles espèces)

Cordialement

Paul Colonna
Directeur de recherche, INRA

A l’occasion du salon international de l’agriculture 2010, l’INRA a organisé une rencontre avec ses partenaires et prolongé la réflexion sur ses priorités scientifiques. Découvrez les vidéos et les synthèses des ateliers sur http://www.inra2014.fr/salon-international-agriculture.php .

Une réflexion sur les biotechnologies vertes et nanotechnologies bio-inspirées (axe prioritaire 4).
Qu'il s'agisse de produire les grands intermédiaires (éthylène, méthanol, acétone...), ou des molécules à usage plus spécifique en chimie de spécialité, la minimisation du nombre d'étapes dans le procédé, l'amélioration de la sélectivité réactionnelle, la diminution de l'énergie à mettre en jeu et la limitation d’effluents toxiques sont des composantes clés d’un développement durable. Une réflexion est donc en cours pour diminuer l’impact de l’industrie chimique traditionnelle sur l’environnement. Dans ce contexte, l’industrie chimique française a décidé d’accroitre de 7 à 15 % son utilisation de composés renouvelables à l’horizon 2017 (Grenelle de l’environnement, 2007). Les enzymes sont des biocatalyseurs de haute spécificité, assurant un rendement de réaction très élevé. La production de ces molécules est naturellement renouvelable. Leur mise en œuvre à faible température en milieu hydraté peu toxique les rend très attractives pour l’éco-conception d’une classe innovante d’équipements en accord avec les normes de synthèse respectueuses de l’environnement. Afin de supporter ce type de stratégie, le développement coordonné d’actions de recherches académiques et technologiques est fortement recommandé par le gouvernement. “Les programmes interdisciplinaires combinant la chimie et les biotechnologies blanches seront favorisés afin de permettre l’intégration de procédés enzymatiques en chimie », (les technologies clés pour 2010, document du Ministère de l’économie, des finances et de l’industrie 2006, http://www.industrie.gouv.fr ; voir aussi rapport Garrigue, 2005 ).
La progression de notre connaissance de la biologie des phytovirus constitue une source d’inspiration pour la mise au point de technologies innovantes. L’équipe Interactions Plantes Virus UMR 1090 INRA/Univ.Bordeaux 2 développe des stratégies d’utilisation de particules virales comme supports d’enzymes. Des particules virales décorées avec une enzyme d’intérêt industriel ont été produites in planta, (Carette et al., 2007). Les efforts portent actuellement sur la mise au point de nano-réacteurs enzymatiques permettant d’effectuer plusieurs réactions en cascade. Cette technologie biomimétique s’inspire des systèmes enzymatiques sophistiqués du monde vivant. La géométrie régulière de la particule virale est ainsi mise à profit pour contrôler précisément le positionnement d’enzymes sur des supports solides. Sur un même support, des enzymes possédant des actions complémentaires et concertées peuvent ainsi catalyser avec des rendements élevés des réactions complexes. Dans ce contexte, l’équipe coordonne un projet bilatéral France–Finlande axé sur l'utilisation de virus de plantes comme supports d'enzymes. Une seconde approche en collaboration avec le CNRS et l’université Paris VI vise à l’obtention de nanosondes électrochimiques. Ces projets concernent le domaine de la biocatalyse sur films solides avec des applications potentielles pour la technologie des microréacteurs et des biosenseurs. Cette activité compte parmi les thématiques activement supportées par le réseau C’Nano Grand Sud Ouest. (http://www.cnanogso.org ).
L’INRA a forgé une expertise reconnue internationalement dans tous les domaines de connaissance du végétal. Il incombe à notre institut d’exploiter cette expertise en développant un grand projet intégré susceptible de contribuer significativement au développement d’une nouvelle chimie verte. Tout en préfigurant la construction de nouvelles voies économiquement attractives, un tel projet s’inscrirait naturellement dans la mission environnementale de l’institut. En suivant l’axe prioritaire 4 ( Développer et valoriser le carbone renouvelable pour la chimie et l’énergie), la valorisation alternative des produits de la biomasse des plantes de grande culture (Nantes, Montpellier), l’utilisation de phytovirus comme support d’enzymes (Bordeaux, nanotechnologies bio-inspirées) voir points ci-dessus, la sélection de nouvelles activités enzymatiques d’intérêt industriel (Toulouse) sont autant d’activités (non exhaustives) potentiellement à fédérer autour d’un grand projet transversal inter départements.

Réponse :Ces problématiques seront prises en compte dans le cadre des futurs chantiers d'animation scientifique selon une forme à définir.

Cordialement

Paul Colonna
Directeur de recherche, INRA