Combustibles Alternatifs

Un des plus grands enjeux actuels en termes de développement et d’écologie est le développement durable, dont les deux définitions complémentaires sont : « un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs », citation de Mme Gro Harlem Brundtland, Premier Ministre norvégien (1987) et celle des trois piliers (économie/écologie/social) : un développement économiquement efficace, socialement équitable et écologiquement soutenable, officialisé par les Nations Unis pendant le Sommet de la Terre à Rio en 1992 [1]. Pour cela, il faut adapter notre façon de se développer, de produire et consommer à travers des technologies plus propres, d’où la nécessité de la transition énergétique vers de sources renouvelables.

Les deux grandes crises du secteur pétrolier en 1973 et 1979 ont mis en évidence la nécessité de se préparer pour une transition énergétique. Il s’agit non seulement de diminuer la dépendance des combustibles fossiles pour éviter des futures crises énergétiques, mais également de conserver les conditions de qualité de vie pour les prochaines générations. Pour cela, il va falloir s’orienter vers des technologies plus propres et des ressources énergétiques renouvelables à l’échelle humaine.

Une alternative aux types de combustibles classiques (combustibles fossiles et nucléaires) est l’utilisation de la biomasse, soit sous la forme de biocarburants (utilisés directement dans les moteurs thermiques) ou de biocombustibles (utilisées pour produire de la chaleur ou de l’électricité) [2]. Plusieurs contraintes empêchent le développement des biocarburants liées à des question technologiques et aux questions éthiques concernent la compétitivité entre la production des aliments et la production des biocarburants.

En plus de la biomasse, l’hydrogène constitue une source supplémentaire dont le développement est plus lent à cause de plusieurs facteurs économiques, techniques et environnementaux.

Biocarburants

Les biocarburants sont produits à partir de la biomasse végétale ou animale dont la plupart de la production mondiale est concentré en Europe, aux États-Unis et au Brésil. Ils peuvent non seulement substituer le carburant d’origine fossile mais également être utilisés comme aditifs dans le but d’améliorer la combustion, la lubrification et de réduire les émissions de polluants [2]. Parmi les biocarburants on peut mettre en évidence le bioéthanol, le biogaz (principalement méthane) et les biodiesels et d’autres huiles combustibles.
Les principaux producteurs de biocarburants sont les Etats Unis (37,94 tep/an) et le Brésil (18,46 tep/an), suivies de l’Allemagne (3.29 tep/an), l’Argentine (3.13 tep/an), l’Indonésie (2.33 tep/an), la France (2.33 tep/an) et la Chine (2.25 tep/an) en 2017 [3].
En ce qui concerne le pouvoir calorifique des biocarburants, l’essence et le gazole restent les plus puissants, (cf. tableau ci-dessous). Néanmoins, il est possible, avec le développement des technologies, de diminuer le prix des biocarburants pour qu’ils soient économiquement intéressants [2].

Bioéthanol
Une des raisons qui freinent le développement de la technologie de ce biocarburant est le fait que son caractère durable peut être mis en cause en raison d’une consommation importante d’eau lors de la phase de production et principalement lors de l’irrigation des plantes (de l’ordre de 530L par L de carburent [4] en 2009 aux Etats Unis). La consommation d’eau dépend aussi de type de culture utilisée. Par exemple, la production à partir des cultures comme le blé, le soja et le colza dépense plus d’eau qu’à la production à partir du maïs [5].

Biogaz
Parmi les technologies de production de gazes renouvelables, la méthanation est la plus développée actuellement [6]. Le biogaz peut être produit également à partir de plusieurs sources de déchets fermentables, comme les déchets industriels, agricoles ou ménagers, ce qui permet de rentabiliser la méthanisation [7]. La France a comme objectif de produire et de développer 1000 méthaniseurs à l’horizon de 2020 et 500 parmi eux utiliseront des déchets ménagers, industrielles et agricoles [6]. Les efforts pour le développement de la technologie ne se limitent pas à la Europe, 350 nouvelles usines de biogaz ont été installées au Mexique entre 2007 et 2011 dont 305 ont été subventionnés par l’état [8]. Le leader européen dans la production de biogaz est l’Allemagne (9.160.000m³ en 2015) alors que la Belgique a produit 264.000 m ³ sur la même période [9].

Biodiesel
Une des avantages du biodiesel est sa production  à partir de plusieurs sources naturelles et renouvelables, tels que les huiles végétales et animales. Il est produit aussi à partir des plusieurs procédés de transestérification dont la catalyse alcaline, catalyse de lipase, catalyse acide et à partir de l’alcool supercritique [10].

Hydrogène

L’hydrogène est souvent envisagé comme un vecteur énergétique du futur grâce à sa combustion non polluante. Pourtant il peut avoir des impacts environnementaux importantes à cause de sa production par différentes voies et à partir des nombreuses sources différentes. Le plus souvent, il est produit à partir des ressources fossiles (96% de la production mondiale), dont 49% à partir du gaz naturel, 29% hydrocarbures liquides et 18% à partir du charbon. Seulement 4% de l’hydrogène est produit à partir de l’hydrolyse de l’eau (voie propre). Cela a un impact  sur son coût de production. Il est environ 2 fois plus chère à partir de l’hydrolyse de l’eau qu’à partir de la vaporeformage du gaz naturel. Une deuxième contrainte importante dans l’utilisation de l’hydrogène comme combustible serait la capacité et les coûts de stockage[11].

[1] INSEE ; Définition Développement durable ; Terme technique, (2016)
[2] GAGNEPAIN, Bruno ; Biocarburants ; Article. Techniques de l’Ingénieur. (2016).
[3] Statista ; Principaux pays producteurs de biocarburant dans le monde en 2017 ; Statistique ; (2018)
[4] Le bioéthanol : une solution non durable ; Actualité (2009)
[5] Les biocarburants menacent les réserves d’eau douce ; Actualité (2009)
[6] Impulser le développement des gaz renouvelables ; Actualité (2018)
[7] La mutualisation des biodéchets pour un biogaz de qualité ; Actualité (2011)
[8] Le biogaz, un marché en pleine croissance à l’international ; Actualité (2011)
[9] SCARLAT, Nicolae ; DALLEMAND, Jean-François; FAHL, Fernando; Biogas: Developments and perspectives in Europe ; Article ; Science Direct (2018)
[10] J.M., Marchetti; V.U. Miguel, A.F. Errazu ; Possible methods for biodiesel production ; Article ; ScienceDirect. (2007)
[11] BOYER, Christophe ; Hydrogène ; Article. Techniques de l’Ingénieur. (2012)
[12] Quand les biocarburants dopent les prix de l’alimentation ; Actualité (2013)