La Biomasse
Dans le domaine de l’énergie, la biomasse est la matière organique d’origine végétale (micro-algues incluses) animale, bactérienne ou fongique (champignons), utilisable comme source d’énergie (bioénergies). Cette énergie peut en être extraite par combustion directe (ex : bois énergie), ou par combustion après un processus de transformation de la matière première, par exemple la méthanisation (biogaz, ou sa version épurée le bio-méthane) ou d’autres transformations chimiques (dont la pyrolyse, la carbonisation hydrothermale et les méthodes de production de biocarburants ou « agro-carburants »). Trois modes de valorisations de la biomasse (co)existent : thermique, chimique et biochimique.
- Au 18ème siècle, le bois reste le principal combustible utilisé dans les maisons et les entreprises pour le chauffage et la cuisson. Il sera également utilisé de manière intensive jusqu’à la première révolution industrielle, notamment pour alimenter les machines à vapeur et les aérostats.
- C’est en 1876, que Nicolaus August Otto proposa le premier un moteur à combustion utilisant de l’éthanol. Suivi en 1900 par Rudolf Diesel qui conçoit le premier moteur fonctionnant à l’huile végétale avec de l’huile d’arachide. Ainsi sont nés les premiers biocarburants!
La biomasse valorisée en énergie peut être de nature sauvage et/ou cultivée (Cives, agro-carburants, agro-combustibles), et éventuellement provenir de gisements dits « fatals » (ex. : déchets industriels, boues d’épuration, etc.).
Selon son origine, sa production, son transport et sa combustion ont des coûts environnementaux plus ou moins élevés, mais son utilisation pour produire chaleur et électricité peut créer ou entretenir des emplois locaux et pérennes, de l’amont (approvisionnement) à l’aval de la filière (exploitation énergétique).
Plus facile à stocker que les énergies intermittentes la biomasse-énergie contribue à sécuriser le réseau électrique (selon la Programmation pluriannuelle de l’énergie elle reposera en France sur plusieurs scénarios de besoins énergétiques, et pour la 2de période « fixera des objectifs comprenant des options haute et basse, pour tenir compte des incertitudes »), et à condition de disposer de stocks suffisants, car sa production reste très saisonnière et dépendantes de contraintes météorologiques).
Les principales filières sont structurées en deux catégories (bois-énergie/méthanisation) et par les origines de la biomasse :
- Forêt-bois ;
- Agriculture/élevage ;
- Bio-déchets (dont déchets verts provenant des haies, parcs et jardins) ;
- Industries et activités urbaines et humaines utilisant des matières organiques végétales ou animales (ex. : industries agro-alimentaires, papetières, transformation du bois), ou générant des effluents riches en matière organique (ex. : boues de stations d’épuration) ;
- Mer/milieux aquatiques (pêche, algues et aquaculture).
Constituants De La Biomasse
La biomasse ligno-cellulosique, cellulose et lignine, est constituée par :
- le bois et les résidus verts ;
- la paille ;
- la bagasse de canne à sucre ;
- le fourrage.
- Les souches laissées après l’abattage des arbres sont maintenant parfois extraites du sol pour fournir du bois-combustible aux centrales à biomasse.
La valorisation se fait plutôt par des procédés par voie sèche, dits
La biomasse à glucide, riche en substance glucidique facilement hydrolysable :
- les céréales ;
- la betterave sucrière ;
- la canne à sucre.
La valorisation se fait plutôt par fermentation ou par distillation dits conversions biologiques.
La biomasse oléagineuse, riche en lipides :
- Colza ;
- Palmier à huile, etc.
Elle peut être utilisée comme carburant. Il y a deux familles de biocarburants : les esters d’huiles végétales (colza), et l’éthanol, produit à partir de blé et de betterave, incorporable dans le super sans plomb sous forme d’éther éthyle tertiobutyle (ETBE, voir bioéthanol).
Méthode De Valorisation De La Biomasse
Cas Du Bois :
L’énergie chimique du bois est libérée par combustion sous forme de chaleur utilisée pour le chauffage ou pour produire de l’électricité. Le bois de chauffage est utilisé à large échelle. La pyrolyse et la gazéification sont plus rares, et la carbonisation hydrothermale l’est encore plus. Les usines de pâte à papier fournissent une matière première pouvant produire en cogénération simultanément chaleur et électricité. D’autres bioénergies découlent directement des déchets organiques, avec par exemple des déchets utilisés en cimenteries comme combustibles solides de substitution (CSS) pour économiser le pétrole.
- Les coûts et impacts du transport pour amener le bois là où la ressource manque.
- Les risques de surexploitation et déforestation induites ou d’accaparement des terres pour y délocaliser une production de biocarburant pour les pays riches (en Afrique, en 2010, 4,5 millions d’hectares de terres, l’équivalente du Danemark étaient en cours d’acquisition par des investisseurs étrangers pour y cultiver des agro-carburants, au détriment des cultures vivrières locales ou de la forêt25.
- Ce problème concerne aussi la combustion du bois dans les centrales électriques ; ainsi, la conversion de la centrale électrique de Drax (Royaume-Uni) à la biomasse est révélatrice de ce problème : son approvisionnement nécessite chaque année 13 millions de tonnes de bois soit, à elle seule, 120 % de la production totale de bois du Royaume-Uni. En quelques années, le Royaume-Uni a ainsi massivement augmenté ses importations de bois, notamment en provenance des États-Unis, alimentant une forte destruction des forêts naturelles de la côte Est.
- Les problèmes de pollution atmosphérique induits par la combustion mal maîtrisée du bois, combustible solide (concerne notamment les anciens systèmes de chauffage non automatiques, particulièrement en zone d’habitat rapproché). L’utilisation de bois ou de charbon de bois dans des foyers mal conçus ou mal ventilés peut entraîner des problèmes de santé pour les habitants et riverains. « Dans le contexte international de forte dépendance aux énergies quelles que soient leurs origines, comme le charbon, le pétrole et le nucléaire, l’énergie biomasse prend une place de plus en plus importante […] Bien que les énergies dites vertes soient une excellente solution parce qu’elles sont neutres dans le cycle du carbone, la biomasse engendre des problèmes d’émissions de particules. Les bioénergies sont donc vertes en CO2 mais peuvent être polluantes en dégradant la qualité de l’air ».
- Le bois étant plus émetteur d’oxydes d’azote (NOx) que les combustibles fossiles de type gaz naturel et fioul, le développement de la biomasse énergie, dans le cadre du développement des énergies renouvelables, « joue un rôle prépondérant par rapport aux autres énergies dans l’évolution des émissions de NOx ».
Plusieurs solutions évitant la combustion directe sont :
- La torréfaction de la biomasse. La biomasse torréfiée (aussi dénommée « Bio-Coal » ou « Bio-char ») est allégée et brûle mieux et plus proprement. Elle peut servir à la production d’électricité et de chaleur (cogénération le cas échéant), au chauffage central…). Ce nouveau combustible offre de nouvelles perspectives aux énergies renouvelables. Plus précisément, en torréfiant la biomasse (bois par exemple) le PCI passe de 10−11 GJ/m3 à 18−20 GJ/m3 ce qui conduit à une économie de près de 50 % sur les coûts de transport. Une technologie émergente, encore plus performante en matière de bilan carbone et d’efficience énergétique est la carbonisation hydrothermale.
- La conversion du bois en gaz naturel de synthèse. Si les surfaces dévolues aux forêts restent constantes, proches des lieux d’utilisation, et si la quantité prélevée correspond chaque année à la croissance annuelle des arbres, alors le bois-énergie ne contribue pas à la déforestation et a peu d’impact sur l’effet de serre (Cf. le bilan carbone du bois énergie).
- Un usage accru de combustibles à base de lignines (plutôt que de cellulose), mais leur valeur énergétique est très variable. Le miscanthus (ou herbe à éléphant) fait par exemple l’objet d’études, dont au Royaume-Uni, en Belgique30 et aux États-Unis. Il a l’avantage d’un très bon rendement énergétique (proche de celui du charbon à poids égal) : proche de 10 kWh par mètre carré et par an.