Les agrocarburants

Les agrocarburants (appelés aussi "biocarburants") désignent un type de carburants produit à partir de matière organique végétale non fossile (biomasse). La première génération d’ agrocarburants a émergé après la crise du pétrole dans les années 70, en vue de remplacer les combustibles fossiles par de nouvelles sources d’énergie. L'utilisation de ces ressources naturelles écologiques est depuis controversée et accusée de mettre à mal la sécurité alimentaire des pays du Sud et l'environnement, tout en contribuant à l'accaparement des terres. Depuis la première génération d'agrocarburants des efforts ont été réalisés pour développer de nouvelles générations d'agrocarburants dans le but de contrecarrer les effets négatifs de la première génération. Parmi les nombreuses cultures pour la fabrication des agrocarburants figurent le soja, le maïs, le colza, l’arachide, le tournesol, le palmier à huile, la canne à sucre, le peuplier et l’eucalyptus.
Les agrocarburants sont, par certains, plébiscités pour leur intérêt écologique. En effet, on considère que le CO2 rejeté lors de leur combustion a été absorbé auparavant lors de la croissance de la plante. Le bilan carboné est donc globalement nul. Cependant, le bilan environnemental de la première génération d’agrocarburants reste médiocre voir dangereux car la production agricole intensive entraîne l’augmentation de la pollution des eaux (pesticides, engrais ...), la déforestation dans certaines zones du globe (Brésil, Malaisie ...) et par voie de conséquence la réduction de la biodiversité. Face à ces constats de nouvelles générations d'agrocarburants ont vu le jour, les agrocarburants de deuxième et troisième génération.

Les agrocarburants de première génération

Les agrocarburants de première génération sont fabriqués à partir de plantes riches en sucre ou en amidon pour produire de l’éthanol. Mais aussi à partir de plantes riches en huile qui peuvent être transformées en biodiesel et mélangées au diesel classique.

A partir de plantes "à sucre" : la filière alcool

Des plantes dont la composition est riche en sucre ou en amidon sont utilisées pour être transformées en alcool via un processus de fermentation des sucres et destiné aux véhicules à essence. L'éthanol peut être utilisé comme carburant pour les véhicules sous sa forme pure, mais il est généralement utilisé comme additif de l'essence dans des proportions variables pour augmenter l'octane et pour améliorer les émissions des véhicules. Le bioéthanol est largement utilisé aux États-Unis et au Brésil. Parmi les plantes riche en sucre ou en amidon, la canne à sucre, la betterave, le blé, le maïs ou le manioc sont actuellement utilisés pour la fabrication du bioéthanol.

A partir de plantes oléifères : la filière diesel

La filière diesel, issue de plantes oléagineuses est destinée aux véhicules du même nom. C’est le biocarburant le plus courant en Europe. L’extraction d’huile végétale peut être faite par un simple pressage à froid, par voie chimique avec un solvant organique, ou combinaison des deux méthodes. Le biodiesel peut être utilisé comme carburant pour les véhicules sous sa forme pure, mais il est généralement utilisé comme additif pour diesel afin de réduire les niveaux de particules, de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures provenant des véhicules à moteur diesel.
On distingue donc deux catégories majeures d'agrocarburants oléagineux, les "huiles végétales brutes" (HVB) qui sont extraites du pressage des graines et les "esters méthyliques ou éthyliques d'huile végétale" (EMHV ou EEHV) (aussi appelé en France diester) qui sont extraites par voie chimique. Ils sont obtenus par une opération de transestérification à partir d'un mélange d'huile végétale avec un alcool en présence d'un catalyseur.
L'huile servant à la production de biodiesel peut provenir de presque toute oléagineuse. Les plus couramment utilisées au niveau mondial sont le colza en Europe et le soja au Brésil et aux États-Unis. Dans les pays tropicaux et sub-tropicaux, on utilise l'huile de palme, de ricin, de coprah et de jatropha. Les rendements à l'hectare varient d'une espèce à l'autre.
Le bioéthanol fabriqué à partir de blé, de maïs, de betterave ou encore de canne à sucre ou le biodiesel, fabriqué à partir de colza, du tournesol ou de l'huile de palme, participerait à la flambée des cours des céréales et provoquerait des dégâts irréparables dans les forêts primaires d'Asie du Sud-Est, remplacées par des plantations de palmiers à perte de vue. Néanmoins, quelques espèces ont attiré l'attention des chercheurs telles que le miscanthus, switchgrass etc. Ces espèces plus rustiques et non comestibles n'entreront donc pas en compétition avec la production alimentaire et nécessiteront moins d'engrais azotés. En revanche, ces exploitations continueront de soustraire des terres aux cultures alimentaires en accaparant des terres arables, sauf si leur rusticité permet de les implanter sur des sols pauvres, en zones arides ou semi-arides telles que le Jatropha curcas L. et le Moringa oelifera Lam.. Les rendements restent toutefois médiocres et ne représentent pas une alternative suffisamment satisfaisante.

Les agrocarburants de deuxième et troisième génération

Par rapport aux cultures énergétiques actuelles dont seules les graines (blé, maïs, colza, tournesol) ou les racines (betteraves) servent à produire des biocarburants, les cultures dites de seconde génération émergent progressivement, elles ont vocation à utiliser la plante entière, avec de meilleurs rendements et plus intéressantes sur le plan environnemental ; on parle alors d'éthanol cellulosique.
Une troisième génération de biocarburants est encore à l'état de recherche, notamment à cause de son fort coût de production, de sa consommation énergétique élevée et de son faible rendement. Elle utiliserait non pas des plantes, mais des micro-organismes photosynthétiques, capables de produire naturellement des molécules à forte valeur énergétique.

Focus sur quelques espèces végétales plus rustiques utilisées comme agrocarburants

Le Miscanthus

Appelé aussi "herbe à éléphant", le Miscanthus géant (Miscanthus giganteus) peut atteindre une hauteur de 4 mètres. Importé d’Asie, il est cultivé en Europe dans des cultures énergétiques pour son important rendement de matière sèche. A la manière du Bambou, le Miscanthus pousse en rang serré et ses feuilles forme un tapis lorsqu’elles tombent, empêchant ainsi l’apparition d’indésirables. Le Miscanthus pousse presque partout, il tolère même des sols très pollués par certains métaux et fait l’objet d’étude pour être utilisé comme dépolluant végétal de certains sites. La plante possède une forte résistance aux parasites et maladies mais elle craint le froid (vulnérabilité à partir de -10°C).

Le Switchgrass

Appelé aussi "Panic érigé", le Switchgrass est originaire des grandes plaines de l’ouest de l’Amérique du nord. Ressemblant au Miscanthus, le Switchgrass produit une forte quantité de tiges de hautes tailles. La plante a la particularité d’être peu exigeante en eau et à l’abri des maladies et autres rongeurs.

Le Jatropha

Le Jatropha, largement introduite en Asie et en Afrique, est une plante oléagineuse non comestible voisine du ricin qui suscite beaucoup d'espoir dans les régions tropicales. On dénombre plus de 160 espèces de Jatropha, qui ont toutes la caractéristique de produire des graines oléagineuses ayant un très bon rendement en huile (35% en moyenne juste derrière l'huile de palme). La graine du jatropha renferme environ 30% d’huile de jatropha qui est traditionnellement utilisée pour la fabrication de savons, mais aussi dans la médecine traditionnelle pour ses propriétés laxatives ou utilisé comme haies protégeant les cultures vivrières. Il peut s’élever jusqu’à 8 mètres de hauteur.
Le Jatropha peut produire jusqu'à 1900 litres d'huile par hectare et par an, soit deux fois plus que le colza. L'huile présente des propriétés très proches de celles du diesel (densité, viscosité et pouvoir calorifique) et peut ainsi se substituer entièrement au diesel classique contrairement à d'autres huiles végétales dont la présence dans le moteur ne peut dépasser un faible pourcentage. Sa culture permet idéalement de lutter contre la désertification. Mais, pour obtenir de tels rendements, il doit être implanté sur des sols riches plutôt réservés aux cultures vivrières.

Pongamia pinnata

Le Pongamia pinnata (Millettia pinnata ou Karanj) réside en zone tropicale ou subtropicale humide mais est aussi très résistant à la sécheresse. C'est un arbre producteur d'huile, à croissance rapide, fixateur d'azote, il pousse en plein soleil, sur des sols difficiles, même sur des sols salés.
D'autres espèces oléifères cultivables en zone aride offrent également des perspectives intéressantes comme Madhuca longifolia, Moringa oleifera et Cleome viscosa.

 

 

 

Le texte de cette mission a été écrit par Céline Pirat.

Références :
http://cms.unige.ch/isdd/spip.php?article407
http://geoconfluences.ens-lyon.fr/doc/etpays/Bresil/BresilDoc.htm
http://www.energierenouvelable.fr/biocarburant.php
http://www.agrireseau.qc.ca/energie/documents/LesBiocarburantsEnAfrique.pdf
http://www.fao.org/docrep/017/i3126e/i3126e.pdf
http://www.2ie-edu.org/assets/Thesis_Arnaud_Chapuis_fr.pdf
http://www.natura-sciences.com/energie/jatropha-biodiesel.html
http://www.ecosources.info/dossiers/Biocarburant_de_deuxieme_seconde_generation
http://www.lefigaro.fr/matieres-premieres/2008/06/09/04012-20080609ARTFIG00407-de-nouvelles-plantes-pour-des-biocarburants-du-futur-.php
http://www.ecosources.info/dossiers/Biocarburant_de_deuxieme_seconde_generation
http://www.goodplanet.info/actualite/2014/01/22/bientot-du-biocarburant-base-de-plantes-du-desert-et-deau-de-mer/
http://www.nord-nature.org/publications/bulletin/128/128b1.htm
http://tpelfcbiocarburant.over-blog.com/1-index.html

Illustrations :
- Vignette : Moringa oleifera par Jess par Harvey McDaniel from Naalehu, HI — Flickr - image description page, CC BY 2.0, via wikimedia commons
- Panorama : Pongamia pinnata par Tatiana Gerus from Brisbane, Australia — Pongam flowering tree (Millettia pinnata)Uploaded by berichard, CC BY-SA 2.0, via wikimedia commons
- Miscanthus By Pschmitz at the English language Wikipedia, CC BY-SA 3.0, via wikimedia commons
- Jatropha curcas par Forest and Kim Starr, licence CC BY 2.0, via Flickr
- Pongamia pinnata par J.M.Garg — Travail personnel, CC BY 3.0, via wikimedia commons

Cette mission est réalisée dans le cadre d'un partenariat avec la Fondation de la Maison de la Chimie :   une série de missions permettant de mettre en avant le lien étroit entre plantes et Chimie.