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La Biomasse
Index 
Introduction
1 Qu’appelle-t-on biomasse?
2 Potentiel énergétique de la biomasse
3 Un peu de terminologie
4 Le bois et les résidus de bois
5 Les biocarburants
6 Le biogaz
7 Conclusion
Introduction: la Biomasse a la cote...
Vous l’avez remarqué: il ne se passe pas de semaines sans qu’une nouvelle annonce ne soit faite au sujet de la biomasse; en voici un échantillon (1er trimestre 2006):
- Dans le cadre de son plan biomasse, le gouvernement français annonce la construction de 16 nouvelles usines de biocarburants pour porter la production de biocarburants à 7,5% de la consommation totale française en carburants à l’horizon 2010,
- Le président Bush déclare qu’il souhaite que 14% de la production américaine de maïs serve à la production de bioéthanol pour atteindre 10% de la consommation américaine en carburant en 2012 (aujourd’hui 3%),
- Volkswagen annonce que, en 2010, tous les moteurs produits par le groupe pourront fonctionner aux biocarburants,
- L’Agence Internationale de l’Énergie (AIE) annonce que la production d’électricité issue de la biomasse devrait tripler entre 2003 et 2030 pour atteindre 0,5 Gtep, soit 5% de la production énergétique mondiale,
- Des enzymes spécifiques auraient été mis au point pour transformer la cellulose en sucres fermentescibles, donc en bioéthanol, à un coût compétitif avec le prix actuel de l’essence, ce qui ouvre la voie à l’utilisation de bois à croissance rapide tel que le peuplier pour fabriquer des biocarburants.
1. Mais d’abord, qu’appelle-t-on biomasse? L’origine de cette source d’énergie, c’est évidemment le soleil par le biais de la photosynthèse, qu’on peut résumer par la formule simplifiée suivante : CO2 + 2H2O + 8 n → (CHOH) + H2O + O2 Le monomère (CHOH) est à l’origine de l’amidon des céréales, des sucres des plantes sucrières, des huiles des plantes oléagineuses, de la cellulose du bois, etc. On sait que le rendement énergétique de la biomasse par rapport au rayonnement incident du soleil est très faible, en général inférieur à 2%; ainsi une prairie naturelle recevant 6000 MJ (mégajoules ou millions de joules) de rayonnement solaire par m2 et par an produira 6,2 kg d’herbe sèche par m2 et par an pour un potentiel énergétique de 100 MJ. Les rendements peuvent cependant monter jusqu’à 3-4 % pour des cultures du type blés ou betteraves. En moyenne sur Terre, l’énergie solaire produit, par hectare et par an, 1t d’herbe, 4t de feuilles, 5t de bois et 2t de racines (variable suivant latitude, ensoleillement et pluviosité); la culture permet évidemment de meilleurs rendements; ainsi un champ de blé dans une terre travaillée donnera-t-il 16,7 t de matières sèches par hectare, dont 6,5 t de grains, 7,5 t de pailles et 2,7 t d’éteules (ce qui reste sur le champ).
2. Potentiel énergétique de la biomasse Comme à chaque fois qu’on compare des sources d’énergie, le problème des unités se pose; avec l’ONU et l’AIE, on utilisera ici de préférence la tep (tonne équivalent pétrole), pour faciliter les comparaisons avec les autres sources d’énergie Sur ce total, on prélève chaque année 2,1 Gtep pour l’alimentation (dont ¼ de céréales), 0,4 Gtep pour bois et papier, 1,3 Gtep pour l’énergie (à 80% pour le bois de feu), soit un total prélevé de 3,8 Gtep (6% du total); selon l’AIE, l’objectif à moyen terme serait de prélever 4,9 Gtep; prélever plus impliquerait une accélération de la déforestation et de l’érosion des sols. Rappelons que l’agriculture mondiale consomme 0,40 Gtep d’énergie fossile (machinisme 40%, irrigation 11%, engrais 31%, pesticides 18%), soit 4% de la consommation mondiale. Enfin, il ne faut pas sous-estimer le problème de l’eau: la plupart de ces cultures requièrent Enfin, les nitrates des engrais qu’on retrouve dans les nappes phréatiques, ainsi que les pesticides trop abondamment utilisés sont aussi une source de préoccupations.
Quand on parle de biomasse, les termes suivants peuvent être rencontrés: incinération, combustion, gazéification, pyrolyse, fermentation; quelles différences entre ces termes? Dans tous les cas, il s’agit de la transformation de la matière organique contenue dans la biomasse, mais tout dépend de la quantité d’oxygène qui va être utilisée: - L’incinération et la combustion se font avec suffisamment d’oxygène pour que les produits finaux soient CO2 et H2O; dans le cas de l’incinération, on fera intervenir un gros excès d’oxygène, avec les inconvénients (réels ou supposés) en matière de production de dioxines: aussi n’a-t-elle pas très bonne presse, à tort selon nous, car elle permet à la fois une réduction de volume importante et une valorisation par récupération de chaleur, - La gazéification se fait avec un défaut d’oxygène , on obtiendra un mélange de CO, CO2, H2 et H2O en proportions variables; c’est ce qu’on appelle aujourd’hui les biogaz, mais il n’y a pas de différence de composition avec ce qu’on appelait dans le passé gaz de houille et gaz à l’eau, - La pyrolyse se fait avec un fort défaut d’oxygène; on obtiendra surtout du CO et de l’hydrogène, en même temps que du charbon de bois, la quantité de gaz augmentant quand la température de pyrolyse s’accroît (on peut monter jusqu’à 800°C), - La fermentationpeut être aérobie ou anaérobie; dans le premier cas, avec des levures ou bactéries, on obtiendra des alcools et aldéhydesqui seront à la base des biocarburants (par exemple 4 à 12 m3 d’éthanol/ha/an avec la canne à sucre); dans le deuxième cas on pourra obtenir un biogaz à base de méthane (200 à 500 m3 de gaz contenant 60 ± 10% de CH4/t de matière sèche). Typiquement, c’est ce qu’on obtiendra par fermentation de déchets organiques tels que pailles, déchets de bois, déchets alimentaires ou de cultures, - Enfin, on pourrait citer le compostage, les matières organiques étant transformées en engrais agricoles, mais ce n’est plus tout à fait une valorisation énergétique de la biomasse.
Selon l’AIE, la répartition des sources d’énergie primaire dans le monde en 2003 a été de 34,4% pour le pétrole, 24,4% pour le charbon, 21,2% pour le gaz, 6,5% pour le nucléaire, et 13,3% pour les énergies renouvelables (bois et biomasse 10,6%, hydroélectricité 2,2%, autres 0,5% dont géothermie 0,416%, éolien 0,051%, solaire 0,039%, et marées 0,0005%) Environ 1,1 Gtep de l’énergie primaire consommée dans le monde provient du bois, surtout du bois de feu, seule ressource disponible dans beaucoup de zones peu développées. Les rendements sont médiocres, 5% pour un feu ouvert, 10% pour une cheminée, 30% pour un poêle à bois mais 50 à 80% pour une chaudière moderne.
Attention dans les chiffres que l’on trouve ou dans les publications, on ne fait pas toujours la distinction entre le bois brut, donc humide, et le bois sec ; or, en termes d’énergie potentielle par unité de masse, la différence peut atteindre 50%.
Peut-on produire de l’électricité avec du bois? Oui par au moins deux techniques:
-soit on gazéifie le bois et le gaz produit est utilisé comme du gaz naturel ou en mélange avec lui (Suède, USA); dans ce deuxième cas, le rendement est de l’ordre de 40% en partant d’un bois sec En France, le bois de feu correspond à 9 Mtep dont 8 en chauffage domestique et 1,2 en chauffage industriel et collectif; ajouter à cela 400.000 t de déchets de bois utilisés dans des chaufferies collectives. 300.000 appareils de chauffage au bois sont commercialisés chaque année en France. Ainsi, l’utilisation du bois a un impact non négligeable sur les rejets en CO2; un exemple: 28000 ha de taillis avec un rendement de 10 t de matières sèches à l’hectare permettront d’économiser 100.000 tep. D’où le plan «Bois» de l’ADEME, économiser 0,3 Mtep en 2006 et réduire de 700.000 t les émissions de CO2. Un «biocarburant» est un carburant d’origine végétale; on parlera de «bioesters» et de «bioéthanols». Deux types de culture peuvent en être à l’origine: On produit 80 millions de tonnes d’huile végétale chaque année dans le monde; 30% est consommé comme huile alimentaire - les cultures sucrières (betterave, canne à sucre, etc.) qui permettent de produire un bioéthanol utilisé soit à 85% dans l’essence (comme au Brésil qui a adapté une partie de son parc automobile – 4,5 millions de véhicules, soit une voiture sur cinq -, car il faut un moteur spécifique), soit en conservant les moteurs actuels mais en limitant son addition à 5% en volume; ou encore on peut le mélanger à l’isobutylène pour produire un éther (ETBE ou MTBE) utilisé comme additif à l’essence sans plomb et alors on peut monter à 15% sa proportion dans l’essence, toujours en conservant les moteurs actuels. Si on part de céréales au lieu de sucres, il faut d’abord hydrolyser l’amidon pour obtenir un sucre; dans tous les cas, on génère des sous-produits (pulpes de betteraves par exemple) Selon la DGEMP, 1t de sucre donne 0,51t d’éthanol (+ 0,49t de CO2) et 1t d’huile + 0,1t de méthanol donne 1t d’EMHV + 0,1t de glycérine. Rappel: sur une consommation totale d’énergie primaire de 260 Mtep, la France consomme 50 Mtep de produits pétroliers pour ses transports Quels sont les bilans de ces opérations? a) Bilan énergétique: le rendement énergétique des biocarburants (énergie restituée par rapport à l’énergie non renouvelable mobilisée) est, selon la DGEMP, de2 pour l’éthanol de blé ou de betterave, 1 pour l’ETBE et 3 pour l’EMHV. Mais ces bilans restent controversés, comme l’a montré une récente étude américaine de D. Pimentel & Tad W. Tadzek, qui donne des résultats inférieurs à 1 pour le bioéthanol. Tout cela est un peu compliqué, en particulier parce que les PCI des différents carburants ne sont pas identiques (c’est à dire que les consommations en litres au 100 km ne sont pas les mêmes): 42,9 MJ/kg pour le super sans plomb, 42,8 pour le gazole mais seulement 26,8 MJ/kg pour l’éthanol, 35,89 pour l’ETBE et 37,4 pour l’EMHV. b) Bilan CO2: toujours selon la DGEMP, on évite 2,7 t de CO2/t de bioéthanol et 2,5 t de CO2/t de bioester; mais cela dépend évidemment du type d’énergie utilisée pour la production et le traitement du produit de départ. c) Bilan financier: aujourd’hui, les biocarburants reviennent plus chers à produire que l’essence ou le gazole (environ 0,5€ ± 0,10€ de plus par litre), mais la différence pourrait devenir minime si le prix du fuel continue d’augmenter; selon l’ADEME, on espère gagner 0,15 €/l en optimisant le processus (notamment choix des plantes) et on chiffre à 0,15 €/l les externalités positives, telle que la diminution des rejets en CO2. Rappelons que les biocarburants sont défiscalisés en France à raison de 33 €/hl pour le bioéthanol et 25 €/hl pour le bioester. Toujours est-il que le programme français annoncé récemment est en forte augmentation: 1 280 000 t en 2007 (+ 320 000 pour les bioéthanols et + 480 000 t pour les biodiesels) soit 5,75% de la consommation, puis ce pourcentage devrait monter à 7% en 2010 et 10% en 2015; de son côté, l’objectif européen est que au moins 5% des carburants consommés en Europe en 2010 proviennent de la biomasse. Ainsi, même si le bilan énergétique n’est pas très bon, le bilan financier probablement défavorable, on ne peut qu’être d’accord avec les promoteurs des biocarburants, d’une part pour diminuer autant que faire se peut notre consommation en fuel importé et d’autre part pour diminuer nos rejets en CO2. La question suivante, c’est de savoir jusqu’où on peut aller avec les biocarburants au delà d’une part, somme toute modeste, de la consommation totale en carburantsd’un pays comme la France; on trouvera d’intéressants développements sur ce sujet sur le site www. Manicore. com, avec de nombreux calculs sur les surfaces et énergies nécessaires si l’on voulait faire des biocarburants le carburant de base des transports mondiaux.
Issu de la gazéification, de la pyrolyse ou de certaines formes de fermentation, le biogaz a l’avantage de pouvoir être produit à partir de déchets divers, participant ainsi à leur valorisation; ainsi du biogaz peut-il être produit à partir de déchets ménagers, comme aux usines de Bouqueval, du Plessis-Gassot ou de Fresne-sur-Marne en région parisienne; il peut aussi être produit à partir de pailles et déchets agricoles divers; enfin c’est un sous-produit de la fabrication du charbon de bois. Le biogaz est en général un mélange gazeux dans lequel on trouve du CO, La production française, très morcelée mais c’est inhérent aux produits de départ, représente moins de 1% de la consommation en gaz naturel; le potentiel reste faible et les prix de revient ne sont pas compétitifs, même avec un gaz naturel encore plus cher qu’il ne l’est actuellement. Dans l’état actuel des techniques de production de biogaz, on ne voit pas comment le biogaz pourrait contribuer de manière significative au mix énergétique d’un pays comme la France.
Vous le voyez, la biomasse n’est certainement pas, à elle seule, l’énergie du futur; cela ne veut pas dire qu’il faut mépriser ce qu’elle peut apporter en termes d’économie d’énergies fossiles importées et de lutte contre l’augmentation de l’effet de serre. On peut sans doute estimer à un bon 10% son potentiel de participation au mix énergétique français, en particulier grâce aux biocarburants.
Sites consultés: PhF, 16/05/2006 
La biomasse, au sens général, c’est évidemment l’ensemble de la matière vivante de la biosphère; mais quand on la considère comme une source d’énergie, la définition est plus restrictive: la biomasse regroupe l’ensemble des produits organiques d’origine biologique, mais non fossiles, qui peuvent être utilisés comme source d’énergie pour produire de la chaleur, des carburants ou de l’électricité.
Cela inclut donc le bois, les résidus des industries du bois et du papier, toute une gamme de résidus organiques solides générés par les collectivités, les individus, ou l’industrie; cela inclut aussi les déchets agricoles utilisables pour produire biogaz et biocarburants de même que les productions agricoles réalisées spécifiquement pour ces applications.
( gaz carbonique + eau + 8 photons lumineux → un composé organique + oxygène),
1 tep = 4180 MJ = 107 kcal = 11600 kWh
Consommation mondiale d’énergie : 10 Gtep (10 milliards de tep)
510 tep d’énergie solaire totale par hectare; 1,26% est converti en production (6,4 tep), soit 16 t de matières sèches dont 1/3 de grains (5,1 t) et pour obtenir cela on consommera de l’énergie en tracteurs, en engrais, en semences, en irrigation et pesticides et enfin pour le séchage pour un total de 1,5 à 2 tep; de sorte que le rendement énergétique de ce maïs sera de 2,5 ± 0,4 (on appelle rendement énergétique, le rapport entre l’énergie apportée par le maïs et celle, autre que le rayonnement solaire, nécessaire pour le produire). A titre de comparaison, on obtient un rendement énergétique de 16 pour une culture traditionnelle (riz en manuel), mais 3 pour le blé, 2,5 pour la canne à sucre et moins de 2 pour la betterave et le riz irrigué.
beaucoup d’irrigation et l’eau disponible se fait de plus en plus rare. Par exemple, en France, 1 600 000 hectares de terres sont irriguées (dont maïs 44%, vergers 9%, légumes 9%, fourrage 9%), soit 6% de la surface agricole totale française (26 millions d’hectares). Pour cela on utilise 4,5 milliards de m3 d’eau, soit une moyenne de 3000 m3/ha, ce qui représente 70% de la consommation française en eau douce(et il ne s’agit là que d’une moyenne, la betterave requiert de 7 à 10 000 m3/ha/an et le maïs 20 000 m3/ha/an!).
Quand on parle du bois comme source d’énergie, on donne souvent son PCI ou PCS; que veulent dire ces sigles? Il s’agit du Pouvoir Calorifique Inférieur ou Supérieur , la différence entre les deux étant la prise en compte ou non de la chaleur latente de vaporisation de l’eau (comme dans une chaudière à condensation); ainsi le PCI d’un bois humide sera-t-il de 0,2 à 0,3 tep/t alors que pour un bois sec le pouvoir calorifique avoisinera les 0,4 tep/t
tonne de pétrole, en les brûlant on aura donc évité la production de 3,7 t de CO2; c’est en ce sens qu’on peut dire que l’utilisation de la biomasse participe à la réduction de l’effet de serre; mais si la biomasse remplace du nucléaire ou de l’hydroélectricité, elle ne contribuera en rien à la diminution des émissions de CO2
raison de 5%, sauf cas particuliers (30% dans certains bus); on génère cependant des sous-produits, les tourteaux (résidus après extraction de l’huile) et de la glycérine lors de la fabrication de l’ester,
La conclusion est sans équivoque: si on utilisait toutes les terres arables du monde pour produire des biocarburants, on arriverait à peine à satisfaire 40% des transports mondiaux. C’est ce que résume la formule lapidaire mais frappante: «rouler ou manger». 
du CO2, de l’hydrogène, de la vapeur d’eau et du méthane, en proportions très variables, selon le produit de départ et la technique utilisée; bien souvent des composés azotés seront également présents en faible quantité, dont le redoutable N2O (300 fois plus nocif que le CO2 vis à vis de l’effet de serre); le PCI faible, à peine la moitié de celui du gaz naturel, fait qu’il ne peut qu’être mélangé en faibles proportions à ce dernier. Il n’y a pas d’autres applications, si on excepte des chaufferies collectives, associées à un réseau de collecte séparée de déchets organiques.
Aller au-delà nécessiterait de mettre au point des cultures beaucoup plus énergétiques que celles utilisées actuellement. En 1951 un romancier anglais de science-fiction, John Wyndham, publiait «The Day of the Triffids», le triffid étant une plante oléagineuse 10 fois plus énergétique que le maïs, bien qu’elle présentait des inconvénients qui se révèleront désastreux pour l’humanité. Mais ceci est une autre histoire...
ONU, AIE, FAO, pour les sites internationaux;
Ministère de l’Agriculture, DGEMP, ADEME, CNRS, IFP, Manicore, pour la France.
