TPE 2006/2007 Les Biocarburants - 1

TPE 2006/2007
Les Biocarburants
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Est-il avantageux ou non d’utiliser les
biocarburants ?
Thème : Environnement et progrès.
Noms :
SENE Jeremy
RIOU Julien
NGUYEN Tung Bach
Classe : 1ere S (1 et 2)
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Plan
Introduction
I)
Biocarburants, qu’est-ce ?
1) Définition et histoire
2) Différents types de biocarburants
a)
b)
c)
d)
e)
II)
Les biocarburants oléagineux
Les biocarburants éthyliques
Les biocarburants gazeux
Les biocarburants solides
Autres…
Avantages
1)
2)
3)
4)
Réduction de l’effet de serre
Réduction de l’utilisation d’énergies fossiles
Un rapport élevé sur l’énergie mobilisée
Témoignages d’utilisateurs
III) Inconvénients
1) Problème de rendements
2) Une ressource coûteuse
3) Les problèmes d’utilisation
Conclusion
Annexes :
CD-Rom contenant les différents reportages vidéo qui nous ont été utile à la rédaction de ce
TPE ainsi que le document présent au format .pdf pour pouvoir lire sur un quelconque
ordinateur.
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Introduction
Aujourd’hui, les biocarburants sont à l’ordre du jour. En tant que carburants pour
l’avenir, ils sont souvent retrouvés dans de nombreuses discussions. Mais une question se
pose, est-il avantageux ou non d’utiliser les biocarburants ?
Pour répondre à cette question, nous allons définir l’ensemble des biocarburants qui
existent à l’heure actuelle. Ensuite, nous aborderons les différents avantages que présentent
ceux-ci. Pour finir, nous nous intéresserons sur leurs inconvénients.
I ) Biocarburant, qu’est-ce ?
1) Définition, histoire
Les biocarburants sont des carburants d’origine végétale pour moteurs thermiques. Ils sont
issus de la biomasse, d’où le nom de carburant vert. Les biocarburants sont une source
d’énergie liquide ou gazeuse. Ils se substituent partiellement ou totalement aux carburants
pétroliers, notamment dans le but de faire rouler les véhicules à carburant alternatif. On les
produits à partir de déchets végétaux ou de plants cultivés dans ce but. Aujourd’hui, les
biocarburants, en termes de production, sont le bioéthanol et le biodiesel.
Les biocarburants sont connus depuis les débuts de
l'industrie automobile. En effet, Nikolaus Otto, l'inventeur du
moteur à explosion avait conçu son invention pour utiliser de
l'éthanol ; tandis que Rudolf Diesel l'inventeur du moteur à
combustion faisait tourner ses machines à l'huile d'arachide. La
Ford T, produite entre 1903 et 1926, (voir ci-contre la photo de
la Ford T) roulait à l'éthanol.
L'utilisation de produits agricoles comme carburant n'est pas une innovation récente
puisque, dans l'entre deux guerres, la France avait déjà connu une importante consommation
de bioéthanol à cette usage. L'objectif d'alors, qui consistait à réduire les importations de
pétrole et donc à limiter le déséquilibre de la balance commerciale, est toujours d'actualité,
mais il est aujourd'hui devancé par un autre souci, environnemental. C’est l’effet de serre qui
est désormais remis en cause. Les biocarburants peuvent contribuer à produire beaucoup
moins de CO² (dioxyde de carbone), principal agent actif de l’effet de serre.
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2) Différents types de biocarburants
Nous pouvons discerner plusieurs types de biocarburants. Ils se séparent en biocarburants
oléagineux (huiles), éthyliques (alcools), gazeux et solides.
a. Les biocarburants oléagineux
N'importe quelle huile végétale (ou même animale) peut être utilisée comme carburant
(directement ou par conversion en biodiesel), mais des considérations de prix, de rendement
de cultures et d'écobilan excluent de nombreux candidats. De façon générale, les lipides
fournissent des carburants plus adaptés aux moteurs à cycle diesel qu'à ceux utilisant un cycle
à allumage commandé (moteurs « essence »). Les tourteaux sont les résidus solides obtenus
après l’extraction de l’huile des graines ou des fruits oléagineux. Ils sont essentiellement
utilisés dans l'alimentation animale.
b. Les biocarburants éthyliques
Cette partie regroupe 4 différents de biocarburants issus d’alcool :
L’éthanol : L’éthanol est un alcool usuellement désigné par l’abréviation EtOH. C’est
un liquide incolore et miscible à l’eau en toutes proportions. L’éthanol a été produit
par fermentation directe de sucres naturels. C’est un alcool qui peut remplacer
partiellement l’essence.
L’Ethyl-tertio-butyl-éther, ou dit plus simplement ETBE : L’ETBE est obtenu par
réaction entre l’éthanol et l’isobutène. Il est utilisé comme additif à hauteur de 5% à
l’essence en remplacement du plomb. L’isobutène n’est pas produit à partir de la
biomasse.
Le méthanol : Le méthanol, connu aussi sous le nom d’alcool méthylique ou d’alcool
de bois, est le plus simple des alcools. Mais son niveau de toxicité au niveau de
l’organisme demeure élevé. C’est un liquide transparent et inflammable. Il est aussi
utilisable en remplacement partiel, mais sous certaines conditions, de l’essence
comme additif dans le gasoil.
Le butanol : Le butanol est un liquide incolore fabriqué à partir d’avoine, de betteraves
et de canne à sucre
Nous pouvons schématiser la production d’éthanol :
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Nous pouvons aussi montrer une schématisation de la production de l’ETBE qui résulte de
l’association Iso-butène / Ethanol :
c. Les biocarburants gazeux
Il y a 3 différents types de biocarburants dans cette partie :
L’hydrogène : L’hydrogène est l’élément le plus abondant de l’univers. Il représente
effectivement 75% en masse et 90% en nombre d’atome. L’hydrogène sert à la
production de méthanol, de carburants pour des moteurs thermiques et aussi comme
combustible pour la pile à combustible chargée de produire de l’électricité. Ce n’est
pas un biocarburant en soi, mais il peut être produit à partir de méthane. Cette pratique
est dite le réformage. Le biocarburant hydrogène peut aussi être produit à partir
d’autres combustibles.
Le méthane d’origine biologique, dit plus généralement carburant biogaz : Le biogaz
carburant peut être utilisé en remplacement de l’essence dans les moteurs à explosion.
Il est produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en
l’absence d’oxygène. Cette fermentation est aussi appelée méthanisation. Elle se
produit naturellement, ou spontanément dans les décharges contenant des déchets
organiques. On peut aussi la provoquer artificiellement dans des digesteurs. Le biogaz
est un mélange composé essentiellement de méthane. Cela peut varier de 50 à 70%.
On trouve aussi en importante quantité du gaz carbonique. La quantité de certains
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éléments peut parfois changer, tel que l’eau, l’hydrogène sulfuré et l’oxygène. Nous
pouvons discerner 3 types de production de biogaz en fonction de la température :
* 15-25°C : psychrophile
* 25-45°C : mésophile
* 45-65°C : thermophile
Le gazogène : Le gazogène a été inventé par Georges Imbert. C’est un système
permettant de remplacer l’essence dans les moteurs à explosion. Pour qu’il soit un
biocarburant, il doit cependant utiliser du bois ou du charbon de bois. Cependant, la
mise on œuvre de ce dispositif est très complexe. Plus de vingt minutes sont
nécessaires au démarrage du moteur. En effet, après l’allumage d’un foyer, une fumée
riche en gaz combustibles est produite, et après purification, le gaz obtenu est utilisé
en carburant.
d. les biocarburants solides
Nous pouvons discerner 3 différents types de biocarburants solides :
Le bois : Le bois sert notamment à la production du gazogène. Depuis peu de temps,
des installations utilisent des rebuts de l’industrie du bois pour produire en continu de
la chaleur et de l’électricité. Cette dernière alimente le réseau tandis que la chaleur est
utilisée pour des processus industriels ou des équipements collectifs. Un module
typique moyen, composé principalement d’un gazogène et d’un moteur diesel, délivre
en continu 300 kW électriques et 600 kW thermiques.
La paille : La paille sert à la production de méthane par fermentation.
Le charbon de bois : Le charbon de bois se produit par pyrolyse de bois mais aussi de
paille ou d’autres matières organiques. Il ne pose pas de problèmes sérieux de
pollution ni de toxicité, est facile et sûr à manipuler, brule sans fumée, et a le double
pouvoir calorifique du bois ou de la paille.
e. Autres…
Nous pouvons aussi citer le Btl, biomass to liquid, dit aussi essence synthétique. Cela
correspond à la transformation de la biomasse grâce à un procédé de gazéification qui
s’adapte à une grande variété de biomasse (bois, paille, …) puis à la conversion de ce gaz de
synthèse en hydrocarbures de type gazole. La pratique a montré une réduction de 40% des
imbrûlés, de monoxyde de carbone et de particules. Nous ne pouvons néanmoins négliger une
légère perte de puissance.
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II) Les Avantages
Pour étudier les biocarburants, nous pouvons nous intéresser aux avantages que
présentent ceux-ci. Par exemple, voici un premier avantage qui est la réduction de gaz à effet
de serre.
1 ) Réduction de l’effet de serre
Pour ceci, voici donc un graphique qui présente l’émission de CO2 (gaz à effet de
serre) en Kg par an (pour la filière des huiles).
On remarque une émission de 3,4 tonnes environ par an pour le gazole, mais
seulement d’une moyenne d’environ 700 Kg par an pour toutes les huiles. On remarque donc
une réduction d’environ 5 fois d’émission du gaz à l’origine de l’effet de serre et donc du
réchauffement planétaire. Ceci est un avantage sur le point écologique puisqu’au lieu de
renvoyer d’énormes quantités de CO2 dans l’atmosphère on renverrait moins d’une tonne. Et
encore ce n’est qu’une moyenne. Dans ce graphique on voit bien que certaines huiles émettent
en dessous de la barre des 700Kg par an comme par exemple l’huile de tournesol ou encore
l’huile de colza.
Dans le futur, on peut envisager une baisse de l’émission du CO2 sur l’EMHV. En
effet, sur l’EMHV de colza, on aura d’ici 2009 une émission de 787 Kg/an au lieu de 888 à
l’heure actuelle. Pour le tournesol, on aura 671 Kg/an au lieu de 745.
Mais qu’en est-il des autres biocarburants ?
Prenons donc le cas du bioéthanol qui fait parti des biocarburants de type alcool.
(voir page suivante pour le graphique)
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On remarque donc que les bioéthanols produisent nettement plus de CO2 par an mais
ils restent tout de même moins polluants que l’essence, utilisée à l’heure actuelle.
Avec une moyenne de 2200 Kg par an, ils restent compétitifs avec l’essence qui produit 1.6
fois plus de CO2 par an.
En ce qui concerne l’évolution de l’essence d’ici 2009, on a quand même une légère baisse de
25 Kg/an. Comparé à l’évolution de l’émission de CO2 dans les filières d’éthanol, c’est peu.
En effet, on a une baisse de près de la moitié des émissions pour l’éthanol de betterave et de
blé. On estime pour 2009, l’émission de CO2 de la filière éthanol à une moyenne de 516
Kg/an au lieu de 912 à l’heure actuelle.
Si on arrive à réduire les émissions de CO2 dans l’air, cela permettrait de limiter le
phénomène des changements climatiques sur Terre.
2 ) Réduction de l’utilisation d’énergies fossiles
D’autre part, les biocarburants permettent à la France d’être indépendante sur le point
des carburants. En effet, actuellement, les carburants utilisés sont pour la plupart issus du
pétrole et donc proviennent d’autres pays. Avec les biocarburants, elle pourra faire sa propre
production et sa propre consommation. La France vise un taux de 5,75% de biocarburants
dans la consommation nationale d’ici 2008.
La fabrication de biocarburants simples comme le biométhane ou l'huile végétale, sans usines
de transformation compliquées permettrait de revitaliser certaines campagnes de France,
comme les zones montagneuses.
Sur l’idée du pétrole on peut aussi dire que c’est une énergie fossile non renouvelable.
Sur ce point, le biocarburant qui est une énergie renouvelable, permettrait de limiter
l’utilisation de ces énergies fossiles. En effet, contrairement au pétrole, le biocarburant est une
énergie « illimitée ».
Ensuite, on a la présence d’oxygène dans les molécules de biocarburant qui améliorent
leur combustion et diminue le nombre des particules dues aux hydrocarbures imbrûlés, ainsi
que le monoxyde de carbone. On rejette donc de l’oxygène dans l’atmosphère et non du CO2.
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Ces derniers temps, une nouvelle sorte de biocarburants fait apparition, il s’agit des
algues. La production de ces cellules offre un rendement à l'hectare trente fois supérieur aux
oléagineux terrestres tels que le colza ou le tournesol.
Contrairement aux biocarburants d'origine céréalière, la culture des microalgues n'entraine
aucun désagrément pour l'environnement, les éléments nutritifs sont systématiquement
recyclés. Le gain de place par rapport aux cultures terrestres est énorme.
Mais aussi, nous avons appris que le mélange E85 constitué de 85% d’éthanol et 15%
d’essence ne sera pas taxé, enfin presque. Juste les 15% d’essence seront taxés.
Cela pour dire que le prix de l’E85 devrait atteindre les 85ct/L.
3 ) Un rapport élevé sur l’énergie mobilisée
Mais ce n’est pas tout, les biocarburants présentent l'avantage d'être issus de matières
agricoles susceptibles d'être produites en Europe. De l'énergie non renouvelable est certes
utilisée pour la production des biocarburants, mais elle est très nettement inférieure à l'énergie
fossile qui est nécessaire pour obtenir le même volume d'essence ou de gazole.
En effet ce graphique, qui nous montre le rapport énergie restituée / énergie non renouvelable
mobilisée, nous prouve cet argument.
Pour la filière du bioéthanol :
Pour analyser ce graphique, il faut avoir un esprit assez mathématique. En effet, en
mathématique, plus le nombre au numérateur (en haut) d’une division est grand et plus le
dénominateur (en bas) d’une division est petit, plus le résultat est grand. Sur ce graphique, le
numérateur est l’énergie restituée et le dénominateur, les énergies non renouvelables
mobilisées. Si l’énergie restituée est grande avec une faible utilisation des énergies non
renouvelables, le résultat du rapport est grand, ce qui est bon signe.
Sur ce graphique, on remarque que l’essence a un « faible » score par rapport à l’éthanol.
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Dans cette filière, on remarque que le biocarburant le meilleur au niveau écologique est
l’éthanol car si on regarde les autres, comme le MTBE ou l’ETBE, leurs résultats sont proches
de celui de l’essence, ce qui est mauvais signe.
Le rapport de l’éthanol de betterave et de blé augmentera d’ici 2009. En effet, le rapport de
l’éthanol de betterave sera de 3.33, 3.57 pour le blé au lieu de 2.05 aujourd’hui.
On a donc encore des progrès à faire, qui devrait se confirmer d’ici 2009.
Pour la filière des huiles :
Pour cette filière, on remarque que les résultats sont beaucoup plus réjouissants que
pour ceux de la filière bioéthanol. En effet, on distingue le contraste entre l’huile de tournesol
avec un rapport de 5.48 et le gazole qui a un rapport de 0.917. La différence entre ces deux
carburants est énorme, le rapport de l’huile de tournesol est presque 6 fois plus grand que
celui du gazole. Ce qui est le cas avec les autres huiles qui (au total) forment une moyenne de
rapport de 4, c’est nettement plus que le rapport du gazole.
Tout cela pour dire que les biocarburants utilisent des énergies non renouvelables mais ces
derniers sont compensés par les résultats de production, à l’exception de quelques
biocarburants qui ne sont pas si « bio » que ça.
Pour ce graphique, l’évolution du rapport n’est pas flagrante. Mais elle n’est pas négligeable
non plus. Pour l’EMVH de colza, on a une augmentation de 0.32 et pour l’EMVH de
tournesol une évolution de croissance de 0.28.
4 ) Témoignages d’utilisateurs
D’après l’interview d’Alain JUSTE du reportage
« Envoyé Spécial » 07/04/06 :
« La conduite est exactement la même qu’avec le gazole, on a
le même type de consommation […] on pollue beaucoup
moins qu’avec le gazole. » en ce qui concerne l’huile de
tournesol.
Il nous prouve que « C’est un combustible pour la voiture et
pour l’être humain » en ingérant une gorgée de l’huile qu’il
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vient de produire. Et rajoute « c’est l’huile qu’on met dans nos salades ».
Son affaire : 30% d’huile pour 70% de gazole.
A l’époque, 70ct/L était le prix qu’il annonçait avec sa société contre 1.16€ avec les autres
carburants de type essence ou gazole.
Le diester, qui résulte de la transformation chimique de l’huile végétale au cours de
laquelle est conservé une seule partie des molécules, peut être couplé avec le gazole pour
former du carburant. Actuellement, on en trouve en très petite quantité dans les carburants.
Si on change les dosages pour en mettre non plus une faible quantité mais une assez grosse
quantité (comme 30%, en tests actuellement), cela ne réduira pas les performances du moteur.
On a même une tendance à réduire les émissions de fumée.
Le diester est le carburant utilisé par des hautes personnalités dans la législation telle que le
Président : Mr. CHIRAC. Il fait ainsi rouler toutes ses voitures au diester.
Sa conclusion : « ça marche très bien » avec 30% de diester dans les dosages.
La betterave offre des rendements supérieurs aux autres plantes mais ne suffisent pas
pour combler le manque d’espace (se référer au III) Inconvénients). Avec son sucre, on peut
obtenir de l’éthanol. Selon les puristes, la betterave offre de l’énergie et de l’environnement
ce qui est vrai. On peut le prouver grâce aux graphiques vus précédemment sur l’émission de
CO2 de l’éthanol.
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III) Inconvénients
1 ) Problèmes de rendements
On remarque que la production de l’huile de tournesol créé de nombreuses pertes.
D’une part au niveau du temps car la récolte ne s’effectue qu’une fois par an. De plus
certaines de ces récoltes s’avèrent infructueuses. En effet, les événements climatiques sont en
majeur partie responsables de ces pertes. Nous ne récoltons qu’une seule partie de la plante ce
qui représente une infime partie de celle-ci. On a donc besoin de grandes surfaces afin de
pouvoir récolter l’huile de tournesol.
Un acteur majeur de ce problème est le manque de place. En effet, sur Terre, on
manque de place pour les cultures dans le but de produire du biocarburant.
Ce tableau représente la surface occupée par les cultures des différents produits
nécessaires à la production de biocarburants.
On remarque que le blé occupe la majeur
partie de l’espace dédié à la production avec près
de 5.2 Mha. Le suivant de loin, le maïs et le
colza avec respectivement 1,8 et 1,1 Mha. Cela
représente une très grande surface.
Selon le document du gouvernement, 62% de la surface totale utilisée en agriculture
sert spécialement à produire des biocarburants de type oléagineux. Selon ce même document,
l’éthanol ne devrait pas poser de problème au niveau de la place contrairement à la filière du
colza. Cette dernière utiliserait largement les jachères mises à la disposition.
2 ) Une ressource coûteuse
Pour chiffrer les coûts de production du biocarburant, on doit prendre en compte les
coûts de la culture, des coûts de collecte et de transformation. Au final les biocarburants
coûtent trois fois plus cher par rapport au pétrole.
Ces coûts de production se résument dans ce tableau :
EXEMPLE DE COÛT DE PRODUCTION DES BIOCARBURANTS EN FRANCE
Éthanol
EMHV
Carburants pétroliers
(en euros par litre)
0,38
0,35
0,21
(en euros par gigajoule)
18
10,5
6
On remarque qu’avec 0.21€ par litre, les carburants pétroliers coûtent relativement
moins cher que les biocarburants qui comptent 0.38€/L pour l’éthanol ainsi que 0.35€/L pour
l’EMHV.
Mais le contenu énergétique n’est pas pris en compte dans ces statistiques.
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3 ) Les problèmes d’utilisation
Pour commencer, on peut dire que l’huile de tournesol dégage une odeur de friture lors
de l’utilisation. Ce qui est dérangeant si on n’aime pas cette odeur spéciale.
Nous avons parlé de l’affaire d’un utilisateur chevronné dans la partie précédente. En
effet, son affaire ne présente pas que des avantages comme il le dit mais aussi des
inconvénients majeurs. Il ne verse pas de taxes, d’où sont prix bas. Mais cette action est
illégale.
C’est bien là le problème, les utilisateurs se disent faire « un acte civique » puisqu’ils ne
dégagent pas de pollution et qu’ils aident les agriculteurs. Mais c’est dans la totale illégalité.
Dans le reportage, il est bien fait mention de : « Pour l’Etat, rouler à l’huile végétale est bel et
bien illégal ».On a donc, en France, une législation très frileuse.
Ensuite, si l’utilisateur veux rouler à 100% d’huile végétale, il faut faire une adaptation
au niveau du moteur qui coûte assez cher : aux alentours de 1300€.
Mais ce n’est pas tout, rouler avec 100% avec de l’huile végétale engendre des risques de
casse au niveau du moteur, qu’il soit neuf ou ancien. Ce n’est plus un faible coût à la pompe
mais un fort coût chez le garagiste. Un moteur coûte très cher !
Selon Gérard BELOT (dans le reportage), « l’huile végétale n’est pas le carburant de
l’avenir. C’est un substitue qui peut générer des difficultés au niveau de l’utilisation
courante […] Nous le déconseillons formellement » (ici « le » représente les carburants de
type huiles végétale). Cela vient bien confirmer la conclusion faite précédemment.
Nous vous avons dis que le président CHIRAC roulait au diester ? Etant donné que Mr
CHIRAC est un homme haut placé, il peut se le permettre. En tant qu’utilisateur, il est
difficile de trouver du diester actuellement voir impossible. Les pompes distribuant le diester
se font rares. De plus, d’après le reportage, « En France, pour avoir accès à ce carburant, il
faut bénéficier d’une dérogation ». C'est-à-dire d’une autorisation spéciale qui permet
l’utilisation de produits non conforme. Rappelons que le diester, ou les biocarburants en
général, sont illégaux à l’utilisation.
Nous vous avons parlé de l’éthanol, mais c’est comme tout, on a une face positive et
une négative. La face négative est son coût. En effet, il coûte en réalité presque 2 fois plus
cher que le pétrole raffiné. C’est donc désavantageux pour le consommateur qui débourserait
plus chère pour la même utilisation. Cependant, c’est un geste pour l’environnement (comme
dit dans les avantages). L’utilisateur est donc partagé entre deux choix : soit le prix, soit la
planète.
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Conclusion
La France a fait pas mal de progrès pour que les utilisateurs puissent rouler aux
biocarburants mais elle n’exploite pas complètement cette filière.
On peut faire des progrès, en s’inspirant des pays étrangers.
En Allemagne, le diester est disponible dans des stations service et est libre d’utilisation. On
n’a pas besoin d’avoir une dérogation pour pouvoir l’utiliser. A 100% dans les dosages, c’est
le biodiesel qui a un faible coût. Le biodiesel est le diester non pas dans des dosages de 30%
mais de 100%. C’est du pur. Celui-ci présente aussi des inconvénients.
L’éthanol est très développé au Brésil, mais à quel prix ? A celui des conditions de travail des
ouvriers sous payés ?
Nous avons encore beaucoup de temps avant de pouvoir rouler aux biocarburants.
On peut aussi dire qu’en France, les biocarburants peuvent être utiles pour une
utilisation dérivée. On peut prendre le cas de ce reportage qui montre l’utilisation des huiles
dans le chauffage d’une école.
Liens
Livres, magazines :
Que choisir ? n°444 : Dossier sur les biocarburants.
Sites web :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Biocarburant
http://www.hespul.org/-Biocarburants-.html
http://www.assemblee-nationale.fr/12/rap-info/i1622.asp
http://biocarburants.canalblog.com/archives/2007/01/11/3658957.html
http://biocarburants.canalblog.com/archives/2007/01/08/3659029.html
http://www.environnement.gouv.fr/IMG/pdf/BioCIVEPEOKAD20janvier.pdf
http://www.oleocene.org/index.php?page=que_faire&section=algues
http://www.inra.fr/presse/evaluation_des_biocarburants
Vidéos :
Envoyé spécial, France 2, 07/04/2006.
http://freakspirit.free.fr/tpe2007/8F581_envoye-special.wmv
Journal Télévisé de TF1, 13h, 27/01/2007.
http://freakspirit.free.fr/tpe2007/JT_13h_27-01-2007_TF1.wmv
Les images proviennent des sites de Wikipedia et de l’Assemblée Nationale.
Les vidéos sont hébergées sur un espace web personnel (celui de Julien) et se trouvent aussi
sur le CD annexe.
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