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HAL Id: hal-01268036 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01268036 Submitted on 29 May 2020 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Distributed under a Creative Commons Attribution - NonCommercial - NoDerivatives| 4.0 International License La biomasse, simple source d’énergie ou source de matières premières renouvelables ? Michael O’Donohue To cite this version: Michael O’Donohue. La biomasse, simple source d’énergie ou source de matières premières renouve- lables ?. Innovations Agronomiques, INRAE, 2013, 26, pp.41-50. hal-01268036 Innovations Agronomiques 26 (2013), 41-50 La biomasse, simple source d'énergie ou source de matières premières renouvelables ? O’Donohue Michael J.1 1 INRA UMR 792, LISBP, INSA, 137 avenue de Rangueil, F-31077 Toulouse cedex 04 Correspondance : michael.odonohue@insa-toulouse.fr Résumé La fin du 20ème siècle a été marquée par le double constat que les ressources fossiles s’épuisent peu à peu et que leur utilisation est néfaste pour l’équilibre de la planète. Ce constat est inquiétant, car notre économie dépend de ces ressources. Pour relever le défi du remplacement des ressources fossiles, un grand nombre de pays ont engagé des politiques visant à introduire dans l’économie des sources d’énergies et de carbone « propres » et renouvelables. C’est ainsi que nous sommes aujourd’hui habitués à assimiler le terme biomasse à la notion d’énergie et le terme bioraffinerie à une activité industrielle à finalité énergétique. Cependant, cette mise en adéquation trop rapide est maladroite, car elle fait oublier le fait que la biomasse est avant toute chose une formidable source de carbone renouvelable. Le projet FP7 BIOCORE a pour objectif de développer un concept de bioraffinage de la matière lignocellulosique qui privilégie la fabrication de matériaux et de produits chimiques, plutôt que celle de l’énergie. Le projet apporte une belle démonstration des nombreuses possibilités offertes par la biomasse lignocellulosique. Mots-clés : Bioraffinerie, lignocellulose, pentoses, lignines, cellulose, éthanol Abstract : Biomass, simply a source of energy, or a feedstock for renewable chemicals and materials ? The end of the 20th century was marked by the acknowledgement that fossil resources are inevitably finite, and that the use of these is damaging for the planet’s equilibrium. Recognition of these truths is worrying, because our modern economy is highly dependent on fossil resources.To meet the challenge of replacing fossil resources, many countries have adopted policies that aim to introduce ‘clean’ and renewable carbon sources into the economy. Accordingly, we have become accustomed to the association of the terms biomass and energy, and biorefining and biofuels. However, this rather hasty association of words and concepts is unfortunate, because it somewhat masks the fact that biomass is first and foremost a source of renewable carbon. The FP7 project entitled BIOCORE aims to develop a biorefining concept for lignocellulosic biomass that is primarily focused on the production of chemicals and materials, rather than energy vectors. Built around several workpackages, the projet is a fine demonstration of the numerous product opportunities offered by lignocellulosic biomass. Keywords : Lignocellulosics, biobased chemicals, lignins, cellulose, ethanol M.J. O’Donohue 42 Innovations Agronomiques 26 (2013), 41-50 Introduction La biomasse végétale résulte de la photosynthèse. Ce processus bioénergétique transforme l’énergie solaire, le CO2 et l’eau en glucides qui constituent les réserves de carbone des végétaux. Les glucides de stockage, comme l’amidon ou le saccharose, ou encore les substances lipidiques, comme les triglycérides, constituent les matières premières dites de première génération. Les macromolécules qui participent à la structuration des plantes sont dites de deuxième génération (ou 2G). Comme l’a montrée la récente polémique sur les biocarburants de première génération, il est particulièrement important de bien différencier ces deux types de biomasses. Contrairement à la seconde, la première catégorie fait généralement partie des ressources alimentaires exploitées par l’homme. Il est cependant intéressant de noter que le glucose, peut être à la fois obtenu à partir d’amidon ou de cellulose, la seule différence étant la difficulté relative de son extraction à partir de cette dernière. Les grands défis liés à l’utilisation de la biomasse lignocellulosique sont de natures différentes. Parmi ceux-ci, le premier concerne sans aucun doute la localisation des gisements de biomasse nécessaires pour garantir l’approvisionnement stable de bioraffineries en matières premières. Le second défi concerne la déconstruction maîtrisée de la biomasse permettant d’extraire les molécules qui serviront aux procédés de conversion. De nombreuses technologies existent, mais la plupart ne permettent pas d’attendre l’objectif numéro un d’une bioraffinerie, à savoir la fabrication d’une large gamme de produits. Enfin, le dernier défi est de concevoir des produits commercialisables qui répondent aux attentes des industriels et des consommateurs en termes de qualité technique et de performance environnementale. 1. La disponibilité de la biomasse lignocellulosique Une analyse rapide de la littérature permet de constater que la question de la disponibilité de la biomasse n’est pas simple. Il est en effet nécessaire de tenir compte non seulement de la production potentielle nette de la biomasse par unité géographique, mais également d’autres facteurs tenant compte de la durabilité du système (ex. la quantité récoltée, les usages alternatifs, les contraintes de transport, le comportement des agriculteurs et des forestiers etc.). En intégrant ces facteurs, le bilan peut être très différent d’une ressource à l’autre, et d’un lieu à l’autre. En conséquence, pour établir une industrie de bioraffinage, il est indispensable de déterminer la disponibilité et la stabilité (pour des périodes longues) de l’approvisionnement en biomasse dans différentes régions du monde, et ce à des échelles pertinentes. Le projet BIOCORE, a pour ambition de modéliser, par une approche d’étude de cas, le fonctionnement d’une bioraffinerie dans plusieurs régions en Europe et en Inde. Pour définir les régions à étudier, nous avons d’abord cherché à estimer la disponibilité de la biomasse des différents gisements. Pour la paille de céréale, les quantités disponibles en Europe ont été estimées en utilisant la formule suivante : PP = PR x A-PL x (1-B)-PE où PP= paille extractible ; PR = paille récoltée ; PL = paille utilisée en litière animale, PE = paille utilisée à des fins énergétiques ; A = coefficient de durabilité (pour le maintien du carbone organique dans le sol) ; B = % de fumier retourné au champ. La biomasse, source d’énergie ou de matières premières renouvelables ? Innovations Agronomiques 26 (2013), 41-50 43 A l’aide de cette formule et de l’emploi de définitions strictes pour calculer les valeurs de PR et PL et Pe, il a été possible d’établir des estimations de la biomasse réellement disponible pour le bioraffinage par pays européen, et à l’intérieur de chaque pays, des estimations par région (NUTS2)1. Le Tableau 1 et la Figure 1 illustrent une étape (détermination de la valeur PR) dans cette procédure pour la Hongrie. Figure 1 : Subdivisions NUTS 2 pour la Hongrie Code NUTS2 PR sans maïs PR avec maïs HU10 76 132 HU21 175 339 HU22 186 320 HU23 227 597 HU31 170 224 HU32 243 533 HU33 370 643 Total 1447 2789 Tableau 1 : Quantité annuelle de paille extractible (en millier de tonnes de matière sèche) en Hongrie Selon nos résultats globaux, l’Europe disposerait de 215 millions de tonnes (Mt) de paille récoltable (dont 50% de paille de blé, 25% de paille d’orge et 25% de tiges de maïs). La moitié de ce gisement se localise dans seulement trois pays, la France, l’Allemagne et l’Ukraine. Cependant, en tenant compte des différentes contraintes évoquées ci-dessus, la quantité de paille extractible, donc réellement 1 La classification NUTS ou Nomenclature d’unités territoriales statistiques a été établie par la Commission Européenne pour subdiviser les différents pays de l’Union en unités territoriales. NUTS2 fait référence aux unités présentant une population de 800 000 à 3 000 000 habitants. M.J. O’Donohue 44 Innovations Agronomiques 26 (2013), 41-50 disponible pour des activités de bioraffinage, serait de l’ordre de 47 Mt, dont environ 21 Mt localisés dans les trois pays cités précédemment. A l’aide de ces chiffres, il est possible de cibler une ou plusieurs régions, et de réaliser une étude de cas, ce qui permet d’apprécier d’autres facteurs tels que la qualité et la densité du réseau routier et la propension des acteurs locaux à participer à un projet de bioraffinerie. Dans le projet BIOCORE, ces études sont actuellement en cours de finalisation. Cependant, nous sommes déjà en mesure de dire que, pour certaines régions françaises, des facteurs tels que l’introduction de nouvelles pratiques (ex. le développement de l’agriculture biologique) et des sècheresses à répétition compromettraient la réalisation de projets de bioraffinerie d’une capacité de 150.000 tonnes (matière sèche par an), si les unités industrielles ne devaient dépendre que d’un approvisionnement local (dans un rayon d’environ 50 km au tour de l’usine) en paille de blé. 2. La déconstruction de la biomasse lignocellulosique 2.1 La structure et uploads/Geographie/ vol26-4-o-x27-donohue-1.pdf