Les Cahiers du Challenge Bibendum. Roulons bio! Demain, quels carburants pour quels usages? Paris - 1 -

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1 Les Cahiers du Challenge Bibendum Roulons bio! Demain, quels carburants pour quels usages? Paris

2 Les Cahiers du Challenge Bibendum Les Cahiers du Challenge Bibendum ont été conçus pour stimuler la réflexion et le dialogue entre experts, industriels, décideurs politiques, journalistes et toute autre personne souhaitant prendre part au débat sur l'avenir de la mobilité. Ces documents n'apprendront rien aux spécialistes, mais ils permettront aux lecteurs intéressés par le sujet d'acquérir en quelques pages l'essentiel de l'information permettant de saisir les enjeux principaux et de contribuer à une réflexion éclairée. Nous sollicitons d ailleurs les contributions individuelles : retrouvez les Cahiers du Challenge Bibendum sur notre site challengebibendum.com et apportez vos commentaires. Nous en tiendrons compte lors de la mise à jour de ces cahiers évolutifs. Patrick Oliva Directeur de la Prospective et du Développement durable Michelin Remerciements Nous souhaitons remercier vivement toutes les personnes qui, par leurs précieux conseils, remarques et précisions, ont contribué à la rédaction de ce cahier, en particulier : Hervé Deguine, Guillaume Doyen, Michael Fanning, Antoine Perriot, Patrice Person, Laurence Ullmann et Elizabeth Sevo

3 10 idées fausses sur les biocarburants 1. Les biocarburants ne sont pas viables économiquement sans subventions. Faux! Actuellement, au Brésil, le litre d éthanol E100 à la pompe fluctue entre ~1,25 R$/l (0,54 ) et ~1,9 R$/l (0,82 ) sans subvention, alors que le prix de l essence est de ~2,6 R$/l (1,10, avec une taxe d environ 54% sur les produits pétroliers). En tenant compte des 30% d écart en contenu énergétique entre l éthanol et l essence, leurs prix au km sont, au pire, équivalents. Le prix du pétrole étant durablement orienté à la hausse, le bioéthanol est économiquement viable au Brésil, sans subvention. 2. Tous comptes faits, les biocarburants polluent plus que les carburants fossiles. Faux! Cela dépend du biocarburant et du contexte. Un biodiesel de première génération (1G) fabriqué en Allemagne avec de l huile de palme cultivée à Bornéo sur un sol défriché au détriment de la forêt primaire aura un coût carbone supérieur à un diesel fossile issu du pétrole Brent. Un BTL (Biomass-To-Liquid) fabriqué en Allemagne à partir de bois issu de forêts gérées de façon durable aura probablement un très bon bilan carbone. 3. Les biocarburants vont condamner les pays du Sud à la famine. Faux! Certes, la crise alimentaire de a montré que les biocarburants pouvaient contribuer à des hausses du prix des denrées alimentaires et provoquer des famines. Mais ce risque est maîtrisable. Les biocarburants de deuxième et de troisième génération (2G et 3G) permettront de meilleurs rendements à l hectare et les politiques de développement des biocarburants intègrent cet élément. Ne rien faire pour lutter contre le réchauffement planétaire induirait des dérèglements climatiques bien plus lourds de conséquences sur les ressources alimentaires mondiales. 4. Les biocarburants ne seront jamais un produit de masse. Faux! Le Brésil dispose déjà d une filière biocarburant totalement fonctionnelle. En 2007, la consommation de biocarburants au Brésil était presque égale à la consommation d essence (respectivement 17,2 Gl et 17,4 Gl). La production estimée de bioéthanol du pays pour 2013 est de 43,4 Gl. En 2010, sur 3,6 millions de véhicules vendus au Brésil, 2,6 étaient bicarburants

4 5. Le lobby pétrolier veut la mort des biocarburants. Faux! La pérennité du secteur de l énergie passe par le développement d alternatives au pétrole. Les pétroliers en sont parfaitement conscients. Preuve en est l implication de grands groupes pétroliers dans le développement de biocarburants. 6. Les biocarburants vont me contraindre à changer de véhicule. Faux! Ce n est pas vrai pour tous les carburants. Les moteurs essence peuvent supporter jusqu à 10% d éthanol sans la moindre modification. Les BTL sont meilleurs ou équivalents au diesel fossile sur toutes les performances. Les moteurs essence et diesel peuvent être rendus bi-carburants essence/biogaz GNV, essence/e85 ou diesel/huile végétale grâce à des kits d adaptation. Il n est donc pas nécessaire de changer de véhicule pour rouler aux biocarburants. 7. Le Biogaz GNV est aussi dangereux que le GPL. Faux! Le GNV (Gaz Naturel Véhicule) et le GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié) n ont rien à voir. Le premier est un gaz comprimé, le second un gaz liquéfié. En conséquence, un véhicule GNV ne peut donner lieu au phénomène d ébullition explosion (Effet «Bleve») qui rend le GPL dangereux. 8. Les biocarburants n ont pas d avenir face à la voiture électrique. Faux! Les deux énergies ne sont pas concurrentes ; elles sont complémentaires et répondent à des besoins différents. En outre, on ne peut pas exclure des solutions hybrides électrique/biocarburants. Enfin, le réseau de distribution des carburants fossiles déjà en place peut être utilisé pour la distribution des biocarburants, ce qui en facilite la distribution. 9. À long terme, l hydrogène supplantera les biocarburants. Faux! Les bioéthanols peut-être, la biomasse sûrement pas. On croit souvent que les biocarburants se limitent aux véhicules actuels, avec leurs moteurs brûlant des hydrocarbures. Mais la biomasse permettra également de produire un hydrogène parfaitement adapté aux véhicules du futur. Outre la gazéification, des méthodes de fermentation existent en laboratoire pour transformer la biomasse en hydrogène grâce à des bactéries. La mise en place de véhicules à hydrogène ne rendra donc pas obsolète la filière biomasse. 10. Demain, tout le monde roulera au biocarburant. Faux! Les biocarburants n assureront pas seuls et partout dans le monde une mobilité durable. En 2030, ils ne représenteront pas plus de 10% à 20% de l ensemble des carburants. En revanche, ce sera peut-être le cas localement. Ainsi au Brésil, le bioéthanol représente déjà 50% du volume d essence consommé. En outre, l aviation civile pourrait à l avenir utiliser de grandes quantités de biokérozene

5 Sommaire 10 idées fausses sur les biocarburants 03 Introduction 06 Chapitre 1 : Comment obtient-on les biocarburants et quels sont leurs usages? Les biocarburants de première génération Les biocarburants de deuxième génération Les biocarburants de troisième génération 09 Chapitre 2 : Economie des carburants issus de la biomasse Producteurs et acteurs en Les coûts de production Les perspectives d ici 2030 et au-delà 14 Chapitre 3 : Impact environnemental des carburants issus de la biomasse Bilan carbone des biocarburants Impact environnemental du changement d utilisation des sols Autres conséquences environnementales des carburants «verts» 21 Chapitre 4 : Les conséquences sociales du recours aux biocarburants Biocarburants contre produis alimentaires? La compétition pour les ressources en eau Les biocarburants sont-ils créateurs d emplois? 28 4 idées clefs à retenir

6 Introduction Il y a trois raisons de s intéresser aux biomasses. Presque tous les véhicules routiers utilisent des carburants issus du pétrole. Riche en énergie, facile à extraire et à transporter, jusqu à récemment bon marché, il s est progressivement imposé face aux autres sources d énergie primaire. Pourtant, l hégémonie du pétrole semble compromise pour trois raisons majeures. Tout d abord, avec sa raréfaction prévisible, son prix pourrait doubler d ici Ensuite, les spécialistes s accordent aujourd hui sur la hausse de la concentration atmosphérique en gaz à effet de serre. Ils l attribuent entre autre aux émissions humaines de CO 2 liées pour partie à la combustion du pétrole. Pour limiter cette augmentation aux effets dévastateurs, il faut réduire les émissions de CO 2. Or le transport sous toutes ses formes, notamment routier, est la deuxième cause (10%) d émissions de CO 2 après le secteur de l énergie (37%). Enfin, huit pays représentent près de 80% des ressources prouvées en pétrole. L hégémonie du pétrole rend illusoire tout espoir d indépendance énergétique pour la plupart des Etats. Pour être durable, le transport routier devra réduire sa consommation énergétique et sa dépendance vis-à-vis du pétrole. A défaut, entre la hausse du prix du carburant et la taxation des émissions de CO 2, la mobilité deviendra un luxe. Il s avère indispensable d explorer des alternatives au pétrole. L une d entre est liée aux carburants issus de la biomasse, aussi appelés biocarburants ou agrocarburants, qui sont compatibles avec les moteurs actuels. La biomasse est l ensemble des matières naturelles riches en carbone issues de végétaux ou d animaux et renouvelables sur des temps courts (moins de 10 ans). Les carburants liquides ou gazeux obtenus par transformation de cette biomasse sont appelés carburants issus de la biomasse (ou biocarburants). Par opposition, on parle de carburants fossiles pour le pétrole, le gaz naturel et le charbon. Egalement issus de végétaux et d animaux, leur renouvellement nécessite, quant à lui, des millions d années. On classe les biocarburants en trois générations distinctes, selon les matières premières utilisées et la maturité des techniques de fabrication. Les biocarburants première génération (1G) sont obtenus par une transformation simple de produits agricoles cultivés pour l alimentation humaine. Ainsi, on peut remplacer l essence par de l alcool de maïs ou le diesel par de l huile de colza. Ces carburants sont déjà disponibles, mais leur production peut entrer en compétition avec l industrie alimentaire dans l emploi des sols. Les biocarburants de deuxième génération (2G) sont obtenus via une transformation plus complexe à partir de biomasse autre qu alimentaire (paille, bois). Ils limitent la compétition avec la production alimentaire par l utilisation de déchets de l industrie agricole. Ils seront disponibles en quantité en Les biocarburants de troisième génération (3G) utilisent comme matière première des algues. Celles-ci permettent de limiter la pression sur les sols agricoles et les ressources en eau. Ces carburants sont actuellement au stade de la recherche avec un début d industrialisation. Ils devraient être disponibles pour utilisation massive entre 2030 et On peut également classer la plupart des biocarburants en quatre catégories en fonction de leur utilisation. La première comprend les biocarburants à base de sucres et se substituant à l essence (exemple : le bioéthanol). Dans le cas d un mélange avec de l essence, on appelle celui-ci E25 (s il contient 25% de biocarburant). Dans la seconde, on regroupe les - 6 -

7 biocarburants à base d huiles et de matières grasses pouvant se substituer au diesel (exemple : le biodiesel). Dans le cas d un mélange avec du diesel, on appelle celui-ci B25 (s il contient 25% de biocarburant). La troisième catégorie rassemble les biogaz à base de matières premières variées et se substituant au gaz naturel. Enfin, quatrième et dernière catégorie, le biohydrogène est un carburant adapté aux futurs véhicules à hydrogène

8 Chapitre 1 Comment obtient-on les biocarburants et quels sont leurs usages? 1. Les biocarburants de première génération Les biocarburants de première génération permettent de faire fonctionner des moteurs à essence (bioéthanol/éther), des moteurs diesel (biodiesel, huiles) et des moteurs à gaz (biogaz Gaz Naturel Véhicule, GNV). Pour ce qui concerne les moteurs à essence, les bioéthanols 1G peuvent être produits à partir du sucre extrait de plantes sucrières (canne à sucre, betterave) ou à partir de l amidon extrait de céréales ou de tubercules (maïs, pomme de terre). Si l on utilise des plantes sucrières, on procède directement à une fermentation alcoolique du sucre. Si l on utilise de l amidon, il est d abord décomposé en sucre au moyen d enzymes (hydrolyse) avant de subir une fermentation. On procède ensuite à une distillation pour obtenir l éthanol. Cet éthanol peut être transformé en éther par réaction avec un produit pétrolier, l isobutène. Le bioéthanol peut être utilisé pur ou mélangé, tel quel ou sous forme d éther, à de l essence. L éthanol permet un meilleur rendement du moteur (indice d octane plus élevé) mais contient moins d énergie que l essence. Au final, on parcourt 30% de distance en moins avec un litre d éthanol qu avec un litre d essence. La teneur en éthanol du carburant utilisé a un impact sur le véhicule. Ainsi, si les mélanges E5 et E10 peuvent être utilisés par la plupart des véhicules essence, au-delà, des véhicules adaptés (FlexFuel), déjà disponibles, sont nécessaires. Le scénario est différent pour ce qui concerne les moteurs diesel. Les produits de type biodiesel et huiles sont obtenus à partir de plantes oléagineuses (colza, palme), voire de graisses animales. Une première étape consiste à obtenir de l huile. On peut extraire par pression l huile végétale pure à partir de plantes. Le résidu solide peut alors servir d alimentation pour le bétail (tourteaux). On peut également recycler des huiles de cuisson après filtration. L huile obtenue ne peut être utilisée directement sous forme d huile (acides gras), mais peut l être sous forme de biodiesel, après réaction avec un alcool (transestérification). Les biodiesels peuvent être utilisés purs ou mélangés à du diesel d origine fossile. Ces mélanges sont adaptés aux moteurs diesel (bon indice de cétane) mais leur contenu énergétique est légèrement plus faible. Pour une même distance, leur consommation est de 7% plus élevée que le diesel fossile (la surconsommation représente 10% du pourcentage de biodiesel dans le gazole). Des matériaux spécifiques sont nécessaires pour certaines pièces du moteur à partir de B30, mais il existe déjà des modèles de véhicules adaptés. Les huiles végétales peuvent être utilisées pures ou mélangées à du diesel fossile. Un usage régulier d huile recyclée cause une usure prématurée du moteur. De plus, à cause de sa viscosité, il faut modifier le véhicule pour assurer un préchauffage de l huile végétale. Enfin, les moteurs à gaz (biogaz GNV) ouvrent d autres perspectives. Toute biomasse peut servir à produire le méthane constituant le biogaz 1G. On utilise par exemple des déchets agroalimentaires ou des boues d épuration. Les matières premières sont digérées par des micro-organismes qui dégagent du gaz. Celui-ci est purifié pour ne garder que le méthane. Les résidus solides sont transformés en compost. Ce procédé permet la valorisation de - 8 -

9 déchets ménagers. Le méthane obtenu peut être utilisé par des véhicules adaptés. L infrastructure de distribution de ce biocarburant est actuellement plutôt conçue pour des flottes captives. Des stations services adaptées existent cependant dans différents pays européens (Suède, Suisse, France). Comme c est un gaz comprimé et non liquéfié, il faut un volume plus important que dans le cas de l essence pour parcourir une même distance. 2. Les biocarburants de deuxième génération Les biocarburants de deuxième génération sont différents selon les types de motorisation. Le bioéthanol lignocellulosique est adapté au moteur à essence. Il est obtenu à partir de molécules complexes dites lignocellulosiques constituant la structure de la plante (paille, bois) et ne servant pas à l alimentation. Le processus de fabrication est similaire à celui du bioéthanol 1G à base d amidon. Une étape préparatoire d hydrolyse permet d obtenir des sucres. Ceux-ci subissent ensuite une fermentation et une distillation pour obtenir de l éthanol. L hydrolyse est cependant ici plus difficile car les molécules sont plus complexes. Le produit final, similaire au bioéthanol 1G, se substitue à l essence. Les biocarburant de deuxième génération adaptés au moteur diesel sont les BTL (Biomass-To-Liquid). Toute biomasse végétale peut être utilisée pour obtenir ces biocarburants, en particulier la biomasse non alimentaire. Les procédés de fabrication varient légèrement selon le résultat attendu. La biomasse subit un traitement à haute température et haute pression (la gazéification) qui la transforme en un mélange de CO et de H 2 appelé gaz de synthèse. Ce dernier est ensuite purifié et traité selon le produit recherché. Un traitement fréquent est le procédé Fischer-Tropsch, qui transforme ce gaz en hydrocarbures adaptés aux moteurs diesel. Le carburant obtenu par procédé Fischer-Tropsch est équivalent, voire supérieur au diesel (émissions de particules et de NOx plus faibles). On peut l utiliser pur ou mélangé à du diesel. Des biogaz de synthèse sont adapté aux besoin du moteur à gaz. Comme pour les BTL, toute biomasse végétale peut être utilisée. Les matières premières sont gazéifiées et le gaz de synthèse obtenu est ensuite transformé en méthane (CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O). Ce procédé permet une production à plus grande échelle que le procédé de 1 re génération. Le gaz obtenu est similaire au biogaz 1G. Ses applications le sont également. Enfin, toute biomasse végétale peut être utilisée pour le moteur à hydrogène. Le gaz de synthèse obtenu par gazéification peut-être transformé en hydrogène par réaction avec de l eau, via la réaction suivante : CO + H 2 O CO 2 + H 2. Le gaz obtenu peut, quant à lui, être utilisé pour des applications de type pile à combustible ou moteur à hydrogène 3. Les biocarburants de troisième génération Les biocarburants de troisième génération s appuient sur l industrie de l algue. Il s agit d algues sélectionnées pour leur forte teneur en huile ou en amidon, leur résistance, leur haut rendement et leur croissance rapide. La culture des algues s effectue en eau douce ou salée, soit en bassins, soit dans des tubes fermés appelés photobioréacteurs. Dans ce dernier cas, on peut alimenter les algues avec du CO 2 capté en sortie de cheminée d usine. Les algues sont ensuite récoltées et peuvent être transformées en bioéthanol ou en diesel via - 9 -

10 l un des procédés décrits précédemment. Certaines microalgues fabriquent également directement de l éthanol. Les produits obtenus sont ceux décrits précédemment

11 Chapitre 2 Economie des carburants issus de la biomasse 1. Producteurs et acteurs en 2011 Parmi cette large variété de carburants issus de la biomasse, seuls deux sont actuellement produits industriellement et en grande quantité : le bioéthanol 1G et le biodiesel 1G. Il existe des installations industrielles de biogaz 1G, mais leur production limitée est souvent à usage local et peu affectée aux transports. Quant aux autres générations (2G, 3G, hydrogène), les volumes produits sont faibles, en raison d une maturité encore insuffisante. Les deux principaux acteurs de la production et de la consommation du bioéthanol 1G sont les Etats-Unis et le Brésil, qui représentent respectivement 54% et 34% du bioéthanol mondial, à base de maïs (Etats-Unis) et de canne à sucre (Brésil). Le principal acteur de la production et de la consommation de biodiesel 1G est l Union Européenne, qui représente 57% de la production mondiale d éthanol de betterave sucrière. La consommation de chacun de ces trois acteurs est comparable à sa production. Cela ne signifie pas pour autant que toutes les matières premières sont produites localement. Ainsi, tonnes d huile de palme ont été importées d Asie du Sud-Est en 2009 pour fabriquer du biodiesel en Europe. Ces chiffres sont à comparer aux consommations respectives de ces pays en carburants. La consommation de bioéthanol 1G des Etats-Unis représente 8% de leur consommation en essence, celle de l UE en biodiesel 1G seulement 4% de sa consommation en diesel. Le Brésil, au contraire, dispose d assez de bioéthanol 1G pour que ce dernier représente la moitié de la consommation en carburants des véhicules à essence brésiliens. Pour atteindre un pourcentage équivalent à celui des Etats-Unis avec du bioéthanol 1G à base de maïs, il faudrait disposer de plus de huit fois la surface agricole totale des Etats-Unis. Compte tenu de l écart actuel entre les besoins en carburant et l offre disponible, le marché des biocarburants est appelé à se développer en volume mais également à évoluer technologiquement, via les nouvelles générations de biocarburants

12 Part de la biomasse dans la consommation en carburants des principaux producteurs 2. Les coûts de production La première raison qui pousse les Etats et les industriels à chercher une alternative au pétrole est l augmentation durable de son prix. Les volumes à remplacer sont énormes et, pour constituer une alternative crédible, il est essentiel que les biocarburants soient économiquement compétitifs vis-à-vis des carburants fossiles. La viabilité économique des biocarburants s évalue en fonction de deux critères. Le premier est le coût de production d un biocarburant. Ce coût dépend du coût des matières premières, du transport, de la fabrication, ainsi que de l amortissement du capital (remboursement du coût de l usine de production). Un coût de production supérieur à celui des carburants fossiles pénalise la viabilité d un biocarburant. Le second critère est le coût initial d investissement, c est-à-dire la somme à investir pour construire une unité de production d une taille donnée. Ce critère joue à deux titres. Si l investissement initial est trop élevé en regard des moyens disponibles, il est tout simplement impossible de lancer le projet, même s il est viable. Si l investissement initial est trop élevé en regard des bénéfices escomptés, le projet peut être abandonné en raison de sa rentabilité insuffisante. Les coûts de production sont amenés à évoluer dans le temps du fait de trois facteurs principaux. Le premier est l évolution du cours du pétrole. Le pétrole est encore aujourd hui la source principale d énergie, tous secteurs industriels confondus. Un pétrole plus cher signifie une énergie plus chère, et donc une fabrication et un transport plus coûteux. Ce

13 facteur tend à faire augmenter le coût des biocarburants au cours du temps. Le second est lié à la diminution à long terme du coût de production. Avec le temps, la part de l amortissement dans le coût de production décroît et le processus industriel gagne en efficacité. Le coût de production à long terme est donc plus faible qu à court terme. Enfin, l évolution des subventions ou taxations joue un rôle. Les carburants issus de la biomasse sont subventionnés dans certains pays (Etats-Unis). D autres pays pénalisent les émissions de CO 2 (UE). Ces éléments abaissent le prix de revient final des biocarburants par rapport aux carburants fossiles. Comparaison des coûts de production de différents carburants issus de la biomasse Les coûts sont exprimés en $/l ge. Pour un baril de pétrole à 60$ (2009), seul le bioéthanol 1G de canne à sucre est viable sans subvention, d où son usage massif au Brésil. Si le prix du baril de pétrole monte à 120$ (2035), la plupart des biocarburants sont viables à long terme sans subvention. Quant aux biocarburants 3G, les estimations des coûts de production sont très variables. Les estimations se situent entre 4 et 8 $/l ge, 1 l ge (litre gasoline equivalent) étant le volume de carburant permettant de parcourir la même distance qu un litre d essence. Des progrès technologiques importants restent donc à réaliser pour assurer la viabilité de ces carburants. Quant au coût initial d investissement, un état de l art permet d estimer le montant moyen à investir pour une usine, technologie par technologie. Ainsi, pour chaque litre de capacité annuelle de production de biocarburant 1G, il faut investir environ 0,25 $. Ce coût est multiplié environ par dix à chaque changement de génération. En l état actuel de la technique, on évalue donc qu une usine de biocarburant 3G coûte cent fois plus cher qu une usine de biocarburant 1G de même capacité

14 Coût initial d investissement nécessaire pour produire 1 l/an de biocarburant selon la technologie utilisée Sources : FAO (2010) et World Bank (2010) De ce fait, on devrait observer une forte inertie vis-à-vis du saut générationnel s il n est pas imposé par des contraintes autres que financières. En effet, les carburants 2G, plus coûteux à lancer et à produire, sont moins rentables que les biocarburants 1G. De plus, l infrastructure de distribution de carburant déjà existante est conçue pour des liquides et donc adaptée aux bioéthanols et biodiesels. La nécessité de mettre en place une infrastructure complète de distribution adaptée risque de pénaliser durablement l usage des biogaz dans les transports, à moins que l abondance durable de gaz naturel fossile (63 ans de consommation évaluée en 2006) et la modération de son coût ne changent la donne. Cela ne dispensera cependant pas les filières liquides des investissements d infrastructures. Les pipelines utilisés pour les carburants fossiles seront certes adaptables après quelques modifications, mais au départ des installations pétrochimiques actuelles. Tant que tous les véhicules ne seront pas FlexFuel, il faudra multiplier les infrastructures de stockage pour maîtriser la teneur en biocarburants des mélanges. Il faudra également développer le stockage de la biomasse, brute ou traitée, pour s affranchir de la saisonnalité et des aléas climatiques et assurer un approvisionnement constant et régulier. 3. Les perspectives d ici à 2030 et au-delà? La première tendance prévisible est l augmentation de la production mondiale de biocarburants, avec environ un triplement de la production d ici Cette croissance devrait se poursuivre par la suite, la production prévue pour 2030 ne représentant que 9 % de la demande prévue en carburants (300 Gl eg par rapport à 3400 Gl eg ). La seule limite à cette

15 croissance réside dans la quantité de biomasse disponible durablement, soit entre 4000 et Gl eg. Cependant, des risques de compétitions pour l exploitation de cette biomasse sont à prévoir avec les autres secteurs d activité consommateurs de pétrole (énergie, chimie, ). Deuxième prévision, les biocarburants 1G devraient constituer encore en l essentiel de la production des carburants issus de la biomasse, en raison de leur rentabilité plus élevée et de leur coût d investissement plus faible. Cependant, compte tenu du cours prévu du pétrole, les biocarburants 2G pourraient devenir viables économiquement d ici 2030, et donc apparaître sur le marché. En outre, comme on le détaille plus loin, ils présentent un meilleur bilan écologique et social, ce qui devrait favoriser leur développement à plus long terme (2050) au détriment de la plupart des biocarburants 1G. Evolution de la surface agricole affectées aux différentes catégories de biocarburant d ici à 2050 Source : FAO-OCDE (2010) A cet horizon, on peut aussi espérer que les biocarburants 3G auront atteint une pleine maturité technologique les rendant viables économiquement. La question de l évolution de l investissement initial restera probablement un critère déterminant de leur développement ultérieur. Troisième prévision, les acteurs principaux actuels du secteur des biocarburants (Etats-Unis, Brésil et Europe) devraient rester les mêmes d ici Le développement de moyens de production de biocarburants demande du temps et des investissements élevés. Les intervenants ayant pris de l avance devraient la conserver à moyen terme

16 A plus long terme, le développement des biocarburants 2G pourrait partiellement remettre en cause cette situation. En effet, il sera plus facile pour les entrants sur ce marché (Chine, Inde) de franchir le pas du changement de technologie que pour les leaders actuels qui auront déjà un outil de production à rentabiliser. D ores et déjà, il apparaît que les biocarburants ne remplaceront pas à eux seuls le pétrole, ni à moyen terme, ni à long terme. En outre, le futur des biocarburants sera pluriel, à moyen et à long terme, tant du point de vue des technologies que de leur implantation géographique

17 Chapitre 3 Impact environnemental des carburants issus de la biomasse 1. Bilan Carbone des biocarburants Au cours de sa croissance, une plante fabrique les éléments nécessaires à son développement à partir du CO 2 de l atmosphère, au cours d un processus appelé photosynthèse. La plante agit de fait comme un piège à CO 2. Cette absorption compense en partie les émissions de CO 2 liées à l utilisation du carburant issu de la plante. Ainsi, lorsque l on dresse le bilan du CO 2 émis par un biocarburant, on déduit de la somme des émissions l ensemble du CO 2 piégé par la plante (terme Photosynthèse dans le graphe). Représentation schématique des émissions de CO 2 Issues des biocarburants et des carburants fossiles

18 En général, on classe les émissions de CO 2 en deux groupes. Le premier rassemble les émissions de la source au réservoir. Il est constitué de l ensemble des émissions liées à la production de la plante (machines agricoles, engrais, photosynthèse), à sa transformation en carburant (fonctionnement des usines, transits divers) et à son transport jusqu à la pompe. Ce terme peut être négatif dans le cas de carburants issus de la biomasse si la capture de CO 2 par photosynthèse est plus importante que les émissions. Le second comprend les émissions du réservoir à la roue. Ce sont les émissions liées aux gaz d échappement du véhicule. Ce terme est toujours positif. Comparaison des émissions de CO 2 en fonction du type de carburant utilisé (estimations pour un véhicule Mercedec Classe 1 utilisé en Europe) Carburant Emissions de la source au réservoir (gco 2 /km) Emissions du réservoir à la roue (gco 2 /km) Emissions totales (gco 2 /km) Essence fossile 23,5 138,8 162,3 Ethanol (Canne à sucre) -114,5 135,9 21,4 Diesel fossile 25,1 131,1 156,2 Biodiesel 1G (Colza) Diesel synthétique (Déchets bois) Gaz naturel compressé Biogaz (déchets organiques) -51,1 136,5 85,4-116,7 126,8 10,1 26,3 107,6 133,9-75,6 107,6 32,0 Source Daimler (2011) Véhicule utilisé Mercedes Classe A en Europe Les différents carburants issus de la biomasse n ayant ni le même processus de fabrication ni la même composition, ils ne sont pas tous équivalents du point de vue de leur impact environnemental. Les émissions de CO 2 qu ils induisent dépendent d au moins quatre facteurs. Premièrement, la nature de la matière première. Selon le type de plante utilisée, la quantité de CO 2 piégée est variable. De plus, lorsque la matière première est un déchet, sa production a un coût réduit en terme d émissions de CO 2. Deuxièmement, la méthode de production. Selon la génération de carburant, les émissions de CO 2 sont différentes. En règle générale, les générations les plus récentes (2G et 3G) émettent moins de CO 2. Troisième facteur, la nature du carburant. Plus un carburant contient une fraction élevée de produits issus de la biomasse, plus ses émissions de CO 2 sont faibles. Ainsi, le E85 émet moins de CO 2 au km que le E10. De même, moins la matière première est transformée, moins le carburant émet de CO 2. Enfin, quatrième élément : la

19 distance entre le lieu de production et lieu d utilisation. Le bioéthanol brésilien cause moins d émissions de CO 2 à Sao Paulo qu à New York. Mais il faut également limiter les transports entre le lieu de production de la biomasse et son lieu de transformation. Ainsi, fabriquer du BTL à base de déchets de bois serait une contre performance écologique si cela impliquait l utilisation de camions allant s approvisionner en matière première dans un rayon d une centaine de kilomètres

20 Réduction des émissions de CO 2 par l utilisation de différents biocarburants en milieu urbain 2. Impact environnemental du changement d utilisation des sols L évaluation décrite précédemment prend en compte les émissions de CO 2 depuis la production des matières premières jusqu à la consommation du carburant. Il convient de prendre également en compte l impact de la production de biocarburants sur l occupation des sols. Si la culture de plantes destinées à la fabrication de biocarburants s effectue sur un sol qui n était pas précédemment cultivé, son défrichement provoque une émission de CO 2 proportionnelle à la masse de plantes arrachées. Ainsi, l abattage d une forêt dégage plus de CO 2 que la disparition d une prairie. Cette quantité de carbone libérée dans l atmosphère est appelée coût direct de changement d utilisation des sols. Si la culture de biomasse pour carburant s effectue à la place d une autre culture (on remplace un champ de blé par un champ de colza), à production agricole inchangée, il faut que le blé initialement produit dans le champ soit produit ailleurs. Cette délocalisation entraîne elle aussi des émissions de CO 2 (consommation d engrais accrue, défrichement). On parle alors de coût indirect de changement d utilisation des sols. Du fait de ces coûts, le processus de production de biocarburant a contracté une «dette» d émissions de CO 2. Les réductions d émissions liées au biocarburant ne seront donc effectives qu après un certain temps. Ce temps, appelé «Carbon PayBack Time», est le

21 temps nécessaire pour que la réduction des émissions de CO 2 liée à l emploi du biocarburant issu des sols défrichés compense le coût de changement d utilisation de ces sols : c est le temps nécessaire pour rembourser la «dette en CO 2». Ce temps est un point clé de l évaluation du caractère écologique d un biocarburant. Ainsi, un bioéthanol issu de canne à sucre plantée sur des prairies, sans effet indirect, réduit les émissions de CO 2 au bout de seulement 4 ans. En cas de déforestation, cela prendra 45 ans. Temps nécessaire (en années) pour compenser les coûts directs de changement d utilisation du sol en fonction de l utilisation initiale du sol et de la nature des plantes Selon la nature du changement, le biocarburant peut mettre entre 1 an et un millénaire avant de réduire effectivement les émissions de CO 2 3. Autres impacts environnementaux potentiels des biocarburants D autres risques sont également à considérer lors de l évaluation de l impact environnemental d un biocarburant. On en compte trois principaux. Le premier, le risque de dégradation des sols, n est pas le moindre. Une solution facile pour limiter l impact du changement d utilisation des sols est d augmenter le rendement agricole par la monoculture intensive. Le risque est alors d épuiser les sols. Ce risque est d autant plus important que l exploitation du sol est efficace. Ainsi, les biocarburants 2G, en valorisant de la biomasse initialement laissée sur place, peuvent avoir un impact négatif. A l inverse, le développement des biocarburants peut servir de moteur pour la remise en valeur de terres très dégradées. Le

22 Jatropha, arbuste tropical robuste, est utilisé en Inde pour produire de l huile végétale sur des terres pauvres. Deuxième risque : la pollution des eaux. Augmenter le rendement agricole par l utilisation massive d engrais, pour enrichir le sol, et de pesticides, pour protéger les plantes, présente un risque pour la qualité de l eau. Le choix du type de biomasse et de la génération de carburant a un impact notable sur la qualité de l eau. Enfin, troisième risque : la dégradation de la biodiversité. Selon le type de plante cultivée, l impact pourra être négatif sur la biodiversité (culture extensive de palme) ou bénéfique (culture de plantes herbacées). Au total, l utilisation de carburants issus de la biomasse réduit de façon importante les émissions de CO 2 liées au transport. Mais cela nécessite cependant certaines précautions dans le choix des matières premières (il vaut mieux privilégier les déchets, lorsque cela est possible, et des cultures proches du lieu de transformation et du lieu de consommation pour limiter les émissions de CO 2 dues au transport), le choix des lieux de culture (le développement des cultures de biomasse destinées au carburant doit tenir compte du coût de changement d usage des sols) et enfin dans les choix des méthodes de culture (la culture de biomasse pour carburant pose tous les problèmes propres à l agriculture intensive, tels que dégradation des sols, pollution de l eau, etc.)

23 Chapitre 4 Les conséquences sociales du recours aux biocarburants 1. Biocarburants contre produits alimentaires? La protection de l environnement ne devant pas se faire au détriment de l homme, la question se pose des impacts sociaux négatifs que peuvent éventuellement générer les biocarburants. Le principal risque identifié à ce jour est celui d une compétition avec la production alimentaire. Les sols agricoles disponibles étant limités, consacrer un hectare aux biocarburants ne peut se faire que de trois façons : en augmentant la surface agricole utile (mais le défrichement provoque un coût direct de changement d usage des sols, variable selon la nature du terrain défriché), en augmentant les rendements (avec un coût indirect de changement d usage des sols), et enfin en diminuant la production d autres produits agricoles (ce qui peut entraîner une hausse du prix des denrées alimentaires). Les trois façons de consacrer un hectare à la production de biocarburants

24 Ce dernier point vaut pour tous les biocarburants. Quels que soient la nature de la biomasse utilisée et son rendement, sa production a une empreinte au sol. Cependant, les biocarburants 1G, qui utilisent des produits alimentaires comme matière première, ont un impact plus direct sur les stocks alimentaires disponibles. De ce fait, une hausse de la demande en biocarburants 1G tire plus directement à la hausse le prix des produits alimentaires. L impact négatif des biocarburants sur le prix des denrées alimentaires Source : Makanaka.wordpress.com/2010/05. Ce problème a été notamment souligné par la crise alimentaire de Celle-ci a vu le prix moyen des denrées alimentaires bondir de 56 % entre janvier 2007 et janvier Cette hausse a été bien plus forte pour les produits de type céréales et huiles végétales. La question s est alors posée de savoir si les biocarburants étaient responsables et dans quelle proportion. Différents facteurs ont été mis en avant pour expliquer la crise de Certains sont des facteurs conjoncturels spécifiques, comme la météo (les mauvaises récoltes liées à des conditions météorologiques défavorables ont provoqué une baisse des stocks de denrées alimentaires et donc une hausse des prix), la spéculation (la spéculation sur le cours des produits alimentaires et la baisse du cours du dollar ont amplifié le phénomène de hausse des prix) ou les politiques publiques (certains Etats ont décidé de restreindre l exportation de denrées alimentaires de base pour maintenir un prix bas à l échelle de leur pays. Cela a encore limité le stock disponible au niveau international, contribuant à la hausse des prix). D autres sont des facteurs structurels. C est le cas du coût de l énergie. L augmentation du prix du pétrole a eu pour conséquence de renchérir le coût de production des denrées alimentaires (machines, transports, engrais). C est également le cas de la modification du

25 régime alimentaire prévalent dans les pays émergents. L élévation du niveau de vie dans ces pays a entraîné une hausse de la demande en viande. Cela s est traduit par un développement de l élevage, et donc de la part de la production agricole consacrée à l alimentation animale. Enfin, on peut également citer le développement des biocarburants parmi les causes de ces tention. La production de biocarburants 1G a eu pour effet de réorienter l utilisation de denrées alimentaires de base et de réorganiser la production selon un arbitrage défavorable à l alimentation

26 Schéma simplifié de la crise agricole de L estimation de l impact respectif des différents facteurs dans ce type de crise est difficile car les mécanismes en jeu sont complexes. Entre l estimation de l impact des biocarburants à 3% selon le Council of Economic Advisors et à 70-75% selon la World Bank, la différence tient à la prise en compte d effets indirects (activité spéculative, interdictions d'exportation) difficiles à attribuer. Néanmoins, la plupart des études menées sur le sujet concluent à un impact de premier ordre des biocarburants, au moins comme cause de tension supplémentaire sur les stocks. Pourtant, des moyens existent pour limiter l impact négatif des carburants issus de la biomasse sur le prix des denrées alimentaires. Les pouvoirs publics peuvent augmenter la surface agricole disponible. Environ 10% des terres agricoles de l UE doivent être tenues en jachère. En , cette obligation a été levée pour enrayer la hausse du prix des céréales. Au niveau mondial quelques 1560 millions d hectares sont encore disponibles pour l expansion de la surface agricole (bien qu une petite partie seulement soit libre de tout impact environnemental). Cette expansion devrait également prendre en compte la nécessité de surdimensioner les cultures affectées aux biocarburants comme à l alimentation afin de garantir l approvisionnement énergétique et alimentaire contre des aléas climatiques que le réchauffement climatique risque de rendre de plus en plus fréquents. Un autre axe de développement consiste à stimuler les cultures n entrant pas en compétition avec l alimentation. L utilisation de plantes telles que le Jatropha permet de produire de la biomasse pour carburant sur des terres où la culture de produits alimentaires serait impossible. Enfin, les gouvernements peuvent favoriser le saut générationnel. Le

27 développement des biocarburants de 2 e génération permettra d exploiter efficacement la biomasse non alimentaire avec des rendements meilleurs en terme de l/ha. Le passage aux biocarburants 3G serait encore plus avantageux, car associant matières premières non alimentaires et utilisation de sols stériles avec un rendement potentiel jusqu à plus du centuple de celui des biocarburants 1G. 2. La compétition pour les ressources en eau Un autre risque du développement des biocarburants porte sur la compétition pour les ressources en eau. Actuellement, l agriculture représente entre 44% et plus de 60% de la consommation mondiale en eau douce, la majeure partie de cette eau provenant des précipitations naturelles. Le développement des biocarburants, à production alimentaire constante, peut représenter une pression supplémentaire sur des ressources en eau déjà contraintes par l augmentation de la population mondiale (+50% d ici 2050) et du niveau de vie. Il faut en moyenne la même quantité d eau douce pour alimenter quotidiennement une personne et produire un litre de biocarburant (soit 2500 l d eau). Quantité d eau requise pour produire un litre d éthanol en fonction des différentes sources de biomasse Source : Gerbens-Leenes, et al., Water Footprint of Bio-energy and otherprimary energy carriers, UNESCO-IHE Research Report Series No. 29, March Les préoccupations actuelles des organismes internationaux par rapport à un risque de crise de l eau ne sont pas dues aux biocarburants. Ce ne sont souvent pas les mêmes ressources en eau qui sont employées pour satisfaire chacun de ces usages. Leur développement devra néanmoins prendre en compte leur impact sur les ressources en eau douce, a conclu le 5 e Forum Mondial sur l Eau en

28 Plusieurs leviers permettent de limiter l impact des biocarburants sur les ressources en eau. Le choix des cultures est un premier levier. Certaines espèces végétales utilisées comme matières premières pour la fabrication de carburant nécessitent une irrigation plus faible que d autres. Le choix des méthodes d irrigation a également un impact fort. Choisir une méthode d irrigation au goutte-à-goutte permet de réduire la consommation en eau d environ 40%. Enfin, le passage de la 1 ère à la 2 e génération de biocarburants permettrait de réduire la consommation en eau par un meilleur rendement. Le passage à la 3 e génération devrait permettre de s affranchir plus largement encore du problème. 3. Les biocarburants sont-ils créateurs d emplois? Un point positif majeur des biocarburants est leur meilleure capacité à créer des emplois comparativement à l industrie pétrolière ou aux autres alternatives au pétrole. En effet, on peut estimer que la transformation de la biomasse en carburant devrait nécessiter autant de personnes que le raffinage pétrolier. De plus, la production de biomasse devrait générer plus d emplois que l activité de forage. En outre, la création d emploi sera d autant plus importante que les méthodes agricoles employées seront artisanales. Cela permettra de créer de l activité dans des zones actuellement en marge du développement. L enjeu est particulièrement important pour certains pays d Afrique australe, dont le potentiel agricole énorme est encore mal valorisé et où le taux de chômage est très élevé. Qui plus est, les emplois créés par l industrie des biocarburants devraient l être à tous niveaux de compétence, depuis le responsable d exploitation jusqu à l ouvrier agricole. Ce faisant, ces créations ne seront pas limitées à des pays ayant un haut niveau d éducation. Il faut cependant prendre en compte le risque que ces emplois, notamment les moins qualifiés, soient associés à des conditions de travail peu compatibles avec le développement durable. Sur ce dernier point, des réglementations sur les critères d acceptabilité des ressources en biomasse ont déjà été mises en place dans certains pays

29 Biocarburants : 4 idées clefs à retenir 1. Le Brésil est à l avant-garde des biocarburants Le cas du Brésil constitue un exemple de transition vers l après pétrole. L utilisation d éthanol comme carburant a connu un essor avec le premier choc pétrolier. Une décision politique, le programme ProAlcool, a alors fixé deux objectifs : produire localement des véhicules FlexFuel et augmenter progressivement la part d éthanol dans l essence. Actuellement près de 90% des véhicules neufs vendus au Brésil sont bi-carburants. La proportion d éthanol dans l essence est elle passée de 5% en 1977 à 25% aujourd hui. En 2010, l éthanol représentait la moitié du volume de carburants des véhicules à essence. Toutes les stations service proposent un mélange comprenant 25% d éthanol, ou davantage lorsque les aléas des récoltes le permettent. A cette volonté politique, on doit ajouter plusieurs facteurs favorables. Le Brésil dispose d une surface agricole importante pour une consommation assez faible en carburant. Son climat se prête bien à la culture de la canne à sucre, au rendement énergétique élevé, dans des conditions permettant la maîtrise des risques et un coût de production compétitif avec les carburants fossiles. Aujourd hui, cette impulsion politique associée à une exploitation judicieuse des ressources disponibles permet au Brésil de limiter ses importations pétrolières, de réduire ses émissions de CO 2 et de générer des sources de revenus nouvelles pour ses ruraux. 2. La biomasse est un carburant de proximité En effet, la production de biocarburants est possible sous toutes les latitudes, depuis la zone équatoriale humide où se trouve le Brésil, jusqu au nord de l Europe, en jouant pour cela sur la nature des plantes cultivées et sur les technologies choisies. Même la Péninsule arabique, avec ses grandes étendues vides et très ensoleillées, peut produire des biocarburants 3G dans des photobioréacteurs, une technique peu consommatrice en eau. De ce fait, les biocarburants permettent une plus grande indépendance énergétique de tous les Etats. 3. La soutenabilité est la pierre angulaire des biocarburants Si les biocarburants ont pris leur envol au Brésil, c est parce que les choix techniques et économiques qui ont été faits étaient économiquement viables, écologiquement durables et socialement équitables. Assurer la soutenabilité à long terme est le facteur clé de la réussite des biocarburants. Ce critère conditionne les solutions techniques retenues, qui diffèrent selon les régions du monde. 4. Le biogaz, un carburant crédible Le gaz naturel pour véhicule, qu il soit fossile ou non, est un carburant encore peu employé, notamment parce que l infrastructure de distribution actuelle est adaptée à des carburants liquides. Il demeure plus intéressant de brûler le gaz dans les installations fixes (par exemple, les centrales thermiques), à la place du pétrole, que de l utiliser embarqué à bord d un véhicule. Cependant, deux éléments plaident en faveur de son utilisation embarquée. D une

30 part, les réserves de gaz naturel fossile sont très importantes et plusieurs pays, dont les Etats- Unis, envisagent de développer cette solution pour faire face à la hausse du prix du pétrole. Cette option lèverait la contrainte liée à l infrastructure pesant sur les biogaz. D autre part, les biogaz permettent de valoriser des déchets et de combiner ainsi avantages écologiques et économiques

31 Les Cahiers du Challenge Bibendum Déjà parus : Roulons électrique! Véhicules électriques et hybrides. Roulons connectés! Véhicules connectés et systèmes de transport intelligents. Roulons plus sûr! Les nouveaux défis de la sécurité routière. De l air! Réduire les émissions de CO 2 dans les transports routiers. Les Cahiers du Challenge Bibendum sont accessibles gratuitement en français et en anglais sur le site challenge.bibendum.com. Si vous souhaitez être tenu informé des prochaines parutions et des mises à jour, envoyer un mail à challengebibendum@fr.michelin.com

32 Les Cahiers du Challenge Bibendum Roulons bio! Demain, quels carburants pour quels usages? La biomasse est l ensemble des matières naturelles riches en carbone issues de végétaux ou d animaux et renouvelables sur des temps courts (moins de 10 ans). Les carburants liquides ou gazeux obtenus par transformation de cette biomasse sont appelés carburants issus de la biomasse, ou biocarburants, ou encore agrocarburants. Certes, aujourd hui, presque tous les véhicules routiers utilisent des carburants issus du pétrole. Riche en énergie, facile à extraire et à transporter, jusqu à récemment bon marché, cette énergie fossile s est progressivement imposée face aux autres sources d énergie primaire. Cependant, l hégémonie du pétrole semble compromise en raison de sa raréfaction prévisible et de son impact négatif sur l environnement, tandis que le trafic routier mondial ne cesse de progresser et la demande de croître. Dès lors, il s avère indispensable d explorer des alternatives au pétrole. Les biocarburants, parmi d autres sources d énergie pouvant être substituées au pétrole, sont promis à un bel avenir