Produire, mobiliser et valoriser durablement la biomasse en énergie

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1 Produire, mobiliser et valoriser durablement la biomasse en énergie KIT PEDAGOGIQUE avec le soutien financier du CasDAR «Ce support pédagogique, composé de 9 modules, est présenté sous forme de diaporamas. Il rassemble l ensemble des réflexions menées par le RMT «Biomasse, énergie, environnement et territoire» depuis son lancement en 2008 et les éléments clé de connaissance, prioritairement à destination des enseignants. Ces diaporamas peuvent être repris librement par les enseignants et les partenaires du RMT Biomasse, dans le cadre de leurs cours et interventions, à condition d indiquer explicitement la source des informations. Les notions abordées font appel à un traitement pluridisciplinaire de la thématique : économie, géographie, agroéquipement, physique, biologie La biomasse-énergie pouvant être considéré comme un moteur de développement local, les partenaires du RMT Biomasse incitent les utilisateurs de ce kit à rencontrer les personnes ressources de leur territoire pour connaître plus les détails les projets et les contextes locaux : ADEME, DRAAF, Conseil régional, Conseil général, Chambre d agriculture, associations, coopératives» Ce support a été réalisé avec le soutien financier du Compte d'affectation spéciale "Développement Agricole et Rural" du Ministère de l'alimentation, de l'agriculture et de la Pêche

2 S O M M A I R E Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? Le RMT Biomasse, un réseau de R&D pour produire les innovations rendues nécessaires par l essor rapide de l énergie biomasse Les valorisations non alimentaires de la biomasse La production de la biomasse végétale La mobilisation de la biomasse : stockage, logistique et structuration des acteurs La mobilisation de la biomasse : diagnostic de territoire La mobilisation de la biomasse : insertion dans les exploitations agricoles Evaluation des filières bioénergies Les perspectives pour le développement des filières et pour la recherche 1 Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse?

3 1. Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? QU EST-CE QUE LA BIOMASSE? Définition de référence pour le Ministère de l Agriculture et les collectivités locales (article 29 de la loi n du 13 juillet 2005 de programme fixant les orientations de la politique énergétique) La biomasse est la fraction biodégradable des produits, déchets et résidus provenant de l'agriculture, y compris les substances végétales et animales issues de la terre et de la mer, de la sylviculture et des industries connexes, ainsi que la fraction biodégradable des déchets industriels et ménagers Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? 1 BIOMASSE : différentes origines AGRICOLE FORESTIERE URBAINE INDUSTRIEL végétale animale Cultures Pailles, rafles maïs,... Haie Taillis Fumier-Lisier Résidus abattoirs,... Bois Sciure, écarts de sciage,... Copeaux, résidus menuiseries,... Résidus verts Boues station épuration Fraction fermentescible, déchets ménagers Résidus industries agroalimentaires Résidus industrie papetière + BIOMASSE VENANT DES MILIEUX MARINS ET AQUATIQUES 1.2

4 1. Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? 2 BIOMASSE : différentes caractéristiques % humidité exemple : une biomasse peut être utilisée pour la combustion lorsque le taux de matière sèche est au moins de 85 % Matières ligno-cellulosiques / teneur en sucres Selon leur composition, les biomasses seront plus ou moins adaptées à certaines valorisations exemple : la betterave est riche en sucres pouvant être fermentés et transformés en éthanol Teneurs en minéraux exemple : la paille contient plus de chlore que le bois. Elle est donc utilisée dans des chaudières adaptées à cet effet Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? POURQUOI UN TEL INTERET POUR LA BIOMASSE? 1 La production et la valorisation non alimentaire de la biomasse constitue une réelle opportunité pour différents secteurs : L AGRICULTURE : Offrir aux agriculteurs de nouvelles diversifications pour les productions Stratégies économiques Maintien voire développement de nouvelles activités rurales et d'offres locales de matières énergétiques Conjugaison productions alimentaires/énergétiques et élevage pour améliorer les bilans environnementaux 1.4

5 1. Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? LA SYLVICULTURE : Permettre une meilleure gestion de la forêt Stratégies économiques de filière et enjeux de diversification Mieux exploiter le gisement et développer le tissu d'activités créateur d'emplois Intégrer les défis environnementaux dans les modes de gestion durable Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? COLLECTIVITES ET INDUSTRIELS : Accéder à des voies de valorisation et de recyclage de résidus, trouver de nouvelles sources locales de production d'énergie Meilleure gestion économique et indépendance énergétique locale Soutien au développement économique Préservation de l'environnement 1.6

6 1. Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? 2 Pour réduire nos émissions de gaz à effet de serre (GES) et limiter le réchauffement climatique UTILISER DES ENERGIES FOSSILES entraîne la libération dans l atmosphère du carbone qui était piégé dans le sous-sol, ce qui est à l origine de l effet de serre Mécanisme de l effet de serre (cf. diapo suivante) LA BIOMASSE EST CONSTITUEE DE CARBONE RENOUVELABLE =>produire de l énergie ou d autres produits à partir de la biomasse contribue à réduire les émissions de GES Le carbone renouvelable (cf. diapo 1.9) Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? 2.a Mécanisme de l effet de serre Les gaz à effet de serre sont principalement le CO2, le CH4 et le N2O Source : Fondation Nicolas Hulot 1.8

7 1. Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? 2.b La biomasse, source de carbone renouvelable CYCLE FERMÉ : LE CARBONE EST RECYCLÉ Carbone atmosphérique LE CARBONE S ÉCHAPPE Carbone atmosphérique Effet de serre Photosynthèse Combustion de l énergie fossile Combustion : biocarburant, biogaz, bois de chauffage Sous-sol Carbone fossile Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? 3 La biomasse fait partie des grandes orientations pour répondre aux défis énergétique et climatique PROTOCOLE KYOTO - 5% des émissions de GES d ici 2010 par rapport à 1990 EUROPE (UE) FRANCE 2010 : - 8 % GES 2020 : - 20 % GES 21 % électricité renouvelable 20 % électricité renouvelable 5,75 % biocarburant 10 % biocarburant -20% de consommation d énergie Dépendance énergétique : si rien n est fait 70 % en (50% en 2000) Le «facteur 4» : - 75% d émissions de GES d ici 2050 (plan climat) 1.10

8 1. Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? 4 La biomasse fait partie du panel de solutions parmi les autres énergies renouvelables Scénario élaboré par le comité opérationnel n 10 du Grenelle pour les énergies renouvelables en France en 2020 PRODUCTION D ENERGIE RENOUVELABLE (hors biocarburant), en Mtep Electricité Chaleur /2020 Biomasse 8,8 15 x 1,7 Géothermie 0,4 2,3 x 5,8 Solaire 0 0,9 +0,9 Déchets 0,4 0,9 x 2,3 Biogaz 0 0,6 +0,6 Total 9,7 19,7 x 2,0 Hydraulique 5,2 5,8 x 1,1 Eolien terrestre 0,2 3,6 x 18,0 Eolien en mer 0 1,4 +1,4 Biomasse 0,2 1,4 x 7,0 Solaire photovoltaïque 0 0,5 +0,5 Autres (géothermie, énergies marines ) 0 0,1 +0,1 Total 5,6 12,9 x 2, Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? BIOMASSE : BEAUCOUP DE NOUVELLES QUESTIONS DE R&D POSEES EN PEU DE TEMPS Comment choisir et produire une biomasse pour un usage donné? Comment mobiliser cette biomasse? Quelles nouvelles sources de biomasse développer et comment? Comment estimer les volumes de biomasse disponibles, possibles, potentiels? Comment calculer / prévoir les bilans économiques, environnementaux et sociaux des filières? 1.12

9 1. Face au défi énergétique, quel est l intérêt de la biomasse? UN CONTEXTE QUI POUSSE A INNOVER ENSEMBLE Des enjeux politiques forts : Kyoto, UE, Grenelle Des contraintes économiques pour être compétitif par rapport aux énergies fossiles Un débat éthique et médiatique qui demande des éléments précis et objectifs Un climat économique qui spécule sur des perspectives floues de développement de la biomasse Un secteur de R&D éclaté, sans structure spécialisée, sous pression 1.13 Le RMT Biomasse, un réseau de R&D pour produire les innovations rendues nécessaires par l essor 2 rapide de l énergie biomasse

10 2. Le RMT Biomasse, un réseau de R&D pour produire les innovations rendues nécessaires par l essor rapide de l énergie biomasse BIOMASSE : BEAUCOUP DE NOUVELLES QUESTIONS DE R&D POSEES EN PEU DE TEMPS Comment choisir et produire une biomasse pour un usage donné? Comment mobiliser cette biomasse? Quelles nouvelles sources de biomasse développer et comment? Comment estimer les volumes de biomasse disponibles, possibles, potentiels? Comment calculer / prévoir les bilans économiques, environnementaux et sociaux des filières? Le RMT Biomasse, un réseau de R&D pour produire les innovations rendues nécessaires par l essor rapide de l énergie biomasse UN CONTEXTE QUI POUSSE A INNOVER ENSEMBLE Des enjeux politiques forts : Kyoto, UE, Grenelle Des contraintes économiques pour être compétitif par rapport aux énergies fossiles Un débat éthique et médiatique qui demande des éléments précis et objectifs Un climat économique qui spécule sur des perspectives floues de développement de la biomasse Un secteur de R&D éclaté, sans structure spécialisée, sous pression 2.2

11 2. Le RMT Biomasse, un réseau de R&D pour produire les innovations rendues nécessaires par l essor rapide de l énergie biomasse 1 2 Le RMT BIOMASSE : OBJECTIFS Les sources de biomasse diverses mais pas illimitées: Une concurrence d accès aux gisements entre les diverses valorisations est possible. Les priorités: Accroître la disponibilité en biomasse Faciliter le déploiement des filières Fournir des outils et méthodes sur l évaluation quanti- et qualitative pour optimiser les filières => c est l objectif du RMT Biomasse pour les gisements de biomasse végétale, agricole et forestière, tout en tenant compte des principes du développement durable Haie Taillis Cultures Bois Co-produits agricoles Co-produits forestiers 2.3 Le RMT BIOMASSE : UN RESEAU DE COMPETENCES COMPLEMENTAIRES 1 2. Le RMT Biomasse, un réseau de R&D pour produire les innovations rendues nécessaires par l essor rapide de l énergie biomasse Réseau Mixte Technologique : Nouvel outil de développement agricole, faisant suite à la Loi d Orientation Agricole, qui vise à favoriser des partenariats Réseau national regroupant autour d une thématique de travail des acteurs de la recherche, du développement et de la formation Partage et échange des connaissances Des compétences complémentaires Un programme de travail commun sur 5 ans => Le RMT Biomasse regroupe et mobilise au niveau national des connaissances et compétences pluridisciplinaires, du champ à l usine et plus de 70 personnes. 2.4

12 2. Le RMT Biomasse, un réseau de R&D pour produire les innovations rendues nécessaires par l essor rapide de l énergie biomasse 2 Un réseau de 14 partenaires RECHERCHE ET INSTITUTS TECHNIQUES DEVELOPPEMENT CENTRE CHAMPAGNE- ARDENNE NORMANDIE PICARDIE POITOU- CHARENTES FORMATION EPLEFPA Coordination : Chambre Régionale d Agriculture de Picardie Le RMT Biomasse, un réseau de R&D pour produire les innovations rendues nécessaires par l essor rapide de l énergie biomasse 3 Au sein d un réseau pluridisciplinaire RECHERCHE ET INSTITUTS TECHNIQUES DEVELOPPEMENT FORMATION Remontée des demandes de terrain Attendus des filières en développement Mise au point d innovations Tests sur des territoires / sites pilotes Transfert des résultats 2.6

13 2. Le RMT Biomasse, un réseau de R&D pour produire les innovations rendues nécessaires par l essor rapide de l énergie biomasse CHAMPS DU RMT BIOMASSE 1 Energie Biomasse-Énergie Tous les usages non alimentaires de la biomasse sont en développement. Travailler sur la biomasse-énergie est un parti pris car cela implique : Des quantités de biomasse demandées très importantes Des délais très échelonnés entre les filières (par exemple, les biocombustibles en cours d utilisation dans les chaudières et les biocarburants 2 ème génération en cours de mise au point) Des résultats transposables aux autres filières : la problématique de mobilisation de la biomasse est la même Le RMT Biomasse, un réseau de R&D pour produire les innovations rendues nécessaires par l essor rapide de l énergie biomasse 2 Environnement et territoire BIOMASSE-environnement (au sens large du terme) Des enjeux complexes sont associés à la biomasse : énergie, gaz à effet de serre, eau (qualité et quantité), air, sol, biodiversité, emploi, tissu économique, développement local, cohabitation et interférences avec les autres filières de valorisation (dont alimentaire) L évaluation des filières bioénergies doit passer par des bilans complexes. =>Besoin de mettre au point des méthodes et indicateurs globaux et reproductibles à destination des décideurs et acteurs des filières de bioénergie BIOMASSE-territoire Avant d être une matière première sur un marché, la biomasse est d abord le produit d un territoire et de ses acteurs. Les décisions industrielles et opérationnelles s appuient sur des territoires Il y a une différence entre capacité à produire et consentement à offrir des acteurs du territoire 2.8

14 2. Le RMT Biomasse, un réseau de R&D pour produire les innovations rendues nécessaires par l essor rapide de l énergie biomasse Plateforme de projets R&D fédérateurs Méthodes d évaluation des impacts Contraintes des procédés de valorisation Un réseau r lancé en 2008 pour 5 ans, des résultats r depuis 2009 Questions réglementaires Fiches cultures Lignocellulosiques Cartographie des surfaces mobilisables 2.9 Les valorisations non alimentaires 3 de la biomasse Les différentes voies, la taille des procédés, les modes de gestion

15 3. PLAN Les valorisations non alimentaires de la biomasse LES VALORISATIONS NON ALIMENTAIRES LES VALORISATION EN ENERGIE Caractéristiques particulières de la biomasse Zoom sur les différents procédés Taille des unités LE PRINCIPE DE BIORAFFINERIE LE POINT DE VUE DES DIFFÉRENTS ACTEURS POTENTIELLEMENT UTILISATEURS DE BIOMASSE-ÉNERGIE Les valorisations non alimentaires de la biomasse LES VALORISATIONS NON ALIMENTAIRES DE LA BIOMASSE La biomasse pour remplacer des molécules d origine minérale ou de synthèse Énergie Unité de méthanisation Agro-matériaux Valise en chanvre Matériau isolant Chimie verte Encre, vernis, adhésif, cosmétique 3.2

16 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse LES VALORISATIONS NON ALIMENTAIRES Biomatériaux Bioproduits Biocarburants Biocarburants de 2 de génération Biocombustibles Biogaz Chanvre, Lin Pomme de terre Oléagineux Céréales, betteraves Plantes entières Coproduits végétaux Oléagineux Céréales, betteraves Coproduits animaux Plantes entières Coproduits végétaux Plantes entières Coproduits végétaux Coproduits animaux Déchets des IAA Résidus de cultures Coproduits végétaux Déchets des IAA Effluents d élevage Coproduits animaux Les valorisations non alimentaires de la biomasse 3.4 => Selon son taux d humidité et sa composition, la matière première pourra être valorisée dans différentes voies.

17 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse PARTICULARITÉS LIÉES À L UTILISATION DE LA BIOMASSE Comparaison des cultures biomasse par rapport au bois AVANTAGES INCONVENIENTS Même pouvoir calorifique Taux d humidité inférieur (cas des récoltes en sec) Moins d azote et de soufre => réduction des émissions de NOx et de SOx Plus de silice et T de fusion des cendres inférieure => plus de mâchefer % de cendres plus élevé => plus de cendres à évacuer Incidence sur le type de chaudière (grille mobile de préférence) 3.5 Taux de chlore plus élevé => plus corrosif (HCl dans les fumées) Incidence sur le type de conduit Voir le Tableau des compositions ci-après => 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse COMPOSITION DE LA BIOMASSE Pouvoir Calorifique (kwh/kg) Humidité (%) Température de fusion des cendres Matière Sèche (T/ha) Taux de cendre (%) Carbone (% MS) Hydrogène (% MS) Azote (% MS) Souffre (% MS) Chlore (% MS) Potassium (% MS) Calcium(% MS) Silice (% MS) Miscanthus Switchgrass Bois Paille de céréales Max Min Max Min Max Min Max Min 4,75 5, ,52 3,5 5,39 4 5, ,6 47,3 5,4 0,19 0,004 0,4 0,12 0,04 0, ,67 0,19 0,5 1,3 0,37 5 2,3 41,45 5 0,71 0,05 0,02 0,06 0,28 1, ,5 47,8 5,8 1,37 0,11 0,1 1,28 0,72 4,1 0, ,07 0,004 0,004 1,5 50 6,2 0,49 0,05 0, ,18 0,05 0,14 0,5 6 6, ,84 0,27 0,75 2 Sources : biobib ( et phylis ( Flore Barat, Caractérisation de la variabilité de la teneur en chlore, silicium, potassium, soufre dans le sol et leur transfert dans les parties aériennes du panic érigé et du miscanthus en vue d essais de combustion. Septembre

18 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse ZOOM SUR LES PROCÉDÉS 1 Combustion Combustion = oxydation complète du combustible en présence d un excès d air Chauffage individuel : insert, poêle, chaudière Réseau de chaleur Chaufferie industrielle Possibilité de cogénération : production simultanée d énergie mécanique ou électrique et de chaleur Biocombustibles Chaudière Vapeur Turbine Chaleur Électricité Cogénération Biodéchets et sous-produits cellulosiques Produits cellulosiques de cultures ou de sylvicultures Les valorisations non alimentaires de la biomasse 2 Pyrolyse Pyrolyse = décomposition thermique de la biomasse en absence d air 300 C Température 900 C Solide : charbon végétal solide densifié en énergie Liquide : combustible Gaz combustible (chauffage, électricité, voire carburant) Pilote de pyrolyse Gérard_pôle IAR => Plus la température est élevée, plus le process est orienté vers la formation de gaz 3.8

19 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse 3 Gazéification Gazéification : décomposition thermique de la biomasse, en atmosphère réductrice Cendres Gaz combustible Vapeur valorisée dans le procédé Épuration/filtration Énergie mécanique / électricité => La matière solide est complètement transformée. Avantages sur la combustion directe : procédé «plus propre», rendements plus élevés, valorisation de la vapeur possible dans le procédé Les valorisations non alimentaires de la biomasse 4 Méthanisation BIOGAZ BIOMASSE Absence de O2 Bactéries BIOGAZ + DIGESTAT Chaleur Electricité Injection dans le réseau de gaz naturel (Suisse, Allemagne et France courant 2011) Carburant pour véhicules (Lille, Suède) 3.10

20 5 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse Biocarburants G1 Source : IFP Un hectare de Céréale Betterave Oléagineux produit 2,5 t d éthanol 5,8 t d éthanol 1,4 t de biodiesel 85% Source : ADEME Les valorisations non alimentaires de la biomasse ZOOM SUR LA PRODUCTION DE BIOCARBURANTS 1 Marché des biocarburants en France : 7 % en 2010 G1/Bioéthanol SEINE MARITIME (76) Gonfreville Ouest ETBE production ETBE Lillebonne BENP 230 kt/an NORD (59) Mardyck ETBE production ETBE AISNE (02) Origny TEREOS 200 kt/an MARNE (51) Bazancourt CRISTANOL1 & kt/an Bioéthanol : Besoin : entre 0,7 et 1 MT/an Agréments : 1 MT/an Capacité Filière 2010 : 1,3 MT/an Beinhem ROQUETTE 160 kt/an AUBE (10) BAH-RHIN (67) Le Mériot SOUFFLET 100 kt/an GIRONDE (33) Bordeaux DIESTER 250 Kt/an Source : Les biocarburants, un atout pour l indépendance énergétique, l agriculture et l environnement (MAAP) : DISTILLERIE EXISTANTES CAPACITÉ DISPONIBLE PLUSDE 120 Kt/an BOUCHES DU RHÔNE (13) Fos LYONDELL production ETBE RHÔNE (69) Feyzin TOTAL production ETBE 3.12

21 Les valorisations non alimentaires de la biomasse G1/Biodiesel Biodiesel : Besoins : 2,8 MT/an Agréments : 3,2 MT/an Capacité Filière 2010 : 3,66MT/an Emprise sur les terres en France en 2010 : 2,3 M d'ha de biocarburants (2 M d ha «nets») Lisieux BIONERVAL 55 kt/an ILE-ET-VILAINES (35) Cornille SCAPétrôle et dérivés 100 kt/an Source : Les biocarburants, un atout pour l indépendance énergétique, l agriculture et l environnement (MAAP) : CALVADOS (14) LOIRE ATLANTIQUE (44) Montoir AIRAS 4 55 kt/an Montoir DIESTER 250 kt/an CHARENTES MARITIMES (17) La Rochelle SCA ATLANTIQUE 50 kt/an GIRONDE (33) Bordeaux DIESTER 250 kt/an SEINE MARITIME (76) Grand-Couronne DIESTER 520 kt/an VIENNE (86) NORD (59) Dinkerque200 kt/an TOTAL biodiesel synthèse Dunkerque150 kt/an DAUDRRUY Coudekerque250 kt/an DIESTER Chalandray CENTRE OUEST CEREALES 120 kt/an Boussens COGNIS DIESTER 120 kt/an OISE (60) Compiègne1 et 2 DIESTER 220 kt/an SEINE ET MARNE (77) Limay SA RP INDUSTRIE 80 kt/an Sète 1 et 2 DIESTER 500 kt/an HAUTE GARONNE (31) Charny-sur-Meuse PROGILOR BOUVART 60 kt/anemha Verdun INEOS 230 kt/an AUBE (10) Nogent - Le Mériot DIESTER 250 kt/an BOUCHES DU RHÔNE (13) Fos-sur-mer BIOCAR 200 kt/an HÉRAULT (34) MEUSE (55) Les valorisations non alimentaires de la biomasse 4 G2/Biocarburant Ils seront produits à partir de la biomasse lignocellulosique (bois, résidus de récoltes forestières ou agricoles, déchets agroalimentaires, cultures dédiées plante entière ) Source : IFP 3.14

22 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse QUELLE TAILLE POUR LES UNITES? 1/2 Procédé Matière première Taille 3.15 Combustion Pyrolyse Gazéification Méthanisation Biocarburant G1 Biocarburant G2 Biomasses lignocellulosiques Biomasses lignocellulosiques Biomasses lignocellulosiques Biomasses / déchets méthanisables Matière sucrée et amylacée (bioéthanol) ; oléagineux (biodiesel) Biomasses lignocellulosiques Des chaufferies domestiques (2 à 4 t MP/an) aux chaufferies collectives (3 à 4000 t MP pour 3 à 4 MWth) et industrielles De petites unités aux unités industrielles D une dizaine de kwe à plusieurs dizaines de Mwe Du méthaniseur agricole (au moins 40 kwe) à plusieurs MW pour les unités industrielles (de l ordre T MP/an) Industrielle (bioéthanol : 100 à 300 kt/unité/an ; biodiesel : 50 à 500 kt/unité/an) Industrielle (rayon d approvisionnement voie biochimique : 30 à 40 km soit + de t MP ; voie thermochimique : 500 km) MP = Matière Première 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse QUELLE TAILLE POUR LES UNITES? 2/2 Estimation du volume nécessaire pour l'approvisionnement des unités kt biomasse/an/unité Combustion Méthanisation Biocarburant G1 : éthanol Biocarburant G2 : éthanol Biocarburant G1 : biodiesel Biocarburant G2 : biodiesel Unité domestique Unité collective Unité industrielle Source : CRA Picardie 3.16

23 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse VERS LE PRINCIPE DE BIORAFFINERIE 1/3 Une source de biomasse donnée peut entrer dans la voie de valorisation en énergie, mais pas uniquement. Chaque composant de la biomasse peut être extrait ou séparé des autres, pour obtenir différentes fractions qui seront utilisées dans différents procédés. => Il est possible de créer des synergies entre les différentes voies de valorisation Les valorisations non alimentaires de la biomasse VERS LE PRINCIPE DE BIORAFFINERIE 2/3 PLANTE ENTIERE CEREALES-OLEAGINEUX-PROTEAGINEUX BETTERAVES-PLANTES A FIBRES-RAISIN-BOIS 1 ère Transformation EXTRACTION - SEPARATION FRACTIONNEMENT HYDROLYSE CHIMIQUE OU ENZYMATIQUE FONCTIONNALISATION CHIMIE, FERMENTATION, CONVERISON ENZYMATIQUE PRODUITS AGRO-INDUSTRIELS INTERMEDIAIRES 2 ème Transformation FORMULATION Flux de matière Bioénergie Biomolécule Bioaliment Biomatériaux Bioénergie Biomatériaux Biomolécule Bioaliment 3.18

24 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse VERS LE PRINCIPE DE BIORAFFINERIE 3/3 Les biocarburants de 2ème génération pourront être le point de convergence de la bioraffinerie Exploitation agricole Production Collecte Conversion [Agronomie] [Logistique] [Pré-traitement - Synthèse] Etapes Biomasse Commodités Intermédiaire Horizon 2015 Industrie des biomatériaux, biomolécules, bioaliment Produits Biomasse humide + H 2 O Préconditionement Broyage et/ou méthanisation Biogaz Prétraitement Intermédiaire de la lignine Hydrolyse enzymatique Fermentation multi-sucres Ethanol + Energie Chaleur Co-génération Electricité Biomasse sèche Huiles Préconditionement Broyage et/ou pyrolyse Gazéification Pyrolyse Synthèse Conditionnement gaz et séparation Hydrocarbures INRA / J.Cormeau Les valorisations non alimentaires de la biomasse POINT DE VUE DES INDUSTRIELS Des industriels souhaitent intégrer une valorisation énergétique de la biomasse afin de : Rationaliser la gestion des déchets (valorisation des co-produits ) Augmenter leur autonomie énergétique Diversifier les produits de l entreprise Développer leur image Les entreprises privées du secteur de l énergie qui souhaitent investir dans une centrale de production d un bien ou d un service 3.20

25 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse POINT DE VUE DES COLLECTIVITES TERRITORIALES Les collectivités locales sont à la fois productrices et utilisatrices potentielles de biomasse. Les procédés qu elles peuvent mettre en œuvre sont : Combustion Exemple : les différents de projets de chaufferie bois/biomasse (Besançon, Beauvais, Metz ) Pyrolyse voire la gazéification (unité de taille importante) Exemple : projet de pyrolyse de la ville d Arras pour le traitement des déchets Méthanisation Exemple : le Centre de Valorisation Organique de Sequedin qui produit du biogaz pour la flotte de bus de la Communauté Urbaine de Lille Potentiel de production et de valorisation de la Biomasse d une collectivité locale => Les valorisations non alimentaires de la biomasse 3.22

26 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse POINT DE VUE DES COLLECTIVITES TERRITORIALES Mode de fonctionnement : il y a différents niveaux d implication possibles Le modèle décentralisé : la collectivité organise son marché dans le cadre d appel d offre et de partenariats publics/privés Exemple : la Délégation de Service Public Le modèle centralisé : la collectivité investit totalement dans la réalisation et la gestion Les valorisations non alimentaires de la biomasse DES CHOIX STRATEGIQUES A ADAPTER 1/2 Les choix stratégiques seront différents selon les utilisateurs des procédés et les enjeux auxquels ils sont confrontés : type de ressource disponible, aménagement du territoire, compétitivité d une entreprise Exemples d acteurs : 1. Un élu local qui souhaite valoriser la biomasse produite par la commune 2. Un élu local qui souhaite utiliser de la biomasse pour faire des économies d énergie sur sa commune. 3. Une communauté de commune qui désire faire une étude globale des flux de biomasse et de leur potentiel d utilisation sur son périmètre d action. 4. Un politique qui souhaite avoir des critères de décision fondés sur des référentiels scientifiques pour développer la valorisation de la biomasse à l échelle de la région ou du département. 5. Un agriculteur ou un groupement d agriculteurs qui produit de l énergie et qui souhaite la vendre à une collectivité locale. 3.24

27 3. Les valorisations non alimentaires de la biomasse DES CHOIX STRATEGIQUES A ADAPTER 2/2 Exemples d acteurs (suite) : 6. Un agriculteur ou un groupement d agriculteurs qui produit de la biomasse et qui souhaite la valoriser auprès d une collectivité locale. 7. Un agriculteur ou un groupement d agriculteurs qui produit de la biomasse et qui souhaite la valoriser en propre. 8. Un industriel qui produit de la biomasse et qui souhaite la valoriser en énergie auprès d une collectivité. 9. Un industriel qui gère de la biomasse et qui souhaite la valoriser énergétiquement auprès d une collectivité. 10. Un industriel qui souhaite utiliser de la biomasse pour faire des économies d énergie dans son entreprise (chauffage- électricité) Production de la biomasse 4 végétale

28 4. Production de la biomasse végétale LES SOURCES DE LA BIOMASSE VEGETALE Ordre de priorité pour la mobilisation 1. Bois 2. Co-produits des IAA 3. Co-produits agricoles : résidus de culture (pailles), issues de silos, lisier 4. Déchets verts des collectivités 5. Cultures dédiées Annuelles Pérennes et taillis Production de la biomasse végétale BOIS : LES SURFACES FORESTIERES La forêt française en 2007 : 15,71 Mha dont 14,97 Mha de forêt dite de production => Une surface en augmentation... mais des parcelles parfois difficiles d accès : Sur 2,4 milliards de m 3 de bois sur pied > 60% sont faciles à exploiter > 9% sont moyennement faciles à exploiter > 31% sont difficiles ou très difficiles à exploiter => A lui seul, le bois ne suffira pas à répondre aux besoins. 4.2

29 4. Production de la biomasse végétale LES CO-PRODUITS Résidus de cultures : les pailles Ex : les pailles de céréales et d oléagineux les pailles et rafles de maïs les anas de lin INRA Les paramètres à prendre en compte pour mobiliser la paille (diapo suivante) Co-produits des IAA et déchets verts Ex : les issues de silos les résidus de distilleries, sucrerie, meunerie, amidonnerie les coproduits de l industrie des corps végétaux (tourteaux de colza, de tournesol) Des travaux de cartographies ont déjà été réalisés ou sont en cours de réalisation dans différentes régions : il s agit de localiser au sein du territoire les gisements déjà existants. => Limite de ces gisements : ils sont déjà captés en partie car il existe déjà des valorisations pour ces co-produits Production de la biomasse végétale MOBILISATION DE LA PAILLE : LES PARAMETRES EN JEU Les contraintes à la mobilisation sont : la modification éventuelle des pratiques actuelles des agriculteurs (enfouissement ou retour direct au sol) la nécessité de maintenir un bilan humique correct de la parcelle Exemple d outil permettant d identifier les possibilités d exportation des pailles en Picardie : cf. exporter des pailles sans risques.pdf + cf. feuillet exporter des pailles.pdf la rôle du retour au sol des pailles dans la réduction des intrants et la diminution du risque de lessivage le coût de mobilisation, notamment de transport (volume important) Le coût des engrais PK de remplacement 4.4

30 4. Production de la biomasse végétale LES CULTURE DEDIEE A LA BIOMASSE Sorgho Miscanthus TtCR saule Luzerne Maïs biomasse Orge* Triticale* Switchgrass Fétuque TCR peuplier * Plante entière Il peut s agir de plantes annuelles, pluriannuelles ou pérennes, plus ou moins connues Pourquoi avoir recours à des cultures pérennes ou à des cultures moins bien connues? => Ces espèces peuvent être plus productives : certaines peuvent produire plus (ou autant) de biomasse par hectare avec moins d intrants, moins d eau, moins de temps de travail Production de la biomasse végétale LES CULTURES DEDIEES A LA BIOMASSE Cultures annuelles : insertion plus facile dans les rotations Cultures pérennes/pluriannuelles : immobilisation d une partie des surfaces de la rotation Cultures connues Cultures en cours d étude Cultures connues Cultures en cours d étude Orge* Triticale* Sorgho (zone nord de la France) Fétuque* Luzerne* Miscanthus Switchgrass Taillis à (très) courte rotation : T(t)CR * Ces cultures connues ont été optimisées pour la production de biens alimentaires (grains, par exemple) et leur itinéraire technique doit être adapté pour optimiser la production de biomasse en fonction de plusieurs critères (eau, intrants, surface nécessaire ) 4.6

31 LE TRITICALE (1/2) 2 4. Production de la biomasse végétale Plante annuelle, hybride blé / seigle, rustique avec une bonne résistance au froid ITK : Semis en Récolte au stade grain laiteux (mai-juin) ou à maturité (juillet) octobre-novembre Pas de traitement fongicide et avec une fertilisation azotée réduite Récolte : Stade laiteux-pâteux (35-45 % MS) : ensilage t MS/ha À maturité (85 % MS) : fauchage / pressage t MS/ha en situation favorable 6-12 t MS/ha en milieu peu alimenté en eau INRA Surface en triticale en 2007 ; en vert : les surfaces sont les plus nombreuses ; source : Agreste Production de la biomasse végétale LE TRITICALE (2/2) Atouts et facteurs limitants ATOUTS PRINCIPAUX Plante annuelle, facile à inclure dans la rotation Nombreuses variétés disponibles pour une adaptation aux différents territoires Potentiels de production connus et intéressants plante rustique, conduite de la culture avec peu d intrants pour une production de biomasse plante entière valorisation de la plante complète (paille + grains) pour la production énergétique Récolte avec un matériel courant (récolte de céréales) CONTRAINTES PRINCIPALES Densité faible et humidité forte du produit à la récolte si récolte au stade grain laiteux pâteux 4.8

32 4. Production de la biomasse végétale LE SORGHO FIBRE (1/2) Plante annuelle C4, jusqu à 3 m de haut ITK : Semis en avril/mai exigences thermiques importantes bonnes facultés d extraction des minéraux du sol Récolte : ensilage à l automne 5 à 15 t MS / ha 20 à 35 % MS BD/CRACA Sorgho versé ; CA 51 INRA Production de la biomasse végétale LE SORGHO FIBRE (2/2) Atouts et facteurs limitants ATOUTS PRINCIPAUX Potentiel de production élevé, essentiellement sous forme d un produit humide Large gamme variétale pour les sorghos sucrés, grain et fourragers, pour une adaptation aux contraintes locales Bonnes facultés d extraction de l eau et des éléments minéraux du sol qui permettent une adaptation aux conditions séchantes Faibles intrants Valorisation de la plante entière pour la production d énergie Culture annuelle facile à insérer dans les rotations CONTRAINTES PRINCIPALES Exigences thermiques élevées Sensibilité à la verse Très peu de variétés de sorgho fibre développées, d où une faible adaptation à des conditions pédoclimatiques variées Densité faible du produit à la récolte 4.10

33 4. Production de la biomasse végétale LA FETUQUE (1/2) Plante pluriannuelle de la famille des graminées ITK : Semis au printemps ou en fin d été, préparation de sol type prairie (petite graine) Plusieurs cycles de récolte sur l année : 1 ère récolte à la mi-juin, puis en été voire même en automne (récolte possible en sec si l été a été sec) BD/CRACA Récolte : En sec : comme un foin (fauchage, andainage, pressage et stockage à l'abri) ; t MS/ha Humide : en ensilage Rendement : 10 à 15 t MS/ha à partir de la 2ème année Production de la biomasse végétale LA FETUQUE (2/2) Atouts et facteurs limitants ATOUTS PRINCIPAUX Bonne adaptation à des milieux divers, mais potentiel maximal en terres profondes et saines Supporte des températures élevées, bonne pousse estivale grâce à un système racinaire développé et profond Potentiels de productivité connus et intéressants Récolte avec un matériel courant Culture pérenne (6 à 15 ans) CONTRAINTES PRINCIPALES Implantation délicate, notamment en raison de la lenteur de la levée Densité faible du produit à la récolte Peu de débouchés actuels en valorisation énergétique de la biomasse Itinéraire technique à adapter pour la production de biomasse en plante entière 4.12

34 4. Production de la biomasse végétale LE MISCANTHUS (1/2) 1 ère année Années suivantes jusqu à 20 ans Rhizome prêt pour implantation MARS Récolte de la tige AVRIL Implantation des rhizomes avec une planteuse pommes de terre modifiée JUIN Développement du miscanthus en première année FEVRIER de l année suivant l implantation Broyage de la culture en fin de 1 ère année AVRIL Reprise de végétation BD/CRACA BD/CRACA Récoltes «en sec» en sortie d hiver (80 à 85 % MS) JANVIER Sénescence des tiges et chute des feuilles BD/CRACA Possibilité de récolte «en vert» à l automne JB/CDA27 7 à 25 t MS /ha selon les conditions d implantation Production de la biomasse végétale LE MISCANTHUS (2/2) Atouts et facteurs limitants ATOUTS PRINCIPAUX Potentiel de productivité important en situation pédoclimatique favorable Récolte d un produit sec directement utilisable Culture pérenne (10 à 20 ans) sans baisse de productivité au cours du temps (à vérifier selon le mode de récolte) Besoins en fertilisation modérés peu de protection phytosanitaire ni d irrigation (sauf cas particuliers) CONTRAINTES PRINCIPALES Implantation coûteuse et délicate, conditionnant la réussite de la culture et nécessitant un matériel spécifique Forte sensibilité aux adventices en première et deuxième année Entrée en production 2 à 3 ans après l implantation et pleine production après 3 à 5 ans Productivité très variable selon les conditions pédoclimatiques Culture encore peu documentée (besoins en eau et en azote, débouchés, conditions de l insertion dans les rotations agricoles et de destruction en fin de cycle ) Nécessité d une bonne portance de la parcelle en hiver pour la mécanisation de la récolte Densité faible du produit récolté 4.14

35 4. Production de la biomasse végétale LE SWITCHGRASS OU PANIC ERIGÉ(1/3) Autre plante pérenne utilisable pour la production de biomasse s implante avec un semoir à céréales cycle similaire à celui du miscanthus 10 à 25 t MS/ha BD/CRACA BD/CRACA BD/CRACA BD/CRACA Production de la biomasse végétale LE SWITCHGRASS OU PANIC ERIGÉ (2/3) Cycle du switchgrass 4.16 a b c Première année Légende : a - semis du switchgrass b - switchgrass 1,5 mois après le semis c - switchgrass en 1 ère année en septembre (Aisne) d - switchgrass à épiaison en octobre (Champagne-Ardenne) e - switchgrass en sortie d'hiver avant récolte (Champagne-Ardenne) f - redémarrage du switchgrass en avril g - switchgrass au printemps g d 10 à 20 ans f a-d-e-g = BD/CRACA ; b-f = JB/CDA 27 ; c = ED/CRAP e Récolte

36 4. Production de la biomasse végétale LE SWITCHGRASS OU PANIC ERIGÉ (3/3) Atouts et facteurs limitants ATOUTS PRINCIPAUX Potentiel de productivité important soumis à une variabilité plus faible que d autres cultures telles que le miscanthus Bonne tolérance à une très large gamme de sols et de climats Culture pérenne (10 à 20 ans) sans baisse de productivité au cours du temps (à vérifier selon mode de récolte) Faibles besoins de fertilisation Peu de protection phytosanitaire Pas de matériel spécifique pour le semis CONTRAINTES PRINCIPALES Implantation délicate avec fréquentes difficultés de germination et de levée Forte sensibilité aux adventices en première année Entrée en production réelle la deuxième année suivant l implantation Culture encore peu documentée (besoins en eau et azote, débouchés, conditions de l insertion dans les rotations agricoles et de destruction en fin de cycle ) Nécessité d une bonne portance de la parcelle en hiver pour la mécanisation de la récolte Densité faible du produit à la récolte Production de la biomasse végétale LES TtCR DE SAULE Densité : environ boutures / ha Après 3 ans, les saules atteignent 3,5 m de hauteur et 4 à 5 cm de diamètre Récolte tous les 3 à 4 ans Environ 8 t MS / ha / an Récolte par ensileuse équipée d une tête adaptée ou par récolteuse de tiges entières TtCR de saule en Picardie : l année de son implantation, fin mars fin avril fin juin CDA

37 4. Production de la biomasse végétale LES TCR DE PEUPLIERS INRA Densité : environ 1000 à 2000 boutures / ha Récolte tous les 7 à 10 ans Environ 10 t MS / ha / an Récolte : abattage manuel ou mécanisé Production de la biomasse végétale APPROFONDISSEMENT : RECOLTE DU MISCANTHUS ET DU SWITCHGRASS (1/2) Récolte «en sec» en sortie d hiver (70 85 % MS) pour la combustion ou les agro-matériaux Ensilage Stockage en vrac : en tas ou en boudin Combiné ensilage (brins longs) / pressage Stockage en ballot 4.20

38 4. Production de la biomasse végétale APPROFONDISSEMENT : RECOLTE DU MISCANTHUS ET DU SWITCHGRASS (2/2) Récolte «en sec» en sortie d hiver (70 85 % MS) - suite pour la combustion ou les agro-matériaux Fauchage puis pressage Switchgrass Récolte «en vert» à l automne (40 50 % MS) pour les biocarburants de seconde génération Ensilage La productivité est maximale à l automne. La récolte nécessite une valorisation rapide du fait de son taux d humidité élevé Production de la biomasse végétale CULTURE DEDIEES / TRAVAUX DE R&D Des travaux sont toujours en cours REGIX ( , projet ANR) : comparaison des potentialités des espèces dans les différents contextes pédoclimatiques français (réseau national) LIDEA ( , projet CasDAR) : précision des itinéraires techniques des cultures biomasse en Picardie / Champagne-Ardenne LIGNOGUIDE ( , projet CasDAR) : élaboration d un guide d aide au choix des cultures biomasse en fonction des contextes locaux de production Expérimentation au niveau des Chambres d Agriculture de l INRA INRA => carte des sites terrain du projet Lignoguide 4.22

39 5 La mobilisation de la biomasse Stockage, logistique et structuration des acteurs Diagnostic de territoire Insertion dans les exploitations 5. La mobilisation de la biomasse STOCKAGE, LOGISTIQUE ET MOBILISATION DES ACTEURS Quelle biomasse est-il possible de valoriser sur mon territoire? Comment la mobiliser? PARCELLE UNITE DE VALORISATION 5.1

40 1 5. La mobilisation de la biomasse QUESTIONS A SE POSER La biomasse n est pas produite de façon continue comme les produits pétroliers Dans la plupart des cas : une récolte / an. l unité de valorisation en énergie fonctionne-t-elle sur une courte période au moment de la récolte? Fonctionne-t-elle toute l année? Dans ce cas, la question du stockage se pose La biomasse se conserve-t-elle correctement durant une période de stockage? La mobilisation de la biomasse CALENDRIERS DE PRODUCTION / UTILISATION : EXEMPLES INRA Fonctionnement chaufferie collective ou individuelle Besoin d énergie pour la campagne betteravière Méthanisation : fonctionnement en continu Production de biocarburant 5.3

41 5. La mobilisation de la biomasse QUESTIONS A SE POSER 2 La densité de la biomasse est faible Jusqu à quelle distance aller chercher la biomasse qui représente un gros volume à transporter? Qui approvisionne l unité? Avec quelle organisation? Quel volume et conditions de stockage sont nécessaire? (à l extérieur en plein champ, bâché ou non ; sous hangar ) La mobilisation de la biomasse TRANSPORT DE LA BIOMASSE Plus le volume à transporter est important : plus le nombre d allers/retours ou de véhicules mobilisés est élevé plus il y a consommation d énergie et d émissions de gaz à effet de serre plus l opération coûte cher Exemples : on met 3 à 4 t de miscanthus ensilé en vrac dans une remorque de 18 T impact sur le rayon d approvisionnement et sur les coûts de la biomasse entrée usine 5.5

42 5. La mobilisation de la biomasse UNE SOLUTION : DENSIFIER LA BIOMASSE Différents conditionnements possibles à la récolte Miscanthus en vrac ~ 100 kg/m3 Miscanthus en ballot ~ 190 à 230 kg/m3 À l étude : des plate-formes de densification, (unité mobile de granulation, unité de pyrolyse à proximité ) USINES La mobilisation de la biomasse OÙ ET COMMENT STOCKER? Lieu de stockage : Sur l exploitation Sur des plateformes : coopérative Sur l unité de valorisation Mode de stockage : au champ à l air libre au champ sous bâche sous abri en boudin ou en silo (vrac ensilé) Quel coût et valeur ajoutée pour les différents acteurs selon les options? A l étude : quel impact de la conservation sur la qualité et sur la quantité de biomasse valorisable? INRA 5.7

43 5. La mobilisation de la biomasse QUELLE ORGANISATION TECHNIQUE SUR LE TERRITOIRE? Le monde agricole a construit une organisation lui permettant de répondre aux besoins liés aux productions actuelles : ETA, coopératives, capacité de stockage pour le grain Un nouveau fonctionnement est à construire entre ces acteurs pour mobiliser la biomasse. Les travaux du RMT : Projet densification / logistique Travaux en cours sur les différents schémas de mobilisation => Il est possible que, sur un projet donné, différentes solutions soient combinées La mobilisation de la biomasse MISES EN PLACE DES FILIERES : LES ACTEURS ATTENDENT Agriculteurs Visibilité sur les perspectives de valorisation Exemple : j implante du miscanthus en N, qui me l achètera en N+2? À quel prix? Type de contrat : durée, mode d indexation du prix Industriels/utilisateurs de la biomasse Disponibilité de la biomasse en quantité et dans la durée 5.9

44 5. La mobilisation de la biomasse STRUCTURATION DES ACTEURS ECONOMIQUES Une solution : créer une structure intermédiaire d approvisionnement, interface entre les producteurs et les utilisateurs Exemples : SCIC (société coopérative d'intérêt collectif) qui peu regrouper collectivité locale, industriel, fournisseur de biomasse Association loi 1901 : exemple de Haiecobois en Normandie => Partage du risque et de l engagement La mobilisation de la biomasse Exemple de l association Haiecobois plus d info :

45 5. La mobilisation de la biomasse EXEMPLE DE STRUCTURATION DES ACTEURS ECONOMIQUE Cas de l association Haiecobois Déchiquetage Transport Bois humide Pesée Contrôle Qualité "Rangement" du bois Séchage stockage Contrôle qualité Chargement Bois sec Pesée Pesée PRODUCTEUR HAIECOBOIS CLIENT Retrait sur place Livraison plus d info : La mobilisation de la biomasse DES TRAVAUX SE POURSUIVENT SUR LES POSSIBILITES DE STRUCTURATION DES ACTEURS Au sein de projets et au sein des territoires Dans le cadre du Réseau rural français capitalisation sur des expériences réussies de démarches territoriales ayant fait émerger des projets bioénergies capitalisation sur les bonnes pratiques de co-habitation entre petits et gros projets 5.13

46 6 La mobilisation de la biomasse Stockage, logistique et structuration des acteurs Diagnostic de territoire Insertion dans les exploitations 6. La mobilisation de la biomasse ORGANISATION AU SEIN DES TERRITOIRE Quelle biomasse est-il possible de valoriser sur mon territoire? Comment la mobiliser? Quels sont les territoires les plus favorables pour avoir le meilleur bilan? Quel schéma choisir? Quelle quantité de biomasse disponible? 6.1

47 6. La mobilisation de la biomasse DISPOSITION DE L OFFRE DE BIOMASSE AU SEIN DES TERRITOIRES Cette question est associée à : Des impacts économiques et sociaux : où y aura-t-il création d activité? des aménagements routiers devront-ils être réalisés? Des impacts territoriaux : quel trafic l unité de valorisation énergétique va-t-elle induire, où? Quelle modification du paysage la nouvelle activité va-t-telle induire? Des impacts environnementaux : quelle est la sensibilité du/des milieu(x) sur lesquels est produite la biomasse? Quel en sera l impact sur la ressource en eau, la biodiversité etc.? La mobilisation de la biomasse EXEMPLE D IMPACTS Zone : un territoire de grandes cultures où du miscanthus est implanté. La culture mesure 2 à 3 m durant la période juillet-mars. 1 Vis-à-vis du paysage : Quel schéma d implantation? des zones dédiées des parcelles dispersées, de quelle taille? à proximité ou non des habitations INRA 6.3

48 6. La mobilisation de la biomasse EXEMPLES D IMPACTS Comparaison miscanthus/ttcr dans un contexte bocager Avant Eté Extrait du rapport final Solagro/Agence Paysages Etude «Les impacts environnem entaux et paysagers des nouvelles productions énergétiques sur les parcelles et bâtiments agricoles» réalisée pour le com pte du Ministère de l Agriculture et de la pêche Hiver La mobilisation de la biomasse EXEMPLES D IMPACTS 2 Vis-à-vis de la biodiversité : Selon les schémas, quel impact sur la biodiversité? Les différentes composantes de la biodiversité : insectes (ravageurs, auxiliaires), végétaux, faune du sol, gibier Observation réalisée par l Office de la chasse : «En petites parcelles dispersées, le miscanthus peut constituer un refuge pour le gibier alors que celui-ci le fuit si les parcelles se concentrent sur une surface importante.» Rôle dans la prévention des ravageurs et maladies 6.5

49 6. La mobilisation de la biomasse QUELS SONT LES TERRITOIRES LES PLUS FAVORABLES? CAS DES BIOMASSES DÉJÀ PRODUITES (1/2) Cas de la forêt : des inventaires forestiers sont réalisés périodiquement, ce qui permet de planifier l exploitation à moyen/long terme (plans d approvisionnement territoriaux ) Cas des co-produits, résidus de cultures et cultures classiques : Il s agit tout d abord de les localiser sur le territoire, en fonction : des statistiques agricoles par exemple des données des coopératives (issues de silo) Exemple de cartographie : Cartopailles La mobilisation de la biomasse QUELS SONT LES TERRITOIRES LES PLUS FAVORABLES? 2CAS DES BIOMASSES DÉJÀ PRODUITES (2/2) Démarche globale à adopter : Bien se renseigner sur les projets régionaux et locaux (ADEME, DRAAF, Conseil Régionaux peuvent être des structures ressources) Lister les ressources disponibles en situation initiale (tonnes de déjections, paille, déchets IAA et municipaux ) Tenter d évaluer globalement et par canton ces ressources disponibles : en plus des données statistiques, interview d experts des organismes agricoles sur les hypothèses à faire de biomasse résiduelle (résidus cultures, déjections, déchets ) Objectif : distinguer la production totale pour ces ressources et la production qu il est possible de mobiliser, en tenant compte de conditions d exportation durables (ex : retour au sol des pailles pour conserver la matière organique) et des ressources déjà captées par les débouchés existants INRA 6.7

50 6. La mobilisation de la biomasse QUELS SONT LES TERRITOIRES LES PLUS FAVORABLES? CAS DES BIOMASSES AGRICOLES «NOUVELLES» (1/2) Cas des biomasses qui ne sont pas encore présentes sur les territoires, comme c est le cas pour les cultures pérennes => Il est nécessaire d étudier la faisabilité de l introduction de ces cultures en cernant les enjeux de territoires et des exploitations agricoles pour quantifier le potentiel de surfaces disponibles. 2 aspects Insertion au niveau du territoire Insertion dans les exploitations agricoles La mobilisation de la biomasse QUELS SONT LES TERRITOIRES LES PLUS FAVORABLES? CAS DES BIOMASSES AGRICOLES «NOUVELLES» (2/2) Démarche à adopter : Repérer les surfaces en terres labourables pour les cultures énergétiques, en fonction : des surfaces qui ne changeront pas d usage Exemple : surfaces pour l alimentation humaine, pour les cultures permanentes, les prairies naturelles écologiques, surfaces pour les animaux (STH, prairies temporaires, fourrages annuels, céréales pour animaux ) des assolements possibles pratiqués des conditions pédo-climatiques adaptées aux cultures biomasse Attention! Ne pas déstabiliser les équilibres régionaux! 6.9

51 6. La mobilisation de la biomasse NOUVELLES BIOMASSE : APPROCHE TERRITORIALE Étapes nécessaires pour dégager des stratégies de territoire et un potentiel de surface 1- diagnostic général de territoire Situation géographique, répartitions des zones urbaines, agricoles et naturelles, démographie, activités économiques, réseau hydrographique potentiel de ressources en surfaces disponibles Évolution de la SAU, conditions pédo-climatiques, orientations des systèmes agricoles, présence d'une logistique de collecte/transformation potentiel de consommation locale = les besoins en énergie du territoire Situation géographique des chaufferies, des activités soumises à des quotas de rejet de CO2, des réseaux de chaleur existants ou en projet ; dates des fins de contrats des villes avec les grands fournisseurs d énergie classique La mobilisation de la biomasse NOUVELLES BIOMASSE : APPROCHE TERRITORIALE Étapes nécessaires pour dégager des stratégies de territoire et un potentiel de surface Sols - climat zonage géo-pédologique paysages pédoclimatiques à l échelle 1 : e carte des Réserves Utiles des sols Occupation des sols (SAU, friches, jachères, ) Base de données Corine Land Cover 2000 Enquête Terruti-Lucas Recensement Général Agricole de 2000 (et bientôt de 2010) Base de données de la SAFER Environnement Zones vulnérables Zones de périmètres de captages Zones Natura 2000 oiseaux et habitats Sols pollués : Base de données BASOL Modes de production durables de la biomasse 6.11

52 6. La mobilisation de la biomasse NOUVELLES BIOMASSE : APPROCHE TERRITORIALE Exemple du Loiret Occupation des sols Surface totale : ha SAU : ha La mobilisation de la biomasse NOUVELLES BIOMASSE : APPROCHE TERRITORIALE Exemple du Loiret Situation des unités quotas CO t/an 45-Loiret t/an t/an t/an supérieur à t/an 6.13 Intérêt : ces unités sont autant de centre potentiel de valorisation de la biomasse car cela leur permettrait de réduire leurs émissions de CO2

53 6. La mobilisation de la biomasse NOUVELLES BIOMASSE : APPROCHE TERRITORIALE Exemple du Loiret Évolution de la SAU Pourquoi des zones sont-elles en déprise? Quelle est la nouvelle utilisation de ces surfaces? Peut-on les utiliser pour produire de la biomasse? La mobilisation de la biomasse NOUVELLES BIOMASSE : APPROCHE TERRITORIALE Quel est le potentiel d adaptation des cultures que l on souhaite introduire? Le croisement des différents critères par l intermédiaire d un SIG permet d identifier les zones d aptitudes pour chaque culture énergétique étudiée. Exemple du Loiret => En connaissant le potentiel de surface disponible sur chaque zone, il est possible d en déduire, par zone, la quantité de biomasse maximale qu il serait possible de produire. A chacune de ces zones est associé un potentiel de rendement. 6.15

54 6. La mobilisation de la biomasse NOUVELLES BIOMASSE : APPROCHE TERRITORIALE Exemple de stratégie pour le Loiret : des surfaces disponibles rapprochées sur une zone à faible potentielle à proximité d un grand centre urbain Exemple du Loiret Monter une démarche commune d approvisionnement de ce grand centre urbain Réserver les zones plus éloignées avec des surfaces disponibles dispersées à l approvisionnement de projets locaux de taille plus petite Exemple de quantification pour le Loiret : Maximum ha bandes enherbées Maximum ha de landes ha de nouvelles cultures annuelles ha de nouvelles cultures pérennes Possibilités d emprise sur prairies non évaluées La mobilisation de la biomasse NOUVELLES BIOMASSE : APPROCHE TERRITORIALE Cette démarche permet ainsi : de faire un état des lieux des forces et faiblesses des territoires d aboutir à des hypothèses chiffrées de surfaces potentiellement disponibles de dégager des stratégies potentielles de territoire 6.17

55 6. La mobilisation de la biomasse POSITIONNEMENT AU SEIN DES TERRITOIRES : SYNTHÈSE Pour les nouvelles cultures : Implantées pour 10 à 20 ans, elles émergent déjà sur le terrain. Il est nécessaire d informer au plus vite les acteurs pour favoriser l optimisation des implantations au sein des territoires. Exemple à éviter : implanter des espèces qui ne sont pas les plus adaptées aux contextes, d où des rendements moins élevés par unité de surface, une plus grande concurrence avec les cultures alimentaires, des impacts environnementaux non maîtrisés, une moins bonne valorisation des terres pour les agriculteurs La mobilisation de la biomasse POSITIONNEMENT AU SEIN DES TERRITOIRES : SYNTHÈSE Intégrer les différents enjeux pour aboutir à un positionnement judicieux et complémentaire des cultures sur le territoire : rentabilité économique rentabilité énergétique concurrence alimentaire/non alimentaire préservation de l environnement 6.19

56 7 La mobilisation de la biomasse Stockage, logistique et structuration des acteurs Diagnostic de territoire Insertion dans les exploitations 7. La mobilisation de la biomasse NOUVELLES BIOMASSES : INSERTION DANS LES EXPLOITATIONS AGRICOLES Quel potentiel de surface réellement disponible? Il existe une différence entre le potentiel agricole maximum déterminé en fonction des territoires et le potentiel réel intégrant le consentement à produire des agriculteurs. Surface agricole totale Capacité à assoler Introduction dans le système d exploitation 7.1 Approvisionnement réel Capacité à produire Techniques de production, conditions pédoclimatiques Capacité à vendre Volonté d innover / Vocation de l agriculture => Il est nécessaire de coupler l approche territoriale à une approche au niveau de l exploitation agricole.

57 7. La mobilisation de la biomasse NOUVELLES BIOMASSES : APPROCHE EXPLOITATIONS AGRICOLES Appréhender le consentement à produire des agriculteurs et/ou leur manière de raisonner l introduction de cultures dédiées dans leur assolement Démarche d enquête du RMT : dans le Loiret (région Centre), en 2009, 34 agriculteurs enquêtés Objectif : identifier les surfaces où les agriculteurs seraient prêts à implanter des cultures biomasse Questionnaire d enquête du RMT Biomasse testé dans le Loiret cf. enquête biomasse doc diapo 4.pdf La mobilisation de la biomasse NOUVELLES BIOMASSES : APPROCHE EXPLOITATIONS AGRICOLES Résultats de cette enquête dans le Loiret Les agriculteurs sont favorables aux cultures énergétiques annuelles (colza, blé, betteraves ; éventuellement triticale, maïs, sorgho) Ils manquent de connaissance sur les cultures pérennes. S ils devaient consacrer 5 % de leur SAU aux cultures biomasse, ils préfèreraient implanter des cultures annuelles. S ils devaient consacrer 20 % de leur SAU aux cultures biomasse, ils auraient tendance à accroître la part de cultures pérennes. INRA 7.3

58 7. La mobilisation de la biomasse NOUVELLES BIOMASSES : APPROCHE EXPLOITATIONS AGRICOLES Résultats d une autre enquête dans la Somme sur les surfaces que les agriculteurs seraient prêts à «convertir» => Cette démarche permet de préciser la perception des cultures biomasse par les agriculteurs et de qualifier les types de surface que les agriculteurs seraient prêts à mobiliser pour l implantation de cultures biomasse pérennes ou annuelles La mobilisation de la biomasse CE QUI SEMBLE NÉCESSAIRE POUR DÉVELOPPER CES CULTURES BIOMASSE DÉDIÉES Un prix garanti sur le long terme et l existence d un marché Un meilleur niveau de connaissance sur ces cultures Avoir une filière structurée avec de la vente des plants/rhizomes et des semences jusqu aux utilisateurs finaux 7.5

59 NOUVELLES BIOMASSES : LES ENJEUX ASSOCIÉS Des exigences 7. La mobilisation de la biomasse Les surfaces dédiées aux cultures énergétiques seront soumises à de fortes exigences vis à vis : de la concurrence avec la production de biens alimentaires => valoriser la plante entière et maximiser l énergie produite par hectare (co-génération, biocarburants de deuxième génération, méthanisation ) de la préservation de l environnement : niveau d intrant, préservation de la ressource en eau, efficacité de l énergie utilisée pour la production en phase agricole, émission de gaz à effet de serre de leur capacité à valoriser des territoires variés : terres à faible potentiel agronomique, zones protégées qui peuvent aussi ouvrir de nouvelles possibilités La mobilisation de la biomasse POURSUITE DES TRAVAUX AU SEIN DU RMT Étude des besoins des cultures, de leurs itinéraires techniques, de leurs zones d adaptation pour un positionnement judicieux au sein des territoires Approche «bottom up» : étude des conditions d introduction au sein des systèmes d exploitation puis extrapolation au territoire (Lidea, Optabiom) INRA Analyse critique des méthodes utilisées pour l estimation des gisements de biomasse au sein des territoires 7.7

60 Impacts territoriaux des filières 8 bioénergies Les critères et échelles à considérer, les exemples de questions à se poser 8. Impacts territoriaux des filières bioénergies DIFFÉRENTS CRITÈRES pour intégrer les 3 dimensions de la durabilité Exemples en lien direct avec les projets bioénergies : impacts environnementaux : biodiversité, qualité de l'eau et quantité d'eau, qualité de l'air, qualité des paysages, utilisation d'énergie non renouvelable, érosion du sol, utilisation des engrais azotés et des pesticides... impacts économiques : revenu, emploi... impacts sociaux : qualité des produits et des territoires, équité pour intégrer les différentes échelles temporelles et spatiales 8.1

61 8. Impacts territoriaux des filières bioénergies LA METHODE ACV 1 tonne de En tonne équivalent CO2 Dioxyde de carbonne CO₂ 1 Méthane CH₄ 25 Protoxyde d azote N₂0 298 Sour ce : IPCC 2007 Sour ce : IFP Impacts territoriaux des filières bioénergies LA METHODE ACV Importance du raisonnement global INRA Pour les biocarburants, les critères systématiquement renseignés sont : les émissions de gaz à effet de serre l efficacité énergétique par rapport aux carburants d origine fossile 8.3

62 8. Impacts territoriaux des filières bioénergies LA METHODE ACV Exemple de résultat pour les biocarburants de 1ère génération Impacts territoriaux des filières bioénergies LA METHODE ACV Des questions méthodologiques comment intégrer les co-produits? quels systèmes étudier/comparer? à quelles échelles? comment agréger les indicateurs? Quels critères regarder en priorité? Des difficultés pour les évaluations multicritères certains critères manquent encore nécessité de mobiliser des équipes pluridisciplinaires 8.5

63 8. Impacts territoriaux des filières bioénergies ÉVALUATION : LES AVANCÉES DU RMT État des lieux des outils utilisés par les acteurs sur le terrain Analyse de 28 outils/méthodes utilisés en 2008 : les dimensions considérées : environnementales, économiques et/ou sociales choix méthodologiques : échelle, type de variables et de sorties, type d indicateurs Impacts territoriaux des filières bioénergies QUELLES SONT LES ÉVALUATIONS PRATIQUÉES 2 ACTUELLEMENT? Au niveau global, pour des produits ou pour les filières biocarburants : ACV, bilans énergétiques, études d impacts sociaux et économiques A petite échelle : modèles biophysiques (fonctionnement des sols, des couverts végétaux cultivés, dynamique du carbone ), modèles économiques (rentabilité, coûts ) A l échelle des projets d implantation des unités «biomasse» : de façon systématique : évaluation technico-économique (rentabilité) au cas par cas : évaluations environnementales (bilans énergétiques, bilan des émissions de GES) INRA 8.7

64 2 8. Impacts territoriaux des filières bioénergies EXEMPLES D OUTILS D ÉVALUATION INRA => ACV : démarche lourde, difficile à appliquer systématiquement sur le terrain sur les projets bioénergies en filière courte Plus d information sur ces outils : télécharger le document «analyse de 28 outils et méthodes» sur rubrique «Outils et documents» / dans «Evaluation environnementale, sociale et territoriale» Impacts territoriaux des filières bioénergies DES TRAVAUX A POURSUIVRE Exemple : comment mesurer les impacts du miscanthus sur la biodiversité? La réponse est délicate actuellement : il y a une évolution de la biodiversité différente en fonction de l âge de la culture pérenne 1ères années : de en d adventice du fait de l accroissement du couvert végétal développement d insecte les 1ères années et donc d oiseaux INRA Années suivantes : le couvert est trop dense : moins d insecte, mais la culture offre un abri pour la nidification des oiseaux => Quelles conclusions tirer? Y a-t-il moins de biodiversité pour autant? 8.9