La biomasse, source d énergie?

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1 Paul MATHIS Editions Quae Dijon Le 11 octobre 2012

2 L énergie, c est quoi? L énergie, c est ce qui permet : de se chauffer, de cuire les aliments, de se déplacer, de faire marcher les machines, de fabriquer des matériaux, d avoir l électricité pour tous ses usages, etc. (mécanique, chimique, nucléaire, calorifique, électrique, ) Unités : Joule / calorie / kw.h / tep (et Mtep) / ev 1 tep = 11,6 kw.h

3 Les sources d énergie primaire (Monde) : Combustibles fossiles 81% pétrole : transports charbon : électricité gaz : chaleur, électricité Énergies renouvelables 13% [dont 10% de bois] : tous services énergétiques Énergie nucléaire 6% électricité

4 Stocks limités de combustibles fossiles Durée de vie des réserves (réserves/production) Charbon et assimilés 118 ans Pétrole 46 ans Gaz naturel 59 ans De fortes incertitudes (ex : gaz et pétrole de schiste) BP Statistical review of world energy 2011

5 Les gaz à effet de serre (GES) Combustion des combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) Schéma de principe : C + O 2 CO 2 + chaleur (utilisée) CO 2 : inéluctable! CO 2 s accumule dans l atmosphère effet de serre réchauffement autres effets : pluviométrie, phénomènes extrêmes, fusion des glaces, niveau des mers, perte de biodiversité, luttes pour les terres, migrations forcées, etc. +2 ou +6 en 2100?

6 Les énergies renouvelables Ont leur source dans la lumière solaire (98%) -- hydroélectricité -- énergie éolienne -- chauffage solaire --photoélectricité -- biomasse bois, déchets du bois déchets agricoles et urbains cultures énergétiques : biocarburants N ont pas leur source dans la lumière solaire (2%) énergie des marées géothermie

7 Origine de la biomasse : la photosynthèse CO 2 O 2 [CHOH] H 2 O sol eau, sels minéraux

8 La biomasse, c est quoi? [bio : vivant ; masse : quantité] Plante Photosynthèse Matière végétale (énergie de la lumière CO2, eau) Forêt (bois) Cultures (fruits, racines) [cellulose + hémicellulose [sucres, amidon, huiles] +lignine = lignocellulose] Déchets Bois, élevage, IAA, Déchets ménagers, etc.

9 A quoi sert la biomasse? Utilisée traditionnellement par les humains Nombreux usages de la biomasse (en augmentation) : Alimentation (priorité) Matériaux (bâtiment, textiles, ) Pourquoi? Chimie bio-sourcée Pourquoi? Énergie (chauffage, biocarburants) Ce n est pas d abord de l énergie! Mais déchets et fin de vie énergie (ex : bois) Nombreux usages : faire des priorités

10 La biomasse, des molécules Molécules importantes pour l alimentation : protéines, sucres, lipides, vitamines, Molécules importantes pour l énergie : Sucres : production de biocarburants (éthanol) Lipides : production de biocarburants (biodiesel) Cellulose + hémicellulose + lignine = lignocellulose (biocarburants de seconde génération) Toutes molécules : combustion Molécules importantes pour le bâtiment : lignocellulose Molécules importantes pour la chimie : toutes

11 Formation de biomasse par photosynthèse : CO 2 + H 2 O + énergie (lumière) [CHOH] + O 2 Utilisation de la biomasse par respiration (animaux) : [CHOH] + O 2 CO 2 + H 2 O + énergie (diverse) Bilan : énergie (lumière) énergie (diverse) tous les besoins des êtres vivants Cycle planétaire du carbone et de l oxygène

12 Formation de biomasse par photosynthèse : CO 2 + H 2 O + énergie (lumière) [CHOH] + O 2 Utilisation de la biomasse par combustion : [CHOH] + O 2 CO 2 + H 2 O + énergie (chaleur) Bilan : énergie (lumière) énergie (chaleur) Bilan de CO 2 nul si l utilisation de biomasse égale sa formation par photosynthèse. Mais : -- Production nette de CO2 : Déforestations -- Prise nette de CO 2 : Croissance durable d arbres

13 Trois choses importantes : Stockage de l énergie Éolien, photovoltaïque : énergies intermittentes Biomasse : énergie stockée Ordres de grandeur Energie que la Terre reçoit du soleil : Energie stockée (biomasse) : 7 Energie utilisée par l humanité : 1 Energie primaire (France) : 200 Mtep/an Energie nette de biomasse : 1 tep/ha/an* Besoin de 200 Mha (surface terres agricoles et forêts : 40 Mha) (modestie! Usages bien ciblés) * Production d huile d un ha de colza : 1 tep/ha/an

14 Biomasse : production brute, production nette Production brute (P B ) : ce qui est recueilli, utilisable (ex : bois de chauffage ; biodiesel ; biométhane ; etc.) Production nette (P N ) : P B diminuée de l énergie utilisée (ex : engrais ; travaux agricoles ; distillation de l éthanol ; machines des usines ; etc.) P N = P B énergie utilisée Notion générale, mais essentielle pour les biocarburants et toutes cultures dédiées.

15 La place de la biomasse pour bilan CO2 Rôle essentiel : Stockage du carbone : bois d œuvre, bois sur pied, biomasse du sol Rôle modeste : Transports : remplacement du pétrole Chaleur : remplacement du gaz et du fioul

16 Energie : comment utiliser la biomasse On la brûle chaleur [chauffage ; cuisson ; chaleur industrielle et agricole] On produit des biocarburants [éthanol : essence ; biodiesel : gazole] On produit du biogaz (biométhane) à partir de déchets humides [utilisation comme le gaz naturel] On produit de l électricité et de la chaleur (cogénération) [incinération de déchets ménagers ; papeteries]

17 Les transports : un cas difficile pour la transition énergétique! Dépendent à 95% du pétrole, Consomment 50% du pétrole produit, Augmentent de 3% par an. Solutions : Diminution des besoins de transport (aménagement du territoire) Moindre consommation : (modes doux moteurs plus efficaces transports collectifs) Carburants non pétroliers : (voiture électrique, voiture à hydrogène, biocarburants) Réglementation (vitesse, péage urbain), taxe carbone, etc. Pas de miracle, mais des efforts de tous!

18 Les biocarburants 1 ère génération : [«agrocarburants»] Remplacement de l essence (éthanol) Sources : plantes sucrières (canne, betterave), céréales (blé, maïs), etc. Remplacement du gazole (biodiesel) Sources : oléagineux (colza, tournesol, palmier, soja) Avantages : fonctionnent ; presque compétitifs. Problèmes : Faible production nette (P N = P B intrants énergie) 1 tep/ha/an Besoin de beaucoup de sols de qualité Bilan GES médiocre

19 Les biocarburants 2 ème génération : [à l étude ; filière lignocellulosique] Sources : bois, herbes cultivées (miscanthus) et pailles INTERET : biomasse plus abondante, facile à produire Remplacement de l essence : filières enzymatiques Remplacement du gazole : gazéification et synthèse de carburant liquide Remplacement du GNV : biométhane obtenu par méthanisation de déchets 3 ème génération : les algues (au stade de la recherche)

20 Quel potentiel pour les biocarburants? -- Procurer un revenu aux agriculteurs : oui (payé par les consommateurs) -- Produire pour nos besoins de transport : oui pour 5% ; au-delà : lignocellulose (2030?), biométhane ; sous réserve de bon bilan -- Lutter contre les émissions de gaz à effet de serre :? à 7% d incorporation, en France, il faut importer; Importation de pays du Sud déforestations mauvais bilan GES Paquet 3x20 de l UE : incorporer 10%! Il faut le remettre en cause!

21 Biomasse et production de chaleur Les besoins de chaleur en France : 84 Mtep (gaz 42%) Potentiel des forêts en bois-énergie Bois de chauffe 10 Mtep Déchets 6 Mtep Les difficultés Forêt sous-exploitée 20 Mtep? Circuits d approvisionnement et prix Pollution atmosphérique

22 Les risques au niveau de l utilisation de l énergie CO 2 (on en parle : changement climatique) Hydrocarbures et particules (on n en parle pas) : 3 millions de morts/an Le charbon (pays producteurs) Les véhicules (diesel) La biomasse (surtout pays du Sud) solutions : poêles et chaudières plus efficaces filtration des fumées (grosses installations)

23 Vision concrète des besoins et des sources Exemples pour la biomasse La Suède : Bois Chaufferies collectives Réseaux de chaleur Le Brésil : Canne à sucre Ethanol (biocarburant) Le Niger : un peu de bois de feu Le problème des carburants : Des quantités énormes, à très faible coût!

24 Exporter du blé ou produire de la biomasse énergie? En France, 5 Mha pour les cultures d exportation (céréales) Un choix à faire : -- Continuer dans cette voie Est-ce bon pour les pays du Sud, dans une perspective d autosuffisance alimentaire? -- Produire de la biomasse pour des transformations locales (matériaux, chimie, carburants) Faire le bilan : emplois, balance commerciale?

25 Conclusions Une source d énergie : oui Faible production / ha Voir les choses concrètement Une énergie décarbonée parmi d autres (utile pour la transition énergétique, avec le nucléaire et les autres énergies renouvelables)

26 Pourquoi une transition énergétique : parce qu on va dans le mur! Problème essentiel (action urgente) : Réchauffement climatique Laisser-faire (BAU, business as usual) +4 à +6 C en 2100 «Trop de pétrole» (Henri Prévot) Problème important, mais secondaire : Epuisement des combustibles fossiles Réserves limitées (environ 100 ans) «On va manquer de pétrole» (vox populi) «La transition énergétique, c est sortir des combustibles fossiles» 81% de la consommation mondiale d énergie!

27 Les trois piliers de la transition énergétique à mettre en route : Efficacité énergétique (moins d énergie, moins de CO2) Electronucléaire Energies renouvelables (énergies décarbonées) Quelle place pour la biomasse parmi les énergies renouvelables?

28 Site Cofély «Le bois-énergie, votre énergie locale et renouvelable» Nantes, t de biomasse/an ; production 2 tep/ha/an ; zone avec 25% de forêt productive ; besoin de km 2 (30x40 km). Mais le bois sera-t-il local ou importé? (manque de détails) Gardanne (La Provence, 6/2/2012) : Réduction de t/an de CO 2 ; soit 200 ktep de charbon remplacé par 200 ktep de bois ; production de 2 tep/ha/an ; zone avec 33% de forêt productive et collecte de 50% de la production (déchets) ; besoin de km 2 (60x100 km), soit un département français moyen. Problèmes de collecte et de transport du bois

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