TPE 2006/2007 Les Biocarburants

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1 TPE 2006/2007 Les Biocarburants - 1 -

2 Est-il avantageux ou non d utiliser les biocarburants? Thème : Environnement et progrès. Noms : SENE Jeremy RIOU Julien NGUYEN Tung Bach Classe : 1ere S (1 et 2) - 2 -

3 Plan Introduction I) Biocarburants, qu est-ce? 1) Définition et histoire 2) Différents types de biocarburants a) Les biocarburants oléagineux b) Les biocarburants éthyliques c) Les biocarburants gazeux d) Les biocarburants solides e) Autres II) Avantages 1) Réduction de l effet de serre 2) Réduction de l utilisation d énergies fossiles 3) Un rapport élevé sur l énergie mobilisée 4) Témoignages d utilisateurs III) Inconvénients 1) Problème de rendements 2) Une ressource coûteuse 3) Les problèmes d utilisation Conclusion Annexes : CD-Rom contenant les différents reportages vidéo qui nous ont été utile à la rédaction de ce TPE ainsi que le document présent au format.pdf pour pouvoir lire sur un quelconque ordinateur

4 Introduction Aujourd hui, les biocarburants sont à l ordre du jour. En tant que carburants pour l avenir, ils sont souvent retrouvés dans de nombreuses discussions. Mais une question se pose, est-il avantageux ou non d utiliser les biocarburants? Pour répondre à cette question, nous allons définir l ensemble des biocarburants qui existent à l heure actuelle. Ensuite, nous aborderons les différents avantages que présentent ceux-ci. Pour finir, nous nous intéresserons sur leurs inconvénients. I ) Biocarburant, qu est-ce? 1) Définition, histoire Les biocarburants sont des carburants d origine végétale pour moteurs thermiques. Ils sont issus de la biomasse, d où le nom de carburant vert. Les biocarburants sont une source d énergie liquide ou gazeuse. Ils se substituent partiellement ou totalement aux carburants pétroliers, notamment dans le but de faire rouler les véhicules à carburant alternatif. On les produits à partir de déchets végétaux ou de plants cultivés dans ce but. Aujourd hui, les biocarburants, en termes de production, sont le bioéthanol et le biodiesel. Les biocarburants sont connus depuis les débuts de l'industrie automobile. En effet, Nikolaus Otto, l'inventeur du moteur à explosion avait conçu son invention pour utiliser de l'éthanol ; tandis que Rudolf Diesel l'inventeur du moteur à combustion faisait tourner ses machines à l'huile d'arachide. La Ford T, produite entre 1903 et 1926, (voir ci-contre la photo de la Ford T) roulait à l'éthanol. L'utilisation de produits agricoles comme carburant n'est pas une innovation récente puisque, dans l'entre deux guerres, la France avait déjà connu une importante consommation de bioéthanol à cette usage. L'objectif d'alors, qui consistait à réduire les importations de pétrole et donc à limiter le déséquilibre de la balance commerciale, est toujours d'actualité, mais il est aujourd'hui devancé par un autre souci, environnemental. C est l effet de serre qui est désormais remis en cause. Les biocarburants peuvent contribuer à produire beaucoup moins de CO² (dioxyde de carbone), principal agent actif de l effet de serre

5 2) Différents types de biocarburants Nous pouvons discerner plusieurs types de biocarburants. Ils se séparent en biocarburants oléagineux (huiles), éthyliques (alcools), gazeux et solides. a. Les biocarburants oléagineux N'importe quelle huile végétale (ou même animale) peut être utilisée comme carburant (directement ou par conversion en biodiesel), mais des considérations de prix, de rendement de cultures et d'écobilan excluent de nombreux candidats. De façon générale, les lipides fournissent des carburants plus adaptés aux moteurs à cycle diesel qu'à ceux utilisant un cycle à allumage commandé (moteurs «essence»). Les tourteaux sont les résidus solides obtenus après l extraction de l huile des graines ou des fruits oléagineux. Ils sont essentiellement utilisés dans l'alimentation animale. b. Les biocarburants éthyliques Cette partie regroupe 4 différents de biocarburants issus d alcool : L éthanol : L éthanol est un alcool usuellement désigné par l abréviation EtOH. C est un liquide incolore et miscible à l eau en toutes proportions. L éthanol a été produit par fermentation directe de sucres naturels. C est un alcool qui peut remplacer partiellement l essence. L Ethyl-tertio-butyl-éther, ou dit plus simplement ETBE : L ETBE est obtenu par réaction entre l éthanol et l isobutène. Il est utilisé comme additif à hauteur de 5% à l essence en remplacement du plomb. L isobutène n est pas produit à partir de la biomasse. Le méthanol : Le méthanol, connu aussi sous le nom d alcool méthylique ou d alcool de bois, est le plus simple des alcools. Mais son niveau de toxicité au niveau de l organisme demeure élevé. C est un liquide transparent et inflammable. Il est aussi utilisable en remplacement partiel, mais sous certaines conditions, de l essence comme additif dans le gasoil. Le butanol : Le butanol est un liquide incolore fabriqué à partir d avoine, de betteraves et de canne à sucre Nous pouvons schématiser la production d éthanol : - 5 -

6 Nous pouvons aussi montrer une schématisation de la production de l ETBE qui résulte de l association Iso-butène / Ethanol : c. Les biocarburants gazeux Il y a 3 différents types de biocarburants dans cette partie : L hydrogène : L hydrogène est l élément le plus abondant de l univers. Il représente effectivement 75% en masse et 90% en nombre d atome. L hydrogène sert à la production de méthanol, de carburants pour des moteurs thermiques et aussi comme combustible pour la pile à combustible chargée de produire de l électricité. Ce n est pas un biocarburant en soi, mais il peut être produit à partir de méthane. Cette pratique est dite le réformage. Le biocarburant hydrogène peut aussi être produit à partir d autres combustibles. Le méthane d origine biologique, dit plus généralement carburant biogaz : Le biogaz carburant peut être utilisé en remplacement de l essence dans les moteurs à explosion. Il est produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l absence d oxygène. Cette fermentation est aussi appelée méthanisation. Elle se produit naturellement, ou spontanément dans les décharges contenant des déchets organiques. On peut aussi la provoquer artificiellement dans des digesteurs. Le biogaz est un mélange composé essentiellement de méthane. Cela peut varier de 50 à 70%. On trouve aussi en importante quantité du gaz carbonique. La quantité de certains - 6 -

7 éléments peut parfois changer, tel que l eau, l hydrogène sulfuré et l oxygène. Nous pouvons discerner 3 types de production de biogaz en fonction de la température : * C : psychrophile * C : mésophile * C : thermophile Le gazogène : Le gazogène a été inventé par Georges Imbert. C est un système permettant de remplacer l essence dans les moteurs à explosion. Pour qu il soit un biocarburant, il doit cependant utiliser du bois ou du charbon de bois. Cependant, la mise on œuvre de ce dispositif est très complexe. Plus de vingt minutes sont nécessaires au démarrage du moteur. En effet, après l allumage d un foyer, une fumée riche en gaz combustibles est produite, et après purification, le gaz obtenu est utilisé en carburant. d. les biocarburants solides Nous pouvons discerner 3 différents types de biocarburants solides : Le bois : Le bois sert notamment à la production du gazogène. Depuis peu de temps, des installations utilisent des rebuts de l industrie du bois pour produire en continu de la chaleur et de l électricité. Cette dernière alimente le réseau tandis que la chaleur est utilisée pour des processus industriels ou des équipements collectifs. Un module typique moyen, composé principalement d un gazogène et d un moteur diesel, délivre en continu 300 kw électriques et 600 kw thermiques. La paille : La paille sert à la production de méthane par fermentation. Le charbon de bois : Le charbon de bois se produit par pyrolyse de bois mais aussi de paille ou d autres matières organiques. Il ne pose pas de problèmes sérieux de pollution ni de toxicité, est facile et sûr à manipuler, brule sans fumée, et a le double pouvoir calorifique du bois ou de la paille. e. Autres Nous pouvons aussi citer le Btl, biomass to liquid, dit aussi essence synthétique. Cela correspond à la transformation de la biomasse grâce à un procédé de gazéification qui s adapte à une grande variété de biomasse (bois, paille, ) puis à la conversion de ce gaz de synthèse en hydrocarbures de type gazole. La pratique a montré une réduction de 40% des imbrûlés, de monoxyde de carbone et de particules. Nous ne pouvons néanmoins négliger une légère perte de puissance

8 II) Les Avantages Pour étudier les biocarburants, nous pouvons nous intéresser aux avantages que présentent ceux-ci. Par exemple, voici un premier avantage qui est la réduction de gaz à effet de serre. 1 ) Réduction de l effet de serre Pour ceci, voici donc un graphique qui présente l émission de CO2 (gaz à effet de serre) en Kg par an (pour la filière des huiles). On remarque une émission de 3,4 tonnes environ par an pour le gazole, mais seulement d une moyenne d environ 700 Kg par an pour toutes les huiles. On remarque donc une réduction d environ 5 fois d émission du gaz à l origine de l effet de serre et donc du réchauffement planétaire. Ceci est un avantage sur le point écologique puisqu au lieu de renvoyer d énormes quantités de CO2 dans l atmosphère on renverrait moins d une tonne. Et encore ce n est qu une moyenne. Dans ce graphique on voit bien que certaines huiles émettent en dessous de la barre des 700Kg par an comme par exemple l huile de tournesol ou encore l huile de colza. Dans le futur, on peut envisager une baisse de l émission du CO2 sur l EMHV. En effet, sur l EMHV de colza, on aura d ici 2009 une émission de 787 Kg/an au lieu de 888 à l heure actuelle. Pour le tournesol, on aura 671 Kg/an au lieu de 745. Mais qu en est-il des autres biocarburants? Prenons donc le cas du bioéthanol qui fait parti des biocarburants de type alcool. (voir page suivante pour le graphique) - 8 -

9 On remarque donc que les bioéthanols produisent nettement plus de CO2 par an mais ils restent tout de même moins polluants que l essence, utilisée à l heure actuelle. Avec une moyenne de 2200 Kg par an, ils restent compétitifs avec l essence qui produit 1.6 fois plus de CO2 par an. En ce qui concerne l évolution de l essence d ici 2009, on a quand même une légère baisse de 25 Kg/an. Comparé à l évolution de l émission de CO2 dans les filières d éthanol, c est peu. En effet, on a une baisse de près de la moitié des émissions pour l éthanol de betterave et de blé. On estime pour 2009, l émission de CO2 de la filière éthanol à une moyenne de 516 Kg/an au lieu de 912 à l heure actuelle. Si on arrive à réduire les émissions de CO2 dans l air, cela permettrait de limiter le phénomène des changements climatiques sur Terre. 2 ) Réduction de l utilisation d énergies fossiles D autre part, les biocarburants permettent à la France d être indépendante sur le point des carburants. En effet, actuellement, les carburants utilisés sont pour la plupart issus du pétrole et donc proviennent d autres pays. Avec les biocarburants, elle pourra faire sa propre production et sa propre consommation. La France vise un taux de 5,75% de biocarburants dans la consommation nationale d ici La fabrication de biocarburants simples comme le biométhane ou l'huile végétale, sans usines de transformation compliquées permettrait de revitaliser certaines campagnes de France, comme les zones montagneuses. Sur l idée du pétrole on peut aussi dire que c est une énergie fossile non renouvelable. Sur ce point, le biocarburant qui est une énergie renouvelable, permettrait de limiter l utilisation de ces énergies fossiles. En effet, contrairement au pétrole, le biocarburant est une énergie «illimitée». Ensuite, on a la présence d oxygène dans les molécules de biocarburant qui améliorent leur combustion et diminue le nombre des particules dues aux hydrocarbures imbrûlés, ainsi que le monoxyde de carbone. On rejette donc de l oxygène dans l atmosphère et non du CO

10 Ces derniers temps, une nouvelle sorte de biocarburants fait apparition, il s agit des algues. La production de ces cellules offre un rendement à l'hectare trente fois supérieur aux oléagineux terrestres tels que le colza ou le tournesol. Contrairement aux biocarburants d'origine céréalière, la culture des microalgues n'entraine aucun désagrément pour l'environnement, les éléments nutritifs sont systématiquement recyclés. Le gain de place par rapport aux cultures terrestres est énorme. Mais aussi, nous avons appris que le mélange E85 constitué de 85% d éthanol et 15% d essence ne sera pas taxé, enfin presque. Juste les 15% d essence seront taxés. Cela pour dire que le prix de l E85 devrait atteindre les 85ct/L. 3 ) Un rapport élevé sur l énergie mobilisée Mais ce n est pas tout, les biocarburants présentent l'avantage d'être issus de matières agricoles susceptibles d'être produites en Europe. De l'énergie non renouvelable est certes utilisée pour la production des biocarburants, mais elle est très nettement inférieure à l'énergie fossile qui est nécessaire pour obtenir le même volume d'essence ou de gazole. En effet ce graphique, qui nous montre le rapport énergie restituée / énergie non renouvelable mobilisée, nous prouve cet argument. Pour la filière du bioéthanol : Pour analyser ce graphique, il faut avoir un esprit assez mathématique. En effet, en mathématique, plus le nombre au numérateur (en haut) d une division est grand et plus le dénominateur (en bas) d une division est petit, plus le résultat est grand. Sur ce graphique, le numérateur est l énergie restituée et le dénominateur, les énergies non renouvelables mobilisées. Si l énergie restituée est grande avec une faible utilisation des énergies non renouvelables, le résultat du rapport est grand, ce qui est bon signe. Sur ce graphique, on remarque que l essence a un «faible» score par rapport à l éthanol

11 Dans cette filière, on remarque que le biocarburant le meilleur au niveau écologique est l éthanol car si on regarde les autres, comme le MTBE ou l ETBE, leurs résultats sont proches de celui de l essence, ce qui est mauvais signe. Le rapport de l éthanol de betterave et de blé augmentera d ici En effet, le rapport de l éthanol de betterave sera de 3.33, 3.57 pour le blé au lieu de 2.05 aujourd hui. On a donc encore des progrès à faire, qui devrait se confirmer d ici Pour la filière des huiles : Pour cette filière, on remarque que les résultats sont beaucoup plus réjouissants que pour ceux de la filière bioéthanol. En effet, on distingue le contraste entre l huile de tournesol avec un rapport de 5.48 et le gazole qui a un rapport de La différence entre ces deux carburants est énorme, le rapport de l huile de tournesol est presque 6 fois plus grand que celui du gazole. Ce qui est le cas avec les autres huiles qui (au total) forment une moyenne de rapport de 4, c est nettement plus que le rapport du gazole. Tout cela pour dire que les biocarburants utilisent des énergies non renouvelables mais ces derniers sont compensés par les résultats de production, à l exception de quelques biocarburants qui ne sont pas si «bio» que ça. Pour ce graphique, l évolution du rapport n est pas flagrante. Mais elle n est pas négligeable non plus. Pour l EMVH de colza, on a une augmentation de 0.32 et pour l EMVH de tournesol une évolution de croissance de ) Témoignages d utilisateurs D après l interview d Alain JUSTE du reportage «Envoyé Spécial» 07/04/06 : «La conduite est exactement la même qu avec le gazole, on a le même type de consommation [ ] on pollue beaucoup moins qu avec le gazole.» en ce qui concerne l huile de tournesol. Il nous prouve que «C est un combustible pour la voiture et pour l être humain» en ingérant une gorgée de l huile qu il

12 vient de produire. Et rajoute «c est l huile qu on met dans nos salades». Son affaire : 30% d huile pour 70% de gazole. A l époque, 70ct/L était le prix qu il annonçait avec sa société contre 1.16 avec les autres carburants de type essence ou gazole. Le diester, qui résulte de la transformation chimique de l huile végétale au cours de laquelle est conservé une seule partie des molécules, peut être couplé avec le gazole pour former du carburant. Actuellement, on en trouve en très petite quantité dans les carburants. Si on change les dosages pour en mettre non plus une faible quantité mais une assez grosse quantité (comme 30%, en tests actuellement), cela ne réduira pas les performances du moteur. On a même une tendance à réduire les émissions de fumée. Le diester est le carburant utilisé par des hautes personnalités dans la législation telle que le Président : Mr. CHIRAC. Il fait ainsi rouler toutes ses voitures au diester. Sa conclusion : «ça marche très bien» avec 30% de diester dans les dosages. La betterave offre des rendements supérieurs aux autres plantes mais ne suffisent pas pour combler le manque d espace (se référer au III) Inconvénients). Avec son sucre, on peut obtenir de l éthanol. Selon les puristes, la betterave offre de l énergie et de l environnement ce qui est vrai. On peut le prouver grâce aux graphiques vus précédemment sur l émission de CO2 de l éthanol

13 III) Inconvénients 1 ) Problèmes de rendements On remarque que la production de l huile de tournesol créé de nombreuses pertes. D une part au niveau du temps car la récolte ne s effectue qu une fois par an. De plus certaines de ces récoltes s avèrent infructueuses. En effet, les événements climatiques sont en majeur partie responsables de ces pertes. Nous ne récoltons qu une seule partie de la plante ce qui représente une infime partie de celle-ci. On a donc besoin de grandes surfaces afin de pouvoir récolter l huile de tournesol. Un acteur majeur de ce problème est le manque de place. En effet, sur Terre, on manque de place pour les cultures dans le but de produire du biocarburant. Ce tableau représente la surface occupée par les cultures des différents produits nécessaires à la production de biocarburants. On remarque que le blé occupe la majeur partie de l espace dédié à la production avec près de 5.2 Mha. Le suivant de loin, le maïs et le colza avec respectivement 1,8 et 1,1 Mha. Cela représente une très grande surface. Selon le document du gouvernement, 62% de la surface totale utilisée en agriculture sert spécialement à produire des biocarburants de type oléagineux. Selon ce même document, l éthanol ne devrait pas poser de problème au niveau de la place contrairement à la filière du colza. Cette dernière utiliserait largement les jachères mises à la disposition. 2 ) Une ressource coûteuse Pour chiffrer les coûts de production du biocarburant, on doit prendre en compte les coûts de la culture, des coûts de collecte et de transformation. Au final les biocarburants coûtent trois fois plus cher par rapport au pétrole. Ces coûts de production se résument dans ce tableau : EXEMPLE DE COÛT DE PRODUCTION DES BIOCARBURANTS EN FRANCE Éthanol EMHV Carburants pétroliers (en euros par litre) 0,38 0,35 0,21 (en euros par gigajoule) 18 10,5 6 On remarque qu avec 0.21 par litre, les carburants pétroliers coûtent relativement moins cher que les biocarburants qui comptent 0.38 /L pour l éthanol ainsi que 0.35 /L pour l EMHV. Mais le contenu énergétique n est pas pris en compte dans ces statistiques

14 3 ) Les problèmes d utilisation Pour commencer, on peut dire que l huile de tournesol dégage une odeur de friture lors de l utilisation. Ce qui est dérangeant si on n aime pas cette odeur spéciale. Nous avons parlé de l affaire d un utilisateur chevronné dans la partie précédente. En effet, son affaire ne présente pas que des avantages comme il le dit mais aussi des inconvénients majeurs. Il ne verse pas de taxes, d où sont prix bas. Mais cette action est illégale. C est bien là le problème, les utilisateurs se disent faire «un acte civique» puisqu ils ne dégagent pas de pollution et qu ils aident les agriculteurs. Mais c est dans la totale illégalité. Dans le reportage, il est bien fait mention de : «Pour l Etat, rouler à l huile végétale est bel et bien illégal».on a donc, en France, une législation très frileuse. Ensuite, si l utilisateur veux rouler à 100% d huile végétale, il faut faire une adaptation au niveau du moteur qui coûte assez cher : aux alentours de Mais ce n est pas tout, rouler avec 100% avec de l huile végétale engendre des risques de casse au niveau du moteur, qu il soit neuf ou ancien. Ce n est plus un faible coût à la pompe mais un fort coût chez le garagiste. Un moteur coûte très cher! Selon Gérard BELOT (dans le reportage), «l huile végétale n est pas le carburant de l avenir. C est un substitue qui peut générer des difficultés au niveau de l utilisation courante [ ] Nous le déconseillons formellement» (ici «le» représente les carburants de type huiles végétale). Cela vient bien confirmer la conclusion faite précédemment. Nous vous avons dis que le président CHIRAC roulait au diester? Etant donné que Mr CHIRAC est un homme haut placé, il peut se le permettre. En tant qu utilisateur, il est difficile de trouver du diester actuellement voir impossible. Les pompes distribuant le diester se font rares. De plus, d après le reportage, «En France, pour avoir accès à ce carburant, il faut bénéficier d une dérogation». C'est-à-dire d une autorisation spéciale qui permet l utilisation de produits non conforme. Rappelons que le diester, ou les biocarburants en général, sont illégaux à l utilisation. Nous vous avons parlé de l éthanol, mais c est comme tout, on a une face positive et une négative. La face négative est son coût. En effet, il coûte en réalité presque 2 fois plus cher que le pétrole raffiné. C est donc désavantageux pour le consommateur qui débourserait plus chère pour la même utilisation. Cependant, c est un geste pour l environnement (comme dit dans les avantages). L utilisateur est donc partagé entre deux choix : soit le prix, soit la planète

15 Conclusion La France a fait pas mal de progrès pour que les utilisateurs puissent rouler aux biocarburants mais elle n exploite pas complètement cette filière. On peut faire des progrès, en s inspirant des pays étrangers. En Allemagne, le diester est disponible dans des stations service et est libre d utilisation. On n a pas besoin d avoir une dérogation pour pouvoir l utiliser. A 100% dans les dosages, c est le biodiesel qui a un faible coût. Le biodiesel est le diester non pas dans des dosages de 30% mais de 100%. C est du pur. Celui-ci présente aussi des inconvénients. L éthanol est très développé au Brésil, mais à quel prix? A celui des conditions de travail des ouvriers sous payés? Nous avons encore beaucoup de temps avant de pouvoir rouler aux biocarburants. On peut aussi dire qu en France, les biocarburants peuvent être utiles pour une utilisation dérivée. On peut prendre le cas de ce reportage qui montre l utilisation des huiles dans le chauffage d une école. Liens Livres, magazines : Que choisir? n 444 : Dossier sur les biocarburants. Sites web : Vidéos : Envoyé spécial, France 2, 07/04/ Journal Télévisé de TF1, 13h, 27/01/ Les images proviennent des sites de Wikipedia et de l Assemblée Nationale. Les vidéos sont hébergées sur un espace web personnel (celui de Julien) et se trouvent aussi sur le CD annexe