Agro-chimie Agro-ressources La bio-économie Les bioproduits (bioproducts) Chimie du végétal Chimie verte du Carbone renouvelable Chimie bio-sourcée
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- Danièle Paris
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1 Agro-chimie Agro-ressources La bio-économie Les bioproduits (bioproducts) Chimie du végétal Chimie verte du Carbone renouvelable Chimie bio-sourcée (bio-based) Economie décarbonée PV et H 2 Usages de la biomasse Valorisations agricoles non alimentaires (VANA) Valorisation de la biomasse
2 Le bien-être co-existence des carbones d origines fossile et biologique Poste de dépense Logement, chauffage, éclairage Transports Alimentation et boissons Loisirs et culture Hotels, cafés et restaurants Equipement du logement Habillement Santé Avec une consommation d environ 4 tep/habitant.an en France 10 5 molécules Propriétés d usage Matériaux Prop. interfaciales Prop. énergétiques Lubrifiants Prop. biologiques Total MtC Au niveau mondial Energie: MtC Chimie : 400 MTC C fossile C biologique Les systèmes énergétiques dépendent des conditions de ressources locales.
3 Atmosphère CO 2 (387,2 ppm fin 2009) et CH ,1 7,7 8,4 1,9 Organismes vivants ,3 Carbones fossiles Chgt d usages des sols Sols Océans Surface Volcanisme Sédiments 150 0,2 Séd. 0,4 /an Profondeurs Stock et flux /an Sources: 5 avril GIEC, 2012 Friedlenstein et al., 2010; Pan et al., 2011
4 Les défis - (1) répondre aux besoins alimentaires d une population mondiale d environ 9 milliards d individus en 2050, dont certaines populations régionales sont en situation de fort développement économique, - (2) contrôler, limiter et réduire les émissions de gaz à effet de serre dans l atmosphère pour conduire à un développement neutre au plan carbone, avec l engagement de réduire par 4 les émissions de GES à l horizon 2050 par rapport à 1990 (facteur 4 issu de la loi Programme d orientation de la politique énergétique française) - (3) élaborer des produits de substitution aux hydrocarbures fossiles (et à leurs dérivés) dont les réserves, pour un coût donné, seront de plus en plus rares, - (4) adapter les ressources naturelles sous la pression du changement climatique et des finalités socio-économiques et géopolitiques connexes favoriser l indépendance énergétique Initier un développement neutre au plan carbone Développer une bio/agro-industrie, ce qui est un enjeu de restructuration/relocalisation/réindustrialisation 28 mars 2012
5 Chimie verte du Carbone renouvelable 12 règles (Anastas et al., 1998) 1 Prévention 2 - Économie d atomes ; Biotechnologies vertes 3 - Synthèses chimiques moins toxiques ; Biotechnologies blanches 4 - Conception de produits chimiques plus sécuritaires ; Reach 5 - Solvants et auxiliaires plus sécuritaires ; Reach 6 - Amélioration du rendement énergétique ; 7 - Utilisation de matières premières renouvelables ; 8 - Réduction de la quantité de produits dérivés ; Biotechnologies blanches 9 - Catalyse avec les procédés non stochiomètriques ; Biotech. blanches 10 - Conception de substances non persistantes ; 11 - Analyse en temps réel de la lutte contre la pollution ; 12 - Chimie essentiellement sécuritaire afin de prévenir les accidents Globalement Eau, CVO, résidus > CO 2
6 Economies d énergie et d atomes 1 ère g Biomasses agricole, forestière et algale Grain, tige La bioraffinerie Voie physique Bioénergies, bioressources, biomatériaux 2ème g 3ème g Amidon, fibre, lipides Polysaccharides, protéines, sucre, lignines Voie chimique Molécules ou réassemblages ayant des propriétés d usage 4ème g Acides gras, glycérol, hexoses, pentoses Syngas, CO, H 2 Voie biochimique Voie thermochimique Synthons (réactivité) Biotech. blanches Besoin d une approche systèmique, en lien avec l écologie industrielle
7 Les 2 critères de durabilité des biocarburants dans l UE27 Emissions de gaz à effet de serre (GES). Construction de façon additive tout au long du processus de fabrication des biocarburants, de la phase agricole à la distribution de carburants. les biocarburants devront être 35% moins polluants que des carburants fossiles. Ce chiffre devra passer à 50% en 2017, puis 60% en 2018 pour les biocarburants produits par de nouvelles installations. Au stade de la production agricole, en matière de protection de la biodiversité, de maintien de la teneur en carbone des sols, de respect de la conditionnalité de la politique agricole commune (PAC), de mesures prises pour la protection des sols, de l eau, de l air et des terres dégradées, et, enfin, de respect de conventions internationales portant sur le droit du travail, la prévention des risques biotechnologiques et la protection des espèces menacées. En outre, les biocarburants ne devront pas être produits à partir de matières premières végétales extraites de forêts tropicales ou de zones récemment déboisées ou encore de zones humides ou de zones de protection de la nature. => Mise en place d un régime de certification par la Commission Efficacité énergétique à avérer.
8 Revue critique des études évaluant l effet des changements d affectation des sols sur les bilans environnementaux des biocarburants 1G S. de Cara et al., 2012 Méta-analyses sur 485 références, dont 71 utilisables. 239 évaluations du facteur CAS d+i. Carburant fossile : 83,8 g CO2 eq/mj Soja > palme > colza > canne > blé > betterave Bleu : fossile Vert : 35% Violet: 50% Besoin d actualiser les valeurs de référence sur les produits issus du carbone fossile
9 Concurrence et complémentarité avec le carbone fossile Les allégations de neutralité donnent lieu à des controverses Reduce, recycle, reuse, new sourcings Durabilité environnement ale (ACV, ) forte Carbone renouvelable faible Carbone fossile Produits périssables Problématique de flux Arbitrage utilité / impact Enjeux de biodégradabilité Travailler sur l impact environnemental en fabrication et utilisation courte Produits non durables Reach Substituer ou supprimer Durée de vie Produits durables Aucun arbitrage sociétal Réglementation et labellisation Travailler sur l impact environnemental en utilisation et fin de vie Produits d investissement Problématique de stocks Remise en cause de l obsolescence programmée? longue
10 Le système des carbones biologique et fossile est complexe car les opérations constitutives sont non additives, et non linéaires CO 2 Bouquet énergétique Sous-produits Animaux, Déchets agro-industriels, ménagers bioénergies Bioassimilation Aliments matériaux chimie formulation Mise en forme formulation formulation Produits agricoles intermédiaires De seconde génération Hémisynthèse Génies enzymatique métabolique, fermentaire Procédés Thermochimiques Produits agricoles intermédiaires De première génération Bioraffinerie Procédés Thermochimiques Biomasse Systèmes Agricoles, algaux et forestiers Soleil Eau Intrants Sols Enfouissement Interactions par combinaison et substitution Besoin d une vision holistique 28 mars 2012
11 Les attentes La biomasse végétale (terrestre, microalgale, voire macroalgale) est utilisable techniquement pour des usages en chimie et bioénergies (mix). Les biotechnologies vertes et blanches sont des outils de rupture. L augmentation démographique, l attente d amélioration du bien-être, l augmentation du niveau de ressources dans les PVD vont induire de fortes tensions sur les terres cultivables aux dépens des forêts en particulier. D où cinq questionnements sur le potentiel d extension géographique des systèmes énergétique et chimique à base de carbone d origine biologique : comment caractériser un état environnemental local et global, et sa dynamique d évolution (scénario de référence dans le changement climatique envisagé)? quels équilibres écologiques sont envisageables avec des systèmes de culture sur sols cultivables (plantes pérennes et annuelles) en mode d intensification écologique (ou agroécologique)? Quid de l introduction d une nouvelle espèce/variété? sur un territoire donné, comment scenariser les deux variables de sortie (productions de carbone biologique et autres services écosystèmiques, le paysage étant une variable), les analyser en multicritères jusqu à la monétarisation? Place de l écologie industrielle? sur chaque scenario, comment déterminer la robustesse et le tube de viabilité? quels nouveaux équilibres sont envisageables quantitativement au plan global? Comment répondre au dilemme : priorité à la démographie ou au niveau de bien-être?
12 Merci pour votre attention
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