Un biocombustible prometteur: le miscanthus

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1 Un biocombustible prometteur: le miscanthus Résumé d un TPE réalisé par : Mélissa Althey, Matthieu Pierre, et Julien Prothais, Elèves de Première S encadrés par JL. Fontaine professeur de biologie écologie

2 Problématique du TPE L épuisement des énergies fossiles oblige la recherche de nouvelles sources d énergie. Certaines plantes se présentent comme très prometteuses pour fabriquer des biocombustibles puis dans un avenir proche des biocarburants de seconde génération issus de la lignocellulolyse. Une graminée stérile d origine asiatique à croissance très rapide est cultivée en Europe à des fins énergétiques: le miscanthus giganteus La culture de cette graminée hybride est pratiquée massivement en Grande Bretagne ( T/an) et débute en France. La culture est pérenne avec une reproduction végétative par rhizome,et peut être exploitée après 3 ans pendant 5 à 18 ans. Du fait de son haut pouvoir calorifique ( 4700 kwh/t),il est utilisé dans les centrales électriques,les chaudières à bois sans modifications techniques. Contrairement à la plupart des biocombustibles, sa combustion émet moins de CO 2 qu il n a piégé car une partie est séquestrée dans les rhizomes de façon durable. Nous avons voulu au cours de ce TPE caractériser cette croissance et l expliquer.

3 Suivi d une parcelle de miscanthus Une parcelle à coté du CDI du lycée a été plantée avec des rhizomes de Miscanthus à raison de pieds/ha le 10 Avril À partir du 13 juin 2007, des mesures de croissance en hauteur et de croissance des entre-nœuds ont été réalisées sur 30 plantes. Fin Octobre 2007, nous avons réalisé une estimation de la biomasse aérienne. Une étude anatomique au niveau de la feuille a révélé une photosynthèse de type C4.

4 État de la plantation le 14/09/2007

5 Synthèse des résultats sur la croissance La croissance en hauteur du Miscanthus a été très rapide ( 1,2 cm/jour, hauteur finale:1m90 en Octobre) La 3ème année,la taille peut atteindre 4 mètres. La courbe montre une croissance en hauteur de type linéaire. Chaque entre-nœud a une croissance finie de type sigmoïde se terminant vers 10cm en moyenne Quand un entre-nœud n-1 termine sa croissance, l entrenœud n commence a grandir. Les zones de croissance active sont situées à la base des entre-nœuds ( méristèmes intercalaires)

6 taille (cm) vitesse de croissance (cm/jour) croissance des Miscanthus (30 plantes) et vitesse de croissance 200 2, , , Hauteur (cm) vitesse (cm/jour) temps (jours) 0

7 vitesse de croissance (cm/jour) Taille (cm) Croissance et vitesse de croissance d'un entrenoeud 0,6 12,00 0,5 10,00 0,4 8,00 0,3 6,00 0,2 0,1 vitesse (cm/jour) taille ( cm) 4,00 2, , ,0 temps(jours) 0,00

8 taille (cm) croissance des entre-noeuds d'un plant de Miscanthus taille 5 4 taille 6 taille 7 taille 8 2 taille 9 taille 10 taille juin 17-juin 27-juin 07-juil 17-juil 27-juil 06-août 16-août 26-août 05-sept 15-sept temps

9 Croissance de type intercalaire 14/09 21/09

10 ESTIMATION DE LA BIOMASSE AERIENNE Une récolte de 4 surfaces échantillons a été réalisée. Les feuilles et tiges ont été déshydratées à l étuve à 70 C pendant 4 jours. L estimation réalisée est de 8,3tms/ha Au bout de la 3ème année, la biomasse se situe entre : 12 et 20 tms/ha selon les conditions climatiques.

11 Le mécanisme photosynthétique La structure de la feuille est de type C4. Autour des nervures s organise une couronne de grandes cellules chlorophylliennes : la gaine péri vasculaire Celle-ci est entourée par des cellules chlorophylliennes plus petites constituant le mésophylle. La phase photochimique se réalise dans le mesophylle et le C0 2 atmosphérique est fixé activement sous forme d acide malique (C4) dans le cytoplasme. Les chloroplastes de la gaine transforment le C0 2 issu de l acide malique en molécules organiques. La forte concentration en C0 2 dans les cellules de la gaine permet une photosynthèse et une production maximum La teneur en CO 2 de l atmosphère ( 380ppm) n est pas limitante pour cette plante!

12 C.T.de feuille Chloroplastes du mésophylle Gaine péri vasculaire Mésophylle Chloroplastes de la gaine Nervure

13 le mécanisme C4 simplifié Amidon,acides aminés,etc. Malate RH2 ATP Énergie solaire CO2 Phloème

14 conclusion La production de biomasse par le Miscanthus est très importante ( entre 12 et 20 tms/ha à maturité) De nombreuses terres agricoles peu fertiles sont utilisées pour sa culture car c est une plante peu exigeante, sans maladies ni ravageurs. Actuellement, les tiges de Miscanthus sont après séchage sur pieds, broyées pour un usage biocombustible dans des chaudières à bois et des centrales électriques, mais il a d autres utilisations comme isolant thermique,,litière,etc. Étant stérile, le risque de dissémination de la plante est nul. Le miscanthus peut aussi être utilisé pour la reconversion à des fins énergétiques de terrains agricoles et industriels pollués. ( projet réalisé en Ile-de France en 2006) Des recherches sont en cours pour fabriquer des bio fuels à partir de la cellulose de cette plante.