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La biomasse, une énergie renouvelable

La biomasse reste très utilisée dans le monde et est la première des énergies renouvelables. Elle recouvre de multiples réalités : du bois aux déchets secs, en passant par le biogaz.

PAR PAUL MATHIS*

QU’EST-CE QUE LA BIOMASSE ?

La biomasse trouve son origine dans les végétaux, par le processus de photosynthèse, qui consiste en la capture de l’énergie solaire pour fabriquer toutes les biomolécules des plantes. La photosynthèse est la source des toutes les molécules carbonées qui servent à l’alimentation des animaux et des micro-organismes, et aussi de tout l’oxygène atmosphérique.

La biomasse est constituée de molécules qui appartiennent à trois grandes catégories : les sucres, qui vont des sucres simples (comme le saccharose) à l’amidon ; les matières grasses, constituées de glycérol estérifié par des acides gras ; la lignocellulose, association très résistante de polymères, les celluloses et la lignine.

En schématisant, ces molécules offrent trois types de propriétés : de l’énergie, récupérable par combustion ; des structures tridimensionnelles utilisables pour des matériaux ; un contenu chimique valorisable dans la chimie de synthèse et dans l’alimentation.

Pour simplifier sa description, en termes pratiques, la biomasse est classée selon ses trois sources : la forêt, les cultures et les déchets.

La forêt produit deux grandes catégories de bois : celui des fûts, que l’on appellera bois d’œuvre, et toutes les « sous-catégories », moins nobles : bois d’éclaircissage et d’élagage, houppiers et petit bois lors de l’abattage.

Les cultures sont très variées. Ce sont les céréales qui produisent le plus de biomasse, suivies par les plantes productrices de matières grasses, les oléagineuses, et celles qui produisent du sucre, les saccharifères. Mais il y a aussi des plantes, comme le miscanthus, qui sont cultivées pour leur paille.

Les déchets sont encore plus variés : déchets de scierie, d’industries agricoles et alimentaires, résidus d’élevage, effluents industriels et urbains, etc.

À QUOI SERT LA BIOMASSE ?

De tout temps, la biomasse a servi aux humains, d’abord pour leur alimentation, puis pour la cuisson, ensuite pour des usages très variés.

Cela se poursuit avec son emploi dans l’alimentation des humains et des animaux ; la fourniture de chaleur pour le chauffage, la cuisson, les procédés industriels ; les carburants pour le transport, appelés biocarburants ; les matériaux pour la construction, le mobilier, les textiles, le papier; la fourniture de molécules pour la chimie de synthèse. Sans oublier qu’une partie de la biomasse doit être retournée au sol pour assurer sa fertilité. Parmi ces emplois variés, la fourniture d’énergie est parfois considérée comme prioritaire, mais c’est plutôt l’inverse car il s’agit là d’une utilisation finale, destructrice des molécules. Comment assurer les meilleurs usages ? Le marché est un outil, mais il ne saurait dominer car la biomasse s’intègre dans des cycles de production extrêmement longs et complexes, parmi lesquels certains facteurs ne sont pas rémunérés : assurer la qualité des sols sur des siècles, préserver la biodiversité, maintenir la forêt comme territoire de promenade et de qualité de l’eau, notamment.

LA BIOMASSE ÉNERGÉTIQUE Fourniture de chaleur

Le bois énergie constitue déjà 44 % de nos énergies renouvelables ! Sous la forme de bûches, de plaquettes ou de granulés, cet apport pourra progresser, en particulier dans les réseaux de chaleur pour le chauffage urbain ou industriel, car le bois reste l’énergie de chauffage la moins chère.

Il faut y ajouter l’incinération des déchets secs renouvelables, voire de certains résidus de cultures. Mais la combustion du bois est la source de polluants atmosphériques nocifs pour la santé publique, particules et hydrocarbures aromatiques polycycliques. Les solutions techniques, bien que coûteuses, devraient être systématisées.

Biocarburants et biogaz

Une première génération de biocarburants fonctionne : éthanol et biodiesel, substituts de l’essence et du gazole. Une seconde génération prévoit de tirer parti de biomasses lignocellulosiques non alimentaires (bois et ses déchets, pailles) ; elle en est au stade de pilotes pour la production d’éthanol par voie enzymatique, et de biogazole par voie thermo chimique.

La méthanisation de déchets organiques fournit du biométhane, dont l’emploi le plus prometteur devrait concerner le domaine des transports. Il serait logique que ces différents types de production soient intégrés à terme dans les mêmes unités de production, produisant par exemple carburants, produits chimiques et aliments.

Matériau pour la construction et la chimie

Ces utilisations ressortissent à la bioénergie, mais la biomasse matériau peut aussi contribuer fortement à réduire le besoin en combustibles fossiles. Le bois d’œuvre remplace béton, acier et aluminium, dont la production émet beaucoup de CO2.

La pétrochimie sera remplacée petit à petit par la chimie biosourcée. Et n’oublions pas que le bois d’œuvre correspond à du carbone stocké pour environ un siècle : autant de CO2 qui est soustrait à l’atmosphère !

LA BIOMASSE, UNE ÉNERGIE RENOUVELABLE ?

Dans une réflexion centrée sur les questions énergétiques, il faut affirmer que la biomasse est une énergie renouvelable… du moins en principe.

La question peut être abordée sous deux angles : le bilan de gaz à effet de serre (GES) et la production durable.

Bilan GES. La combustion de biomasse est la réaction inverse de sa formation par photosynthèse : elle produit autant de CO2 que ce qui a été absorbé par photosynthèse. Dans un régime d’équilibre, où il y a égalité entre biomasse produite et biomasse consommée, le bilan CO2 est donc nul. Mais ainsi présenté ce bilan est théorique. Il faudrait en effet toujours établir un bilan effectif par la méthode des analyses de cycle de vie pour tenir compte des émissions de GES entraînées par les engrais, les procédés agricoles et industriels, les transports. De tels bilans ont été établis pour les biocarburants de première génération. Le bilan n’est pas mauvais. Quels seront les bilans des biocarburants des filières lignocellulosiques ? Nul ne le sait. Quant au biogaz, son bilan devrait être bon quand on l’obtient à partir de déchets, et sans doute mauvais s’il est obtenu à partir de cultures dédiées. Et gardons constamment à l’esprit les cas de déséquilibre : ainsi, la coupe d’une forêt ou le retournement d’une prairie entraîne de fortes émissions de GES.

Une production durable.

L’agronome sait bien que la ressource en biomasse est limitée par la capacité de production des sols. Ce point est essentiel, surtout si l’on vise, comme il se doit, à une production durable à très long terme. La production de biomasse ne sera durable que si la qualité des sols est préservée.

À cet égard, il faut souligner que le potentiel de la biomasse énergétique est souvent surévalué. Il y a à cela trois raisons. La première, c’est la tendance à extrapoler à une large échelle géographique et à un temps long les productions constatées sur de petites surfaces bien choisies, dans de bonnes conditions. La seconde, c’est la surestimation par les instances politiques des terres disponibles pour des cultures énergétiques. Et la troisième, c’est que la biomasse a des usages multiples, parmi lesquels l’énergie n’est pas prioritaire. Même surévaluée, la biomasse énergétique ne peut répondre qu’à une faible part de nos besoins.

*PAUL MATHIS est ingénieur agronome,

docteur ès sciences physiques, ancien

directeur de recherches au CEA.

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