Par Florian PELARDY
Manager Conseil – Financement de l’Innovation
ACIES Consulting Group

Mettez du vert dans votre… moteur

Les agro-ressources se sont invitées depuis plusieurs années dans nos véhicules, en réponse aux problématiques environnementales et de disponibilité des ressources fossiles. Alors que les premiers développements mettaient en œuvre des plantes consommables, l’avenir de nos moyens de transport réside-t-il dans les algues et les champignons ?

1.    Une volonté législative

La directive Européenne du 8 mai 2003 [1] fixe pour la première fois des volumes à atteindre en part de consommation de biocarburants. Les objectifs étaient qu’à l’horizon 2005, les biocarburants représentent 2 % de l’ensemble des carburants consommés à des fins de transport au sein de l’Union européenne, pour atteindre ensuite 5,75 % à l’horizon 2010. Il était alors estimé que cet objectif pourrait être atteint à condition que 4 à 13 % des terrains agricoles européens soient dédiés à la production de biocarburants [2]. La directive du 23 avril 2009 [3] a fixé un nouvel objectif pour 2020 de 10 % de part de marché pour les biocarburants.

En revanche, au regard notamment du problème éthique d’utilisation de cultures alimentaires en tant que carburant, une nouvelle directive a été adoptée le 11 septembre 2013 [4] par le parlement européen, dans l’optique de plafonner « la part d’énergie des biocarburants produits à partir de céréales et d’autres plantes riches en amidon, sucrières, oléagineuses et d’autres plantes énergétiques cultivées sur des terres , n’est pas supérieure à 6 % de la consommation finale d’énergie dans les transports en 2020 » et de fixer un objectif minimum de 2,5 % pour les biocarburants de générations plus avancées.

2.    Différentes générations de carburants

Ces volontés législatives de développement des biocarburants s’appuient notamment sur une combinaison de différents constats tels que :

  • la hausse globale du tarif des énergies d’origine fossile,
  • la prise de conscience de la réalité du réchauffement climatique (en partie généré par les énergies fossiles, conduisant après combustion à la production de gaz à effet de serre),
  • la raréfaction des réserves en énergies fossiles.

Aussi, dans l’optique de diminuer les consommations de carburants d’origine fossile, les études se sont orientées vers le développement de solutions alternatives à partir de matières végétales renouvelables, globalement de 2 types : le mélange d’éthanol à l’essence et le biodiesel. Il est en effet possible de trouver à la pompe une première génération de biocarburants produits de manière industrielle, sous forme de mélanges à divers taux avec l’essence et le diesel. Ce bioéthanol et biodiesel de première génération sont obtenus à partir de plantes telles que les céréales, la betterave, la canne à sucre, la palme, le colza, etc.

Intervenant ainsi en compétition directe avec la production alimentaire, il a été nécessaire de rechercher de nouvelles matières premières afin d’aboutir aux biocarburants dits de seconde génération à base de biomasse lignocellulosique : bois, plantes dédiées, déchets et résidus agricoles et forestiers, etc. Les procédés de fabrication associés sont toujours à l’étude, et les productions industrielles sont envisagées d’ici à l’horizon 2020.

Pour autant, les biocarburants de troisième génération font depuis plusieurs années l’objet de travaux de recherche, à partir de ressources telles que les micro et macro-algues (celles-ci pouvant présenter des rendements en biomasse élevés).

3.    Un impact majeur en termes de R&D sur l’ensemble de la filière

La chaîne (de valeur et de production) est la fois complexe et très diversifiée avec notamment :

  • Les fournisseurs de matières premières (ressources agricoles, forestières, déchets, résidus…) et les organismes collecteurs/stockeurs,
  • les producteurs de biocarburants et les premiers transformateurs de la biomasse,
  • les raffineurs/ distributeurs de biocarburants,
  • les utilisateurs finaux (transport routier, aérien, naval).

Les activités de R&D en découlant portent sur des sujets et domaines d’activités très larges, allant jusqu’à l’ingénierie génétique, dans l’optique pour exemple d’établir un modèle prédictif du comportement du micro-organisme et d’améliorer les performances des souches impliquées dans la production de bioéthanol de seconde génération [5]. Par ailleurs, l’introduction au sein de la raffinerie de flux présentant de nouvelles compositions physico-chimiques (présence de composés oxygénés) a entraîné des incertitudes sur la pertinence des procédés et méthodes existants. À titre d’exemple, dans l’optique du maintien d’un respect des teneurs en soufre dans les essences, des questions se posaient concernant le comportement des procédés de désulfuration catalytique dans le cas de la présence, en teneurs importantes, de molécules telles que le CO, le CO2, l’eau, etc. [6],[7]. De même, il est nécessaire d’étudier les phénomènes de combustion se produisant au sein des moteurs thermiques de véhicules dans les cas de la présence de ces nouveaux biocarburants [8].

Ainsi, l’ensemble de ces contraintes et perspectives a constitué un terreau propice à la recherche collaborative, et de nombreux projets partenariaux ont été amorcés. Il est possible de citer pour exemple :

  • FUTUROL, visant à la production de bioéthanol à partir de lignocellulose issue de co-produits agricoles, forestiers ou de biomasse dédiée, et impliquant notamment : Agroindustrie recherche et développement (ARD), Confédération générale des betteraviers (CGB), Champagne céréales, IFP EN , Institut national de la recherche agronomique (Inra), Lesaffre Group, Office national des forêts (ONF), Tereos, Total, Unigrains et le Crédit agricole du Nord-Est
  • GAYA, visant à la production de Biométhane carburant bioSNG à partir de la gazéification de la biomasse et impliquant notamment GDF-SUEZ et 13 partenaires français (UCFF, CEA, CIRAD,…) et autrichien REPOTEC
  • BioTFuel, visant à la production de biodiesel et kérosène de synthèse à partir de résidus agricoles, et impliquant notamment : CEA, IFP EN, Sofiprotéol, Total
  • DEINOL, visant à la production de bioéthanol par des microorganismes (déinocoques)
  • SAMASH, visant à la production de biocarburants à partir de microalgues autotrophes et impliquant notamment : INRIA CNRS IFREMER, CIRAD, Valcobio, PSA, EADS IW
  • SALINALGUE, visant à la Culture d’une microalgue native à grande échelle en milieu ouvert sur des salines inexploitées en mode « bioraffinerie » (multivalorisation : chimie, énergie) et impliquant notamment : Compagnie du Vent GDF-Suez, IFREMER, Air Liquide…

Dans une telle dynamique, la volonté a été de développer également des Instituts d’Excellence en France tels que PIVERT : à l’interface de la recherche académique et du monde industriel, l’Institut pour la Transition Energétique PIVERT a pour finalité le développement d’une filière française compétitive dans le secteur de la chimie du végétal à base d’une matière première renouvelable prometteuse et compétitive : la biomasse d’origine oléagineuse (source : www.institut-pivert.com).

4.    Et demain ?

Les microalgues constituent une part de l’avenir des biocarburants dits de 3ème génération [9]. En effet, elles présentent un important intérêt énergétique, considérant les possibilités de production toute l’année sur des terres non arables, leur capacité de séquestration du CO2 et d’obtention de co-produits à haute valeur ajoutée, ainsi qu’une capacité de production d’huile (en L/ha) entre 10 et 350 fois supérieure par rapport au maïs et l’huile de palme [9]. En revanche, cette filière comporte des contraintes non négligeables, telles que la nécessité d’un milieu très humide, une importante demande en nutriments et en CO2, ainsi que des incertitudes sur les coûts énergétiques, économiques et possibilités de passages à l’échelle industrielle [10]. Autant de points qui expliquent ces dernières années la création de centaines de start-ups à travers le monde, une croissance exponentielle du nombre de publications et de brevets sur le sujet et l’apparition d’association d’entreprises telles que Exxon – Craig Venter, Total – Cellectis, Shell – Cellana, Solazyme – Roquette, Sofiprotéol – Fermentalg, EADS – ENN, … [10].

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REFERENCES

[1] Directive 2003/30/CE du Parlement européen et du Conseil du 8 mai 2003 visant à promouvoir l’utilisation de biocarburants ou autres carburants renouvelables dans les transports

[2] K. Bendz, EU-25 Oilseeds and Products Biofuels Situation in the European Union 2005 ; GAIN Report No. E35058; USDA Foreign Agricultural Service: Washington, DC (2005)

[3] Directive 2009/28/CE du Parlement européen et du Conseil du 23 avril 2009 relative à la promotion de l’utilisation de l’énergie produite à partir de sources renouvelables et modifiant puis abrogeant les directives 2001/77/CE et 2003/30/CE (Texte présentant de l’intérêt pour l’EEE)

[4] Position du Parlement européen arrêtée en première lecture le 11 septembre 2013 en vue de l’adoption de la directive 2013/…/UE du Parlement européen et du Conseil modifiant la directive 98/70/CE concernant la qualité de l’essence et des carburants diesel et modifiant la directive 2009/28/CE relative à la promotion de l’utilisation de l’énergie produite à partir de sources renouvelables (Texte présentant de l’intérêt pour l’EEE)

[5] S. Le Crom, W. Schackwitz, L. Pennacchio, JK. Magnusone, DE. Culley, JR. Collett, J. Martin, IS. Druzhinina, H. Mathis, F. Monot, B. Seiboth, B. Cherry, M. Rey, R. Berka, CP. Kubicek, SE. Baker, and A. Margeot, Tracking the roots of cellulase hyperproduction by the fungus Trichoderma reesei using massively parallel DNA sequencing – Proc. Nat. Sci. USA, Volume 106, n°38, pp 16151–16156.

[6] F. Pelardy, C. Dupont, C. Fontaine, E. Devers, A. Daudin, F. Bertoncini, P. Raybaud, S. Brunet,

Impact of CO on the transformation of a model FCC gasoline over CoMoS/Al2O3 catalysts: A combined kinetic and DFT approach, Applied Catalysis B: Environmental, Volume 97, Issues 3–4, 18 June 2010, Pages 323-332

[7] Florian Pelardy, Antoine Daudin, Elodie Devers, Céline Dupont, Pascal Raybaud, Sylvette Brunet, Deep HDS of FCC gasoline over alumina supported CoMoS catalyst: Inhibiting effects of carbon monoxide and water, Applied Catalysis B: Environmental, Volume 183, April 2016, Pages 317-327

[8] L. Tarabet, Etude de la combustion d’un biocarburant innovant dans les moteurs à combustion interne de véhicules, Thèse de doctorat en Science pour l’Ingénieur, Energetique, Nantes, 2012

[9] Yusuf Christi, Biodiesel from microalgae, Research review paper, Biotechnology Advances 25 (2007) 294–306

[10] F. Delrue, Micro-algues et biocarburants de troisième génération, Rencontres CEA-INDUSTRIES, 12 Décembre 2012