Le bioéthanol de première génération est issu des aliments (maïs, betteraves, céréales...). Pourtant, d'après le Projet Futurol, qui rassemble tous les grands spécialistes de ce procédé de deuxième génération, la différence entre les deux est minime: "Pour produire ce bioéthanol de deuxième génération, il sera possible de se greffer sur les unités de production du bioéthanol de première génération. En effet, l’aval du système est le même: hydrolyse, fermentation, distillation."
Avant de produire de l’éthanol, il faut transformer tous ces produits fibreux en glucose. « Extirper de l'alcool de bois ou de la paille est un défi techniquement plus complexe qu'avec le grain ou la betterave », explique un article de Science et Avenir. La cellulose et l’hémicellulose sont des glucides complexes qui nécessitent un prétraitement et des enzymes pour être fermentées. Les végétaux crachent leur cellulose et notre estomac peut facilement convertir le maïs en glucose, mais pour pouvoir se nourrir exclusivement d’herbes ou de branchages, il faut le système digestif d’un ruminant, qui est constamment au travail, contient plusieurs compartiments, et des super-enzymes pour attaquer toute cette cellulose.
Le schéma ci-dessous reprend les 5 étapes de la fabrication du bioéthanol 2G. Des procédés de « deuxième génération » font appel à des bactéries génétiquement modifiées pour doper leur puissance de digestion. Ces nouvelles bactéries et levures doivent être, à la fois considérablement plus voraces que celles existant dans la nature, et capables de résister aux fortes chaleurs et pressions des processus industriels.
Biocarburants de deuxième génération est un terme générique qui désigne deux filières fondées sur la valorisation intégrale de la biomasse mais faisant appel à des techniques bien distinctes. L’autre, appelée voie « biochimique » ou « enzymatique », vise à produire du bioéthanol destiné aux moteurs essence, par distillation de l’alcool issu de la fermentation des sucres contenus dans la cellulose des plantes.
« Le Projet Futurol entre, en juin 2011, dans sa phase Pilote. Tout ce qui a été expérimenté avec succès au cours des trois précédentes années en laboratoire et de manière séparée, est désormais regroupé dans un process industriel intégré, mais en modèle réduit. » Ces avancées techniques et environnementales font naître un optimisme mesuré pour l’entrée en phase prototype. Les étapes du projet se déploient en trois phases: études et développement en laboratoire, site pilote, puis unité prototype simulant une production à échelle industrielle.
Les matières lignocellulosiques permettant la seconde génération offrent l’élargissement des sources végétales exploitables, des déchets forestiers aux pailles de céréales, jusqu’aux plantes herbacées riches en ligno-cellulose telles que le miscanthus ou le switchgrass. Ces plantes présentent des rendements élevés à l’hectare et nécessitent peu d’intrants, tout en créant des écosystèmes favorables à la faune locale.
Deux étapes sont nécessaires pour traiter cette biomasse avant de pouvoir procéder à sa distillation. La première, dite de prétraitement, consiste à fragmenter les composants de la plante pour désolidariser la cellulose et l’hémicellulose de leur enveloppe de lignine et les rendre accessibles à la fermentation. Les enzymes jouent ici un rôle central, d’où le nom de voie enzymatique qui qualifie l’éthanol de seconde génération. Ces sucres sont ensuite fermentés par des levures pour obtenir un vin prêt à être distillé.
La filière 2G s’inscrit dans un cadre plus large : les biocarburants couvrent l’ensemble des carburants liquides, solides ou gazeux produits à partir de la biomasse et destinés à la valorisation énergétique des transports. En France, le bioéthanol (ou ETBE) est issu du sucre contenu dans la betterave, la canne à sucre ou les céréales, et peut être incorporé directement à l’essence SP95 jusqu’à 10 % après déshydratation. Cette filière est présentée comme une réponse potentielle au Plan Biocarburants et à la réduction des émissions de CO2.
Le biodiesel, quant à lui, est fabriqué à partir d’huiles végétales et peut réduire significativement les émissions associées. Le biodiesel est le biocarburant privilégié en France, tandis que le bioéthanol est exploité pour des mélanges dans l’essence, avec des objectifs européens et nationaux distincts. Pour 2020, l’objectif était d’incorporer 10 % de biocarburants dans l’énergie des transports, avec une réduction moyenne estimée des émissions de gaz à effet de serre.
Sur le long terme, les filières de deuxième génération pourraient coopérer avec celles de première génération, plutôt que de les remplacer complètement. La Commission européenne et l’Ademe soulignent que l’utilisation de biomasse résiduelle et de cultures dédiées peut contribuer à des bilans environnementaux améliorés, tout en posant des défis économiques et de compétitivité.
La répartition des ressources et les choix technologiques influenceront l’accessibilité et la rentabilité des biocarburants. Deux voies principales sont explorées: la voie biotechnologique, qui vise à extraire les sucres de la lignocellulose puis les transformer par fermentation, et la voie thermochimique, qui gazéifie la biomasse pour obtenir un gaz de synthèse convertible en hydrocarbures. Des inquiétudes subsistent quant à l’impact climatique sur le long terme si l’expansion des plantations conduit à une déforestation ou à la compétition avec l’alimentation.
En conclusion, la deuxième génération représente une étape transformatrice vers un avenir plus durable et résilient, mais ne se substituera pas à la première. L’ensemble des ressources et des technologies est nécessaire dans le mix énergétique de demain, et l’optimisation des procédés de prétraitement, des enzymes et des levures est cruciale pour réaliser le potentiel industriel.
Analyse comparative et contexte industriel
Le bioéthanol de première génération se distingue par son recours à des cultures alimentaires, entraînant des questions de sécurité alimentaire et de compétitivité des prix, alors que la deuxième génération exploite la biomasse lignocellulosique non alimentaire et peut ainsi élargir les sources de matières premières sans concurrencer directement l’alimentation.
Les chiffres évoqués montrent des avancées et des défis: les procédés 2G nécessitent des conditions industrielles robustes, des enzymes performantes et des levures adaptées pour supporter des températures et des pressions élevées, avec une réduction potentielle des intrants mais un coût de procédé plus élevé. Les analyses économiques et les évaluations environnementales restent cruciales pour évaluer la compétitivité par rapport à la première génération et au pétrole.
Comment est produit l'éthanol
En pratique, la mise en œuvre implique une intégration dans les usines existantes, avec des adaptations spécifiques pour traiter la cellulose et l’hémicellulose. Le chemin vers la commercialisation repose sur des essais pilotes, des recherches variétales et l’optimisation des itinéraires techniques, tout en restant attentif à l’impact sur l’environnement et la sécurité alimentaire.
Tableau récapitulatif des points clés
| Aspect | Premier génération | Deuxième génération |
|---|---|---|
| Matières premières | Produits alimentaires | Biomasse lignocellulosique (paille, tiges, déchets) |
| Procédé principal | Hydrolyse, fermentation, distillation | Prétraitement, hydrolyse enzymatique, fermentation, distillation |
| Enjeux environnementaux | Impact lié à l’alimentation et à l’utilisation des sols | Potentiel meilleur bilan si gestión durable, mais défis biotechnologiques |
| Technologies clés | Fermentation simple | Enzymes, levures résistantes, prétraitement thermique et chimique |
Perspectives et défis
Les biosélecteurs, les innovations variétales et les technologies industrielles du second generation s’attachent à augmenter le rendement et à réduire les coûts. Toutefois, certaines études suggèrent que les émissions de carbone par unité d’énergie pourraient être élevées si l’expansion des cultures entraîne des déforestations ou des déplacements de cultures alimentaires. L’objectif demeure de progresser vers une production durable tout en garantissant sécurité alimentaire et compétitivité économique.
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