La fermentation par le biais de la levure est une technologie de facilitation essentielle, offrant d’énormes possibilités dans un large éventail d’applications, pour soutenir une nouvelle économie durable et biosourcée. Au cours du processus de fermentation, les micro-organismes convertissent les sucres de la biomasse en molécules biosourcées utilisables dans un large éventail d’applications. Les innovations biosourcées contribuent à atténuer les effets du changement climatique et aident le monde à atteindre la neutralité carbone. La levure est capable de transformer les sucres des plantes en carburant. La magie opère pendant le processus anaérobie (en absence d’air) de la fermentation.
Types de biocarburants et leur origine
Les biocarburants de troisième génération : des cultures conçues spécifiquement, algues par exemple, servent de source d’énergie. Ces algues sont cultivées et récoltées pour en extraire l’huile qu’elles contiennent. Biodiesel : carburant à base d’huile végétale ou de graisse animale composé d’esters d’acides gras à longue chaîne. Bioéthanol : il est produit par fermentation, principalement à partir de glucides produits par les plantes sous forme de sucre ou d’amidon. Biocarburant aérien : peut être fabriqué à partir d’huiles végétales, de sucres, de graisses animales et même de biomasse résiduelle.
Les biocarburants, le bioéthanol, le biodiesel et le biocarburant aérien peuvent jouer un rôle majeur dans la réduction de l’empreinte carbone du secteur des transports et dans la diminution de notre dépendance aux combustibles fossiles. Au fil des ans, cette industrie s’est développée partout dans le monde. L’utilisation intelligente de la biomasse et de la fermentation par la levure peut également conduire à de nouveaux produits ou à des versions améliorées de produits traditionnellement à base de pétrole, susceptibles d’offrir de meilleures performances, une toxicité moindre ou de nouvelles fonctions. Les biocarburants avancés, tels que l’éthanol cellulosique, ont été identifiés dans le monde entier comme un élément clé de la décarbonation du secteur des transports, comme mentionné précédemment.
Échelle française et européenne du bioéthanol
Le bioéthanol est le seul carburant liquide pour moteurs essence qui soit renouvelable et immédiatement disponible puisqu’il est produit à partir de matière première végétale, aussi appelée biomasse. Le bioéthanol, produit en France sans huile de palme, est issu de la fermentation des sucres et de l’amidon contenus dans les betteraves sucrières, les céréales et leurs résidus de transformation, le bioéthanol ne contient pas d’huile de palme. La France est le 1er producteur européen d’alcool agricole, avec 19 % de la production européenne, utilisé majoritairement pour les carburants. Une même betterave sert à faire du sucre, de l’éthanol et - avec sa pulpe - de la nourriture pour les animaux.
Les betteraves et les céréales absorbent le CO2 de l’atmosphère en quantité importante, lors de leur croissance grâce à la photosynthèse. Elles sont ensuite transformées pour produire du bioéthanol, incorporé dans les essences. Le Superéthanol-E85 est un carburant composé de 65% à 85% de bioéthanol en incorporation directe, et d’essence SP 95. Il a été reconnu comme carburant au Journal Officiel du 1er juin 2006, et la commercialisation est autorisée depuis le 1er janvier 2007. Les véhicules flex-E85 d’origine ou les véhicules essence équipés d’un boîtier E85 homologué, fonctionnent au Superéthanol-E85 ainsi qu’à tous les carburants essence.
Le SP95-E10 (aussi appelé E10) est un nouveau carburant sans plomb pouvant contenir jusqu’à 10% de bioéthanol en incorporation directe. Ce carburant est disponible dans les stations essence en France depuis le 1er avril 2009 et se développe progressivement sur l’ensemble de l’hexagone. Le SP95 et SP98 actuellement sur le marché contiennent déjà tous les deux du bioéthanol dans une concentration pouvant aller jusqu’à 5%. Le bioéthanol, biocarburant le plus utilisé dans le monde, est produit en France et en Europe. Il provient de la fermentation de plantes sucrières comme la betterave à sucre ou la canne à sucre, ou de céréales. Le bioéthanol est le seul carburant renouvelable disponible immédiatement puisqu’il est produit à partir de matières premières végétales.
Lors de leur croissance, les plantes, utilisées pour la production de biocarburant, absorbent le CO2 contenu dans l’atmosphère en très grande quantité. Elles sont ensuite transformées pour produire l’éthanol. Les surfaces agricoles françaises disponibles permettent de répondre aux besoins énergétiques de la France, sans impact sur la fonction première de son agriculture qui reste l’alimentation. L’implication de 50 000 agriculteurs français, betteraviers et céréaliers, garantit, en outre, que le bioéthanol français est issu de productions respectueuses de l’environnement. En effet, seule 1 % des terres agricoles françaises sont utilisées pour la fabrication de biocarburant. Il n’existe donc pas, en France, comme en Europe, de conflit entre la production de cultures à usage alimentaire et celles destinées au développement du bioéthanol, qui reste un débouché complémentaire pour l’agriculture.
Indicateurs et performances industrielles
Une fois transformés, 90 tonnes de betteraves, cultivées sur 1 hectare, permettent de produire 90 hectolitres de bioéthanol et 4,5 tonnes de pulpes déshydratées, soit l’équivalent nutritionnel d’un demi-hectare de céréales. Un hectare de culture permet de produire 8 tonnes de céréales qui, une fois transformées, donnent 30 hectolitres d’éthanol et 2,8 tonnes de drêches, soit l’équivalent en protéines d’un tiers d’hectare cultivé en céréales. Au cours du processus de production du bioéthanol seuls les sucres simples des grains de céréales sont utilisés. Les autres composants tels que les protéines, l’amidon, les matières grasses ou encore les minéraux, se retrouvent dans les résidus de brassage (ou drêche) ou dans les pulpes destinés à l’alimentation animale. Grâce à leur composition et leur forte teneur en protéines, ces co-produits peuvent remplacer une partie de l’alimentation animale actuellement utilisée (tourteau de soja, blé, maïs).
En France et en Europe, le bioéthanol de première génération est produit à partir de betteraves ou de céréales (blé, maïs…). Il est produit à partir de canne à sucre, au Brésil et de maïs aux États-Unis. Dans le secteur de la production de bioéthanol de première génération, la recherche sur les carburants de “seconde génération” est fortement dynamisée par l’intérêt économique et environnemental de ce biocarburant. Le bioéthanol de seconde génération sera produit à partir d’une grande diversité de matières végétales (bois et résidus forestiers ou agricoles, pailles, betterave entière…). Il fait l’objet de nombreuses recherches de part le monde. Le bioéthanol de seconde génération devrait devenir une réalité économique et industrielle à grande échelle dans les prochaines années.
Filières et procédés de production
La filière biocarburants gazole, souvent regroupés sous l’appellation « biodiesel », comprend différents produits, fabriqués à partir d’huiles issues de plantes oléagineuses, de graisses animales ou d’huiles usagées. En 2019, 7,3% de l’énergie contenue dans le gazole provenait de biocarburants. Les esters méthyliques d’acides gras (EMAG) peuvent être obtenus à partir d’huiles végétales ou de graisses animales via la transestérification. Les EMHV (esters méthyliques d’huiles végétales) donnent le biodiesel, tandis que les EMHU et EMHA complètent les usages. Les EMAG ont représenté en 2019 83.4% des volumes de biocarburants incorporés dans le gazole (77.4% sous forme d’EMHV, 5.5% sous forme d’EMHU et 0.5% sous forme d’EMHA).
Les huiles végétales et les graisses animales ne peuvent pas être utilisées telles quelles (même en mélange dans le gazole) pour l’alimentation des moteurs Diesel modernes. C’est pourquoi elles sont « estérifiées », c’est-à-dire transformées en esters d’acide gras, par une réaction chimique de transestérification. La réaction de transestérification consiste à faire réagir un corps gras avec un alcool pour obtenir un ester d’acide gras. Si l’alcool utilisé est le méthanol, on obtient EMAG; si c’est l’éthanol, on obtient EEAG. Cette voie peut étendre l’emploi du bioéthanol dans la filière gazole. Les biogazoles de synthèse peuvent être obtenus par hydrotraitement d’huiles ou par voie thermochimique BtL (Biomass to Liquid).
La deuxième génération : l’éthanol d’origine lignocellulosique. Afin d’éviter la concurrence alimentaire, on valorise la lignocellulose des résidus agricoles et forestiers, des taillis ou des cultures dédiées. L’éthanol de deuxième génération passe par prétraitement, hydrolyse de la cellulose et des hémicelluloses, puis fermentation des sucres obtenus. Tous les organes des plantes peuvent devenir sources d’énergie ou carburant grâce à leur composition en huiles et en glucoses.
Le diester est issu d’huiles végétales de colza, de tournesol ou de soja. Le bioéthanol provient de plantes riches en sucre comme la canne à sucre ou la betterave sucrière. Le tournesol est une plante intéressante en raison de sa diversité d’acides gras dans son huile. Dans la filière, le diester et le biodiesel utilisent la transestérification pour produire des esters méthyliques ou éthyliques, injectés dans le gazole.
Le gazole enrichi en biocarburants inclut des variantes comme le B30 ou le B100, parfois destinées à des flottes captives. Le B30 et le B100 ne sont pas universellement compatibles avec tous les moteurs, ce qui restreint leur commercialisation en stations-service, mais ces mélanges ouvrent des perspectives de réduction des émissions et de diversification énergétique.
Enjeux environnementaux, économiques et sociaux
La combustion des carburants issus de sources fossiles est étroitement liée aux émissions de gaz à effet de serre (GES), contribuant au changement climatique. En revanche, les biocarburants offrent une perspective différente: le carbone émis lors de leur combustion a été préalablement capturé par les plantes lors de la photosynthèse. Toutefois, la production et l’utilisation des biocarburants comportent des implications environnementales et sociales importantes. La conversion de terres agricoles pour la biomasse destinée aux biocarburants peut entraîner la déforestation, la perte de biodiversité et des conflits liés à l’utilisation des terres. L’utilisation des terres pour les biocarburants peut aussi réduire les surfaces disponibles pour l’alimentation, d’où l’importance de distinguer générations et matières premières.
Les défis incluent la durabilité et la disponibilité de la biomasse, le coût de production et les investissements nécessaires pour des unités industrielles. L’Union européenne a ajusté ses objectifs avec des cadres comme RED III 2023 et le paquet « Ajustement à l’objectif 55 », mais les feuilles de route manquent pour les secteurs aérien et maritime. Le développement américain des biocarburants s’est accéléré avec le Renewable Fuel Standard; le Brésil demeure leader historique, grâce au plan Proalcool et à la production d’éthanol à partir de canne à sucre. Les biocarburants avancés, y compris issus d’algues et de déchets, sont soutenus comme voie de décarbonation, même s’ils présentent des enjeux techniques et économiques.
99 secondes - Comprendre les Biocarburants
Tableaux et chiffres clefs
| Filière | Ressources | Part d’énergie renouvelable | État/initiative |
|---|---|---|---|
| Bioéthanol de première génération | Betteraves, céréales, canne à sucre | variable selon le carburant | France/Europe, production nationale |
| Biodiesel EMAG | Huiles végétales, graisses animales | 83.4% des volumes | France 2019 |
| Bioéthanol de seconde génération | Bois, résidus, pailles | à venir à grande échelle | recherche et projets pilotes |
Les surfaces agricoles françaises disponibles permettent de répondre aux besoins énergétiques de la France sans compromettre l’alimentation. L’implication de 50 000 agriculteurs garantit une production respectueuse de l’environnement. En Europe, la biomasse est issue de sources variées: Europe, Amérique et Asie fournissent les matières premières pour les EMHV et les ETHBE, avec des parts selon les filières et les procédés.
En résumé, les biocarburants représentent une source d’énergie renouvelable capacitaire, capable de réduire la dépendance vis-à-vis des carburants fossiles et d’apporter des solutions dans les secteurs routier, aérien et maritime, tout en imposant une vigilance sur la durabilité et l’impact social et environnemental des cultures et des procédés.