Les biocarburants Philippe Pouech ENSAT 2007 Perspectives de

Les biocarburants Philippe Pouech – ENSAT 2007 ¬ Perspectives de développement ¬ Intérêts environnementaux ¬ Enjeux économiques

Sommaire n § § Quelques données de base Politiques communautaire et française & Niveau de développement des biocarburants Filières de production de biocarburants 1 ière génération & perspectives technologiques Bilans énergétiques et Émissions de GES des filières de production de biocarburants Production de biocarburants et enjeux agricoles 2

Quelques données de base 3

Biomasse – Bioénergie - Biocarburant Biomasse : Dans le domaine de l'énergie, la biomasse regroupe l'ensemble des matières organiques pouvant devenir des sources d'énergie : productions végétales, sous-produits provenant de l’agriculture, cultures énergétiques dédiées, production sylvicole, des déchets industriels et municipaux Bioénergie : ensemble des valorisations énergétiques possibles de la biomasse : combustible chaleur (ex. le bois énergie), électricité (ex. le biogaz issus des effluents d’élevages), carburant (ex. l’ester de colza) Biocarburant : Un combustible liquide ou gazeux utilisé pour le transport et produit à partir de la biomasse [agrocarburant = biocarburant issu de cultures agricoles] 4

Biomasse = source d’énergie renouvelable Énergie solaire CO 2 Eau Minéraux Végétal = biomasse Photosynthèse La biomasse agricole est une forme de stockage de l’énergie solaire sous forme d’amidon, de cellulose, de protéines, de matières grasses donc une énergie renouvelable « rapidement » 5

Les voies de valorisation non alimentaire de la biomasse Sources : ° INRA, 2006, http: //www. inra. fr/esr/ La chimie verte, éditions Lavoisier, Tec& doc, 2006, 532 p. 6

Biomasse pour les bioénergies biocarburant [Source ADEME] 7

Développement des bioénergies Objectifs ambitieux de l’UE 8

Enjeux énergétiques & gaz à effet de serre Balance énergétique: consommation 276 Mtep production 138 Mtep Importation énergie [50 %, 138 Mtep] 30% des importations pour les besoins de transports routiers Part des émissions par secteur - Année 2004 transports Source MINEFI 2005 • Pétrole à 99% 71% gazole [29 Mt] 29% essence [12 Mt] • Biocarburant ≈ 1% Entre parenthèses l’évolution depuis 1990 [Source CITEPA 2005] 9

Consommation de carburants routiers Année 2004 Source MINEFI 2005 Consommation total de carburants routiers : 42 Millions de tonnes dont 29 Mt de Gazole et 12 Mt d’essence Production de biocarburants biodiesel et éthanol/ETBE : 435. 000 t (0, 7%) Plan biocarburant 2008 : 1. 500. 000 t et 2010 : 2, 5 millions de tonnes (5, 75%) 10

Enjeux des biocarburants Les biocarburants sont : Ø Des débouchés non alimentaires pour la production agricole Ø Des produits de substitution des carburants pétroliers Ø Des possibilités de valoriser des déchets avec un produit à haute valeur ajoutée (biogaz bio. GNV) Les biocarburants font partie : Ø De la stratégie européenne d’approvisionnement énergétique (Livre blanc de l’UE) Ø Des axes de développement pour la lutte contre les gaz à effet de serre (Protocole de Kyoto) Ø De la stratégie nationale du développement de carburants de substitution (Plan Climat, Plan Biocarburant) 11

Politique de l’Union Européenne & Développement des biocarburants dans le monde 12

Orientations de l’Europe Deux directives adoptées en 2003 • Directive « promotion » 2003/30/CE : fixe pour les états de l’U. E des objectifs d’incorporation de biocarburants dans carburants pour transports : 2 % au 31 décembre 2005 5, 75 % en 2010 • Directive « fiscale » 2003/96/CE : permet aux états de l’U. E d’appliquer, sous contrôle fiscal, des réductions de taxes en faveur des biocarburants Feuille de route UE 10 janvier 2007 : 10% d’ici 2020 13

Orientations de la France n n n Loi d’orientation sur les énergies : augmentation de la part des Énergies Renouvelables Plan climat : économiser 52 millions de te. CO 2 /an jusqu’en 2010 Plan Biocarburants : n Réduction en 2010 de 7 Mte. CO 2 comptabilisées dans le secteur des transports n Avancée du calendrier biocarburant (5, 75% en 2008; 7% en 2010; 10% en 2015) n Évolution des normes sur le gazole et l’essence, demande de révision au niveau européen n Le développement de l’incorporation directe d’éthanol dans l’essence n Soutien au développement de nouveaux biocarburants n Soutien au flex-fuel/ E 85 dès 2006 à titre expérimental n Maintien d’une défiscalisation incitative, et d’une TGAP dissuasive qui ne doit pas peser sur le consommateur n Loi d’Orientation Agricole: usage des huiles végétales pures limité au carburant agricole, pêche, flottes captives à titre expérimental 14

Mécanismes incitatifs A l’échelle européenne n Politique Agricole Communes : n Jachère énergétique (10% de la surface agricole utile) n Contrat « cultures énergétiques) A l’échelle nationale n n Défiscalisation des biocarburants n Adaptation de la TIC (Taxe Intérieure à la Consommation) n Agréments de production , volumes limités TGAP sur tous les produits pétroliers n Vendus sans biocarburant n Grille d’exonération (5. 75% en 2010) n Vers la création d’un marché 15

Analyse économique des biocarburants Structuration des prix des biocarburants [Sources : Rapport Conseil Général des Mines – septembre 2005 & données APESA] Du coût social des biocarburants [D’après Sourie et al. , INRA-INAPG, 2006] 16

Système TGAP n n n TGAP « Taxe Générale sur les Activités Polluantes » sur tous les produits pétroliers vendus sans biocarburant - Loi de finance 2005 article 32 Montant variable révisable tous les quadrimestres. Valeur juin 2005 : 74 €/hl de gazole ; 86 €/hl d’essence Réduction de la taxe en fonction du taux PCI d’incorporation de biocarburant Simulation juin 2005 (ct€/l) 17

Production mondiale de biocarburants Année 2004 Australie : 2% de consommation de biocarburants en 2010 Chine : commercialisation éthanol en mélange depuis 2001 Inde : refus pour un plan biocarburant « huile » Indonésie, Malaisie, Thaïlande : projets 18

Production de biocarburants dans les États membres de l’UE [2003 -2005] Part des biocarburants en 2003 (%) Belgique Danemark Allemagne Espagne France Italie Autriche Pologne Suède Royaume-Uni Total UE-25 0. 00 1. 21 0. 35 0. 67 0. 50 0. 06 0. 49 1. 32 0. 026 0. 5 Part des biocarburants en 2005 (%) Objectif indicatif national 2005 (%) 0. 002. 50 no data 0. 10 3. 752. 00 0. 442. 00 0. 972. 00 0. 511. 00 0. 932. 50 0. 480. 50 2. 283. 00 0. 180. 19 1. 01. 4 [Source : EU, rapports nationaux élaborés en application de la directive sur les biocarburants] 19

Sites de production de biocarburants Dunkerque 65000 t En 2010 : 21 usines supplémentaires 6 usines bioéthanol 15 usines biodiesel Gonfreville 70000 t Feyzin 84000 t Usines d’ETBE existantes Usines d’éthanol en projets Fos /mer 200000 t 20

Les filières de production de biocarburants de 1 ière génération & Perspectives technologiques 21

Biocarburants de 1 ière génération Céréales Saccharifères Oléagineux Résidus lipidiques Biomasse fermentescible Betterave, blé, pomme de terre, maïs, canne à sucre Tournesol, colza, palme, huiles usagées, graisses Fermentation anaérobie Biogaz Éthanol et dérivés ETBE Huiles estérifiées EMHV Essence Huiles végétales Pures HVP Gazole Méthane Bio. GNV Essence & Gazole 22

Filière bioéthanol Drêches Alimentation animale Centrifugation Distillation Isobutylène [Source IFP] • Production : 70% betterave, 30% blé • Dérivé oxygéné ETBE : Ethyl Tertio Butyl Ether Synthèse et purification de l’ETBE CH 3 CH 2 -O- C CH 3 • Environ 85% de l’éthanol est transformé en ETBE • Productivité : blé 2, 55 T/Ha éthanol ; betterave 5, 78 T/Ha éthanol 23

Caractéristiques du bioéthanol • Niveau énergétique: 1, 5 litres de bioéthanol = 1 litre d’essence • L’ETBE n’est pas un biocarburant ; c’est un produit mixte pour l’ETBE: l’éthanol rentre pour 47% en volume dans la composition • Incorporation jusqu’à 15% dans l’essence pour l’ETBE • Incorporation du bioéthanol avec bases essence à faible volatilité (max 5%) • Développement à partir de fin 2006 de l’E 85 (VCM ou flexfuel, réseau distribution) 24

E 85 : > 600 points de vente en 2007 Source http: //www. prix-carburants. gouv. fr/ 25

Les géants de l’éthanol 1 er producteur mondial Important soutien à la filière 4% en 2010, 20% en 2030 Technologie « flex-fuel vehicles » 320 sites de production, incitations fiscales Export d’éthanol: Japon, USA, UE 26 2004 : développement du biodiesel

Production d’éthanol et d’ETBE Unités de production ayant reçu un agrément suite à appel d’offre communautaire – source DGEMP/DIREM sept 2007 27

Filière huile estérifiée Colza Tournesol oléïque [Source IFP] Trituration Filtration Dégommage, décirage Tourteaux Alimentation animale Méthanol O CH 3(CH 2)16 –C– OCH 3 • Diester® : contraction de Diesel et Ester, marque déposée par SOFIPROTEOL • 85% colza, 15% autres (tournesol, lin, soja) • EMVH : Ester Méthylique d’Huile Végétale • Obtenu par transestérification de l’huile de colza ou de tournesol oléique • Rendement colza : 35 q/Ha à 40% d’huile; 1, 4 T/Ha d’huile • Productivité : 1, 4 T/Ha EMHV (colza) ; 1, 96 T/Ha tourteaux 28

Caractéristiques de l’EMHV • au niveau énergétique: 1, 14 litres d’EMHV = 1 litre de gazole • propriétés physico-chimiques très proches du gazole • Incorporation à 5% dans le gazole • Incorporation à 30% au niveau flottes captives collectivités et industries (B 30) 29

Source : http: //www. diester. fr/

Production de biodiesel Unités de production ayant reçu un agrément suite à appel d’offre communautaire – source DGEMP/DIREM sept 2007 Jaune : démarrage 2008 – Vert : démarrage 2009 - Bleu : démarrage 2010 31

Filière Huile Végétale Pure cultures d’oléagineux Tournesol Colza Alimentation animale Trituration Tourteaux Protéine Riche en matière grasse (énergie) Combustible Carburant Décantation/filtration Combustible Huile Lubrifiant Principales caractéristiques • au niveau énergétique: 1 litre d’HVP ≈ 1 litre de gazole • propriétés physico-chimiques éloignées du gazole, pb adaptations moteurs, besoin d’un cahier des charges • Incorporation jusqu’à 50% dans le gazole ou utilisation à 100% Avantages pour les agriculteurs § Autorisation comme carburant agricole (+flottes captives à titre expérimental), défiscalisation de la TIC § Maîtrise de la filière (produit, coût, …), autoconsommation et vente § Autonomie énergétique; partie intégrante d’une production de qualité Intérêt pour le développement local § Intégration dans une politique de développement intégrée, approche territoriale § Filière courte : retours indirects au niveau local § Maintien d’emplois en milieu agricole et rural 32

Filière Bio. GNV Effluents agricoles Digestat Biodéchets Cultures dédiées Épandage Épuration Séchage Compression Unité de méthanisation Stockage Distribution Biogaz • Méthanisation de biomasse fermentescible (ressource importante et variée) • Épuration du biogaz : élimination CO 2, composés soufrés, eau • Bio. GNV : CH 4 à 99%, comprimé à environ 200 bars • Productivité : 200 à 450 m 3 de méthane/ tonne matière sèche • Au niveau énergétique: 1 litres de Bio. GNV ≈ 1 litre d’essence • Utilisation au niveau de moteurs adaptés et équipement de stockage 33

Perspectives technologiques Avant 2010 n n n Esters d’huiles végétales utilisant de l’éthanol (EEHV) Esters éthyliques d’acides organiques issus de la biomasse (procédé Shell) Hydrogénation des graisses et des huiles (NEx. BTL- projet Total/Neste Oil) Après 2010 [Source IFP] Biocarburant de 2 ième génération 34

Conversion de la biomasse lignocellulosique Source ADEME, 2006 35

Biocarburant de 2 ième génération : BTL (Biomass To Liquid) Biomasse Gaz naturel Charbon Pyrolyse – Gazéification Gaz de synthèse CO + H 2 Synthèse Fisher. Tropsch Hydrocarbures Cires Gazéification : Biomasse + O 2/H 2 O x. CO + y. H 2 + z. CO 2 Synthèse : CO + 2 H 2 -(CH 2)- + H 2 O 36

Raffinerie de biomasse (G) Source IFP 37

Production d’éthanol à partir de biomasse lignocellulosique Source IFP, 2006 38

Bilan énergétique et Émissions de GES Production de biocarburants et surfaces agricoles des filières de production de biocarburants 39

Les principales études disponibles n Une dizaine d’études disponibles aux résultats très différents n D’une manière générale : bilan favorable aux biocarburants n Méthode ACV : Analyse Cycle de Vie, «du puits à la roue » 40

La controverse sur les bilans énergétiques et gaz à effet de serre n Écarts méthodologiques: n n n Prise en compte des co-produits Allocation des émissions Polémique d’experts entre : l’allocation massique (la plus simple) et l’évaluation des impacts évités (la plus juste) n Disponibilités et incertitudes sur les données n Études les plus citées : n n n ADEME/DIREM 2003 : bilan énergétique et gaz à effet de serre des filières de production de biocarburants. Ecobilan Pricewaterhaouse. Coopers, novembre 2002, 132 p. CONCAWE et als: Well-to-Wheels, Analysis of future automotive fuels and powertrains in the european context, décembre 2005, 88 p. SADONES. P, 2006: les agrocarburants. Synthèse des travaux d’EDEN, www. espoir-rural. fr 41

Bilan énergétique Indicateur du bilan énergétique IE = mobilisée Energie restituée Energie non renouvelable 42

Indicateur énergétique filière éthanol d’après l’étude ADEME/DIREM Indicateur Énergétique = Énergie restituée Énergie non renouvelable mobilisée [Source : ADEME/DIREM 2003] 43

Indicateur énergétique filière huile végétale d’après l’étude ADEME/DIREM Indicateur Énergétique = Énergie restituée Énergie non renouvelable mobilisée [Source : ADEME/DIREM 2003] 44

Bilan gaz à effet de serre n Indicateur du bilan gaz à effet de serre Calcul des émissions à effet potentiel GES à 100 ans à partir des coefficients équivalent CO 2 45

Bilan GES de la production des matières premières 46

Indicateur bilan gaz à effet de serre Filière éthanol d’après l’étude ADEME/DIREM [Source : ADEME/DIREM 2003] 47

Indicateur bilan gaz à effet de serre Filière huile végétale d’après l’étude ADEME/DIREM 5, 3 3, 3 [Source : ADEME/DIREM 2003] 48

Comparatif des résultats du bilan gaz à effet de serre entre deux études d’ACV [Source : Stéphane Hiss in Global Chance, avril 2007, n° 23, p 21 -22] § Mêmes tendances favorables aux biocarburants § Écarts importants sur l’éthanol ex-blé et ex-betterave § Intérêt des biocarburants de 2 ième génération 49

Production de biocarburants et surfaces agricoles & Enjeux agricoles 50

Objectifs de production de biocarburants Les objectifs de la France pour répondre aux attentes de l’Union Européenne 51

Production de carburants verts et besoins en surfaces agricoles [avec les technologies actuelles] Les besoins au niveau de la France 52

Quels impacts sur les surfaces agricoles au niveau de la France ? n Filière bioéthanol n n Besoins en surfaces en 2010 : 220 000 ha Surfaces emblavées (2005) : n n è n Toutes céréales (y compris maïs) : 9, 15 Mha Betteraves industrielles : 379 516 ha Enjeu sur les superficies agricoles de moindre importance que la filière EMHV Filière biodiesel n n Besoins en surfaces en 2010 : 1 900 000 ha Surfaces emblavées (2005) : n n è Colza alimentaire : 1, 23 Mha Colza énergétique : 402 508 ha (50% jachère/50% ACE) Enjeu important et arbitrage nécessaire pour garantir l’extension des cultures de colza à des fins énergétiques 53

Affectations prévisionnelles des terres françaises en grandes cultures Sources : B. Risoud, ingénieries, mars 2007, N° 49, p 39 à 47 ; H. Guyomard et al. , Prospective « Agriculture 2013 » , INRA, 2007 54

Zoom sur le cas du colza énergétique à l’échelle française n n Superficies nécessaires enjeux de 2010 : 1, 9 Mha Demande une augmentation de 1, 1 Mha (par rapport à 2006) n n n Conditions de réussite n n Terres en jachère mobilisables : 430. 000 ha (aide EU jachère indus. ) Terres arables à détourner : 700. 000 ha à prendre sur les surfaces mises en cultures alimentaires Rémunérations favorables aux cultures énergétiques (en plus des aides Gel et ACE) Augmentation de la vitesse de rotation dans l’assolement (une rotation tous les trois ans) Accompagnement différencié des régions selon : potentiel agronomique des sols, pratiques habituelles, niveau technique… Impacts sur le solde du commerce extérieur n n n Importation tourteaux de soja (protéines végétales, aliments animaux) Exportation des graines de colza (Allemagne et Belgique huile ester) Exportation huile de colza (Allemagne biodiesel) 55

Compétition entre cultures alimentaires et énergétiques…conséquences mondiales… Quelques éléments de réflexion… n n La compétition 4 F : Food, Feed, Fiber, Fuel Les surfaces en terres arables sont limitées n n Réponse aux besoins des biocarburants se fera en partie sur les surfaces de production alimentaire Rareté énergétique rareté alimentaire Augmentation des matières premières : agriculteurs (? ? ), - populations pauvres urbaines et sous-alimentées, compétitivité des biocarburants Des problématiques et impacts divers : Exple de l’Ethanol: cours mondiaux maïs: pb alimentaire sous jacent (Cuba) surface canne à sucre: pb de déforestation, biodiversité (Brésil) Exple de l’Ester : pb de surface oléagineuse, importation huile de palme, opposition de l’Inde à la filière biocarburant huile=friture/aliment/santé ( Malaisie, Indonésie) n n Des besoins de régulation des échanges, négociations à l’OMC ? Des difficultés pour résoudre l’équation entre les besoins en biocarburant et les capacités de production: n n n Quel niveau d’urgence à atteindre les objectifs ambitieux de l’UE? Quelle prise en compte des progrès technologiques : biocarburant 2 ième génération, nouvelles motorisations…? Quelle place pour le développement de nouvelles cultures énergétiques: miscanthus, sorgho sucrier, switch grass, TTCR…? 56

Pour en savoir plus : www. ademe. fr www. industrie. gouv. fr/energie www. ifp. fr www. citepa. org www. europa. eu Contact : philippe. pouech@apesa. fr www. apesa. fr