dernières analyses sur les carburants d'origine végétale

Les biocarburants
Expertise http://www.dossiersdunet.com/article859.html


lundi 23 octobre 2006, par Henri Prévot


Voir en ligne : "Facteur 3" en 30 ans
L’auteur de cette analyse, Henri Prévot, est ingénieur général des mines, et fera paraître un ouvrage "Trop de pétrole ! - surabondance d’énegie fossile et changement climatique" aux éditions du Seuil en janvier 2007.



Un produit aujourd’hui inutilement coûteux ; demain nécessaire si la décision politique est prise de réduire beaucoup les émissions de gaz carbonique
- La technique : biocarburant, comme aujourd’hui, à partir seulement de l’huile ou du sucre, ou, comme demain, à partir de tout le carbone organiques
- Le prix : tentatives de prévision des prix
- Alors aujourd’hui, que décider au sujet du biocarburant ? _ Il ne semble pas pertinent de vouloir dès aujourd’hui augmenter la production de biocarburant ; mieux vaut commencer par brûler la biomasse. _ une variante qui combine fiscalité, réglementation et instruments de marché pour suivre un chemin optimum : dans un premier temps développer l’usage chaleur et mettre au point des techniques efficaces de production de biocarburant, puis développer l’usage du biocarburant..

Au sujet de l’effet de serre, le biocarburant a une position très particulière.

Si l’on veut diminuer les émissions de gaz à effet de serre seulement de 20 ou 30 % par rapport à la tendance, il ne faut surtout pas faire de biocarburant. C’est du pur gaspillage. Mieux vaut brûler du blé ou de la betterave dans des chaudières de chauffage collectif ou industriel que d’en faire du biocarburant - il vaut encore mieux brûler du bois, évidemment ou d’autres cultures qui produisent beaucoup de biomasse : on peut compter jusqu’à 15 tonnes par hectare.

Mais si l’on veut diviser par deux ou trois nos émissions de gaz à effet de serre, il est nécessaire de faire du biocarburant. Ce fut une surprise. _ J’étais d’avis que produire du biocarburant est du pur gaspillage et c’est exact aujourd’hui. Mais pour "boucler" un tableau de ressources et d’emplois de l’énergie en divisant par trois (par habitant) les émissions de gaz carbonique, je me suis rendu compte qu’il faut passer par le biocarburant car, même en stabilisant la consommation d’énergie par le transport et en utilisant au maximum l’électricité pour la propulsion des voitures et des petits tilitaires, et compte tenu de la limite d’émission de gaz carbonique, il n’y a pas assez de carbone fossile pour faire tout le carburant dont le transport a besoin. La seule autre possibilité technique serait en effet l’hydrogène produit à partir d’électricité nucléaire, dont la production, la distribution et l’utilisation dans les voitures seraient hors de prix.

Par ailleurs, ce tableau croisé des ressources et des emplois montre que parmi les formes d’énergie qui sont utilisées le biocarburant est sans doute celle qui coûte le plus cher, en incluant les dépenses engagées par le consommateur pour pouvoir utilisr l’énergie (il se peut néanmoins que l’usage de l’électricité dans des véhicules bi-énergie coûte aussi cher, peut-être plus). C’est donc le coût du biocarburant, augmenté des impôts qu’il supportera (taxe transport et TVA) qui indiquera le niveau de prix de l’énergie - sur la fiscalité de l’énergie, voir ici.

Ainsi, une forte diminution des émissions de gaz carbonique change le "statut" du biocarburant. De produit inutilement coûteux il devient un produit nécessaire et, qui plus est, le produit dont le prix de revient déterminera le prix de l’énergie.

Mais décider de beaucoup diminuer les émissions de gaz à effet de serre n’est pas une affaire de marché ou d’équilibre économique (puisque il y a trop de carbone fossile dans le monde). C’est une affaire purement politique. Il appartient au politique, non au marché, de décider du niveau d’émission et, en même temps, pour être cohérent, du prix de l’énergie.

Une orientation a été donnée par le gouvernement comme l’indique un communiqué du ministre de l’agriculture.

Un rapport récent montre que les efforts demandés aujourd’hui aux consommateurs pour financer le biocarburant sont très coûteux : 150 €/tonne de CO2 pour remplacer du gazole, 300 ou 400 €/tonne de CO2 pour faire de l’éthanol. Il est publié sur le site du ministère de l’industrie.

Il faut donc expliquer comment nous calculons volume et prix du biocarburant.

La technique

Aujourd’hui le biocarburant est formé à partir d’éthanol, un produit miscible à l’essence, ou à partir d’huile, pour faire un produit diesel. L’éthanol se fait par distillation de sucre, à partir de blé ou de betterave surtout. Le second se fait à partir de plantes oléagineuses, le colza par exemple ; par une opération simple, l’huile est estérifiée, ce qui forme un "diester", assimilable au diesel.

Dans notre scénario nous appelons avec le même mot de "biocarburant" un carburant produit différemment, à partir de tous les composants de la plante, notamment la cellulose, l’hémicellulose et la lignine.

Deux voies sont possibles, une voie thermochimique et une voie biologique.

Dans la voie thermochimique, dite aussi "voie chaude", la matière organique, quelle qu’elle soit, huile, sucre, lignine ou cellulose, est gazéifiée (en la chauffant à 1300 degrés environ) ; il se dégage alors un "gaz de synthèse" formé de gaz carbonique, de vapeur d’eau, d’oxyde de carbone et d’hydrogène. Ces deux derniers corps sont très réactifs. Par des synthèses contrôlées en fonction de la température et avec des catalyseurs bien choisis (synthèses Fischer-Tropsch), à partir de ce gaz il est possible de produire les hydrocarbures que l’on souhaite, liquides ou gazeux - et même de l’hydrogène moins cher qu’à partir de l’eau. On peut produire ainsi de l’excellent carburant.

Tout le carbone de la plante est utilisé, soit sous forme de produit, soit pour fournir l’énergie dont on a besoin pour produire le gaz de synthèse puis pour faire la synthèse de l’hydrocarbure. Sans apport de chaleur extérieur, on dit que la réaction est "autothermique". En autotherme, les rendements matière escomptés, par rapport à la matière sèche, sont de 15 % : 0,15 tonne de biocarburant pour 1 tonne de matière organique. Avec apport d’énergie extérieure, ils pourraient monter à 30 %.

On peut aller plus loin. En effet, la proportion d’hydrogène par rapport au carbone est, dans la plante, plus faible que dans les hydrocarbures. La plante est en C6H9O4 c’est à dire qu’il y a 3 atomes d’hydrogène pour 2 de carbone alors que dans les hydrocarbures il y a 2 atomes d’hydrogène par atome de carbone soit 4 pour 2 de carbone. Il est donc possible de mieux utiliser le carbone de la plante en apportant de l’hydrogène. Alors le rendement matière théorique est de 58 % ; retenons qu’en pratique il pourrait être de 45 ou 50 %. Il est plus exact de dire qu’avec 100 tonnes de matière première et un apport d’hydrogène, on peut produire 45 ou 50 tonnes de carburant liquide ayant les caractéristiques d’un carburant pétrolier, c’est à dire 45 à 50 tonnes d’équivalent pétrole - tep.

On peut aussi envisager d’introduire encore plus d’hydrogène dans le gaz de synthèse pour produire du méthane. Cela n’augmentera pas beaucoup le poids mais augmentera beaucoup le pouvoir énergétique puisque chaque atome de carbone portera alors 4 atomes d’hydorgène au lieu de deux.

La "civilisation de l’hydrogène" n’est pas pour demain !
On voit donc en passant que la meilleure façon d’utiliser l’hydrogène dans la propulsion des véhicules n’est pas de l’utiliser tel quel soit dans des moteurs thermiques soit dans des piles à hydrogène mais de le "greffer" sur du carbone organique pour augmenter de 70 % le rendement matière. certes, il faut dans les deux cas produire de l’hydrogène mais, par la voie biocarburant, on évite une nouvelle motorisation et tout un circuit de transport et de distribution et aussi tous les risques que fait courir l’uilisation de l’hydrogène !

Dans la voie biologique, la matière lignocellulosique, la cellulose et l’hémicellulose sont attaquées par des enzymes qui en font de l’éthanol. Il faut d’abord suffisamment déstructurer la lignine pour que les enzymes puissent faire leur travail puis il faut une distillation pour récupérer l’éthanol. Beaucoup reste à faire, du moins en Europe (car il se peut que d’autres pays soient plus avancés) pour sélectionner ou créer des enzymes suffisamment efficaces et pour s’assurer de la stabilité et de la fiabilité des processus. Ce procédé, s’il peut être mis au point, sera moins consommateur d’énergie que le procédé thermochimique ; il pourra utiliser la lignine pour fournir l’énergie dont il a besoin, mais ne pourra jamais l’utiliser comme matière première. De plus, il fournit seulement de l’éthanol ce qui ne convient pas au marché des carburants, orienté massivement, en Europe, vers le diesel.

Pourquoi cette préférence pour le diesel ? L’Europe a fixé aux constructeurs des normes d’émission de gaz carbonique qu’il est moins difficile d’atteindre avec des moteurs diesel. Comme la quantité de biocarburant est fixée par l’effort budgétaire (puisque le biocarburant est détaxé), il n’est pas étonnant que le diesel soit préféré à l’essence. Les agriculteurs auraient bien tort de penser que cela signifie que les industriels préfèrent a priori la colza au blé ou à la betterave ou la voie sèche à la voie humide !

Les rendements à l’hectare

Avec les techniques utilisées aujourd’hui, avec un hectare de terre le rendement net de production de biocarburant est en moyenne de 1,2 tonne par hectare - rendement net veut dire que l’on enlève toute l’énergie apportée de l’extérieur, qui est souvent de l’énergie émettrice de gaz carbonique. C’est une moyenne car la betterave donne beaucoup plus et le blé donne moins par exemple.

Avec le procédé par gazéificiation et synthèse, comme on l’a dit plus haut, le rendement massique serait de 15 % sans apport de chaleur extérieure (15 tonnes de biocarburant pour 100 tonnes de matière sèche), 30 % avec apport de chaleur extérieure et 50 % avec apport d’hydrogène.

La chaleur extérieure et l’hydrogène devront être produits sans émissions de gaz carbonique, c’est à dire à partir d’énergie nucléaire ou à de fossile avec séquestation de gaz carbonique.

La production des arbres à croissance rapide ou de plantes sélectionnées pour la quantité de matière organique produite peut être de 15 tonnes par hectare et par an.

La production de biocarburant serait donc de l’ordre de 2,2 tep nette par hectare et par an sans apport de chaleur extérieure. En moyenne, il est prudent de compter un peu moins. Il faut aussi ôter les émissions de gaz carbonique dues aux engrais, à l’énergie mécanique (labours, transports), soit environ 10 % (avec des variétés végétales qui consomment peu d’engrais). Retenons donc entre 1,8 et 2 tep par hectare et par an. Ce rendement passera à près de 4 avec apport de chaleur extérieure et à plus de 6 avec apport d’hydrogène !

Dans notre scénario de "division par trois" des émissions, nous avons supposé que le rendement est de 2,5 tep par hectare et par an, soit qu’un tiers de la chaleur de réaction serait d’origine non organique, c’est à dire une chaleur nucléaire ou à partir d’énergie fossile avec séquestration du gaz carbonique. Avec apport d’hydrogène le rendement serait très supérieur

Les possibilités de cette deuxième voie sont plus grandes : on recherchera donc, non pas les plantes qui font le plus de sucre ou d’huile, mais celles qui font le plus de matière organique, comme la maïs, le critical ou d’autres plantes organiques ou encore les taillis à croissance rapide et à courte révolution ; on choisira les plantes qui conviennent le mieux au terrain et qui ne demandent pas trop d’eau ni d’engrais.

Les prix

Même pour les biocarburants produits aujourd’hui, on a un peu de mal à connaître le coût de production. On peut penser que ce coût n’est pas supérieur au prix hors taxes, sachant que les biocarburants jouissent d’une exonération de TIPP très importante, presque totale en ce qui concerne les diesters, qui se substituent au diesel. Au début 2004, le prix moyen de vente du gazole à la pompe était de 81 €/hl TTC, donc 68 €/hl hors TVA. Le prix hors toutes taxes était de 26 €/hl, la TIPP de 42 €/hl. Le prix hors toute taxes du diester rendu à la pompe était de 60 €/hl. Si la production augmente beaucoup, le coût du diester diminuera certainement.

Le coût du biocarburant tient compte d’une aide agricole à la production des plantes qui servent à la production de biocarburant, et l’impact de cette aide va certainement changer. Cette aide peut être aujourd’hui de 400 €/ha (c’est un maximum) soit, pour un rendement moyen de 1,2 tep/ha, 330 €/tep, soit 26 €/hl. Sans aide à l’agriculture et hors taxe, le prix à la pompe du diester serait donc aujourd’hui de 86 €/hl soit 1000 €/tep.

coefficients de conversion :
- Le super pèse 755 kg par m3, le gazole 845 kg par m3
- Une tonne de super vaut 1,05 tep ; une tonne de gazole vaut 1 tep
- 1 tep de super émet 0,83 tonne de carbone (TC) dans l’atmosphère, 1 tep de gazole 0,86 TC _ - Le diester a les même caractéristiques que le gazole.

A l’avenir le paysage sera différent car les rendements de production de biocarburant par hectare seront doublés ou triplés et l’on ne sait pas quelle sera la subvention à l’agriculture ou à la sylviculture.

Le rendement de production de biocarburant par hectare augmentera pour plusieurs motifs différents : une plus grande utilisation de la matière organique par hectare (car la production organique srea plus grande et on utilisera une plus grande partie de la matière produite) et un meilleur rendement massique de l’utilisation de la matière utilisée (grâce à un apport de chaleur extérieure et, plus tard, un apport d’hydrogène).

Si le rendement de production de biocarburant à l’hectare est doublé, voire triplé, l’effet de la subvention à l’hectare s’estompe mais les coûts de production à la tonne produite diminueront.

Les calculs faits par le CEA conduisent, selon la taille de l’installation à des résultats différents. en comptant le coût de production de la matière organique et les frais financiers, mais sans compter les bénéfices, le coût de production du biocarburant sortie usine serait, tel qu’il est aujourd’hui calculé, de 74€/hl à 51 €/hl selon la taille de l’installation, soit autour de 60 €/hl ou 720 €/tep. Pour avoir le prix hors taxe à la pompe, il faut ajouter le coût du transport et de la distribution (6 €/hl) et des bénéfices (3 €/hl pour un bénéfice de 5 %) soit environ 70 €/hl. Le carburant produit par gazéification et synthèse aura des caractéristiques aussi proches que l’on veut des carburants d’aujourd’hui et même peut-être plus performantes. On peut donc compter que 1 tonne de ce biocarburant fera 1 tep.

Retenons comme hypothèse que le prix à la pompe hors taxe est de 80 €/hl . En ajoutant une taxe transport égale à la TIPP aujourd’hui appliquée au gazole (soit 43 €/hl) et la TVA on arrive à 1,45 €/l .

C’est le niveau de prix qu’il est prudent de retenir. Par rapport au prix de 2006 (environ 1,1€ par litre de gazole), c’est une augmentation, en monnaie constante ce 1 centime d’euro par litre tous les ans , en monnaie constante.

On peut aussi dire, en tenant compte de l’inflation (si elle est de 2 % par an) que le prix augmenterait chaque année de 3 centimes d’euros par an, deux pou l’inflation et un pour le climat - cela, indépendamment du prix du pétrole.

Ce prix peut être inférieur si la production agricole en amont est aidée : une subvention de 400 €/ha a un effet de 0,1 à 0,15 €/litre.

Antérieurement, nous parlions ici d’un carburant à 1,3 €/l. Il est plus prudent de parler de 1,45, sans aides à l’agriculture.

Voici donc un ensemble de données cohérentes et plausibles : coûts techniques hors subventions à l’agriculture : 780 €/m3 ; taxe transport : 430 €/m3

prix du carburant : 1210 €/m3 HTVA, soit 1450 €/tep TTC ou 1,45 €/l

Subventions agricoles : 400 €/ha soit 150 €/m3. Alors le prix à la pompe est environ de 1,3 €/l

Sur la fiscalité, voir ici.

En fait, il n’est pas nécessaire de connaître aujourd’hui le montant exact. Il suffirait d’une augmentation modérée et régulière chaque année dès aujourd’hui, jusqu’à ce que le prix du carburant suffise à payer le coût du biocarburant et les taxes.

Naturellement, tous les chiffres sont exprimés en monnaie constante.

Sur les possibilités offertes par la biomasse comme base de production de biocarburant : de 1 à 10

Soit une quantité de biomasse QBM qui aujourd’hui permet de faire assez de biocarburant pour parcourir 100 km
Avec la même quantité

- en utilisant non pas seulement le sucre, l’amidon ou les huiles mais toute la biomasse, on pourra parcourir 200 km
- avec un apport de chaleur extérieur, on utilisera deux fois plus de carbone comme matière première du biocarburant ; on pourra alors parcourir 350 km
- avec un apport d’hydrogène on pourra utiliser tout le carbone organique comme matière première d’un hydrocarbure liquide et on aura ajouté le pouvoir énergétique de l’hydrogène ajouté : on pourra parcourir 500 km
- en ajoutant encore plus d’hydrogène, on formera du méthane ; comme on aura ajouté encore plus d’hydrogène sur la même masse de matière organique, le pouvoir énergétique de l’hydrogène, on pourra parcourir 800 km (chiffre à valider)

Voilà une façon commode de transporter et distribuer l’hydrogène

Si le biocarburant est inutilement cher ou nécessaire

Que décider aujourd’hui ?

Si l’on n’a pas pris la décision de beaucoup diminuer les émissions de gaz à effet de serre, ce serait du gaspillage que d’augmenter la quantité de biocarburant subventionnée à grands frais tant du côté de la production agricole par des subventions que du côté de la consommation par des dégrèvements fiscaux.

Si l’on prend aujourd’hui la décision de beaucoup diminuer les émissions de gaz carbonique, on sait que l’on aura besoin de produire du biocarburant. Cela ne veut pas dire qu’il faille augmenter la production dès maintenant, bien au contraire. Cela veut dire qu’il faut dès maintenant se préparer pour pouvoir en produire et en consommer beaucoup sans peser sur le budget de l’Etat.

Voici une séquence possible :

Dans l’immédiat :

pousser au maximum la recherche industrielle pour mettre au point des techniques de production qui utilisent le maximum de carbone organique (gazéification, hydrolyse biologique puis apport de chaleur extérieure puis d’hydrogène)

pousser la recherche et les essais de culture de plantes qui produisent le maximum de carbone organique et développer sans tarder ces cultures

utiliser cette biomasse dans les réseaux de chaleur

ne pas augmenter la production de biocarburant avec les techniques actuelles - car il y a beaucoup mieux à faire

donc : utiliser les moyens budgétaires consacrés à la biomasse à développer l’usage thermique de ces variétés très productives de biomasse

engager une hausse progressive, continue et régulière du prix du carburant pour atteindre d’ici une trentaine d’années un prix suffisant pour payer le coût complet du biocarburant (y compris les taxes sur le carburant) - voir ici une variante qui combine fiscalité et réglementation.

Note : l’alinéa précédent a été écrit avant la hausse de 2005 : la hausse des prix est engagée, certes, beaucoup plus rapidement que ce que prévoit le scénario (1 cme d’€ par litre et par an). Mais, même un niveau de prix du pétrole à 65 $/bl ne suffit pas à financer du biocarburant.

Dans les années à venir

Dès que les nouvelles techniques seront industriellement au point, même sans apport de chaleur extérieure créer des usines de production de biocarburant

continuer de développer les cultures très productives de carbone organique et en utiliser le produit pour faire du biocarburant

augmenter - ou laisser le marché augmenter - le prix du carburant de la façon la plus progressive possible

régler la production de biocarburant en fonction des moyens budgétaires disponibles tant que le prix n’aura pas atteint le niveau qui permet de payer complètement les coûts de production

ultérieurement, apporter de la chaleur "sans carbone" puis de l’hydrogène pour augmenter la production de biocarburant par hectare de culture.

Il n’est pas pertinent de fixer a priori un taux de croissance de la consommation de biocarburant

Ce processus montre que la consommation de biocarburant ne doit pas avoir un taux de croissance régulier. Par contre il serait efficace de rechercher une croissance régulière des surfaces cultivées pour les usages énergétiques. Construire aujourd’hui des usines de biocarburant sur des techniques qui seront dépassées dans quelques années demande que l’on y consacre des moyens financiers (sous forme de réductions de TIPP ou d’une autre façon) alors que les mêmes moyens seraient beaucoup mieux employés à développer l’usage de la biomasse comme chaleur, notamment par le financement de réseaux de chaleur . Voir ci-dessous une méthode possible.

Redisons qu’il faut aussi financer dès maintenant la recherche industrielle et agronomique et s’engager dans une croissance régulière du prix à la consommation finale du carburant..

voir la feuille sur la fiscalité de l’énergie

Une variante qui combine réglementation et fiscalité : utiliser les instruments fiscaux pour développer l’usage de la biomasse comme source de chaleur

Il pourrait être commode de faire obligation à tout fournisseur de carburant d’incorporer une quantité minimum de biocarburant et de le laisser libre du type de biocarburant qu’il utilisera. Alors, le prix du carburant sera ajusté pour couvrir les dépenses : il sera égal non pas au coût de production de biocarburant mais au coût moyen du carburant, d’origine pétrolière et organique. Mais, si ce minimum augmente régulièrement, cette méthode ne conduit pas à suivre le chemin optimum que nous proposons : dans un premier temps recherche et augmentation des usages thermiques de la biomasse, puis rapide augmentation de la production et de l’utilisation de biocarburant.

C’est pourquoi il serait recommandé de laisser aux fournisseurs de carburant la possibilité de répondre à leur obligation en rendant possible l’utilisation supplémentaire de matière organique non pas pour faire du biocarburant mais pour faire de la chaleur . Pour donner de la souplesse, il est possible d’envisager l’utilisation d’instruments de marché : des certificats négociables que les fournisseurs pourront acheter à des opérateurs qui vendront de la biomasse de chaleur dans des conditions à préciser. Pour un même montant financier, l’efficacité du point de vue des émissions de gaz carbonique sera quatre à cinq fois supérieure à l’usage de la biomasse comme biocarburant !