Énergie issue de la biomasse
par Amine MOUAFIK, Solenne NEUILLY, William PUEYO et Florent TEJON
(source : Comité de Liaison Energies Renouvelables )
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La biomasse (ensemble de la matière vivante) est une véritable réserve d'énergie, stockée sous forme de matière organique renouvelée chaque journée à partir de l'énergie solaire captée grâce à la photosynthèse. Ainsi, la photosynthèse absorbe du gaz carbonique, consomme de l'eau et rejette de l'oxygène.
L'avantage est que le soleil intermittent est ici stocké dans la masse végétale. Son utilisation ne représente que 3% du bilan énergétique européen en 2005.
Par contre, cette biomasse est surnommée "houille verte" car c'est une matière à faible densité énergétique, l'eau contenue dans la biomasse représentant environ 75% de son volume frais. C'est de plus une grande consommatrice d'espace et d'eau. .

Biomasse à l'état solide = résidus agricoles + déchets urbains + bois
=> Les résidus agricoles (exemple : bagasse = restes de canne après extraction du sucre en Guadeloupe) et les déchets urbains sont brûlés dans des chaudières qui transforment de l'eau en vapeur. Cette vapeur fait tourner une turbine produisant de l'électricité utilisée pour chauffer la ville voisine. C'est la cogénération !
=> Le bois libère par combustion son énergie sous forme de chaleur et de gaz. Le bois est utilisé directement comme source de chaleur ou comme source d'électricité. Le bois crée une énergie peu coûteuse et très répandue. Le bois est un combustible qui ne participe pas au renforcement de l’effet de serre. En effet, lors de sa combustion, il rejette dans l’atmosphère la quantité de carbone que l’arbre a transformé par photosynthèse lors de sa croissance. On dit que le bois a un bilan carbone neutre. L'utilisation du bois-énergie permet de compenser le coût de l’entretien des forêts.
En 2004, le chauffage au bois a produit environ 9MTEP (million de Tonne Équivalent Pétrole), soit 3,6%.
Tant que le volume de bois prélevé ne dépasse pas l'accroissement naturel de la forêt, la ressource est préservée, on peut alors dire que le bois est une énergie renouvelable . Les énergies renouvelables (hors hydraulique) ont fourni à notre pays l'équivalent de 10millions de tonnes de pétrole, en 2004. Le bois en assure à lui seul 9millions, ce qui représente 4% de la production totale d'énergie. Ceci en fait la deuxième énergie renouvelable après l'hydraulique. Le problème est que je n'ai pas de cheminée, ni de place pour stocker le bois. En plus la fumée et le CO2 produits sont polluants.
Le bois comme source de chauffage est utilisé à toute échelle. Les cheminées avec ou sans insert et les poêles sont le plus fréquemment utilisé. On trouve aussi des chaudières à bûches pour le chauffage central, à émissions polluantes réduites et une grande autonomie (jusqu'à 12h). Alimentés par ces chaudières, des canalisations distribuent de l'eau chaude aux logements individuels et collectifs, mairies, écoles, piscines...
Pour les particuliers, il existe trois types de combustible : la bûche traditionnelle avec branchage et petit bois, le granulé de sciure avec copeaux compactés et le bois déchiqueté proprement en plaquettes. Son équivalence combustible montre que 10m3 de plaquettes ou 4m3 de granulés chauffe autant que 900 litres de fuel.

Biomasse à l'état liquide = biocarburants : (alcool, esters et huiles végétales).
L’alcool, dit " bioéthanol ", est produit par la fermentation des sucres contenus dans les plantes riches en sucre (betteraves, topinambours, canne à sucre...) ou en amidon (pomme de terre, céréales) ou encore dans les plantes ligneuses (bois, paille...). Le rendement énergétique est tout juste positif pour le bioéthanol : 1.15 lorsqu'il est produit à partir du blé, 1.65 à partir de la betterave. Ce rendement peut s'améliorer nettement si les sous-produits (paille de blé, pulpes de betteraves) sont utilisés comme combustibles par exemple dans l'unité de fabrication de l'éthanol. Au Brésil, depuis les années 70, une grande partie du parc automobile (plusieurs millions de véhicules) est alimentée avec de l'éthanol extrait de la canne à sucre.
Pour éliminer les difficultés techniques liées au stockage de l’éthanol, celui-ci est converti par une réaction chimique en un éther dérivé de l’éthanol : l’ETBE (éthyl-tertio-butyl-éther) qui est et réservé aux moteurs à essence. Les esters sont issus du mélange avec un alcool d’huile de graines oléagineuses (obtenue par pressage du colza et du tournesol) ou de betterave ou de blé. La réaction obtenue produit un esther et de la glycérine. Cet esther est nommé " diester " par contraction des mots diesel et esther.
Les huiles végétales sont obtenues par simple pression à froid et filtration de graines oléagineuses (colza, tournesol, coprah, palme, soja, arachide). Une tonne de graines de Colza fournit 0,3 tonne d’huile.
L’huile végétale brute (HVB) obtenue par pression à froid d’une tonne d’oléagineux en graines (colza ou tournesol) permet d’obtenir : 600 kg de tourteaux gras (destinés à l’alimentation du bétail) et 350 kg d’HVB (destinée au circuit alimentaire ou à un usage énergétique). Les retours d’expérience indiquent qu’il est possible de mettre 30% d’HVB dans les moteurs diesel à injection indirecte, et 5 à 10% dans des moteurs diesel à injection directe, sans modification des moteurs. Au-delà de ces valeurs, des modifications seront à apporter au système de distribution. Le bilan carbone lié à la combustion de HVB est nul, voire négatif (moins de CO2 restitué que de CO2 émis pour la fabrication de l’HVB). L’expérience montre que l’utilisation d’HVB dans un moteur diesel permet de réduire voir supprimer les émissions de particules, réduit l’émission de SO2 (l’huile ne contient pas de composés soufrés).
Pour remplacer le pétrole, l'impact des cultures nécessaires et des produits de combustion doivent faire l'objet d'études attentives.

Biomasse à l'état gazeux = biogaz :
Il contribue pour 170 000 tep au bilan énergétique national avec une progression annuelle de 15 à 20 % depuis l'an 2000.
La méthanisation est un phénomène biologique par lequel la matière organique est transformée en biogaz, composé de méthane principalement, mais aussi de gaz carbonique et de traces d'autres gaz (composés soufrés). Cette méthanisation est réalisée par fermentation bactérienne en milieu sans oxygène. Elle permet de transformer la matière organique facilement biodégradable, ce qui évite les pollutions organiques et les odeurs. C'est ce qui se passe naturellement au fond des mares vaseuses ou dans les rizières.
Industriellement, cette fermentation se fait en fermenteurs, réacteurs ou digesteurs. Ce sont des cuves recouvertes d'un couvercle sous lequel s'accumule le biogaz qu'on soutire au fur et à mesure qu'il est produit. Les proportions respectives de méthane et de CO2 dépendent de la nature des matières fermentées : boues de stations d’épuration urbaines (100 stations en France, 1/3 des boues produites) ; effluents industriels : papeteries, conserveries, caves, brasseries... (80 installations) ; déchets organiques et assimilés (quelques unités, plusieurs projets en cours) ; effluents ou sous-produits agricoles : lisiers, fumiers, déchets d’ateliers de transformation... (quelques unités, un potentiel de développement très important).
Le méthane doit être récupéré car c'est un puissant gaz à effet de serre.
Son utilisation industrielle et commerciale est solidement établie pour : l’utilisation directe en four, la production d’air chaud pour le séchage ; la production de chaleur sous forme d’eau chaude ou de vapeur ; la production d’électricité par moteur à gaz, turbine à vapeur, turbine à gaz ; la production combinée d’électricité et de chaleur par cogénération.
D’autres filières sont en émergence : gaz naturel après épuration, électricité produite par pile à combustible, froid par machine à absorption à gaz.
Le biogaz est aussi utilisable comme carburant automobile, après épuration et compression aux normes du gaz naturel : il est identique au GNV (gaz naturel pour véhicules).