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1. Etude
théorique : les filières de production
Un biocarburant est un composé liquide ou gazeux obtenu à
partir de matières organiques végétales (ou animales) issues de la biomasse. La biomasse correspond ici à des produits
ou déchets biodégradables issus pour la plupart de l’agriculture, de la
gestion des forêts et des déchets industriels et municipaux.
Un biocarburant, au même titre qu’un
carburant, est un composé dont la combustion permet la production
d’énergie, et est donc
capable de faire fonctionner un moteur.
Il existe différents moyens de fabrication des biocarburants, à savoir :
· Les filières classiques (biocarburants de première génération):
elles utilisent comme matière première des plantes de différentes
catégories :
-
A partir d’huiles comme celles du colza et du tournesol (plantes
oléagineuses), on peut obtenir du biodiesel par
un procédé d’estérification.
- A partir du sucre contenu dans la betterave ou la
canne à sucre (plantes sucrières) ainsi que le blé, le maïs ou la pomme de
terre (plantes amylacées où le sucre est stocké sous forme d’amidon), on peut
obtenir par un procédé de fermentation du bioéthanol.
On
peut noter que la distillation d’éthanol de betterave engendre des résidus
non-alcoolisés, les vinasses, répandus en guise de fertilisant sur les
champs. Le blé donne également des vinasses, qui elles sont intégrées aux
« drèches ». Ces résidus de distillerie sont utilisés dans
l’alimentation animale car ils sont riches en protéines. Les résidus de
production sont donc optimisés.
· Les filières du futur (biocarburants de deuxième
génération) : elles utilisent de la biomasse lignocellulosique, composée essentiellement de cellulose (bois)
provenant de déchets
organiques (exemple : boues de station
d’épuration), de résidus agricoles et forestiers, et de certaines cultures
dédiées (à croissance rapide, comme l’eucalyptus et le peuplier) :
- Par un procédé thermochimique utilisant
la gazéification, on peut synthétiser des hydrocarbures.
- Par un procédé biochimique utilisant l’hydrolyse enzymatique, on peut récupérer les sucres présents dans
la biomasse et on obtient de l’éthanol par fermentation (comme dans les filières classiques).
L’utilisation
de la biomasse présente plusieurs avantages : elle recycle le CO2, elle
est renouvelable, elle est produite localement et elle présente un très fort
potentiel de croissance. De plus, elle utilise la plante entière.
Remarque :
· Le biodiesel et les hydrocarbures obtenus par les différentes
filières ne sont généralement pas utilisés purs mais sont incorporés
dans du gazole.
De même, le
bioéthanol obtenu dans les deux filières est mélangé à de l’essence.
· Les proportions en biocarburants
des carburants utilisés sur le marché varient en fonction des régions,
des pays, des législations et des politiques menées. Elles atteignent un
niveau record au Brésil, grâce à l’exploitation de la canne à sucre. Ici, le
bioéthanol peut même être utilisé pur avec des moteurs adaptés dits flex fuel. En revanche en France le pourcentage de
biocarburant mélangé aux carburants reste très faible (aux alentours de 5%
dans le gazole).
· La nature des biocarburants
utilisés dépend elle aussi des régions.
2. Etude expérimentale : la fabrication de bioéthanol
(Voir le flacon joint à
notre production finale).
NB : Des indications précises
sur notre propre expérimentation et nos calculs se trouvent en annexe, sur le
power point qui fera l’objet de notre
oral.
Nous avons choisi de fabriquer un
bioéthanol à partir de betterave fourragère (à défaut de betterave sucrière,
que nous n’avons pas pu nous procurer). C’est en effet l'un des moyens les plus
utilisés en France, et nous avons cherché à savoir de manière expérimentale
pourquoi ce type de production n’est plus considéré comme une solution
d'avenir. Ajoutons au passage que cette fabrication nous était réalisable
avec les moyens dont nous disposions.
Voici les différentes étapes
essentielles de fabrication que nous avons suivies:
· La première
étape consiste en l’extraction
du jus de la betterave. Le
plus simple est d’utiliser une centrifugeuse ménagère, qui permet
simultanément le broyage et la séparation « chair/jus » de la
betterave. C’est aussi un bon moyen pour optimiser le rendement, car il
y a plus de perte de jus si l’on commence par mixer la betterave puis que
l'on extrait le jus, par exemple à l’aide d’une centrifugeuse, ou d’un montage
type Büchner (filtration
avec pompe à vide, à l’aide d’un circuit à eau).
· Il faut
ensuite réaliser la fermentation alcoolique du
jus ainsi obtenu. Une fermentation est une réaction qui permet la transformation
de certaines substances organiques grâce à des enzymes produites par des
micro-organismes (tels que les levures).
Dans le cas de la fermentation alcoolique, du
sucre est transformé en éthanol (alcool éthylique). Pour cela on met simplement
le jus en présence de levure de bière (de boulanger ou Saccharomyces cerevisiae) selon l'équation -simplifiée- :
1 glucose --> 2
éthanol + 2 CO2.
Il
est nécessaire de laisser ce mélange fermenter dans un milieu fermé (pour les
priver d’oxygène) ; sinon, les levures réalisent un autre type de
réaction utilisant l’oxygène de l’air : la respiration. Le temps nécessaire à la fermentation totale du glucose
contenue dans le jus dépend de cette quantité, et de celle de levure ajoutée.
· Pour
finir, la dernière étape consiste en la séparation de l’alcool et du jus. Cela est permis par le procédé de la distillation. Cette opération permet la séparation de
différents constituants d’un mélange, grâce à l’évaporation. En effet, les
différents constituants d’un mélange ne s’évaporent pas à la même
température. Dans notre cas, l’alcool s’évapore en premier à une température
de 78°C
(environ). On utilise donc un montage de distillation : on chauffe le mélange
dans un ballon, on récupère les vapeurs que l’on recondense
à l’aide d’un condensateur à eau. On récupère donc du bioéthanol.
Remarque : il est possible de retrouver les résultats obtenus
expérimentalement par le calcul, si l’on réalise un dosage du glucose du jus
de la betterave. Pour retrouver toutes les étapes de notre propre
expérimentation et nos calculs, voir en annexe le diaporama sur notre
protocole (l'objet
de notre oral).
3.
Problèmes soulevés suite à notre expérimentation :
a. L’impact de la production
des biocarburants sur l’environnement : agriculture et industrie :
Le but de notre expérimentation était de se rendre compte de
l’impact environnemental de la production d’un biocarburant. Nous avons donc
réfléchis à toutes les étapes de production ayant un effet néfaste sur
l’environnement. Ces différentes étapes sont :
· Pour la culture des betteraves :
- Les
pesticides qui sont utilisés
lorsqu’il ne s’agit pas de cultures biologiques mais de cultures intensives (le
rendement étant la principale préoccupation) et polluent la nappe phréatique.
- Les
véhicules employés pour la culture et la production des betteraves (tracteurs, laboureuse,…) qui dégagent
des gaz à effet de serre (comme le CO2)
lors de leur utilisation, tout en utilisant eux-mêmes du carburant et donc de
l’énergie.
- L’irrigation, qui utilise parfois des quantités
astronomiques d’eau, surtout lorsqu’on cherche à faire ce type de cultures en
milieu sec.
- La déforestation :
en effet, dans certains pays, l’attrait que représentent les biocarburants
est si fort que des milliers d’hectares de forêt sont rasés pour faire place
à des cultures fournissant les matières premières des biocarburants.
 
Prenons pour exemple les forêts pluviales d’Indonésie,
dont 98 %
seront détruites dans une quinzaine d’années, s’accompagnant de la disparition de nombreuses espèces
sauvages (des espèces emblématiques de la faune comme l’éléphant asiatique,
le tigre de Sumatra ou l’orang-outan de Bornéo) victimes de la destruction de
leur habitat. Dans cette région du monde, les forêts sont aujourd’hui
abattues dans une ruée effrénée pour la production de l’huile de palme
(destinée à la fabrication de biocarburants).
Outre la perte d’une biodiversité très
riche propre aux forêts tropicales, on craint que la monoculture du palmier à
huile ne mène à une
catastrophe écologique : elle rendrait en effet le milieu vulnérable
à des maladies, ce qui nuirait aux populations locales qui vivent des
ressources de la forêt.
· Pour le traitement des betteraves :
- Les
transports -comme les
camions citernes-(entre les différentes usines de traitement, et jusqu’à la
pompe à essence) qui utilisent, comme les véhicules agricoles cités
précédemment, des carburants dégageant des gaz à effet de serre et des
microparticules dans l’atmosphère par leur combustion.
- Les
usines de traitement de betteraves polluent
l’atmosphère, suite à différentes opérations telles que l’extraction de jus
de betterave, qui impliquent le recours à des engins mécanisés.
- La
fermentation, une étape
principale de la fabrication du bioéthanol, dégage elle aussi du CO2.
Nous avons plus particulièrement étudié
les dégagements de CO2 (gaz
à effet de serre) pendant la fermentation durant notre expérimentation. Nous
avons pour cela réalisé un montage visant à mettre en évidence et à
quantifier ce dégagement de CO2, par son orientation dans
une colonne d’eau graduée (voir Power Point de notre orale) : 100mL de jus
fermenté dégagent 970mL de CO2. D’autre part ces résultats
expérimentaux ont pu être vérifiés par le calcul grâce à l’équation de la
fermentation alcoolique détaillés plus haut.
Remarque : L’impact de la production
des biocarburants sur l’environnement dépend avant tout de la matière
première utilisée (à partir de maïs aux Etats-Unis, de canne à sucre au
Brésil, de betterave-70 %- et de blé -30 %- en France). Ainsi le rendement
énergétique de la canne à sucre est quatre fois meilleur que celui de la
betterave : l’impact écologique sera donc moindre avec la canne à sucre
pour produire une même quantité d’énergie.
b) Le cas de conscience soulevé
par l’utilisation de terres cultivables :
On
estime que 3 milliards de personnes mourront prématurément de faim et de soif
dans le monde. La voiture du riche mangera-t-elle le grain du pauvre ?
Certes,
les terres utilisées en priorité ne sont autre que les jachères (la mise au repos des sols), réinstauré
par Bruxelles afin de réduire l’excédent alimentaire (même si cela peut
paraître paradoxale devant les problèmes de sous-alimentation dans le Tiers
monde). Paris a donc au départ promus les biocarburants pour que les
agriculteurs touchés puissent limiter leurs pertes de revenus. Le maintien de
10% de jachères industrielles par rapport aux surfaces cultivées constitue
une véritable réserve pour la production de biocarburants de première
génération.
Cependant,
la production de biocarburant à partir de produits agricoles risque de faire concurrence à
l’alimentation si son
expansion continue à cette vitesse, car ces cultures monopolisent une part
croissante des terres cultivables, les jachères ne suffisants plus à combler
les besoins. Par exemple, aux Etats-Unis, les capacités américaines de
production de biocarburant devront doubler afin d’atteindre les directives
fixées par le gouvernement (en janvier 2007, George Bush a souhaité qu’ils
représentent 15 % du carburant utilisé par les véhicules aux Etats-Unis).
Fidèle Castro en a dit : « La sinistre idée de transformer la
nourriture en carburant est donc définitivement devenue la grande orientation
économique de la politique étrangère de Washington. ». Le développement des
biocarburants ne pourra donc pas s’effectuer sans de sérieuses mesures en
aval pour maîtriser la demande.
D’autre
part, l’engouement pour le bioéthanol (dont l’enjeu représente aussi pour de
nombreux pays la volonté de réduire leur dépendance énergétique vis-à-vis de
l’étranger) s’accompagne d’une envolée des prix de l’alimentation : les
céréales sont considérées comme une valeur marchande
sur laquelle on pourrait spéculer, et les prix des produits agricoles de base
sont désormais liés à ceux du pétrole. Ainsi le prix du maïs atteint des
niveaux records, en partie en raison des stocks mondiaux qui n’ont jamais été
aussi bas depuis trente ans, mais aussi, car une part de plus en plus importante
du maïs mondial est destinée à la filière du bioéthanol.
En
outre, certaines population parmi les plus pauvres, dans les pays du tiers
monde, seront forcées de cesser leur consommation des produits à la base de
leur alimentation et de s’adapter à leur dépend. Par exemple, la racine de manioc qui est l’aliment principale de plus de
200 millions d’Africains parmi les plus pauvres du continent, intéressent
grandement les producteurs de bioéthanol en raison de sa haute teneur en
amidon. Etant donné que le prix du manioc augmente, il n’est plus à la portée
de ces personnes ; ils doivent trouver des solutions de repli, rares en
ces temps ou toutes les denrées alimentaires coutent de plus en plus cher. On
peut donc dire que les biocarburants représentent une menace pour la sécurité
alimentaire.
Enfin,
on pourrait ajouter que les exploitations visant à la fabrication de
bioéthanol ne se font pas toujours dans le respect des droits de l’Homme
(conditions de travail déplorables pour les coupeurs de canne à sucre :
salaires de misère pour un travail très dur).
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