De nos jours, l’environnement et sa préservation sont au cœur de nos préoccupations. Les émissions de gaz à effet de serre constituent une des questions les plus préoccupantes.

Le dioxyde de carbone est le gaz effet de serre dont la concentration est la plus impactée par l’activité humaine. Environ la moitié du dioxyde de carbone, émit à partir d’énergies fossiles, reste dans l’atmosphère. Quant à l’autre moitié, elle est absorbée par des terres naturelles ou des réservoirs océaniques.

L’un des secteurs dégageant une partie considérable du CO2 est celui des transports. En France, en 2016, Les moyens de locomotions étaient responsables de 25% des émissions nationales de CO2. On peut également voir sur le graphique si dessous, que la réparation en émissions de CO2 des transports est très inégale. En effet, ce sont les véhicules particuliers qui relâchent le plus de dioxyde de carbone. Il serait donc une intéressant de trouver une alternative aux énergies fossiles afin de réduire les émissions de CO2 dans l’atmosphère.

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Approche historique des substituts aux carburants fossiles

Avant d’aborder les alternatives au pétrole, il est judicieux de s’intéresser à l’historique de la problématique de remplacement des carburants. L’histoire du problème écologique et du pétrole étant fortement liés, intéressons-nous à ce dernier.

Cette partie n’a pas pour but de refaire toute l’historique de l’utilisation du pétrole.  Nous allons nous intéresser aux quelques moments phares et surtout à sa consommation dans les transports et à son impact.

Connu depuis plusieurs siècles, le pétrole ne sera sous le feu des projecteurs qu’à partir des années 1852 avec notamment l’invention du pétrole lampant, un combustible peu onéreux et de bonne qualité pour l’éclairage, par Abraham Gessner. En 1859, est apparue l’invention du moteur à explosion en utilisant d’abord du gaz d’éclairage pour ensuite passer au pétrole.

Les premiers puits et raffineries sont ainsi créées avec l’émergence du mastodonte de l’époque : « la Standard Oil » s’assurant plus de 90% du marché de l’époque. C’est le début de la ruée vers l’or noir.

Malgré ce soudain engouement, l’usage du pétrole restera assez modeste jusqu’à son explosion lors du début du XXè siècle comme on peut le constater sur le graphique ci-dessous. Cette explosion est grandement causée par les progrès dans le domaine de la chimie, particulièrement dans le domaine de la pétrochimie et du développement du marché de l’automobile et de celui du moteur à explosion.

Chaque année, à cause de l’augmentation de la production mondiale de pétrole, nous devenons de plus en plus dépendants au pétrole. Il s’agit d’un problème majeur, car les ressources en pétrole sont limitées. Dès qu’un gisement fini d’être exploité, il est impératif d’en trouver une autre assez rapidement.

Le peak oil, une théorie développée par King Hubbert

Dès 1956, un géologue américain, M. King Hubbert, a présenté à l’American Petroleum Institute un document de réflexion sur les résultats possibles de la croissance exponentielle et constante de l’utilisation des combustibles fossiles.

Hubbert a noté que le taux de consommation de ces combustibles était plus élevé que le taux auquel de nouvelles réserves étaient découvertes. En raison de ce déséquilibre, Hubbert a prédit que la production de pétrole brut culminerait dans les années 1970, puis chuterait radicalement au cours des années suivantes. Compte tenu de la prédiction symétrique du pic, cela signifierait qu’environ la moitié des réserves pétrolières des États-Unis ont été épuisées en 1970. Cette courbe est connue sous l’appellation de Pic de Hubbert.

Les faits ont dans un premier temps donné raison à Hubbert. En effet, la production américaine a culminé début des 70’s et par la suite la chute de la production a été relativement forte. Les États-Unis sont devenus un important importateur de pétrole.

Grâce aux progrès technologiques, la production de pétrole des USA n’a plus suivi la courbe de Hubbert car elle est repartie à la hausse. Les progrès technologiques ont rendu possible l’extraction de pétrole de ressources non conventionnelles (gaz de schistes, schistes bitumeux).

La fluctuation des prix du pétrole

L’exploitation de ces nappes de pétrole peut être très incertaine durant de courtes périodes. Les valeurs boursières du pétrole pourront donc aussi varier à leur tour.

L’économie mondiale est donc fortement dépendante de l’exploitation du pétrole. Comme on peut voir sur le graphique si dessous, les prix par baril deviennent de plus en plus instables. Il serait donc judicieux de trouver une alternative à cette énergie fossile.

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L’histoire des Biocarburants

Après avoir parlé de l’histoire du pétrole et des questions que son utilisation engendre, il est intéressant de connaître aussi l’histoire d’une des solutions envisagées à cette problématique, les biocarburants.

Nous pourrions penser que la technologie des biocarburants est assez récente puisque cette solution n’est devenue populaire que récemment. En réalité cette technologie est connue depuis plusieurs siècles.

Déjà en 1876, lors de l’invention du moteur à combustion interne, celui-ci avait été conçu pour fonctionner avec de l’éthanol. En 18979, Rudolf Diesel, inventeur diesel, faisait tourner ses machines en se basant sur des huiles d’arachide.

Comme vu dans l’approche historique du pétrole, l’exploitation de cette énergie fossile n’était pas encore très développée vers la fin 19ème/début 20ème. Ainsi de nombreux moteurs fonctionnaient aux biocarburants.

Ensuite, les moteurs sont passés progressivement aux dérivés du pétrole. Il existe cependant quelques exceptions. Durant les deux guerres mondiales, les gazogènes sont apparus pour parer aux pénuries de pétrole. Après la seconde guerre mondiale, le pétrole étant bon marché, celui-ci reprit alors la place de leader comme carburant pour les automobiles. Ensuite, lors des chocs pétroliers de 1973 et 1979, l’intérêt pour les biocarburants est remis

à la hausse. Mais cet intérêt grandissant s’estompe vite avec la chute des prix pétroliers dès le début des années 80. Cette diminution des prix va alors grandement affecter les recherches dans le domaine des biocarburants.

Les biocarburants vont finalement reprendre de l’importance dans les années 2000. Ce regain d’intérêt est dû non seulement due à une nouvelle hausse des prix du pétrole, mais aussi à une surproduction agricole.

Pourquoi réduire l’émission des GES ?

Pour terminer cette introduction, il est intéressant de se demander pourquoi les Gaz à effets de Serre sont une problématique.

  • Premièrement, comme nous avons pu l’énoncer plus tôt, ces gaz contribuent au réchauffement climatique. Le réchauffement est lui-même à l’origine de multiples catastrophes climatiques, mettant en danger les écosystèmes et toute la biodiversité.
  • Deuxièmement, en plus de ces raisons évoquées, le réchauffement climatique est un gouffre financier. On estime les dégâts directs causés à 23 milliards d’euros par an rien qu’en Union Européenne.
  • Troisièmement, en plus d’être dangereux pour le climat, les gaz à effets de serre et autre gaz émis par nos automobiles sont aussi dangereux pour notre santé. On estime à 4 millions par an les décès causés par la pollution de l’air notamment due au transport automobile. De plus, les coûts externes des impacts sanitaires à eux seuls sont évalués entre 300 et 940 milliards d’euros par an, c’est-à-dire entre 3 et 9% du PIB annuel de L’UE

Pourquoi choisir les biocarburants et pas une autre énergie ?

Les énergies fossiles

De nos jours, les trois énergies les plus utilisées sont le charbon, le pétrole et le gaz. Ces sources sont des énergies carbones. Ce type d’énergies a pour avantage de pouvoir être stocké facilement en attendant son utilisation. Le désavantage de ces énergies est qu’elles rejettent une quantité considérable de CO2 dans l’atmosphère et que leur durée de formation est de plusieurs millions d’années.

Le nucléaire

L’énergie nucléaire ne dépend pas des facteurs météorologiques et sa production est moins restreinte géographiquement, sauf en cas de dangerosité sismique. Cependant après la fission nucléaire, il reste de nombreux déchets nucléaires qui mettent plusieurs milliers d’années avant de se décomposer.

Les énergies renouvelables

Les autres énergies telles que l’énergie solaire, l’énergie éolienne, l’énergie hydraulique, … dites renouvelables sont difficilement stockables.

L’énergie solaire et l’énergie éolienne dépendent de diverses conditions telles que le relief, les, l’orientation, les vents et l’ensoleillement. L’énergie hydraulique est prometteuse dans le sens où elle ne dépend pas des conditions météorologiques, mais elle ne peut être produite qu’à des endroits géographiquement bien déterminés.

L’hydrogène peut être une alternative à l’essence, au gazole et aux biocarburants pour le secteur automobile. L’hydrogène peut être utilisé dans les moteurs à combustion interne ou dans les piles à combustible.

Que sont les biocarburants ?

Un type d’énergie qui semble adéquat serait donc une énergie de biomasse qui rejetterait moins de CO2 dans l’atmosphère et mettrait également moins de temps à se renouveler. Les biocarburants cumulent ce double avantage.

Les biocarburants sont dérivés de la biomasse, nom donné à la matière organique d’un écosystème ou d’une population végétale ou animale. Les biocarburants sont considérés comme des énergies renouvelables car les plantes et les animaux ont la capacité se reproduire continuellement.

En général, les biocarburants sont considérés comme respectueux du climat, même lorsqu’ils sont basés sur une analyse du cycle de vie.

Les plantes

Grâce à la photosynthèse, les plantes transforment l’énergie solaire qu’elles reçoivent en biomasse.

Les animaux

Les animaux qu’ils soient carnivores ou herbivores, produisent de l’énergie en mangeant de la matière organique.

Les types de carburants issus de la biomasse

L’alcool : éthanol et méthanol

L’utilisation de l’éthanol dans l’essence a un potentiel énorme de réduction nette des niveaux de CO2 dans l’atmosphère. Le CO2 est libéré dans l’atmosphère lorsque l’éthanol (comme les autres carburants) est brûlé dans un moteur et est également recyclé en tissus organiques pendant la croissance des plantes.

Le biodiesel

Dans le cas spécifique du biodiesel, la viscosité est proche de celle du diesel minéral. Ces esters d’huile végétale contiennent de 10 à 11 % d’oxygène en poids, ce qui peut encourager une combustion supérieure à celle du diesel à base d’hydrocarbures dans un moteur.

Le biodiesel peut former des mélanges avec le diesel dans n’importe quel rapport, et pourrait donc remplacer partiellement, voire totalement, le diesel dans les moteurs à combustion qui pourrait apporter un certain nombre d’avantages environnementaux, économiques et sociaux.

Toutefois, le biodiesel peut être produit à partir de différents types de matières premières, ce qui peut avoir une influence directe sur la composition finale du biocarburant et donc sur les émissions de polluants.

Leur production peut être issue de matières d’origine animale comme de la graisse ou végétale comme de l’huile ou du sucre.

Toutes les matières issues de la biomasse peuvent être converties en énergie par des procédés thermochimiques et biologiques. La gazéification de la biomasse attire les structures chimiques réactives et forme des structures chimiques stables.

L’échec de la première génération de biocarburants

Au début des années 2000, les prix du pétrole sont à la hausse.  Les problèmes environnementaux deviennent de plus en plus préoccupants, c’est alors que l’industrialisation des biocarburants de première génération se développe.

Afin de ne plus revivre un troisième choc pétrolier, les agro-carburants se voient vite industrialisés afin de compenser la hausse des prix du pétrole. Malheureusement, dans le but de maximiser les profits, des champs qui étaient, à la base, destinés à l’alimentaire, sont transformés au profit de culture de végétaux destinés au marché des biocarburants. Cette reconversion a engendré, en 2007, une montée en flèche des prix de l’alimentaire.

Des émeutes ont éclaté dans divers pays car les populations ne pouvaient plus acheter leur alimentation de base. En effet, les biocarburants étaient produits à partir de végétaux constituants des produits alimentaires de première nécessité dans des pays relativement pauvres.

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Les cultures d’agro-carburants ont eu deux conséquences majeures :

  1. Un problème environnemental car la demande en terres cultivables a considérablement augmenté. Cette nécessité engendrera donc de nombreuses déforestations et la destruction de nombreux habitats naturel de la faune. L’impact environnemental est presque aussi important que de rouler avec un carburant fossile.
  2. Un inconvénient économique car à cause du lien entre l’alimentation et les agros carburants, ces deux produits vont mutuellement s’influencer et être corrélés en bourse. Cela veut dire que lorsque l’un de ceux-ci voit sa valeur boursière augmenter, l’autre la verra aussi.

Cette hausse de prix a causé de nombreuses famines à travers le monde.  Les populations de pays moins développés n’avaient plus les moyens de se procurer de la nourriture.

Alors que les biocarburants avaient pour but de stabiliser les prix du pétrole, les biocarburants ont principalement causé la hausse des prix de l’alimentaire.

Amélioration de la deuxième génération par rapport à la première

La deuxième génération de biocarburants présente de nombreux avantages. En plus d’avoir les atouts de la première génération, celle-ci se perfectionne en résolvant de nombreux inconvénients de la première génération.

Principale amélioration des biocarburants

L’un des plus gros changements positifs des biocarburants de deuxième génération est la dissociation entre les cultures alimentaires et énergétiques.

En effet, la première génération de biocarburants trouve principalement sa source dans les huiles ainsi que dans d’autres aliments tels que le maïs et la canne à sucre.

La raison pour laquelle les biocarburants ont provoqué l’augmentation des prix du pétrole, est que le bilan énergétique n’était pas suffisamment rentable. En effet, le carburant utilisé pour cultiver des agro-carburants coûte presque autant que celui pour le produire. Le bilan énergétique était donc quasiment nul.

La deuxième amélioration des biocarburants

Le bilan énergétique de la deuxième génération a également été grandement accru.

Pour la première génération, seules les graines étaient utilisées pour produire le carburant. La nouvelle génération utilise tous les déchets issus de l’agriculture telles que la paille, la bagasse, la tige, …

Le bilan énergétique des biocarburants peut être calculé de deux manières différentes :

  • La première méthode de calcul ne prendra en compte que le carburant consommé par les machines ayant contribué à sa récolte.

La seconde tiendra aussi compte du carburant nécessaire à la fabrication de ces machines.

Mais comme dans la deuxième génération, on valorise une part plus importante de la plante, le bilan énergétique ne peut qu’être accru par rapport à la première.

Biocarburant de deuxième génération

Après l’échec de la première génération, la génération suivante devait relever un énorme défi. Pour créer cette nouvelle génération de biocarburants, trois contraintes ont été prises en compte :

  1. Les ressources exploitées devaient produire un maximum de biomasse, afin de rentabiliser au mieux les espaces dédiés à ces ressources et d’être rentable aussi bien économiquement qu’écologiquement.
  2. La biomasse récoltée doit être transformable. La biomasse doit être de qualité et adaptée afin de pouvoir être convertie en biocarburant.
  3. L’impact environnemental ne doit pas être négatif.

A la lumière de ces critères, les déchets agricoles et forestiers répondent à ces caractéristiques.

Ces déchets de l’agriculture et des forêts se renouvellent annuellement. Il est également possible de transformer leur biomasse en biocarburant, bien que plus couteux que ceux de la première génération. Les industries de deuxième génération demandent un capital 10 fois plus important que celles de première génération. Ce qui représente 50 millions d’euros d’investissement.

Les deuxièmes ressources sont les cultures dédiées. Les champs de miscanthus en sont un bon exemple. Ces plantes, appelées communément herbes à éléphants, contiennent des sucres complexes qui pourront être transformés en bioéthanol.

L’avantage de ces plantes est, qu’en plus de ne pas participer à l’agriculture alimentaire, l’intégralité de la plante va pouvoir être transformée en biocarburant. Ces plantes peuvent être cultivées sur des parcelles plus ingrates non destinées à l’alimentaire. Le coût de production est d’ailleurs très faible du fait de sa facilité de culture.

La culture du Miscanthus présente d’ailleurs d’autres avantages comme par exemple la protection des sols (érosion) et d’épuration des eaux de ruissellement agricoles (nitrates).

Création du biocarburant de deuxième génération

La biomasse des biocarburants de deuxième génération est trouvée dans les résidus agricoles et dans les cultures dédiées à croissance rapide. Cependant ces deux sources ont des types de transformation différents pour arriver à deux produits distincts :

  • Les résidus agricoles et forestiers passent par un procédé de gazéification pour ensuite devenir un mélange de gazole ou de kérosène.
  • Alors que les cultures dédiées sont traitées par voie biochimique pour se convertir en mélange à l’essence.

Schéma montrant les différentes étapes de transformation de la biomasse en biocarburant.

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Source https://www.ifpenergiesnouvelles.fr

La filière thermochimique

L’un des modes de production des biocarburants 2G est la voie thermochimique. Celle-ci permet de transformer la biomasse en bio gazole et en bio kérosène. Le principe de cette voie consiste à générer un mélange gazeux à partir duquel seront produits des hydrocarbures de synthèse. Ce mélange peut être atteint grâce à un traitement thermique de la biomasse qui est fait à partir de résidus agricoles et forestiers.

Ce procédé peut être divisé en quatre étapes : séchage, pyrolyse, combustion et réduction.

  1. La première phase est la période de séchage. Cette étape consiste à faire sécher les résidus à l’air libre durant une période de six mois.
  2. La deuxième phase est la pyrolyse. La pyrolyse est la décomposition thermique de matières organiques en l’absence d’oxygène ou en atmosphère pauvre en oxygène. Elle permet d’obtenir un solide carboné (coke), une huile (goudron) et un gaz (mélange H2, CH4, CO, CO2…). Dans cette phase la biomasse subit une étape de prétraitement à des températures entre 500 et 700°C.
  3. La phase suivante est la combustion. Durant celle-ci, la biomasse transformée est introduite dans un gazéifieur, sous la forme d’un mélange liquide ou gaz + solide. Au sein du gazéifieur, la biomasse, qui est en présence d’eau, se se gazéifie entièrement à cause des températures allant jusqu’à 1400°C. Cette étape permet également d’éliminer les goudrons gazeux.
  4. La quatrième phase est la gazéification ou réduction. Cette étape a pour but d’obtenir un gaz combustible riche en monoxyde de carbone (CO) et de dihydrogène (H2). Ce gaz, appelé « gaz de synthèse », est obtenu après des réactions thermochimiques complexes. Ces réactions convertissent le carbone mélangé avec de la vapeur d’eau pour former le gaz attendu.

Schéma montrant les quatre étapes thermochimiques pour former du gaz de synthèse.

gaz-synthese
Source https://dipot.ulb.ac.be/dspace/bitstream/2013/53940/1/RePEc_sol_wpaper_07-032.pdf

Ce gaz de synthèse doit être d’une grande pureté et avoir une bonne composition pour pouvoir être transformé en carburant liquide. Ce gaz va, à son tour, passer deux étapes :

  • La purification est l’objet de la première étape. Elle consiste notamment en des procédés de lavage à base de solvants chimiques et de catalyseurs.
  • La seconde étape est la conversion finale par procédés de synthèse également appelé : « Fischer-Tropsch ». Cette opération converti le gaz de synthèse purifié en un mélange liquide d’hydrocarbures.

L’ensemble de ce procédé permet la production d’un bio-gazole et d’un bio-kérosène de haute qualité environnementale. On constate notamment une réduction importante des émissions de CO2.

Voie biochimique

L’autre mode de production des biocarburants de deuxième génération est la voie biochimique. Cette filière permet de transformer la biomasse en éthanol de même nature que le celui de la première génération, lui-même créé à base de plantes sucrières ou céréalières. Cette voie consiste à produire de l’éthanol par fermentation de sucre. Contrairement à la première génération, la source végétale ne fournit donc pas directement un sucre exploitable.

Cette voie s’effectue en 4 étapes majeures : le prétraitement, l’hydrolyse, la fermentation et la valorisation.

voie-biochimique
source http://cerig.pagora.grenoble-inp.fr/memoire/2008/biocarburant.htm?fbclid=IwAR2xYbZj5GseMciqftzOMNM8j1eLDBwcnKB8-TrcQbPydmF66MuRutzM6S0

Cette première étape consiste à séparer les constituants de la biomasse ligno-cellulosique. Nous retrouvons ainsi une partie liquide, de la lignine solubilisée, et une partie solide contenant de la cellulose en plus de quelques résidus. Il existe pour ce faire plusieurs technologies dépendant du choix du substrat mais aussi de son impact énergétique et monétaire sur les étapes à venir.

Ainsi il existe des prétraitements mécaniques, physico-chimique et chimique.

  1. L’hydrolyse :

Cette deuxième étape consiste à convertir les molécules de cellulose en glucose et du glucose en éthanol.

(C6H10O5) n + nH2O à n C6H12O6

Néanmoins l’hydrolyse de la cellulose en glucose est une opération difficile, ainsi elle doit être catalysée soit par des acides ou soit par des enzymes.

Il y a encore plusieurs méthodes possibles : l’hydrolyse à l’acide dilué, à l’acide concentré qui est le plus rentable (plus de 95% de cellulose transformée) et l’hydrolyse enzymatique qui est la plus prometteuse. Elle a l’avantage de générer peu de résidus à traiter et possède des conditions réactionnelles plus favorables (40 à 50 degrés). Cela permet d’éviter les problèmes de corrosion. Même si elle est plus rentable économiquement sur le long terme, l’hydrolyse enzymatique nécessite le développement d’enzymes spécifiques, les cellulases. Et le coût de la production de cellulase par culture de bactéries ou de champignons cellulolytiques reste assez élevé.

  1. La fermentation :

Cette troisième étape consiste à faire fermenter le glucose en éthanol. Bien que la réaction classique (C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2) soit connue et exploitée depuis des siècles, l’utilisation d’un substrat à base ligno-cellulosique implique certaines difficultés. Ces difficultés sont rencontrées lors de l’hydrolyse et du prétraitement de composés toxiques. Ceux-ci sont inhibiteurs de la fermentation qui baisse le rendement de la réaction.

  1. La valorisation :

Bien que ne faisant pas partie intégrante de la production même du biocarburant, cette étape est très importante d’un point de vue rendement. Lors de celle-ci, la lignine, qui ne peut être transformée en éthanol, est récupérée et valorisée énergétiquement par combustion ou gazéification. L’énergie qui est produite permet de subvenir aux besoins énergétiques de l’installation et de devenir autosuffisante au niveau énergétique. Avec certaines matières premières riches en lignine tel que le bois, il est possible d’avoir un excédent énergétique qui pourra être utilisé localement.

Bien que le bilan énergétique soit favorable, il reste très couteux et présente un problème d’optimisation. Le handicap, avec cette technique biochimique, est la diversité faramineuse de techniques employées pour les différents substrats comme le montre la figure ci-dessous qui rassemble seulement les principaux étudiés.

Tableau montrant les différentes méthodes de création de biocarburants par voie biochimique.

carburant-voie-biochimique
Source https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/archives-th12/archives-innovations-technologiques-tiaint/archive-1/biocarburants-de-seconde-generation-re110/voie-biochimique-ethanol-cellulosique-re110niv10002.html

Problèmes de la deuxième génération

Bien que les biocarburants de deuxième génération présentent de nombreuses améliorations par rapport à la première génération, celle-ci possède tout de même plusieurs inconvénients.

Cette génération de biocarburants en engendré ces problèmes majeurs :

Le problème environnemental

Bien que la deuxième génération représente une grande avancée au niveau environnemental et économique par rapport à la première, elle présente néanmoins un inconvénient pour la fertilité des sols agricoles.

En effet, la deuxième génération trouve en grande partie sa biomasse dans les déchets agricoles comme par exemple la paille.  Cependant, ces déchets participent à la vie microbienne des sols et les monopoliser pour fabriquer du biocarburant va entrainer un appauvrissement des sols.

Le problème de logistique et de viabilité

La deuxième génération trouve sa biomasse dans des endroits très diversifiés tel que des forêts, des champs, … Pour acheminer cette biomasse vers les unités industrielles, de manière régulière et en grande quantité, cela pose un problème de logistique et de viabilité.

Les surfaces industrielles devront être suffisamment grandes pour pouvoir stoker une grande quantité de biomasse avant que celle-ci soit traitée. La biomasse nécessite une assez longue période avant de pouvoir être traitée.

Il faut savoir qu’une grande partie des forêts dans des pays tels que la Belgique ou la France sont patrimoniales et très morcelées. Les propriétaires de ces parcelles n’ont peut-être pas comme idée de les valoriser de cette manière. Le rendement en biocarburant est faible, les forestiers préférèrent d’autres usages de leur bois.

La troisième génération de biocarburants

Principe de la troisième génération

La troisième génération utilise des micro-organismes photosynthétiques (organisme unicellulaire) qui sont capables, comme les végétaux, de produire de la matière organique grâce à la lumière.

Il faut savoir que les végétaux élaborent une grosse partie de la masse sous forme de polymères extrêmement complexes. Briser ces polymères pour ensuite pouvoir en faire du biocarburant coûte une énergie considérable.

L’hypothèse derrière ces micro-organismes serait de directement leur faire synthétiser les composés voulus. Ces composés peuvent être :

  • De l’hydrogène qui est une molécule qui est utilisée dans les piles à combustible dans les transports
  • Des lipides qui pourront être transformés, comme dans le cas de la première génération, par Trans estérification en bio diesel.

Les micro-algues et les cyanobactéries sont des organismes qui sont extrêmement présents sur la planète. Il y a une très forte diversité et beaucoup d’espèces ont été recensées. Ces micro-algues se retrouvent en présence d’eau.

La figure 11, ci-dessous, montre l’intensité de la fluorescence de la chlorophylle, ce qui donne un aperçu de la quantité de biomasse présente dans les océans.

On remarque que certaines zones sont extrêmement riches par rapport à d’autres. On constate aussi que ce n’est pas dans les zones les plus chaudes qu’il y a la plus grande quantité de biomasse.

Les zones les plus occupées sont celles ayant le plus grand nombre de nutriments tels que des éléments minéraux, de l’azote et du phosphore. Ces éléments contribuent à la croissance de ces algues.

Les lieux de plus grande densité sont donc les zones côtières, à cause de la pollution, et les zones où les courants sont ascensionnels car ceux-ci contiennent une eau plus riche en matière organique.

Photo satellitaire montrant la densité de fluorescence de la chlorophylle. Ce qui donne un aperçu de la concentration de biomasse dans les océans.

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Source https://earthobservatory.nasa.gov/images/6735/a-world-of-chlorophyll,27

Création du biocarburant de troisième génération

Il existe deux manières de cultiver ces micro-algues :

  • De manière extensive : les micro-algues sont dans des microréacteurs dans lesquels elles peuvent croitre facilement. On peut aisément régler les paramètres physico-chimiques.
  • De manière intensive : les micro-algues croissent dans des bassins extérieurs. De manière naturelle.

Durant leur culture, les micro-algues seront placées, de manière idéale, dans des endroits lumineux et à proximité d’une usine afin de capter un maximum de CO2. Cette méthode permet de réduire les émissions de CO2.

Après avoir reçu de la lumière et du CO2, les algues formeront des acides gras. Ces acides gras, après avoir été filtrés en enlevant l’eau et les omégas 3, deviendront de la biomasse.

Les possibilités des biocarburants de troisième génération

En plus de pouvoir être transformé en biocarburant, les micro-algues présentent de nombreux avantages durant leur période de vie.

  • Ces organismes unicellulaires consomment le dioxyde de carbone pour le transformer en dioxygène.
  • Les molécules produites par ces algues sont également très intéressantes. Ces molécules des protéines, des glucides, des lipides et même certaines vitamines. Les micro-algues peuvent donc produire des sources de nourritures.
  • Comme vu précédemment, elles se nourrissent de certaines molécules qui sont parfois des polluants. Les micro-algues peuvent donc purifier certains types d’eau.

En voyant tous ces avantages, on se rend compte que l’algue unicellulaire pourrait être une solution prometteuse voir indispensable pour les voyages dans l’espace. En effet, ces micro-algues sont capables de :

  • renouveler l’air,
  • dépolluer l’eau,
  • produire des nutriments,
  • être transformé en biocarburant.

En plus de cela, elles ne prennent pas énormément d’espace par rapport à ce qu’elles fournissent. Ce qui est idéal pour les voyages dans l’espaces, puisque les vaisseaux spatiaux sont très restreints d’un point de vue stockage.

Les biocarburants de deuxième génération une méthode de remplacement ?

Bien que les biocarburants semblent être à première vue une solution de remplacement pour les énergies fossiles. Même si les biocarburants s’avèrent être une très grande source d’énergie viable, ceux-ci ne seront que probablement qu’une énergie d’addition et non de remplacement.

L’image est un graphique montrant la consommation moyenne en énergie par de 1860 à 2012. En 1860 les seules sources d’énergies étaient le charbon et le bois.

La quantité de charbon consommée a augmenté jusqu’aux environ de 1910 où elle s’est stabilisée.

Durant cette même décennie, une nouvelle source d’énergie a vu le jour : « le pétrole ». A son tour, la consommation de pétrole a augmenté jusqu’aux années 70 où elle s’est également stabilisée.

Parallèlement, l’utilisation du gaz et de l’hydraulique comme source d’énergie a commencé durant les années 40 et n’a cessé de croitre jusqu’aux années 70 où il se sont mis à stagner.

On se rend compte qu’à chaque découverte d’une nouvelle source d’énergie, celle-ci a eu un rôle d’addition et non de remplacement. À ce jour, aucune consommation d’un type d’énergies n’a grandement été diminuée que ce soit sur le court ou le long terme.

Notre consommation d’énergie continue d’augmenter chaque année, et cela ne semble pas vouloir changer.

Graphique montrant la consommation énergétique annuelle moyenne par habitant de 1860 à 2012.

consommation energetique annuelle
Source https://hosting.umons.ac.be/php/aspo/public_html/documents/conf/Peak_Oil_warocque2017.pdf

 

Travail réalisé dans le cadre de la première année du bachelier à la Faculté polytechnique de Mons

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