tag:theconversation.com,2011:/global/topics/biocarburants-23909/articlesbiocarburants – The Conversation2021-07-25T16:39:02Ztag:theconversation.com,2011:article/1532622021-07-25T16:39:02Z2021-07-25T16:39:02ZBioplastiques, alimentaire, cosmétiques ou médicaments – les 1001 ressources des algues<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/408665/original/file-20210628-23-aay94g.JPG?ixlib=rb-1.1.0&rect=30%2C30%2C5113%2C3825&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Culture et collecte d’algues en Corée du Sud.</span> <span class="attribution"><span class="source">Philippe Potin</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span></figcaption></figure><p>Les végétaux, terrestres ou marins, captent le gaz carbonique et accumulent des réserves d’énergie sous forme d’huiles et de sucres pour assurer leur survie dans toutes les situations. La biotechnologie permet aujourd’hui d’accéder et exploiter ces réserves, dites « biomasses », pour pallier à la problématique de la diminution des réserves fossiles et leurs transformations par l’industrie chimique. Parmi ces réserves, la biomasse algale représente un potentiel largement sous-exploité dans le monde.</p>
<p>Les grandes algues marines que l’on retrouve sur nos côtes sont appelées macroalgues, par opposition aux micro-algues, invisibles à l’œil nu, qui ne sont constituées que d’une cellule. L’exploitation de ces macroalgues ne date pas d’aujourd’hui. Les premières consommations d’algues datent de près de 17 000 ans, <a href="https://www.researchgate.net/publication/5383160_Monte_Verde_Seaweed_Food_Medicine_and_the_Peopling_of_South_America">selon des fouilles archéologiques</a>.</p>
<p>Les macroalgues sont cultivées en Asie et sont plutôt collectées en Europe, plus particulièrement en Bretagne, Irlande et Norvège. Depuis le début du XX<sup>e</sup> siècle et l’ère de l’industrialisation, des grands groupes, comme Cargill Food Ingredients, Dupont/Danisco ou CP Kelco, relayés aujourd’hui par des PME, mettent en place l’extraction des fibres d’algues, les polysaccharides. Ces grosses molécules sont les gélifiants des macroalgues, et sont à la base de nombreux ingrédients texturants, aussi appelés hydro-colloïdes, et utilisés dans l’industrie agroalimentaire. Ainsi, nos yaourts, flans et dentifrices, ainsi que de centaines d’autres produits contiennent des sels d’alginate (E401-405) ou des carraghénanes (E407), qui créent ou améliorent leur consistance. Dans ces procédés d’extraction chimique, seuls 30 à 40 % de la masse sèche de l’algue sont extraits et utilisés, le reste est très peu valorisé ou part à la poubelle.</p>
<h2>Des points communs avec les composants de la peau et des muqueuses</h2>
<p>Brune, rouge ou verte, les fibres présentes dans ces différentes familles de macroalgues, avec des compositions et structures chimiques originales et très variées, présentent bien d’autres vertus que leur caractère gélifiant.</p>
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<span class="caption">Culture de Saccharina latissima, ou kombu royal.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Philippe Potin</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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<p>C’est leur caractéristique d’être hautement <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Sulfate">sulfatées</a> qui les rend particulièrement intéressantes, car elles ont ce point commun avec les composantes glucidiques des animaux, par exemple ceux trouvés dans les muqueuses ou dans la peau. Les groupements sulfates sur les polysaccharides leur confèrent une résistance à des environnements riches en sels, et leur permettent de mieux capter et retenir de l’eau et des ions.</p>
<p>Cette propriété est évidemment recherchée en cosmétique. Mais les molécules sulfatées jouent également un rôle clé dans de nombreux processus de défense (l’attaque par un pathogène) ou de signalisation (donner le « mot d’ordre » de communication de cellule à cellule). Ainsi, la similitude avec des molécules donnant des signaux d’alerte chez les animaux, mais également chez les plantes, fait des polysaccharides sulfatés des molécules intéressantes pour stimuler les réactions de défense. Par exemple la laminarine, polysaccharide de stockage chez les algues brunes, est commercialisée sous le nom de « Iodus 40 », utilisable en plein champ, et qui <a href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC59202/">peut remplacer</a> une partie des <a href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC527195/">traitements par des insecticides</a>.</p>
<h2>Mangez des algues pour leur valeur nutritionnelle</h2>
<p>Les algues sont extrêmement diverses : il en existe plus de 72 000 espèces, réparties dans 3 lignées différentes. Leur composition biochimique peut ainsi varier énormément d’une espèce à l’autre. Certaines algues sont très riches en protéines et ont ainsi la vertu de remplacer et apporter les protéines nutritives de viandes. Cette richesse en protéines permet potentiellement aussi la disponibilité de <a href="https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jf502420h">« peptides bioactifs »</a> – de petits morceaux de protéines pouvant être bénéfiques pour la santé animale et humaine, dû à leur activité antimicrobienne, par exemple. D’autres algues regorgent d’oligo-éléments comme le zinc, le sélénium, ou encore de vitamines essentielles, comme la vitamine B12 que l’on se procure aussi par la <a href="https://ciqual.anses.fr/">consommation de viande</a>. Toutes sont particulièrement riches en minéraux et d’autres éléments rares comme l’iode, mais aussi en fibres.</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/408663/original/file-20210628-15-1w4qulu.JPG?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/408663/original/file-20210628-15-1w4qulu.JPG?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/408663/original/file-20210628-15-1w4qulu.JPG?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/408663/original/file-20210628-15-1w4qulu.JPG?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/408663/original/file-20210628-15-1w4qulu.JPG?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/408663/original/file-20210628-15-1w4qulu.JPG?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/408663/original/file-20210628-15-1w4qulu.JPG?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Rayon de supermarché en Corée du Sud.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Philippe Potin</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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<p>Ces fibres sont en fait composées des gélifiants alimentaires mentionnés plus haut ainsi que d’autres chaînes de sucres complexes, qui composent la majorité du poids sec des algues et en particulier de leur paroi cellulaire. Seule une infime partie de ces « sucres » ou polysaccharides <a href="https://www.medecinesciences.org/fr/articles/medsci/full_html/2010/09/medsci20102610p811/medsci20102610p811.html">est réellement digérée</a>. Les algues sont donc une source intéressante de fibres alimentaires, mais aussi de <a href="https://www.mdpi.com/2076-3921/8/9/406/htm">composés prébiotiques</a>, issus de ces fibres, qui favorisent un bon équilibre du microbiote intestinal – ce que l’on appelait auparavant la « flore intestinale ».</p>
<p>Pas tellement riches en lipides, elles sont en général constituées de « bon gras », c’est-à-dire notamment des acides gras mono – et polyinsaturés, comme les fameux oméga-3 et -6, par exemple.</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/acides-gras-trans-limites-par-lue-que-se-passe-t-il-au-niveau-moleculaire-pour-quils-soient-nocifs-157791">Acides gras « trans » limités par l’UE : que se passe-t-il au niveau moléculaire pour qu’ils soient nocifs ?</a>
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<p>Les algues sont aussi des organismes photosynthétiques : comme les plantes terrestres, elles utilisent l’énergie du soleil pour leur croissance. Pour cela elles ont besoin de molécules spéciales, les pigments, dont la chlorophylle fait partie. Les algues contiennent donc de la chlorophylle, mais également d’autres types de pigments, comme la phycoérythrine que l’on trouve chez les algues rouges, ou la fucoxanthine chez les algues brunes. Ces pigments, ainsi que certains composés phénoliques, qui sont des composés algaux proches des <a href="https://www.actes-sud.fr/catalogue/les-gouts-et-les-couleurs-du-monde">tannins, comme ceux trouvés dans le vin ou le thé</a>, sont des <a href="https://www.mdpi.com/1660-3397/18/8/384/htm">antioxydants avérés</a>.</p>
<p>Les algues représentent ainsi des alternatives intéressantes pour apporter de nombreux éléments essentiels pour notre santé, sans pour autant apporter trop de sucres, en dépit de leur composition majoritairement constituée de ces derniers.</p>
<h2>Comment extraire ces molécules des algues ?</h2>
<p>Dans le domaine des macroalgues, la biotechnologie permet d’avoir accès à des molécules difficiles à extraire ou à produire. En effet, les cellules d’algues sont protégées par une paroi épaisse constituée de plusieurs types de molécules complexes, qui représentent une réserve de carbone, la biomasse.</p>
<p>Les enzymes, de petits ciseaux moléculaires que l’on peut produire par la biotechnologie permettent de <a href="https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25136767/">découper spécifiquement certains composants de la paroi des algues</a>. En effet, les microorganismes, bactéries et champignons, vivant en association avec les macroalgues en tirent leur besoin en carbone pour la génération d’énergie. Pour ce faire, ils sont équipés d’outils spécifiques, les enzymes, permettant de décomposer les chaînes de sucres complexes en briques unitaires (l’hydrolyse enzymatique), sans pour autant en détruire leur spécificité ou originalité, et qui sont facilement assimilables par les microorganismes.</p>
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<figcaption><span class="caption">Hydrolyse des glucides. Source : Dave Bélanger, Cégeps.</span></figcaption>
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<p>Appliquée à la biotechnologie, l’utilisation des mêmes outils, les enzymes, permettra d’améliorer l’extraction de certaines molécules d’intérêt, et aussi d’obtenir des fragments originaires des gros polymères, plus actifs, car plus assimilable par les organismes. Ces molécules d’intérêt seront également plus faciles à produire de manière standardisée, grâce aux « ciseaux spécifiques » que sont les enzymes, et en contraste avec le découpage hasardeux en extraction chimique, comme cela est nécessaire pour l’industrie pharmaceutique par exemple.</p>
<p>Coûteuse, car nécessitant également la production des enzymes, l’hydrolyse enzymatique présente cependant une façon proche du naturel de <a href="https://www.actu-environnement.com/ae/news/agrocarburants-biocarburants-recherche-enzyme-12515.php4">décomposer cette biomasse précieuse et riche en éléments exploitables</a>. En effet, l’hydrolyse enzymatique se fait en milieu neutre et à température ambiante. De plus, une enzyme spécifique ne dégrade qu’une composante en laissant intacte tous les autres, et ceux-ci peuvent ainsi également être valorisés, avec des étapes successives – c’est le principe de la « biorafinerie »). Enfin, l’utilisation d’une enzyme dégradant une composante peut faciliter l’extraction d’une deuxième composante de façon plus efficace ou plus rentable.</p>
<p>Ainsi, des chercheurs de l’Académie des Sciences de Chine ont récemment publié des travaux démontrant l’action de petits sucres extraits d’algues brunes, et de l’alginate en particulier, <a href="https://www.nature.com/articles/s41422-019-0216-x">sur les stades précoces de la maladie d’Alzheimer chez la souris</a>. D’après cette étude, des sucres issus des algues rééquilibrent des désordres du microbiote intestinal (dérèglement maladif, appelé <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Dysbiose">« dysbiose »</a>), ce qui a pour effet de diminuer la <a href="https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27814521/">neuroinflammation subie dans le cerveau</a> et impliquée dans le déclenchement de la maladie.</p>
<h2>Les algues regorgent de composants intéressants pour les matériaux de demain</h2>
<p>Souples et solides à la fois, les algues ont parfois un aspect qui rappelle celui du plastique. De fait, les composants de leur paroi ont bien des points communs, mécaniquement parlant, avec le plastique. À Saint-Malo, l’entreprise Algopack a conçu un matériau plastique fabriqué à 100 % à base d’algues, une première mondiale. Pour sa production, les déchets de l’industrie des algues peuvent être utilisés, ainsi que des algues cultivées localement. Mais cela fonctionne également avec la biomasse constituée par les algues prolifératives qui envahissent les côtes caraïbéennes par exemple. En fin de vie, les objets fabriqués avec ce plastique sont compostables : enfouis directement dans le jardin, ils pourront fertiliser le potager.</p>
<p>Enfin, les algues vertes comme la laitue de mer (algue appartenant au genre Ulva et à la base des marées vertes) produisent une petite molécule, l’« acide acrylique », bien connue des fabricants de plastiques, vernis, peintures et colles. À l’heure actuelle, l’acide acrylique est un dérivé de pétrole. Bien que les quantités produites par les algues soient pour le moment beaucoup trop faibles pour répondre aux besoins croissants du marché (<a href="https://www.ifpenergiesnouvelles.fr/article/cargill-ifpen-et-axens-sassocient-domaine-chimie-biosourcee#">plus de 6 millions de tonnes en 2020</a>), les techniques d’extraction pourraient s’améliorer avec l’utilisation des enzymes, et les mécanismes qu’utilise l’algue pour le produire (la <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Biosynth%C3%A8se">« biosynthèse »</a>) commencent à être décryptés. Ces avancées pourraient dans le futur ouvrir la voie à des procédés propres de synthèse de l’acide acrylique grâce à la biotechnologie.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/153262/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur organisme de recherche.</span></em></p>Les macroalgues sont une fantastique ressource, très versatile et largement sous-exploitée. D’où viennent leurs propriétés et comment les utilise-t-on ?Mirjam Czjzek, Directrice de recherche CNRS, équipe de glycobiologie marine, Station biologique de Roscoff, Sorbonne UniversitéDiane Jouanneau, Ingénieure de recherche CNRS, Station Biologique de Roscoff, Sorbonne UniversitéPhilippe Potin, Directeur de recherche CNRS, Station biologique de Roscoff, Sorbonne UniversitéLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1635092021-07-12T17:03:29Z2021-07-12T17:03:29ZCertains microbes produisent des produits chimiques utiles – voici comment les maths peuvent les aider<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/408852/original/file-20210629-22-fhr0zk.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=31%2C23%2C5145%2C3422&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Les sources chaudes de Yellowstone hébergent des microbes dont l’activité biologique génère des produits chimiques.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://unsplash.com/photos/7Azj1ufiOgA">Gary Yost, Unsplash</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span></figcaption></figure><p>L’homme exploite le pouvoir des microbes depuis des siècles, par exemple en utilisant la levure pour fabriquer du pain, de la bière, du yaourt et du vin par fermentation. Ces organismes vivants nous sont utiles, car ils effectuent des réactions chimiques dans leur vie quotidienne.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/408833/original/file-20210629-21-1sosi96.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/408833/original/file-20210629-21-1sosi96.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/408833/original/file-20210629-21-1sosi96.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=893&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/408833/original/file-20210629-21-1sosi96.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=893&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/408833/original/file-20210629-21-1sosi96.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=893&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/408833/original/file-20210629-21-1sosi96.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=1122&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/408833/original/file-20210629-21-1sosi96.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=1122&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/408833/original/file-20210629-21-1sosi96.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=1122&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Dans les sources chaudes de Yellowstone, la quantité de glycolate régit la relation entre de nombreuses bactéries sécrétant du glycolate et des bactéries incorporant du glycolate, comme <em>Synechococcus lividus</em> et les hétérotrophes filamenteux.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.nsf.gov/od/lpa/news/03/images/y_stone_microbes.jpg">Microbe Wiki</a></span>
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<p>Aujourd’hui, grâce aux microbes, nous pouvons produire de nombreux composés chimiques précieux, tels que les biocarburants (notamment le méthane et l’éthanol) et les produits médicaux (tels que les antibiotiques). Nous pouvons également utiliser des <a href="https://asm.org/Articles/2020/April/How-Microbes-Help-Us-Reclaim-Our-Wastewater">micro-organismes</a> pour recycler les eaux usées en éliminant la matière organique dissoute.</p>
<p>Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont étudié comment les humains peuvent utiliser de nouveaux systèmes biologiques, qui n’existent pas dans la nature.</p>
<p>Par exemple, une bactérie peut être génétiquement modifiée <a href="https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-micro-022620-081059">pour agir comme un « biocapteur »</a>. En présence de certains composés comme le pétrole ou des agents pathogènes, elle pourra alors <a href="https://doi.org/10.3389/fbioe.2016.00011">devenir luminescente</a>.</p>
<p>Nous pouvons également modifier des espèces pour qu’elles collaborent avec d’autres microbes, afin de développer des systèmes biologiques nouveaux, <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095816691500107X">aux capacités améliorées</a>. Ainsi, l’utilisation de consortiums microbiens (ou copopulations) est <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095816691500107X0">devenue plus courante</a>. En associant différents microbes issus de la bio-ingénierie, la nouvelle communauté peut accomplir des tâches différentes ou même dépasser celles qui sont possibles avec une seule espèce.</p>
<p>Par exemple, si l’une des deux espèces produit de l’acétate (qui est toxique) lorsqu’elle consomme du glucose pour accomplir une certaine tâche (comme la production d’un composé précieux), une deuxième espèce créée par génie biologique pour « manger » de l’acétate <a href="https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007795">pourrait être introduite pour détoxifier l’environnement</a>.</p>
<h2>Contrôler les microbes grâce aux mathématiques</h2>
<p>Ces efforts ont attiré l’attention non seulement des biologistes, mais aussi des théoriciens de l’informatique et des systèmes, ainsi que des mathématiciens.</p>
<p>En effet, des techniques numériques avancées nous aident à comprendre et à prévoir le comportement des systèmes biologiques. Il existe de nombreux <a href="https://ieeexplore.ieee.org/document/8361094">outils mathématiques</a> qui nous permettent, par exemple, d’étudier le comportement des systèmes décrits par un modèle, y compris leur stabilité et leur réaction aux influences extérieures. En procédant ainsi, il est possible d’imposer un comportement souhaité ou encore d’estimer les paramètres pertinents en temps réel pour optimiser le fonctionnement du processus biologique.</p>
<p>Les bactéries, par exemple, adorent le glucose : plus il y a de glucose dans leur environnement, plus elles se développent. Par conséquent, les scientifiques peuvent développer des algorithmes qui règlent la teneur en glucose pour ajuster la concentration ou le comportement de ces bactéries, en fonction des besoins des biologistes. Il est également possible de stimuler les microbes en utilisant la <a href="https://www.mdpi.com/2306-5354/7/4/151">lumière</a> ou des composés chimiques spécifiques.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/408841/original/file-20210629-24-c40nkx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/408841/original/file-20210629-24-c40nkx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/408841/original/file-20210629-24-c40nkx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=683&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/408841/original/file-20210629-24-c40nkx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=683&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/408841/original/file-20210629-24-c40nkx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=683&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/408841/original/file-20210629-24-c40nkx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=858&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/408841/original/file-20210629-24-c40nkx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=858&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/408841/original/file-20210629-24-c40nkx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=858&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Illustration d’un bioréacteur contrôlé par un ordinateur.</span>
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<p>Ces tâches ne sont pas aussi simples qu’il y paraît. En effet, les systèmes biologiques sont <a href="https://science.sciencemag.org/content/350/6259/386">intrinsèquement incertains</a> : de nombreux facteurs peuvent modifier le comportement de ces systèmes, et ils ne sont pas faciles à identifier. Les modèles mathématiques utilisés pour contrôler les systèmes biologiques peuvent donc être imprécis ou ne pas décrire un comportement ou une interaction entre une cellule et son environnement. Par conséquent, nous avons besoin d’algorithmes « robustes » : ils doivent fonctionner même si la réalité diffère légèrement du modèle.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/408836/original/file-20210629-20-ropk7m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/408836/original/file-20210629-20-ropk7m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=402&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/408836/original/file-20210629-20-ropk7m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=402&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/408836/original/file-20210629-20-ropk7m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=402&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/408836/original/file-20210629-20-ropk7m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=505&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/408836/original/file-20210629-20-ropk7m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=505&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/408836/original/file-20210629-20-ropk7m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=505&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Les deux digesteurs de la station d’épuration de Back River près de Baltimore, dans le Maryland. Les solides organiques arrivent dans les digesteurs et sont consommés par des microbes et transformés en méthane.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Digesters_-_Back_River_Wastewater_Treatment_Plant.jpg">Kristian Bjornard</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span>
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<p>La complexité augmente lorsqu’on contrôle une communauté avec différents types de microbes. Par exemple, ils peuvent se disputer la nourriture disponible, ce qui pourrait entraîner l’extinction d’une des espèces de microbes. Un autre exemple est le « mutualisme » – où la survie d’une espèce dépend de la survie de l’autre.</p>
<p>Les algorithmes de contrôle qui visent la régulation d’une communauté doivent donc prendre en compte ces relations complexes afin de prendre des décisions qui assureront la survie de la co-population, pour, <em>in fine</em>, améliorer le procédé envisagé par les bioingénieurs.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/163509/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Alex Reis est membre de l'équipe Valse, Inria Lille Nord - Europe, où il est doctorant dans le cadre du défi Inria COSY (<a href="https://project.inria.fr/iplcosy/">https://project.inria.fr/iplcosy/</a>).</span></em></p>Les microbes produisent des antibiotiques, des biocarburants et nettoient les eaux usées. Contrôler leur production est une affaire pluridisciplinaire.Alex dos Reis de Souza, Doctorant en automatique, InriaLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1457792020-09-22T20:51:08Z2020-09-22T20:51:08ZComment fonctionnent les voitures à hydrogène ?<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/357181/original/file-20200909-20-jc19ts.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=26%2C7%2C2494%2C1406&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Une Toyota Mirai fonctionnant à l'hydrogène, à une station de ravitaillement.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/17/Toyota_Mirai_de_la_soci%C3%A9t%C3%A9_hype_taxi_%C3%A0_une_station_hydrog%C3%A8ne.jpg">NBKF / Wikimedia</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>Vous souhaitez remiser votre moteur thermique ? Entre vélo, trottinette, voiture électrique ou hydrogène, les alternatives pour nos nouvelles mobilités ne manquent pas… même si les véhicules électriques sont encore aujourd’hui contraints par l’autonomie des batteries – distance limitée, temps de recharge important.</p>
<p>Dans cette offre grandissante de déplacements alternatifs, intéressons-nous plus spécifiquement aux technologies hydrogène. Ces dernières s’intègrent en fait dans des véhicules qui ont un moteur électrique – pas d’essence ou de diesel dans le réservoir – mais avec un rayon de déplacement et un temps de recharge similaire à ce que nous connaissons avec nos moteurs traditionnels.</p>
<h2>La propulsion à hydrogène est-elle une technologie nouvelle ?</h2>
<p>La <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Pile_%C3%A0_combustible">« pile à combustible »</a> constitue le cœur d’une voiture hydrogène ; elle permet de transformer un combustible, comme de l’hydrogène, en électricité et en eau grâce à de l’oxygène. Dans la pile, une réaction d’oxydoréduction se produit permettant de créer l’électricité. Au niveau de l’anode, la molécule d’hydrogène, au contact d’un catalyseur, se décompose et libère protons et électrons qui vont créer le courant électrique. Côté cathode, l’eau est produite grâce à l’oxygène, aux protons et aux électrons.</p>
<p>Alors que cet effet a été découvert par William Grove en 1839, il n’a que peu intéressé les constructeurs d’automobiles pendant presque deux siècles : l’hydrogène est longtemps resté difficile à stocker, nécessairement sous pression (700 bars), et donc à transporter.</p>
<p>En 1994, Chrysler reprend le concept et développe un premier prototype ; en 2005, Mercedes propose la première voiture à hydrogène de série : la <a href="https://www.turbo.fr/smart/fortwo/essai-auto/mercedes-classe-b-f-cell-smart-fortwo-ed-4060">Classe B F-Cell</a> (pour <em>fuel cell</em>, en anglais).</p>
<p>Aujourd’hui, les projets de développement se multiplient pour des véhicules légers comme la <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Toyota_Mirai">Toyota Mirai</a>, les utilitaires <a href="https://www.h2-mobile.fr/vehicules/utilitaire-hydrogene/renault-kangoo-hydrogene">Kangoo et Master Z.E. Hydrogen de Renault</a>, le SUV <a href="https://news.autojournal.fr/news/1547695/BMW-X5-i-Hydrogen-NEXT-Pile-%C3%A0-combustible-SUV">BMW I Hydrogène</a>, mais aussi les bus, avec par exemple la <a href="https://www.iledefrance.fr/les-2-premiers-bus-hydrogene-circulent-en-ile-de-france">ligne entre Jouy-en-Josas et Versailles</a> inaugurée en 2019, ou encore des poids lourds, avec le <a href="https://www.hyundai.news/fr/marque/hyundai-xcient-fuel-cell-le-premier-poids-lourd-hydrogene-arrive-en-europe/">Xcient Fuel Cell de Hyundai</a> prévu pour 2025.</p>
<p>Le véhicule à hydrogène connaît des contraintes d’autonomie similaires à celles d’un véhicule essence ou diesel : on peut faire 500 km avec un plein. Ensuite, on passe à la pompe, avec un temps de remplissage inférieur à cinq minutes. Au tarif d’une quinzaine d’euros le kilo (l’hydrogène se mesure en kilos), il faut compter entre 50€ et 70€ pour remplir son réservoir.</p>
<h2>Comment fonctionne une voiture à hydrogène ?</h2>
<p>L’utilisation de l’hydrogène dans le secteur automobile est une alternative prometteuse aux hydrocarbures pour réduire les émissions des gaz à effet de serre, puisque la pile à combustible ne rejette que de l’eau lors de son fonctionnement.</p>
<p>Mais comment transforme-t-on de l’hydrogène en électricité ?</p>
<p>Vous souvenez-vous de vos cours de chimie du lycée et de l’expérience de l’électrolyse de l’eau ? Celle qui, grâce à une alimentation électrique continue, deux électrodes et une solution saline permettait d’obtenir du dihydrogène et du dioxygène dans des éprouvettes ? Dans une voiture à hydrogène, il s’agit de la même opération… mais dans l’autre sens et avec des réactions chimiques légèrement différentes.</p>
<p>On prend de l’hydrogène et de l’oxygène, on crée un courant électrique et on rejette de l’eau. Si le principe s’énonce simplement, son développement technologique demeure cependant complexe.</p>
<h2>Principe de la production d’électricité à partir de l’hydrogène</h2>
<p>On l’a vu, l’architecture de la voiture à hydrogène est centrée autour de la pile à combustible. Ce n’est pas un moteur, mais un convertisseur d’énergie. Grâce à de l’énergie chimique fournie par le <em>combustible</em>, la pile va produire de l’électricité qui sera ensuite utilisée dans un circuit électrique extérieur : un moteur électrique, une batterie.</p>
<p>L’hydrogène permet en fait d’augmenter considérablement l’autonomie de véhicules électriques, grâce aux piles à combustible, en remplacement ou bien en complément des batteries.</p>
<figure class="align-right zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/356990/original/file-20200908-20-tqpnbs.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/356990/original/file-20200908-20-tqpnbs.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/356990/original/file-20200908-20-tqpnbs.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/356990/original/file-20200908-20-tqpnbs.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/356990/original/file-20200908-20-tqpnbs.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/356990/original/file-20200908-20-tqpnbs.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/356990/original/file-20200908-20-tqpnbs.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/356990/original/file-20200908-20-tqpnbs.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Une pile à combustible dite « à membrane échangeuse de protons » : l’hydrogène et l’oxygène se combinent, et l’eau sort de la pile.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Rémi Bligny</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
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<p>Différentes technologies de piles à combustible existent : le combustible en question peut être de l’hydrogène, bien sûr, mais aussi du méthanol ou du méthane. La technologie la plus utilisée dans l’industrie automobile est celle dite à <em>membrane échangeuse de protons</em> qui utilise de l’hydrogène gazeux.</p>
<p>Le gaz est stocké dans un réservoir à haute pression qui remplace votre réservoir à essence et peut supporter 2,5 fois la pression prévue de 700 bars. Sa structure composite lui <a href="http://www.afhypac.org/documents/tout-savoir/Fiche%204.2%20-%20Stockage%20hydrog%C3%A8ne%20comprim%C3%A9_rev%20aout%202019%20TA-PM.pdf">assure étanchéité, résistance à la pression et aux chocs</a>.</p>
<p>Dans un premier temps, l’hydrogène doit être transformé en électricité. Il est acheminé jusqu’à un catalyseur – très souvent du platine, où il se dissocie en protons et en électrons. Ces derniers sortent de la pile à combustible pour alimenter le circuit électrique. De l’autre côté, protons, électrons et oxygène de l’air se rencontrent pour former des molécules d’eau H<sub>2</sub>0. Cette eau est évacuée de la pile à combustible, puis sort par le pot d’échappement.</p>
<p>Pour obtenir une puissance suffisante afin d’alimenter les batteries et déplacer un véhicule, plusieurs piles à combustible sont utilisées simultanément, formant un empilement.</p>
<h2>Principe d’un système de propulsion des voitures à hydrogène</h2>
<p>Les véhicules à hydrogène sont classés dans la catégorie des véhicules électriques, malgré l’utilisation d’un carburant.</p>
<p>Dans certains modèles, l’électricité produite par la pile à combustible alimente un moteur électrique, semblable à celui présent dans une voiture électrique conventionnelle. Pour d’autres véhicules, la pile à combustible sert exclusivement à recharger la batterie qui alimente le moteur – c’est le cas du Renault Kangoo, par exemple.</p>
<p>Un véhicule à hydrogène comporte toujours une batterie tampon qui se comporte comme une « réserve de puissance » : la puissance est fournie à la demande, par exemple lors de fortes accélérations, puis la réserve est rechargée par la pile à combustible quand cette dernière prend le relais pour alimenter également le moteur électrique.</p>
<p>À l’instar des véhicules à batteries, il est possible de récupérer l’énergie de freinage pour recharger la batterie afin de la réutiliser lors du prochain démarrage.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/357162/original/file-20200909-16-13mt6im.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="Toyota Mirai divisée dans la longueur, une partie où on voit l’habitacle, l’autre avec le système de propulsion" src="https://images.theconversation.com/files/357162/original/file-20200909-16-13mt6im.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/357162/original/file-20200909-16-13mt6im.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/357162/original/file-20200909-16-13mt6im.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/357162/original/file-20200909-16-13mt6im.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/357162/original/file-20200909-16-13mt6im.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/357162/original/file-20200909-16-13mt6im.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/357162/original/file-20200909-16-13mt6im.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">L’intérieur d’une Toyota Mirai, présenté en 2016 à São Paulo, Brazil. Les différentes parties du système de propulsion sont indiquées.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b9/Toyota_Mirai_fuel_cell_stack_and_hydrogen_tank_SAO_2016_9028.jpg">Rémi Bligny (photo Mariordo)</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>En fonction du mode d’entraînement des roues (traction, propulsion, quatre roues motrices), le nombre et la position des moteurs électriques varient. Il n’est pas rare de positionner le moteur électrique sur la partie motrice de la voiture, voire dans certains cas d’associer un moteur électrique par roue.</p>
<p>Au-delà de ne rejeter aucun polluant dans l’atmosphère lors de leur fonctionnement, les véhicules électriques sont silencieux, linéaires dans la délivrance de la puissance, moins coûteux à entretenir et plutôt économiques d’utilisation.</p>
<p>En contrepartie, la production et le recyclage des batteries posent d’importants <a href="https://www.challenges.fr/automobile/dossiers/et-si-la-voiture-electrique-etait-un-desastre-ecologique_575450">problèmes environnementaux et sociétaux</a> – comme l’extraction de métaux rares, l’épuisement des ressources en minerai, la quasi-impossibilité de recycler les composants d’une batterie usagée… sans parler du <a href="https://www.autoplus.fr/hyundai/actualite/Hyundai-hydrogene-pile-a-combustible-utilitaire-voiture-verte-1546292.html">coût d’achat</a> d’un tel véhicule.</p>
<p>Les voitures à hydrogène, en plus de bénéficier de normes de <a href="https://www.h2-mobile.fr/dossiers/securite-vehicules-hydrogene/">sécurité</a> déjà bien établies, semblent minimiser ces contraintes puisque la batterie n’est plus l’élément central de la voiture. Il reste cependant un défi de taille : la production de l’hydrogène.</p>
<h2>Quel avenir pour la propulsion à hydrogène ?</h2>
<p>Aujourd’hui, 96 % de la production mondiale d’hydrogène relâche du dioxyde de carbone. Le <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Vaporeformage">vaporeformage</a> de ressources fossiles, comme le gaz naturel, restant le principal procédé utilisé pour cette production.</p>
<p>La part restante est issue de l’<a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectrolyse_de_l%27eau">électrolyse de l’eau</a>, la réaction inverse de celle exploitée dans la pile à combustible : on utilise de l’eau pour générer dioxygène et dihydrogène.</p>
<p>Le bilan carbone ne peut donc être bon qu’à la condition d’utiliser de l’électricité <a href="https://theconversation.com/lhydrogene-sera-vraiment-revolutionnaire-si-il-est-produit-a-partir-des-renouvelables-145804">provenant de sources renouvelables</a>, éolien et photovoltaïque notamment, lors des pics de production par exemple. Le prix de cet hydrogène dit « vert » est encore très élevé par rapport à celui provenant de ressources fossiles.</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/hydrogene-pour-la-transition-energetique-est-on-oblige-de-le-fabriquer-138843">Hydrogène pour la transition énergétique : est-on obligé de le fabriquer ?</a>
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<p>La mise en place de réseaux de stations-service à hydrogène dans plusieurs pays européens dont la France semble indiquer que la technologie passe progressivement le cap du démonstrateur pour entrer dans une phase commerciale.</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/357177/original/file-20200909-22-7rqtlo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/357177/original/file-20200909-22-7rqtlo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=266&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/357177/original/file-20200909-22-7rqtlo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=266&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/357177/original/file-20200909-22-7rqtlo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=266&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/357177/original/file-20200909-22-7rqtlo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=335&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/357177/original/file-20200909-22-7rqtlo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=335&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/357177/original/file-20200909-22-7rqtlo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=335&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">2020 : Cartes Vig’HY des stations ouvertes (gauche) et en projet (droite).</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.vighy-afhypac.org/">Robin Vivian (cartes Vig’HY)</a>, <span class="license">Author provided</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Toutefois, à ce stade, un certain nombre de défis restent à relever avant d’envisager un marché à grande échelle de la mobilité hydrogène. En 2020, 158 stations sont répertoriées en France : 86 ouvertes, ou en construction, et 71 en projet… donc hypothétiques. Ce décompte contraste avec le <a href="https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/Plan_deploiement_hydrogene.pdf">plan national</a>, qui prévoit 100 stations en 2023, puis de 400 à 1000 en 2028, et qui permettrait de ne plus avoir à choisir son trajet en fonction des stations de ravitaillement.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/145779/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur organisme de recherche.</span></em></p>Les voitures à hydrogène n’ont pas le problème d’autonomie des voitures électriques à batterie. Comment fonctionnent ces alternatives prometteuses pour réduire les émissions des gaz à effet de serre ?Rémi Bligny, Doctorant en Mécanique et Énergie, Université de LorraineRobin Vivian, Maitre de conférences, Université de LorraineLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1388432020-06-28T16:06:46Z2020-06-28T16:06:46ZHydrogène pour la transition énergétique : est-on obligé de le fabriquer ?<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/343962/original/file-20200625-33528-47ygzh.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=15%2C3%2C828%2C632&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Un «rond de sorcière», d'où s'échappe de l'hydrogène naturel, vu de drone.</span> <span class="attribution"><span class="source">Alain Prinzhofer</span>, <span class="license">Author provided</span></span></figcaption></figure><p>La mobilité hydrogène se développe et est affichée « verte ». Mais l’hydrogène, le dihydrogène en fait, H<sub>2</sub>, est fabriqué à 95 % en émettant du CO<sub>2</sub> à partir d’hydrocarbures ou en les brûlant. </p>
<p>Certains procédés consistent à séparer le carbone de l’hydrogène dans les hydrocarbures (CH<sub>4</sub> pour le gaz naturel) d’autres utilisent l’électrolyse pour séparer l’hydrogène de l’oxygène dans l’eau H<sub>2</sub>0, mais avec de l’électricité encore souvent carbonée. </p>
<p>À l’inverse, depuis quelques années, au Mali, un village est électrifié grâce à la production d’hydrogène « natif », ou « naturel » : celui qu’on trouve dans le sous-sol. </p>
<p>Cette source d’hydrogène pourrait-elle être une alternative généralisable ?</p>
<h2>L’hydrogène, une nouvelle ressource naturelle ?</h2>
<p>Au Mali, un puits foré pour chercher de l’eau s’est avéré sec, mais a fortuitement rencontré de l’hydrogène qui a été mis en production par la compagnie <a href="https://hydroma.ca">Hydroma</a>. </p>
<p>L’hydrogène natif, quasiment pur dans ce cas, est directement brûlé dans une turbine à gaz adaptée, et produit l’électricité pour un petit village. D’autres puits alentour ont été forés pour essayer de déterminer les réserves, <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9serve_p%C3%A9troli%C3%A8re">au sens de l’<em>oil & gas</em></a>, et de <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319918327861">changer d’échelle</a>. </p>
<p>Ce succès a fait voler en éclat nombre d’a priori : beaucoup croyaient en effet qu’aucune accumulation naturelle d’H<sub>2</sub> dans le sous-sol ne pouvait exister. Le puits initial produit depuis 4 ans sans baisse de pression, ce qui signifie qu’il se recharge en continu. </p>
<p>De plus, les mesures en surface du contenu des sols en H<sub>2</sub> ne montrent pas de fuites. Celles-ci étaient plutôt attendues, car la molécule d’H<sub>2</sub> est très petite et très réactive, et elle peut donc migrer facilement et se combiner avec d’autres espèces chimiques. Cette découverte au Mali montre qu’il y a des sources, mais aussi des réservoirs et des couvertures qui permettent une accumulation d’hydrogène dans le sous-sol.</p>
<h2>D’où vient cet hydrogène ?</h2>
<p>L’hydrogène est la molécule la plus commune dans l’univers, mais il n’existe qu’en très faible quantité dans l’atmosphère terrestre – moins d’une molécule sur un million. Sur Terre, on trouve l’hydrogène combiné à l’oxygène dans l’eau, au carbone dans tous les hydrocarbures et aussi sous forme libre : c’est cet H<sub>2</sub> qui pourrait être notre carburant de base de demain.</p>
<p>L’hydrogène est un carburant dont la combustion ne crée pas de CO<sub>2</sub>, mais de l’eau – un gros avantage pour la mobilité verte. Il est léger, mais par kilo il a une densité énergétique 3 fois supérieure à celle de l’essence, d’où son utilisation sous forme liquide pour le lancement d’Ariane par exemple. À pression et température ambiante, par unité de volume, il est au contraire peu dense énergétiquement. Dans les voitures, les bus ou les trains, l’H<sub>2</sub> il est donc employé comprimé.</p>
<p>Mais où trouver de l’H<sub>2</sub> vert en quantité ? Il y a différentes solutions techniques, l’électrolyse à partir d’électricité verte en est une, une gazéification de la biomasse favorisant l’H<sub>2</sub> au détriment du biométhane en est une autre, la production de l’H<sub>2</sub> natif pourrait s’avérer la plus efficace. Peut-on l’espérer à grande échelle ?</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/comment-rendre-le-carburant-hydrogene-plus-ecologique-123981">Comment rendre le carburant hydrogène plus écologique ?</a>
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<p>Une bonne partie des questions scientifiques liées à la production d’hydrogène naturel restent à éclaircir, mais beaucoup de données suggèrent que l’H<sub>2</sub> natif vient des interactions entre l’eau et les roches. Les géologues appellent ça la <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Diagen%C3%A8se">diagénèse</a>. Exemple de réaction, le fer ferreux (Fe<sup>2</sup>⁺) contenu dans des roches en contact avec de l’eau s’oxyde en fer ferrique (Fe<sup>3</sup>⁺), libérant l’H<sub>2</sub>. L’eau peut être celle de la mer, on observe ces réactions au niveau de toutes les dorsales médio-océaniques, ou celle de la pluie et c’est ce qu’on observe en Islande. </p>
<p>Ce type de réaction peut aussi se faire avec d’autres métaux comme le magnésium ; elle est rapide et efficace à haute température, vers 300 °C, mais est aussi possible à des températures plus basses d’une centaine de degrés. La cinétique de ces réactions fait l’objet de nombreuses recherches.</p>
<p>Autre <a href="https://www.nature.com/articles/nature14017">source de dihydrogène naturel</a> : la <a href="http://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=1067">radiolyse</a>, qui casse les molécules d’eau en hydrogène et oxygène, grâce à l’énergie de la radioactivité naturelle des roches.</p>
<p>Les estimations de la production d’H<sub>2</sub> par ces deux sources, diagenèse et radiolyse, sont importantes, mais encore peu précises : <a href="https://www.pnas.org/content/117/24/13283.short">selon les auteurs de quelques pour cent à la totalité de la consommation actuelle d’H₂</a>, soit 70 millions de tonnes par an.</p>
<p>D’autres sources, comme la friction sur les plans de faille et l’activité de certaines bactéries en présence d’une autre source d’énergie, libèrent aussi de l’H<sub>2</sub>, mais, a priori, en quantités moindres. Ce qu’il est important de noter est que dans tous ces cas, il s’agit d’un <em>flux</em> d’hydrogène, <a href="https://theconversation.com/penser-lapres-les-limites-physiques-de-la-planete-138842">c’est-à-dire une production continue</a>, et non d’une ressource fossile, qui n’existerait qu’en <em>stock fini à l’échelle humaine</em>.</p>
<p>Une autre hypothèse est avancée par certains chercheurs, de grandes quantités de l’hydrogène primordial – celui présent à la formation du système solaire et de la Terre – auraient pu être préservées dans le manteau, voire dans le noyau terrestre. Dans cette hypothèse, l’H<sub>2</sub> est un <em>stock</em> certes fossile <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012825219304787">mais quasi infini</a>.</p>
<p>L’hydrogène existe donc <a href="https://www.connaissancedesenergies.org/tribune-actualite-energies/lhydrogene-naturel-curiosite-geologique-ou-source-denergie-majeure-dans-le-futur">sur et sous terre</a>, son extraction directe <a href="https://www.belin-editeur.com/hydrogene-naturel-la-prochaine-revolution-energetique">commence à être sérieusement envisagée</a> pour un H<sub>2</sub> réellement vert et peu cher, <a href="https://pubs.geoscienceworld.org/msa/elements/article/16/1/8/582934">y compris du côté industriel</a>. </p>
<p>Par exemple, une compagnie d’exploration dédiée à l’hydrogène, <a href="http://nh2e.com/">NH₂E</a>, a été créée aux USA et y a foré un premier puits au Kansas fin 2019. En France, la <a href="http://www.458energy.com/">société 45-8</a> cherche de l’hélium et de l’H<sub>2</sub> – l’hélium est un gaz stratégique, car c’est un gaz rare nécessaire à beaucoup d’industries électroniques, beaucoup plus cher que l’H<sub>2</sub>. Comme ils sont parfois liés dans le sous-sol, la production d’hélium apparaît comme une priorité.</p>
<h2>Volcans sous-marins, fumerolles, chaînes de montagnes : où ces réactions se produisent-elles ?</h2>
<p>Comme déjà expliqué, les roches émises par les volcans des rides médio-océaniques réagissent au contact de l’eau, <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0009254102001341">libérant de l’hydrogène</a>.</p>
<p>Ce type de volcan s’observe aussi là où les rides médio-océaniques affleurent à la surface de la Terre, soit parce qu’elles sont en train de se former comme aux Afars – le point triple entre les axes centraux de la mer Rouge, du Golfe d’Aden et du rift est-africain – soit parce qu’elles sont soulevées par des phénomènes plus profonds, par exemple en Islande. De fait, dans cette île, les fumerolles de l’axe central du rift contiennent toutes de l’hydrogène. Actuellement, seule la chaleur de ces fumerolles est récupérée dans les centrales électriques géothermiques, mais on pourrait envisager d’y coupler la récupération de l’hydrogène.</p>
<p>Dans les zones où se forment les montagnes, ces croûtes océaniques peuvent aussi arriver à proximité de la surface et s’oxyder, des émanations d’H<sub>2</sub> ont été remarquées dans ce contexte géologique en Oman, aux Philippines, en Nouvelle-Calédonie et même dans les Pyrénées.</p>
<p>D’autres émanations de surface sont observées en Russie (aux alentours de Moscou), aux USA (Caroline du Sud, Kansas), mais <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0883292719302811?via%3Dihub">aussi</a> <a href="https://hal-univ-pau.archives-ouvertes.fr/hal-02187461/document">au Brésil</a> et dans <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012825219304787">beaucoup d’autres endroits</a>, toujours dans les régions où le socle est très ancien et riche en métaux : la source pourrait être relativement similaire, oxydation d’un matériel riche en fer et libération de l’hydrogène.</p>
<h2>Combien d’hydrogène pourrait-on trouver dans le sous-sol ?</h2>
<p>Certains voudraient connaître les réserves prouvées avant de se lancer dans une aventure d’exploration de l’H<sub>2</sub>. La question paraît loufoque aux géologues, car on ne connaît toujours pas les réserves d’hydrocarbures après plus de cent ans de forage et de travaux intensifs.</p>
<p>Il y a très peu de puits dédiés à l’exploration de l’hydrogène naturel, donc on ne sait pas, mais il y a des émanations de surface. Que nous indiquent-elles sur la probabilité que l’H<sub>2</sub> natif représente à moyen terme une part importante de l’H<sub>2</sub> consommé ?</p>
<p>En Russie, aux États-Unis, au Brésil, au Canada, en Australie, en Namibie, de légères dépressions plutôt circulaires sont bien visibles sur des photos aériennes : ce sont les « ronds de sorcières ». Souvent la végétation y meurt et si on y va avec un détecteur de gaz, on note que de l’<a href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11053-014-9257-5">hydrogène s’en échappe</a>. </p>
<p>Pour tirer des conclusions sur la possibilité d’une production de cet hydrogène, il faut évidemment connaître le flux et non juste la concentration, ce que permettent de <a href="https://www.engie.com/sites/default/files/assets/documents/2020-06/PLS%20ENGIE%202020_Version%20Francaise_290520.pdf">nouveaux capteurs</a>. Prétendre que l’on comprend précisément le système serait un mensonge, mais les données convergent vers une production continue (sur des années) dans des quantités importantes. Les fuites que nous mesurons sont entre 50 et 1900 kg par km<sup>2</sup> et par jour, à comparer avec les 5 kg nécessaires au réservoir d’une voiture à hydrogène. </p>
<p>Sur un bassin entier, il y pourrait donc y avoir des productions en millions de tonnes par an. En additionnant les bassins, les dorsales et les zones géothermales, les chiffres sont encore plus grands, mais toujours incertains puisque les premières données sont seulement en train d’être acquises.</p>
<p>Nous savons donc désormais que de l’hydrogène est produit tous les jours en quantité « industrielle » par l’interaction eau/roche. Une partie s’échappe et nous la mesurons dans les gaz des sols des ronds de sorcières. L’autre partie doit s’accumuler dans des réservoirs, comme l’eau ou les hydrocarbures – c’est la partie trouvée au Mali. </p>
<p>Il reste à déterminer les endroits les plus prospectifs et, selon le contexte, soit le séparer des autres gaz présents dans les flux géothermaux qui arrivent jusqu’à la surface, soit forer. </p>
<p>Pour des raisons économiques, « le plus prospectif » va s’entendre en termes de réserves, c’est-à-dire de quantité d’H<sub>2</sub>, mais aussi de coût de production : un puits à 110 m de profondeur comme celui en service au Mali est peu onéreux et on fore aussi très facilement, mais avec un peu plus d’argent, sur plusieurs km dans l’industrie géothermale – il faut aussi penser en termes de proximité du consommateur.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/138843/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Isabelle Moretti a reçu des financements des ministères de la recherche et de l'éduction nationale et d'Engie pour travailler sur l'hydrogène. Elle est membre de l'académie des technologies. Elle travaille pour l'UPPA et SU et enseigne en sus dans une douzaine de grandes écoles. </span></em></p>L’hydrogène est utilisé pour la mobilité « verte », mais sa production est loin de l’être. Pourtant, de l’hydrogène est généré continument à l'intérieur de la Terre et peut être capté.Isabelle Moretti, Membre de l'Académie des Technologies, chercheur associé E2S, Université de Pau et des Pays de l'Adour, et ISTEEP, Sorbonne UniversitéLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1294792020-01-09T20:41:56Z2020-01-09T20:41:56ZLe changement climatique, adversaire le plus dangereux de l’armée américaine<p>Sous l’impulsion de la <a href="https://insideclimatenews.org/news/19122019/trump-climate-policy-record-rollback-fossil-energy-history-candidate-profile">présidence Trump</a>, les différentes administrations américaines ont adopté une <a href="https://www.scientificamerican.com/article/skeptics-are-being-recruited-for-an-adversarial-review-of-climate-science/">posture climatosceptique</a>, à l’exception d’une, et pas des moindres : le Département de la défense (DOD ou Department of Defense). Ce ministère est pourtant le plus gros <a href="https://theconversation.com/us-military-is-a-bigger-polluter-than-as-many-as-140-countries-shrinking-this-war-machine-is-a-must-119269">émetteur institutionnel mondial de gaz à effet de serre</a>, sans que cette contradiction n’émeuve ses responsables.</p>
<h2>Prévoir le réchauffement climatique sans froisser les sceptiques</h2>
<p><a href="https://livre.fnac.com/a4774169/Jean%E2%80%91Michel-Valantin-Guerre-et-nature">Dès le début des années 2000</a>, sous la présidence du climato-sceptique convaincu G. W. Bush, un influent bureau du Pentagone, l’<a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Office_of_Net_Assessment">Office of Net Assessment</a>, organise la « fuite » d’un rapport sur les <a href="https://apps.dtic.mil/docs/citations/ADA469325">conséquences du réchauffement climatique</a> (l’administration Bush étant climatosceptique, il était difficile pour le Pentagone de publier ce texte « officiellement »). Ce document rédigé en 2003 envisage pour 2020 une interruption de la circulation océanique du Gulf Stream liée à l’échauffement des eaux de l’Atlantique. Cela aurait pour effet d’engendrer une ère glaciaire au nord de l’Europe et de l’Amérique, concomitante à un réchauffement et à un assèchement des zones situées plus au Sud. Si, avec le recul, la naïveté de ce document très officiel peut surprendre, elle ne fait que refléter la méconnaissance relative du phénomène climatique par leurs auteurs, les <em>Green Hawks</em>, des militaires s’intéressant à ce type de problèmes.</p>
<p>En 2007, le <a href="https://www.csis.org/">Center for Strategic and International Studies</a>, un influent <em>think tank</em> américain, publie son rapport fondateur : <a href="https://www.csis.org/analysis/age-consequences"><em>The Age of Consequences</em></a>. Beaucoup plus solide en termes scientifiques, il envisage trois scénarios, du plus léger au plus catastrophique. Avec le recul, il est étonnant de remarquer que le scénario le plus bénin, considéré à l’époque comme le plus réaliste, est déjà dépassé aujourd’hui. En ces temps de présidence Bush, le rapport préfère ne pas trop s’attarder sur les causes du réchauffement climatique et insiste surtout sur ses conséquences… tout en montrant son accord avec les prévisions du <a href="https://www.ipcc.ch/news/">GIEC</a>, qu’il juge même trop prudentes.</p>
<p>Il s’agit là d’un jeu d’équilibrisme subtil que l’on retrouve dans le <a href="https://climateandsecurity.org/2019/08/01/army-war-college-the-u-s-military-is-precariously-underprepared-for-climate-change/">dernier rapport de l’USAWC</a> (United States Army War College) publié en août 2019 : ce texte se concentre sur les effets du réchauffement, sans insister sur l’origine humaine de ce phénomène, car il ne saurait être question de <a href="https://www.militarytimes.com/news/your-military/2017/09/12/pentagon-is-still-preparing-for-global-warming-even-though-trump-said-to-stop/">contredire le climatoscepticisme</a> de la présidence Trump.</p>
<p>L’USAWC exprime les préoccupations de l’armée américaine et se concentre sur trois domaines : les dangers pour les installations militaires américaines ; les risques qui pèsent sur le système logistique et énergétique américain ; et la montée des menaces dans le monde.</p>
<p><a href="https://theconversation.com/defense-et-changement-climatique-quel-modele-pour-les-armees-de-demain-128641">Ce rapport</a> envisage une rupture du réseau électrique, ce qui ne serait pas loin de conduire à un effondrement du système productif américain. Au niveau mondial, le cas emblématique du Bangladesh est cité comme l’exemple des catastrophes à venir. Dans ce pays où près de la moitié de la population réside dans des espaces situés au niveau de la mer, la montée des eaux provoquerait la migration de près de 70 millions de personnes. L’Inde ne voulant absolument pas les accueillir, cela ne manquerait pas d’entraîner un conflit majeur.</p>
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<h2>La part de responsabilité de l’armée</h2>
<p>Ces constats catastrophiques ne peuvent néanmoins cacher un fait majeur : l’armée américaine est un <a href="https://www.athena21.org/securite-ecologique/dereglements-climatiques/291-urgence-climatique-les-forces-armees-us-en-ligne-de-mire">acteur majeur du processus de réchauffement climatique</a>. Le Pentagone est ainsi, on l’a dit, le premier émetteur institutionnel mondial de gaz à effet de serre : il en rejette <a href="https://watson.brown.edu/costsofwar/papers/ClimateChangeandCostofWar">autant que des pays comme la Suède ou le Danemark</a>. Les trois quarts de cette « production » sont liés à sa consommation de carburant d’aviation.</p>
<p>Face à cette évidence, l’armée américaine a dans un premier temps exigé d’être exemptée de toute obligation de faire des efforts dans ce domaine. C’est ainsi que le protocole de Kyoto de 1997 la dispense de tout effort de réduction d’émissions dans le cadre de ses interventions militaires, qui représentent l’essentiel de sa consommation.</p>
<h2>L’armée fait des économies d’énergie</h2>
<p>Néanmoins, s’il y a un aspect auquel l’armée américaine est très sensible, c’est son approvisionnement en pétrole. Elle est bien consciente que celui-ci dépend de circuits logistiques complexes et fragiles, car les <a href="https://www.csis.org/analysis/myth-us-energy-independence-and-realities-burden-sharing">États-Unis ne sont pas autosuffisants</a> dans ce domaine, malgré l’exploitation intensive de pétrole de schiste. Elle a pu constater cette fragilité lors des guerres d’Irak et d’Afghanistan. Les insurgés ont vite compris que les convois d’approvisionnement étaient le point faible de l’armée américaine. En Irak, son efficacité reposait sur un <a href="https://livre.fnac.com/a4774169/Jean%E2%80%91Michel-Valantin-Guerre-et-nature">composant essentiel : le climatiseur</a>, les soldats supportant très mal le climat local. Ces appareils consommaient jusqu’aux deux tiers du carburant nécessaire au fonctionnement des bases américaines.</p>
<p>Face à cette situation, l’US Army <a href="https://alaingrandjean.fr/2016/03/29/guerres-de-lanthropocene-larmee-americaine-sadapte-a-longue-urgence/">fit un premier effort significatif d’économie d’énergie fossile</a> grâce à l’utilisation massive de panneaux photovoltaïques et à une meilleure aération et isolation des bâtiments. Dans certains cas, la <a href="https://watson.brown.edu/costsofwar/papers/ClimateChangeandCostofWar">consommation a pu être réduite de 90 %</a>. À la suite de ces résultats, l’US Navy décida d’expérimenter l’utilisation de biocarburants en créant une flotte de combat, la <a href="https://www.navy.mil/submit/display.asp?story_id=95398"><em>Great Green Fleet</em></a>. Il reste que, en y incluant le processus de production, les biocarburants émettent <a href="https://www.youtube.com/watch?v=Z4teA8ciuRU">quasiment autant de gaz à effet de serre</a> que les dérivés du pétrole ; dès lors, on peut douter de l’intérêt de cette expérience en termes de lutte contre le réchauffement climatique.</p>
<p>L’armée américaine est bien consciente qu’elle doit aller au-delà de la question de sa consommation de carburant et faire, aussi, des efforts pour lutter contre le réchauffement climatique. Le dernier rapport de l’USAWC le montre clairement. Il envisage un futur dans lequel l’US Army se verrait contrainte de réduire sa consommation d’énergie fossile pour ses besoins quotidiens, sous la pression de l’opinion publique (néanmoins, ses interventions militaires continueraient à être exemptées de ces restrictions). Pour cela, le rapport envisage de développer l’usage de simulateurs pour l’entraînement et d’utiliser de l’électricité produite par des microcentrales nucléaires ou des installations à base de panneaux solaires.</p>
<h2>La sobriété énergétique est-elle compatible avec la guerre ?</h2>
<p>Mais une armée énergétiquement sobre est-elle possible ? Peut-on maintenir le même niveau d’efficacité avec moins, voire beaucoup moins d’énergie fossile ?</p>
<p>Au-delà des solutions technologiques, il serait intéressant de se référer à des cas historiques. L’Allemagne nazie en constitue le seul exemple : elle a réussi à maintenir un haut niveau d’efficacité opérationnelle tant que la contrainte énergétique ne dépassait pas un certain seuil.</p>
<p>Dès les années 1930, le général Heinz Gudérian s’inquiétait des <a href="https://www.amazon.fr/Achtung-Panzer-Heinz-Guderian/dp/0304352853">restrictions en matière d’approvisionnement en carburant</a>. Au-delà d’un gigantesque programme de construction d’usines d’essence synthétique, les Allemands décidèrent de concevoir des engins légers et économes.</p>
<p>L’excellence tactique permettant de maximiser l’utilisation d’appareils moins armés et protégés que ceux de leurs adversaires. Dans le domaine des véhicules de transport, le <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Z%C3%BCndapp_KS_750_Gespann">side-car Zündapp</a>, qui permettait de transporter trois soldats, en est l’exemple le plus représentatif avec sa consommation de <a href="http://www.wehrmachtsgespann.de/zuendappdeutsch/">7 litres aux 100 km</a>. Le véhicule tout-terrain allemand ou <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Volkswagen_K%C3%BCbelwagen">Kubelwagen</a> est plutôt médiocre si on le compare à la Jeep américaine : si on prend en compte sa faible consommation (8 litres aux 100 km), on ne peut être qu’étonné par ses exceptionnelles performances. D’autre part, la Wehrmacht, la première à mener la <em>Blitzkrieg</em>, est plutôt une <a href="https://www.avions-bateaux.com/produit/mushroom-mmp-stratus/3354">armée hippomobile</a>. Car contrairement à une légende tenace, l’infanterie constitue le cœur de cette armée.</p>
<p>Dans le domaine aérien, il fut beaucoup plus difficile de suppléer à l’insuffisance de carburant. Cela eut des conséquences fâcheuses en termes d’entraînement des jeunes pilotes. En 1945, les Allemands expérimentèrent un avion-fusée utilisant un combustible non dérivé du pétrole : le <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Messerschmitt_Me_163">Messerschmitt Me 163 Komet</a>. Les résultats furent décevants. Plus prometteuses furent leurs recherches tardives sur un <a href="http://aerostories.free.fr/dossiers/raketen/page5.html">système anti-aérien</a> à base de missiles à poudre. Mais ces engins ne dépassèrent jamais l’état de prototypes. À partir de 1944, les <a href="https://www.amazon.com/Oil-Factor-German-Effort-1933-1945/dp/1780399057">contraintes énergétiques</a> devinrent telles que l’armée allemande s’effondra, incapable d’assumer l’effort logistique nécessaire à son approvisionnement.</p>
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<h2>Quelles pistes pour l’avenir ?</h2>
<p>Concevoir des engins plus économes n’est pas la tendance que suit l’armée américaine. Si le <a href="https://www.treehugger.com/cars/7-gas-guzzling-military-combat-vehicles.html">Humvee</a>, son véhicule utilitaire de référence, consomme entre 23 et 40 litres aux 100 km – à comparer aux 8 litres du vénérable Kubelwagen –, son successeur, le <a href="https://www.motortrend.com/news/oshkosh-jltv-first-drive/">Oshkosh</a>, ne devrait pas faire mieux, bien au contraire, en raison de son poids.</p>
<p>En termes technologiques, deux pistes complémentaires permettraient de diminuer cette consommation de carburant. Des <a href="https://climateandsecurity.org/2019/08/01/army-war-college-the-u-s-military-is-precariously-underprepared-for-climate-change/">microcentrales nucléaires</a> établies dans chaque base américaine permettraient ainsi de fournir de l’électricité à des engins robotisés mobiles, donc beaucoup plus petits que les véhicules actuels. Au-delà, s’il est possible d’équiper les bateaux de mini-réacteurs nucléaires, il en va autrement des véhicules terrestres et aériens. <a href="https://theconversation.com/les-nouveaux-missiles-russes-signent-ils-la-fin-de-la-domination-americaine-123294">Expérimentés dans les années 1950</a> par les Américains et les Russes, principalement <a href="https://www.youtube.com/watch ?v=9Jt924xjaJo&t=593s">dans le domaine aérien</a>, leur dangerosité est rédhibitoire.</p>
<p><a href="https://theconversation.com/defense-et-changement-climatique-quel-modele-pour-les-armees-de-demain-128641">La robotisation est également une voie prometteuse</a>, bien qu’elle suppose un changement complet de doctrine militaire. Les contraintes en termes de taille des batteries sont telles que les engins létaux du futur seront petits, voire très petits, bien loin des véhicules blindés et avions de combat actuels. Paradoxalement, les plus enclins à réfléchir à de nouvelles doctrines de combat économes sont des acteurs disposant de faibles moyens. L’attaque des <a href="https://www.lepoint.fr/monde/sites-petroliers-frappes-en-arabie-saoudite-une-attaque-de-drones-16-09-2019-2336029_24.php">installations pétrolières saoudiennes</a> par des drones en septembre dernier nous donne un aperçu de cette possible guerre du futur. Comme pour l’Allemagne nazie, la contrainte reste ainsi le meilleur stimulant de l’innovation.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/129479/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Eric Martel-Porchier ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>En dépit du climatoscepticisme de la présidence Trump, l’armée américaine cherche à s’adapter au changement climatique – un phénomène qu’elle alimente elle-même par son immense demande en carburant.Eric Martel-Porchier, Docteur en Sciences de Gestion/Chercheur associé au LIRSA, Conservatoire national des arts et métiers (CNAM)Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1253912019-10-28T19:25:22Z2019-10-28T19:25:22ZCarburants de synthèse, biocarburants, kérosène vert… De quoi parle-t-on exactement ?<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/298547/original/file-20191024-170489-pwucpo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C218%2C4300%2C2413&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">
</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.shutterstock.com/fr/image-photo/colorful-petrol-pump-filling-nozzles-isolated-556957450?src=ywpdSffum14Dhd5Mz3VC-Q-1-4">Shutterstock</a></span></figcaption></figure><p>Ces dernières années, de nouveaux types de carburants (« renouvelables », « verts » ou « alternatifs ») ont fait leur apparition, certains promettant un plus grand respect de l’environnement.</p>
<p>Ces produits ont-ils vraiment différents des carburants traditionnels issus du pétrole ? Et est-il correct d’affirmer qu’un carburant est « vert » ? Voilà une problématique complexe qui nécessite d’abord de se mettre au point sur les mots.</p>
<p>Dans tous les cas, on parle ici d’une seule et même chose : des carburants liquides utilisés pour le transport. Si on évoque souvent les carburants liquides pour le transport aérien, ils concernent également les transports routier et maritime.</p>
<p>Disons-le de suite, le terme « vert » doit nous inviter à la plus grande prudence. Argument de communication, il n’est en aucun cas une garantie d’amélioration environnementale, tant d’un point de la manufacture du dit carburant que d’un point de vue de son usage et de sa fin de vie.</p>
<h2>Les carburants liquides de transport</h2>
<p>Un carburant liquide fait référence à une matière composée de molécules combustibles ou génératrices d’énergie pouvant être exploitées pour créer de l’énergie mécanique.</p>
<p>La plupart des carburants liquides largement utilisés dans le monde sont dérivés de combustibles fossiles – le plus souvent du pétrole (<a href="https://www.studentenergy.org/topics/transport-fuels">à plus de 80 %</a>) mais aussi du gaz naturel ou du charbon. Il existe toutefois des variantes, comme l’éthanol ou le biodiesel, issus de la « biomasse », un terme désignant des ressources végétales renouvelables.</p>
<p>Le pétrole n’est pas directement exploitable : mélange très hétérogène de molécules chimiques, il faut le <a href="https://www.worldcat.org/title/petroleum-refining-technology-and-economics/oclc/880863069">raffiner</a>. Ces opérations vont permettre de séparer efficacement les composants du pétrole en fractions valorisables tels que des produits non énergétiques (bitume, lubrifiants, etc.) ou énergétiques (diesel, essence, kérosène, mazout de chauffage mais aussi fioul lourd pour le transport maritime).</p>
<p>Les carburants liquides utilisés pour le transport sont des mélanges d’hydrocarbures (molécules composées de carbone et d’hydrogène, saturées, insaturées ou aromatiques), obtenus par raffinage pétrolier ; ils se différencient par leur nombre d’atomes de carbone constitutifs, leur température d’ébullition mais aussi par certaines de leurs propriétés physico-chimiques (viscosité, température d’inflammabilité). L’essence présente ainsi des chaînes d’hydrocarbures plus petites que celles du diesel.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/298531/original/file-20191024-170475-fkdhoi.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/298531/original/file-20191024-170475-fkdhoi.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/298531/original/file-20191024-170475-fkdhoi.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=403&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/298531/original/file-20191024-170475-fkdhoi.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=403&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/298531/original/file-20191024-170475-fkdhoi.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=403&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/298531/original/file-20191024-170475-fkdhoi.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=507&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/298531/original/file-20191024-170475-fkdhoi.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=507&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/298531/original/file-20191024-170475-fkdhoi.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=507&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Illustration schématique du raffinage pour l’obtention de carburants liquides de transport.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Aurore Richel</span></span>
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<h2>Les carburants de synthèse</h2>
<p>Les carburants de synthèse, également appelés « carburants synthétiques », correspondent également à des mélanges d’hydrocarbures ; mais obtenus cette fois à partir d’autres ressources que le pétrole. Notamment le charbon, le gaz naturel, la biomasse végétale ou encore certains types de déchets ménagers ou industriels.</p>
<p>Ces ressources subissent une première conversion thermochimique (à très hautes températures) qui va les transformer en un mélange de monoxyde de carbone (CO) et de dihydrogène (H<sub>2</sub>). Ce mélange va ensuite être traité pour donner aboutir à un carburant de synthèse : soit de l’essence, du diesel ou bien du kérosène. C’est ce que l’on nomme <a href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9783527635603">procédé de Fischer-Tropsch</a>.</p>
<p>Mis au point dans les années 1920, ce procédé a connu une exploitation massive durant la Seconde Guerre mondiale en Allemagne où l’on produisait des dizaines de milliers de barils par jour de carburants liquides au départ de charbon (assurant ainsi plus de 50 % des besoins totaux en combustibles et plus de 90 % des besoins en carburants pour l’aviation). À la fin du conflit, les usines allemandes de production de ces carburants ayant été très endommagées par les bombardements alliés, le procédé tomba en désuétude. Un regain d’intérêt apparaît dans les années 1950 en Afrique du Sud. Ces unités sont toujours opérationnelles et couvraient au début des années 2000 plus des deux tiers des besoins combustibles du pays. La société Sasol est aujourd’hui l’un des acteurs majeurs en production de carburants de synthèse par le procédé de Fischer-Tropsch.</p>
<p>En fonction de la nature de la matière première, on parlera de filières « CTL » (<em>Coal-to-Liquid</em>, désignant l’obtention de carburants de synthèse grâce au charbon), « BTL » (<em>Biomass-to-Liquid</em>, quand la matière première est de la biomasse) ou « GTL » (<em>Gas-to-Liquid</em> pour les productions basées sur du gaz naturel). Ces filières sont parfois décrites génériquement par l’abréviation « xTL ». Le « diesel xTL » est ainsi un mélange d’hydrocarbures obtenus par ce procédé de Fischer-Tropsch au départ de diverses matières premières. Le diesel GTL (produit par Shell) correspond par exemple à un mélange d’hydrocarbures de type diesel, obtenus grâce à du gaz naturel.</p>
<p>Les fluctuations des cours du pétrole, combinées à des stratégies géopolitiques, économiques et de sécurisation de filières d’approvisionnement ont, depuis les années 2000, positionné le procédé Fischer-Tropsch comme une option prioritaire. Shell a ainsi ouvert l’un des plus grands sites de production (de type GTL) au Qatar en 2011. Et la Chine caracole toujours en tête des projets de type CTL (au départ de charbon).</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/298532/original/file-20191024-170493-uu90es.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/298532/original/file-20191024-170493-uu90es.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/298532/original/file-20191024-170493-uu90es.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=311&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/298532/original/file-20191024-170493-uu90es.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=311&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/298532/original/file-20191024-170493-uu90es.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=311&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/298532/original/file-20191024-170493-uu90es.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=391&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/298532/original/file-20191024-170493-uu90es.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=391&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/298532/original/file-20191024-170493-uu90es.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=391&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Illustration du procédé de Fischer-Tropsch.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Aurore Richel</span></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Les e-carburants</h2>
<p>Également carburant de synthèse, l’e-carburant est massivement développé par le groupe allemand Audi. Il repose sur une séquence d’étapes de production intégrant en préliminaire l’utilisation de dioxyde de carbone (CO<sub>2</sub>), capté de l’atmosphère ou de rejets industriels et d’hydrogène (H<sub>2</sub>) obtenu par électrolyse de l’eau. Le méthane (analogue du gaz naturel) ainsi obtenu est ensuite traité conventionnellement par le procédé de Fischer-Tropsch. Le carburant de synthèse obtenu se décline en e-essence, e-diesel, etc.</p>
<p>La réaction qui permet de combiner le CO<sub>2</sub> et l’hydrogène pour en former du méthane (et de l’eau) est connue sous le nom de réaction de Sabatier. Déjà identifiée pour produire du méthanol, elle a connu un regain d’intérêt dans la perspective des <a href="https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120001775.pdf">voyages habités sur Mars</a>, permettant de produire au départ des gaz de l’atmosphère de la planète Mars de l’eau et du méthane de synthèse, exploitable directement comme carburant.</p>
<p>Cette option de production de carburants de synthèse est aussi désignée sous le concept anglais de « power-to-fuel » (PtG). Promu par des États comme le Danemark, l’Allemagne ou la France, il permettrait d’offrir une voie de stockage et de valorisation de l’électricité excédentaire. Diverses options sont également opérationnelles, notamment via l’exploitation du CO<sub>2</sub>qui proviendrait des rejets des unités de biométhanisation des déchets organiques. Notons également que <a href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/bbb.1758">divers projets</a> étudient aussi la possibilité d’utiliser directement le biogaz issu de biométhanisation pour obtenir des carburants liquides par le procédé de Fischer-Tropsch.</p>
<h2>Carburants avancés, alternatifs</h2>
<p>Les carburants alternatifs, aussi connus sous le nom de « carburants avancés » font par définition référence à toutes les options de carburants liquides issus de ressources autres que les ressources fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon).</p>
<p>Un carburant alternatif peut donc être un biocarburant (carburant produit au départ de la biomasse), un carburant produit au départ de déchets ou sous-produits (qu’ils soient organiques ou pas). Le terme de carburant avancé fait aussi référence aux options de stockage « chimique » de l’électricité, comme les batteries par exemple. Un carburant alternatif peut aussi faire référence à des gaz comme l’hydrogène, le méthane, etc.</p>
<p>Si la langue anglaise ne reconnaît que le terme de <em>biofuel</em> pour désigner un carburant élaboré à partir de la biomasse, la langue française affiche une plus grande variété. L’appellation de « biocarburant » côtoie ainsi celle d’agro-carburant, de carburant végétal, de carburant vert, de carburant de première ou de seconde génération ou encore de carburant cellulosique. Tout cela revient peu ou prou à la même chose, même s’il existe de subtiles différences entre bioéthanol et biodiesel comme le montre la figure ci-dessous.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/298944/original/file-20191028-113991-sqxrqd.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/298944/original/file-20191028-113991-sqxrqd.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/298944/original/file-20191028-113991-sqxrqd.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=308&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/298944/original/file-20191028-113991-sqxrqd.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=308&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/298944/original/file-20191028-113991-sqxrqd.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=308&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/298944/original/file-20191028-113991-sqxrqd.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=388&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/298944/original/file-20191028-113991-sqxrqd.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=388&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/298944/original/file-20191028-113991-sqxrqd.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=388&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Illustration schématisée de la production de bioéthanol au départ de la biomasse.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Aurore Richel</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>La production de bioéthanol repose sur des ressources végétales qu’elles soient à vocation primaire alimentaire (comme le blé, le maïs, la canne à sucre) ou non (cultures dédiées comme le miscanthus, le bois, les déchets agricoles, etc.). On fabrique ce carburant grâce à une fermentation de certaines molécules renouvelables (de type « sucres ») contenues dans ces ressources végétales permettant d’obtenir de l’éthanol. À la pompe, l’indication E10 fait ainsi référence à une essence contenant 10 % en volume de bioéthanol.</p>
<p>Le biodiesel est, quant à lui, produit au départ de ressources renouvelables riches en lipides (huiles, graisses) contenues dans des plantes spécifiques (comme le colza, le tournesol mais surtout le palmier à huile) ou provenant des filières de recyclage (huiles usagées). Les algues sont aussi des matrices de choix pour l’obtention de ce carburant. La production de biodiesel se fait par voie chimique.</p>
<figure class="align-center zoomable">
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<figcaption>
<span class="caption">Illustration schématisée de la production de biodiesel au départ de la biomasse ou d’huiles usagées.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Aurore Richel</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>On le voit, les carburants alternatifs au départ de ressources renouvelables sont largement diversifiés ; elles se distinguent non seulement par leur procédé de production (fermentation pour les bioalcools, voie chimique pour le biodiesel, procédé thermochimique et Fischer-Tropsch pour les carburants de synthèse, etc.) mais aussi par la nature des intrants utilisés (végétal et organique pour les biocarburants et certains carburants de synthèse, mais aussi de l’eau et du CO<sub>2</sub> pour les e-carburants).</p>
<h2>Le cas du kérosène</h2>
<p>Dans la figure ci-dessous, on voit également apparaître toutes les options de kérosène alternatif (en bleu foncé). Si le cas des carburants liquides pour le transport routier est déjà bien complexe, les choses se corsent encore un peu plus quand on aborde le thème des carburants liquides pour le transport aérien !</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/298946/original/file-20191028-113944-h3fpym.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/298946/original/file-20191028-113944-h3fpym.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/298946/original/file-20191028-113944-h3fpym.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=339&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/298946/original/file-20191028-113944-h3fpym.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=339&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/298946/original/file-20191028-113944-h3fpym.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=339&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/298946/original/file-20191028-113944-h3fpym.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=426&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/298946/original/file-20191028-113944-h3fpym.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=426&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/298946/original/file-20191028-113944-h3fpym.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=426&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Schéma (simplifié et non exhaustif) des options de production de carburants liquides alternatifs pour le transport.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Aurore Richel</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Certains kérosènes sont ainsi produits grâce à des plantes riches en sucres (comme la canne à sucre) tandis que certains autres reposent sur la transformation d’huiles (algues, plantes oléagineuses). Certains kérosènes sont produits par le procédé de Fischer-Tropsch et pourraient être obtenus au départ de CO<sub>2</sub> et de H<sub>2</sub>, tandis que d’autres s’orientent vers l’utilisation de micro-organismes novateurs dans des approches de fermentation (la voie biochimique du schéma). En fonction des flux de manières premières renouvelables dans certaines zones du globe (on pense à l’abondance de la canne à sucre au Brésil), certaines entreprises manufacturent donc des kérosènes différents.</p>
<p>Rappelons enfin pour conclure que l’adjectif « vert » souvent accolé au kérosène peut prêter à confusion. En effet, pour le non-expert, difficile de savoir si l’on fait référence à la nature « végétale » du matériel utilisé, au fait que ce kérosène émet moins de gaz à effet de serre sur son usage ou sa manufacture, ou à une autre raison plus commerciale. Dans tous les cas, il conviendrait plutôt d’exploiter un terme scientifique rigoureux tel que « kérosène alternatif » ou « kérosène avancé ».</p>
<hr>
<p><em>Retrouvez d’autres décryptages sur le blog <a href="http://www.chem4us.be/tendances/carburants/">Chem.4.us</a>.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/125391/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Aurore Richel ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Un décryptage à l’aide de la chimie pour enfin s’y retrouver à la pompe.Aurore Richel, Full Professor, Chemistry of Renewable Resources, Université de LiègeLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/938422018-03-26T22:33:05Z2018-03-26T22:33:05ZAgriculture et transition énergétique : les atouts du biogaz et de l’agroforesterie<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/211838/original/file-20180325-54898-1lew7cf.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C131%2C2041%2C1235&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Haies séparant des espaces agricoles dans le sud de la France. </span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/inra_dist/27398292099/in/photolist-HK6pGx-3KJsYo-5BSXAH-3qqTQ9-dZVMpE-baNYmB-6Muoif-gjMjBM-oJXjMH-5zALfR-WUxcq2-6MuisW-osJsbk-7HVVdZ-pb2VCi-osJSog-4Fgz34-bGCk3n-osJJyj-4tmuSt-fib57q-e56pmM-WqJEdj-ETYV5T-awmhMj-RCEwca-6Mq6DX-7HZRXh-2AaNG5-fvG5vG-osJntK-bWkKLN-nrv3su-224qG9v-4tqxxo-VVuB9A-fUU73N-6Mq5fa-oJXjsK-4tqxrm-6MukLs-21mnnGM-oJXoLV-q7BdWV-f2xrd5-7HVU96-6jx56Q-q7Bb1K-oJXo8v-6Mur8h">INRA DIST/Flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span></figcaption></figure><p>Lutter contre le réchauffement climatique nécessite de « décarboner » rapidement notre système énergétique en <a href="https://theconversation.com/quel-climat-preparons-nous-pour-demain-87454">renonçant aux sources fossiles</a>.</p>
<p>L’agriculture peut contribuer à cette transition en accroissant notre approvisionnement en énergies décarbonées. Mais toutes les stratégies ne sont pas gagnantes et il faut privilégier celles qui s’inscrivent dans une approche globale des systèmes de production agricoles.</p>
<p>Une telle approche relativise l’intérêt des biocarburants de première génération pour mettre en lumière les potentiels du biogaz agricole et l’intérêt des <a href="https://theconversation.com/lagroforesterie-ou-lart-de-mettre-des-arbres-dans-les-champs-54974">pratiques agroforestières</a>, comme la régénérescence des haies.</p>
<h2>Limites des biocarburants de première génération</h2>
<p>L’utilisation de la ressource agricole pour des usages énergétiques n’est pas une nouveauté. En 1950, l’avoine occupait plus du <a href="https://www.persee.fr/doc/ingeo_0020-0093_1947_num_11_4_5283">quart des surfaces céréalières françaises</a>, un espace bien supérieur à celui dédié aujourd’hui aux biocarburants. Les agriculteurs réservaient ces sols pour nourrir leurs animaux de trait, de loin la première source d’énergie utilisée pour les travaux agricoles. Ce mode d’occupation du sol a ensuite rapidement décliné avec la diffusion de la motorisation.</p>
<p>L’intérêt du débouché énergétique est réapparu au sein du monde agricole dans les années 1980, au lendemain des deux chocs pétroliers qui ont marqué la fin de l’énergie fossile bon marché. Produire de l’énergie à partir de blé, de colza ou de betterave devint un cheval de bataille du monde agricole qui se heurta dans les premiers temps à l’opposition jointe des pétroliers et du ministère des Finances.</p>
<p>Dans les années 2000, la prise en compte des questions climatiques redistribua les cartes, deux directives européennes <a href="https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/biocarburants">encourageant fortement les biocarburants</a>.</p>
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<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/ATSV4ntxuBo?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption">Les biocarburants (Ademe/YouTube, 2012).</span></figcaption>
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<p>Ce revirement a permis de créer de nouvelles filières agro-industrielles et d’incorporer un peu moins de 10 % de produits agricoles dans nos carburants : principalement le colza dans le diesel et le blé et la betterave sucrière dans l’essence. Cela a permis de réduire d’autant les <a href="https://www.citepa.org/fr/air-et-climat/analyse-sectorielle/transports">émissions de CO₂</a> du secteur des transports.</p>
<p>Le coût budgétaire de ces politiques est cependant élevé et le <a href="http://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/41339_comparatifacv.pdf">bilan en termes de réduction d’émission de gaz à effet de serre</a> est mitigé quand on tient compte du cycle de vie des produits : le fonctionnement des bioraffineries est en effet gourmand en énergie. À l’amont des bioraffineries, les pratiques culturales, le transport et le stockage de la matière première génèrent également des émissions qu’il faut retrancher du bilan.</p>
<p>Et d’autres effets indirects pervers peuvent apparaître si l’essor du nouveau débouché énergétique entraîne des importations depuis des zones de déforestation tropicale, comme celles d’huile de palme en provenance d’Indonésie et de Malaisie pour la <a href="http://www.liberation.fr/futurs/2016/11/25/pres-de-la-moitie-de-l-huile-de-palme-consommee-en-europe-se-trouve-dans-le-diesel_1530733">production de biodiesel</a>.</p>
<p>Ce bilan mitigé en termes d’émissions, ajouté au risque de concurrence sur l’offre alimentaire, a conduit à une révision à la baisse des objectifs d’incorporation au profit des biocarburants de seconde génération basés sur la transformation de la seule matière ligneuse comme le bois, les pailles ou les résidus de culture.</p>
<p>L’avenir de telles filières reste subordonné à la baisse des coûts des procédés industriels de transformation.</p>
<h2>Le potentiel du biogaz agricole</h2>
<p>L’utilisation de méthaniseurs pour produire du gaz par fermentation à partir de végétaux ou de déjections des animaux d’élevage est aujourd’hui une technique maîtrisée. À la sortie du méthaniseur, le biogaz peut être autoconsommé par l’exploitant agricole ou valorisé en chaleur, électricité ou biométhane pouvant servir de carburant.</p>
<p>Le démarrage du biogaz d’origine agricole a été bien plus lent en France que dans d’autres pays : fin 2017, on comptait <a href="http://atee.fr/biogaz/observatoire-du-biogaz-en-france">291 méthaniseurs agricoles en activité</a> répartis sur le <a href="http://atee.fr/biogaz/carte-des-installations-biogaz-en-france">territoire</a> (voir la carte ci-dessous).</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/211839/original/file-20180325-54878-qbesuz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/211839/original/file-20180325-54878-qbesuz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=425&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/211839/original/file-20180325-54878-qbesuz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=425&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/211839/original/file-20180325-54878-qbesuz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=425&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/211839/original/file-20180325-54878-qbesuz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=534&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/211839/original/file-20180325-54878-qbesuz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=534&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/211839/original/file-20180325-54878-qbesuz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=534&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Implantation géographique des installations de méthanisation agricole en France.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="http://atee.fr/biogaz/carte-des-installations-biogaz-en-france">ATEE</a>, <span class="license">Author provided</span></span>
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<p>C’est sensiblement le même nombre qu’en <a href="https://www.biogas2020.se/wp-content/uploads/2017/11/nr-4-skandinaviens-biogaskonference-2017-7112017-mjompi.pdf">Suède</a>, dont la surface agricole est dix fois moindre que celle de la France, mais loin derrière l’Allemagne où on en compte plus de 9 000 ! Ce retard a résulté de nombreux obstacles réglementaires ou administratifs et de la résistance des opérateurs historiques traitant le gaz d’origine fossile. Ces verrous sont en train de sauter et le biogaz agricole de monter en régime.</p>
<p>Un dispositif assez complexe de soutien reposant sur des tarifs garantis de rachat a été mis en place en 2011. Très incitatif pour les producteurs, ce dispositif devra évoluer avec la montée en régime de la taxe carbone nationale et le relèvement attendu du prix des quotas sur le marché européen du carbone. La tarification du carbone renchérit le gaz naturel et le fioul domestique et réduit d’autant les besoins de soutien du biogaz.</p>
<h2>Des effets bénéfiques sur les systèmes de production agricoles</h2>
<p>La diversification vers le biogaz présente en premier lieu un intérêt économique pour les producteurs agricoles. En zone d’élevage intensif, la conduite d’un méthaniseur peut fournir jusqu’à la moitié des recettes de l’exploitation. Elle nécessite cependant un investissement de départ conséquent et du personnel pour surveiller la méthanisation. Peu d’exploitations sont en mesure de financer par eux-mêmes ces dépenses, d’où l’intérêt des regroupements qui facilitent l’implantation en réseau des méthaniseurs et l’optimisation des flux de matières.</p>
<p>Sous l’angle environnemental, la méthanisation agricole peut avoir des effets très bénéfiques. Elle facilite le traitement des déjections animales en réduisant les émissions de méthane qui y sont associées ; elle fournit d’autre part un résidu, le digestat, qui constitue un engrais organique plus facile d’utilisation que l’épandage de lisier ou de fumier.</p>
<p>L’optimisation du rendement des méthaniseurs requiert un apport minimal de matières végétales qui peut être fourni par des cultures intercalaires qui assurent le maintien du couvert végétal après les récoltes et accroissent la capacité de stockage de carbone des sols.</p>
<p>Du fait de ces bénéfices environnementaux, le bilan du biogaz agricole s’améliore lorsqu’on considère l’ensemble du cycle de vie, à l’inverse de celui des biocarburants de première génération. C’est ce qui en fait une énergie bas carbone prometteuse pour les agriculteurs et les éleveurs.</p>
<p><div data-react-class="Tweet" data-react-props="{"tweetId":"809338578476134400"}"></div></p>
<h2>Le volet énergétique de l’agroforesterie</h2>
<p>Plus <a href="http://www7.inra.fr/dpenv/pointc46.htm">d’un million de km de haies</a> ont été arrachés au XX<sup>e</sup> siècle. La destruction de ce capital écologique a été maximale entre 1950 et 1980, du fait des politiques de remembrement et de retournement des prairies. Le recul s’est depuis fortement ralenti et les volets environnementaux des politiques agricoles cherchent désormais à protéger les quelque 560 000 km qui ont survécu.</p>
<p>Régénérer des haies est un élément clef de la reconquête de la biodiversité agricole. Mais pour y parvenir, les aides à l’investissement et les conditions agro-environnementales transitant par la politique agricole commune ne suffisent pas. Il faut intégrer la gestion des haies dans les systèmes bas carbone de demain et s’assurer de nouveaux débouchés. Les modèles économiques pour y parvenir sont encore à l’état de prototypes.</p>
<p>Sous l’angle énergétique, une haie bien exploitée peut produire jusqu’à 5 à 6 tonnes de bois par kilomètre et par an. Une bonne valorisation énergétique de ces bois de bocage permet de fournir un revenu d’appoint mais pas de rentabiliser les investissements requis.</p>
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<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/nPh09h-Pi7o?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption">Reportage sur les haies au journal de 20h du 16/11/2017 (Viking Eco/YouTube).</span></figcaption>
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<p>D’où l’intérêt des expérimentations pilote comme celle du <a href="http://www.pays-de-la-loire.chambres-agriculture.fr/fileadmin/user_upload/National/FAL_commun/publications/Pays_de_la_Loire/2017_projet_carbocage_valoriser_carbone_stocke_haies_sur_territoires.pdf">Carbocage</a> dans le Grand Ouest. Ce projet vise à valoriser l’ensemble des bénéfices – énergétique et environnementaux – résultant de la reconstitution des haies.</p>
<p>La régénérescence des haies n’est qu’un volet du potentiel de l’agroforesterie, qui, bien conduite, permet de fournir une énergie neutre en carbone tout en améliorant la capacité de renouvellement des écosystèmes.</p>
<p>Son réel potentiel est encore difficile à évaluer car l’atomisation des producteurs complique l’accès au marché et exige une organisation mutualisée de la collecte et une approche proactive des clients reposant sur la traçabilité des produits. À moyen terme, la baisse des coûts de production des biocarburants de seconde génération pourrait créer un appel d’air bienvenu pour élargir les débouchés énergétiques de l’agroforesterie.</p>
<p>Biogaz et pratiques agroforestières sont autant de voies prometteuses où l’agriculture peut contribuer à la transition bas carbone grâce à une exploitation du potentiel énergétique de la biomasse. Ce faisant, elle permet de substituer au carbone fossilisé une source s’inscrivant dans le cycle court du carbone vivant, confirmant le <a href="https://theconversation.com/la-neutralite-carbone-un-objectif-hors-datteinte-sans-implication-forte-de-lagriculture-90893">rôle majeur du secteur agricole dans la transition vers une économie bas-carbone</a>.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/93842/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Côme Billard a reçu des financements (doctorat) de la chaire « Économie du climat ». </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Christian de Perthuis ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Biogaz, bois de bocage et agroforesterie ouvrent de nouveaux débouchés à l’agriculture tout en favorisant la transition énergétique.Christian de Perthuis, Professeur d’économie, fondateur de la chaire « Économie du climat », Université Paris Dauphine – PSLCôme Billard, Doctorant, économie de l’environnement, chaire « Économie du climat », Université Paris Dauphine – PSLLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/908932018-02-01T05:40:19Z2018-02-01T05:40:19ZDébat : Non, l’objectif de neutralité carbone pour 2050 n’est pas un recul<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/204217/original/file-20180131-131733-1bb13rn.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">La première source d’émissions de gaz à effet de serre agricoles résulte de la digestion des bovins.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://unsplash.com/photos/UdhpcfImQ9Y">Stijn te Strake/Unsplash</a></span></figcaption></figure><p>L’accord de Paris fixe, à son article 4, l’objectif d’atteindre avant la fin du siècle la neutralité carbone. En équilibrant les flux bruts d’émission de gaz à effet de serre et la capacité d’absorption du CO<sub>2</sub> par l’océan et la biosphère, une telle neutralité stabilise le stock de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Car c’est bien l’augmentation de ce stock qui réchauffe la planète.</p>
<p>Le rapport spécial du GIEC, <a href="https://www.ipcc.ch/sr15/">paru en octobre 2018</a>, indique que cette neutralité doit être atteinte dès 2050 pour conserver deux chances sur trois de limiter le réchauffement à 1,5 °C d’ici la fin du siècle. C’est pourquoi cet objectif est en train de s’imposer partout dans l’Union comme le nouvel horizon des politiques européennes.</p>
<p>En France, il a été introduit en 2018 dans la stratégie nationale bas carbone, sous l’impulsion de Nicolas Hulot. Le gouvernement s’apprête à l’introduire dans la loi, en substituant cette cible à celle du « facteur 4 », qui guidait notre politique climatique depuis une dizaine d’années. Certains y ont vu un <a href="http://www.arnaudgossement.com/archive/2019/02/07/projet-de-loi-energie-climat-le-gouvernement-veut-modifier-certains-objecti.html">recul</a>. L’objectif de neutralité carbone est pourtant bien plus ambitieux que le facteur 4.</p>
<h2>Carbone fossilisé et carbone vivant</h2>
<p>Pour viser la neutralité carbone, il faut en premier lieu radicalement transformer un système énergétique reposant à <a href="https://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/chiffres-cles-production-d-energie">80 %</a> sur trois sources fossiles : charbon, pétrole, gaz. Vingt ans, <a href="http://bit.ly/2FujmGS">c’est peu pour y parvenir !</a> Mais imaginons que les Terriens réalisent une transition énergétique inouïe et, qu’en 2050, le système énergétique n’émette plus une seule tonne de CO<sub>2</sub>. Supposons également que les émissions liées aux procédés industriels aient été supprimées.</p>
<p>Aurions-nous pour autant atteint la neutralité carbone ? Rien n’est moins sûr, car il subsisterait les rejets de gaz à effet de serre liés à l’agriculture, la forêt et la gestion des déchets organiques, qui comptent pour <a href="http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/syr/AR5_SYR_FINAL_SPM.pdf">plus du quart des émissions mondiales</a>, comme le rappelle le cinquième rapport du GIEC.</p>
<p>Ces activités ont en commun d’intervenir sur le cycle du « carbone vivant » produit par la photosynthèse, à l’origine des chaînes alimentaires. Ici, les émissions ne proviennent que secondairement des rejets de CO<sub>2</sub> provoqués par la combustion d’énergie fossile : elles sont composées de méthane et de protoxyde d’azote, principalement rejetées par l’agriculture, et du déstockage de CO<sub>2</sub> provoqué par la déforestation et le retournement ou l’érosion des sols.</p>
<p>Pour viser la neutralité carbone, il faut donc traiter à la fois le carbone fossilisé du système énergétique et le carbone vivant des chaînes alimentaires et de la forêt.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/204221/original/file-20180131-131727-1mlbb4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/204221/original/file-20180131-131727-1mlbb4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=642&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/204221/original/file-20180131-131727-1mlbb4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=642&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/204221/original/file-20180131-131727-1mlbb4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=642&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/204221/original/file-20180131-131727-1mlbb4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=807&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/204221/original/file-20180131-131727-1mlbb4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=807&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/204221/original/file-20180131-131727-1mlbb4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=807&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption"></span>
<span class="attribution"><a class="source" href="http://cdiac.ess-dive.lbl.gov/trends/emis/meth_reg.html">CDIAC/NOAA-ESRL/Le Quéré et al 2017/Global Carbon Budget 2017</a></span>
</figcaption>
</figure>
<blockquote>
<p>Au cours de la dernière décennie, l’océan et la biosphère ont capturé chaque année de l’ordre de 20 milliards de tonnes de CO<sub>2</sub> alors que les activités humaines en rejetaient un peu moins de 40. Aux ajustements près, le solde s’est accumulé dans l’atmosphère. Si on ne considère que le CO<sub>2</sub>, les rejets liés aux changements d’usage des sols ont amputé de près de 45 % la capacité du puits de carbone terrestre (4,9 sur 11,2). Si l’on prenait en compte l’ensemble des émissions de l’agriculture, le bilan s’inverserait, le puits de carbone terrestre devenant légèrement négatif.</p>
</blockquote>
<h2>L’enjeu de l’utilisation des sols</h2>
<p>À l’échelle internationale, le principal changement d’usage des sols affectant le cycle du carbone concerne la déforestation tropicale à l’origine, chaque année, d’un déstockage de CO<sub>2</sub> de l’ordre de 10 % des émissions mondiales toujours d’après le GIEC.</p>
<p>La cause dominante de ce rejet massif est le mitage de la forêt provoqué par l’extension des cultures et de l’élevage. Pour lutter contre la déforestation tropicale, il faut donc agir sur ses causes agricoles, à l’image du <a href="https://www.chaireeconomieduclimat.org/theses/theses-soutenues/les-projets-redd-et-leurs-impacts-sur-les-populations-locales-analyse-des-modeles-existants-et-methodes-devaluation-dimpact-gabriela-simonet/">Brésil</a> où le rythme de la déforestation a été réduit par plus de deux en freinant les cultures de soja et l’élevage bovin en Amazonie.</p>
<p>La capacité de la biosphère à stocker le carbone dépend aussi de la façon dont les agriculteurs et les éleveurs utilisent le sol : la prairie permanente, les haies, les cultures intercalaires contribuent au stockage du carbone dans le sol ; l’érosion de terres nues, le labour, l’excès de produits chimiques le vident de sa matière vivante en rejetant du CO<sub>2</sub>.</p>
<p>Là où les sols sont très dégradés et pauvres en matière vivante, il y a un potentiel considérable de stockage de CO<sub>2</sub> si l’on parvient à inverser la tendance grâce à des pratiques agricoles adaptées. Ce potentiel est particulièrement élevé en Afrique, dans les zones sahéliennes et semi-arides où la restauration des sols agricoles permettrait également de lutter contre l’insécurité alimentaire.</p>
<p><a href="https://theconversation.com/linitiative-4-pour-1-000-quest-ce-que-cest-54425">L’initiative « 4 pour 1000 »</a> lancée fin 2015 pourra y contribuer si elle se traduit en <a href="http://inra-dam-front-resources-cdn.brainsonic.com/ressources/afile/237958-637ec-resource-etude-reduction-des-ges-en-agriculture-synhese-90-p-.html">réelles actions de terrain</a>.</p>
<p>À l’opposé, là où les sols sont déjà saturés en CO<sub>2</sub>, par exemple dans les tourbières en forêt indonésienne, le potentiel de stockage supplémentaire est inexistant. La stratégie efficace consiste à protéger ces milieux naturels pour y conserver le carbone accumulé.</p>
<h2>L’objectif de neutralité en France</h2>
<p>L’enjeu de l’agriculture et du mode d’usage des terres ne concerne pas que des pays lointains.</p>
<p><a href="https://www.citepa.org/fr/air-et-climat/polluants/effet-de-serre/dioxyde-de-carbone">D’après les estimations</a> du CITEPA, notre pays a émis en 2017 un peu plus de 460 Mt de CO<sub>2</sub>eq. L’agriculture et la gestion des déchets en ont rejeté 96 Mt sous forme de méthane et de protoxyde d’azote ; l’agriculture et la forêt en ont simultanément retiré 36 Mt de l’atmosphère, principalement grâce à la croissance des arbres dans les forêts.</p>
<p>Imaginons que les émissions liées au carbone fossile et à l’industrie tombent à zéro. À niveau inchangé, le puits de carbone national absorberait moins de 40 % des émissions liées au carbone vivant (36 sur 96). On serait encore loin de la neutralité carbone. Pour s’en approcher, on peut réduire les émissions brutes, mais aussi accroître la capacité du puits à pomper le CO<sub>2</sub> dans l’atmosphère.</p>
<h2>Contributions agricoles au puits de carbone</h2>
<p>En France, les concurrences sur l’usage des sols ne se focalisent pas sur les fronts de déforestation comme dans les pays tropicaux. Elles résultent de l’artificialisation des sols (extension de l’habitat, des routes, des bâtiments agricoles, des parkings, etc.) qui grignotent chaque année de l’ordre de <a href="https://inventaire-forestier.ign.fr/spip.php?rubrique11">50 000 hectares</a> d’après l’inventaire national, principalement au détriment des terres agricoles.</p>
<p>La superficie boisée augmente lentement et constitue le moteur principal du puits de carbone stockant le CO<sub>2</sub> atmosphérique. Mais la croissance de ce puits n’est pas automatique et peut même s’inverser (voir ci-dessous). À l’horizon 2050, elle pourrait ainsi être contrariée par les effets perturbateurs du changement climatique et par l’intensification des prélèvements d’arbres pour des usages énergétiques.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/259066/original/file-20190214-1721-o8dnpz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/259066/original/file-20190214-1721-o8dnpz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/259066/original/file-20190214-1721-o8dnpz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=413&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/259066/original/file-20190214-1721-o8dnpz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=413&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/259066/original/file-20190214-1721-o8dnpz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=413&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/259066/original/file-20190214-1721-o8dnpz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=519&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/259066/original/file-20190214-1721-o8dnpz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=519&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/259066/original/file-20190214-1721-o8dnpz.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=519&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption"></span>
<span class="attribution"><span class="source">Chaire Économie du climat (à partir des données CITEPA)</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
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<blockquote>
<p>Le graphique représente l’estimation du puits de carbone sur le champ géographique SECTEN qui n’intègre pas la Guyane. Le puits de carbone est représenté comme une « émission négative ». Son évolution sur la période 1990-2016 résulte principalement des variations du puits forestier et des changements d’usage des terres au sein de l’agriculture (diminution des prairies et cultures permanentes au profit des grandes cultures). Les effets des autres changements des pratiques agricoles n’y apparaissent que marginalement.</p>
</blockquote>
<p>Jusqu’à la fin des années 1990, l’agriculture a procédé à des conversions massives de prairies et de vergers en terres cultivées annuellement, souvent débarrassées de leurs haies et de tout autre couvert végétal. Durant cette période, l’agriculture a perdu de sa capacité à retenir le carbone dans les sols.</p>
<p>La réforme de la Politique agricole commune (PAC) a depuis réduit les incitations productivistes et développé une panoplie de mesures agro-environnementales qui favorisent le stockage du carbone dans les sols : restauration du couvert végétal, cultures intercalaires, incitation au non-labour, réduction des intrants chimiques… Ces incitations ont freiné le déstockage de carbone par l’agriculture, mais sont loin de l’avoir transformé en puits net de carbone.</p>
<h2>Les voies de réduction des émissions agricoles</h2>
<p>Première source d’émission de méthane et de protoxyde d’azote (les deux principaux gaz contribuant au réchauffement après le CO<sub>2</sub>), l’agriculture est à l’origine d’un cinquième des émissions françaises. Depuis 1990, ses émissions ont légèrement baissé mais n’ont pas connu de décrochement comparable à celui observé depuis 2005 pour les autres secteurs (voir ci-dessous).</p>
<p>Les agriculteurs sont parvenus par des changements de pratiques à freiner ces émissions, mais à la marge seulement. Pour se rapprocher de la neutralité carbone, l’agriculture devra opérer des mutations plus radicales en suivant une approche systémique ; cette démarche vise à réduire simultanément les émissions et accroître la capacité d’absorption du carbone dans les sols.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/204223/original/file-20180131-131730-1hx1lma.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/204223/original/file-20180131-131730-1hx1lma.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=440&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/204223/original/file-20180131-131730-1hx1lma.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=440&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/204223/original/file-20180131-131730-1hx1lma.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=440&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/204223/original/file-20180131-131730-1hx1lma.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=553&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/204223/original/file-20180131-131730-1hx1lma.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=553&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/204223/original/file-20180131-131730-1hx1lma.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=553&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="attribution"><span class="source">Chaire Économie du climat (à partir des données CITEPA)</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
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<p>Les émissions agricoles sont composées à près de 80 % des rejets de méthane des ruminants et du protoxyde d’azote résultant de la fertilisation des sols. Le reliquat provient du CO<sub>2</sub> émis lors de l’utilisation d’énergie fossile par les agriculteurs et des émissions des effluents d’élevage avant leur épandage au champ. Les émissions de l’agriculture sont corrélées à l’activité : leur baisse entre 1990 et 1995 résulte de la mise en place des quotas laitiers. Depuis 2000, elle résulte de gains d’efficacité en matière de fertilisation. Les émissions des autres secteurs semblent décrocher à partir de 2005.</p>
</blockquote>
<p>La première source d’émissions agricoles résulte de la digestion des bovins qui <a href="https://theconversation.com/changement-climatique-comment-expliquer-la-forte-hausse-des-concentrations-de-methane-dans-latmosphere-70793">émet du méthane</a>. Pour la limiter, on peut viser une réduction drastique de la consommation de viande bovine et du cheptel. Mais il faut alors savoir comment valoriser les prairies permanentes, l’une des composantes les plus intéressantes du puits de carbone agricole… On peut aussi limiter les rejets de méthane en intégrant du lin dans la ration alimentaire des vaches. Là encore, l’impact indirect sera une conversion de prairies en terres cultivées. Pour intégrer l’élevage bovin dans la transition bas carbone, il faut tenir compte de l’ensemble des paramètres du système.</p>
<p>Autre illustration : les débouchés énergétiques dont l’intérêt doit être évalué de façon globale. Ainsi, le bilan des biocarburants de première génération est contrarié par les émissions des cultures pratiquées à l’amont, dont l’extension serait en plus de nature à déstocker le carbone des sols. Les perspectives du biogaz sont plus prometteuses car l’utilisation énergétique des effluents d’élevage permet de réduire leur empreinte carbone, sans dommage sur les sols.</p>
<p>L’approche systémique n’apporte aucune solution toute faite et doit être conduite à l’échelle locale où sont testées les filières courtes d’approvisionnement, le potentiel de valorisation des produits bio ou la contribution de l’agriculture à la fourniture locale d’énergie bas carbone. Pour tirer tout le parti de ces expérimentations, il faudrait décloisonner la PAC, à l’occasion de sa prochaine réforme, et la coordonner avec les actions mises en œuvre pour atténuer le changement climatique et protéger la biodiversité.</p>
<p>Au total, viser la neutralité carbone accroît l’ambition de la politique climatique. Une telle neutralité implique de réduire les émissions brutes de gaz à effet de serre plus rapidement que ne l’exigeait la cible du « facteur 4 ». Elle implique simultanément qu’on veille, via la protection de la biodiversité, à accroître la capacité d’absorption du CO<sub>2</sub> par le milieu naturel.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/90893/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur organisme de recherche.</span></em></p>Présenté le 7 février 2019, le projet de loi énergie-climat du gouvernement français substitue la division par 4 des émissions de gaz à effet de serre par la neutralité carbone à l’horizon 2050.Christian de Perthuis, Professeur d’économie, fondateur de la chaire « Économie du climat », Université Paris Dauphine – PSLCamille Tevenart, Doctorant en économie agricole et de l’environnement, chaire « Économie du climat » (Université Paris Dauphine), InraeLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/756532017-04-04T11:50:51Z2017-04-04T11:50:51ZPour une huile de palme durable, soutenir les petits producteurs et encadrer les grandes plantations<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/163670/original/image-20170403-21963-1vhj261.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Récolte dans une plantation d’huile de palme certifiée RSPO en Indonésie. </span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/135537130@N04/20641919281/in/photolist-fxtq4C-8ZuFvL-btByYh-aUzuqt-bGwh6D-aUzh52-bGwgWB-aUzgBv-h5cSyg-9sB7T3-rpo2N5-8ZrANa-gLMXhc-aUzgGZ-huNhDC-bEwGAN-aKXAXX-aKXCv8-6MAR4J-9D1gCd-h5cY5N-hEub6x-pZKd8f-aKXAKn-pkxiV2-GjuahA-aKXxHa-Cfkb4u-4cTaat-d7Lcg7-CnAzGJ-CfkaPS-CnAz3N-CnAAsw-BRoNq6-CnAAFC-F161N1-R9iDEi-EobDTz-Dqsjdf-DqNdWH-DPGUwp-EeXyfF-Saqsaz-Qfgn3p-r3zf3w-4cWR7b-btBwAb-rnD71V-xs4es2">LetsAllStayCalmHere/Flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/">CC BY-NC-SA</a></span></figcaption></figure><p>Depuis hier, le Parlement européen examine un projet de résolution ambitieux pointant la responsabilité du développement du <a href="http://www.nationalgeographic.fr/video/tv/les-trafiquants-de-la-peche">palmier à huile</a> dans la déforestation tropicale, responsable d’une part importante des émissions de gaz à effet de serre dans les grands pays producteurs – près de 50 % en Indonésie (où la libération de carbone est imputable à la destruction des tourbières et aux feux de forêt). </p>
<p>Dans son état actuel, <a href="http://www.europarl.europa.eu/oeil/popups/summary.do?id=1481912&t=e&l=fr">le texte prend des positions fortes</a>. Il rappelle notamment que les schémas de certification existants ne sont pas en mesure de garantir à l’acheteur qu’une huile n’est pas liée à la déforestation, au travail forcé ou à l’éviction de populations forestières de leurs terres coutumières (manque d’exigence de certains critères, marché des produits certifiés trop peu rémunérateur pour stimuler l’adhésion des producteurs, conflits d’intérêts avérés dans la conduite d’audits pourtant qualifiés d’« indépendants »). </p>
<p>Le texte insiste également sur le fait que, même renforcées, ces initiatives volontaires seraient insuffisantes pour transformer le secteur vers plus de durabilité, et que les cadres de politiques publiques doivent être renforcés.</p>
<h2>Une majorité de plantations industrielles</h2>
<p>Pour tirer pleinement les conséquences de cette résolution, il faut bien distinguer les deux modes de production qui dominent en Indonésie et en Malaisie, où se concentre 85 % de la production mondiale d’huile de palme. </p>
<p>Environ <a href="http://www.rspo.org/smallholders/">60 % de la production</a> y est assurée par les plantations industrielles contre 40 % par des petits producteurs, sur des surfaces inférieures à 25 hectares. </p>
<p>Compte tenu de l’impact différencié de ces deux modes de production, <a href="http://www.iddri.org/Publications/Vers-une-huile-de-palme-(plus)-durable-quel-role-pour-les-pays-importateurs">favoriser la durabilité</a> de la production d’huile de palme consiste simultanément à mieux encadrer les pratiques en plantations industrielles, renforcer les capacités des petits producteurs et, enfin, mettre en place des garde-fous pour garantir que ces derniers n’étendront pas leurs cultures sur les forêts.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/163676/original/image-20170403-21983-17w58gv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/163676/original/image-20170403-21983-17w58gv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/163676/original/image-20170403-21983-17w58gv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/163676/original/image-20170403-21983-17w58gv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/163676/original/image-20170403-21983-17w58gv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/163676/original/image-20170403-21983-17w58gv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/163676/original/image-20170403-21983-17w58gv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Déforester pour récolter toujours davantage d’huile de palme. Photo prise en 2009 sur l’île de Bornéo (Indonésie).</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/rainforestactionnetwork/5551932646/in/photolist-aUztZt-ciAr9w-aUzhCx-wHxF6-aKXzjc-h5cUmf-bGwhVr-8ZrAPp-h5d9yw-9sy7fD-DPGUwp-EeXyfF-Saqsaz-Qfgn3p-r3zf3w-4cWR7b-btBwAb-rnD71V-xs4es2-aUzsSa-aUzuYg-h5cZR3-9sB79E-8ZrBv2-btBA7G-aUzhtg-9sy6Q4-rpvBQa-rnD4PR-aUzre6-rDES95-aKXCi8-dx3rwe-8ZuFoE-dTkQS4-aKXxvv-huMKXP-6MAHTu-rFXrHK-majujk-aKXAXX-6MAR4J-9D1gCd-6rGWnq-aKXzKc-CnAAsw-Dqsjdf-qJXSHy-rDEYJj-qKaSj2">Rainforest Action Network/Flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/">CC BY-NC</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Le fléau de la déforestation</h2>
<p>Si les petits producteurs ont participé et participent encore à la déforestation, ils n’en sont responsables que pour une faible part (<a href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/conl.12039/full">inférieure à 10 %</a> dans le cas de Sumatra entre 1990 et 2010). </p>
<p>Comme par ailleurs les capacités d’investissement et les compétences techniques de ces planteurs sont souvent faibles, leurs rendements sont 30 à 50 % inférieurs à ceux des plantations industrielles. </p>
<p>Il serait donc possible de répondre à une part importante de l’accroissement de la demande mondiale sur les 20 prochaines années sans générer de déforestation, ceci en augmentant les rendements de ces petits producteurs d’une part, en cadrant mieux la grande plantation industrielle d’autre part – ce qui supposerait cependant de réduire la demande mondiale en agrocarburants, en particulier en Europe, où <a href="https://www.transportenvironment.org/press/cars-and-trucks-burn-almost-half-all-palm-oil-used-europe">45 % de l’huile de palme importée</a> est utilisée à cette fin.</p>
<p><div data-react-class="Tweet" data-react-props="{"tweetId":"848871479382913024"}"></div></p>
<h2>Comment encadrer la production industrielle…</h2>
<p>Mieux cadrer la production industrielle peut passer par plusieurs canaux. </p>
<p>Il pourrait d’abord s’agir de favoriser l’adoption par l’ensemble des standards de certification d’une définition de la forêt exigeante, prenant en compte tant les enjeux de biodiversité que de maintien des stocks de carbone, comme la méthodologie <a href="http://highcarbonstock.org/">High Carbon Stocks</a>. </p>
<p>Encourager ensuite, sur la base de ces définitions claires, le développement du marché des produits certifiés. Enfin, favoriser, voire exiger, la traçabilité dans les chaînes d’approvisionnement des entreprises européennes pour pouvoir identifier d’où vient l’huile de palme utilisée et, en particulier, si elle est issue ou non de la déforestation.</p>
<h2>… et celle des petits producteurs</h2>
<p>Pour agir sur les petits producteurs, il faut améliorer leur accès à des semences de qualité, leur niveau de formation, leur accès au crédit. </p>
<p>Compte tenu de leur faible capacité de négociation avec leurs acheteurs, il faut aussi accompagner la structuration d’organisations collectives pour rééquilibrer les échanges et permettre aux producteurs de capter une part plus importante de la valeur ajoutée de la filière. De telles actions supposent de développer le conseil agricole, l’accès au crédit bancaire et l’encadrement technique et organisationnel des producteurs en milieu rural. </p>
<p><div data-react-class="Tweet" data-react-props="{"tweetId":"847002538905931776"}"></div></p>
<p>C’est donc un renforcement ou une réorientation des politiques de développement agricole et rural qu’il s’agit d’encourager, si l’Union européenne veut réellement diminuer les impacts de la filière huile de palme. Ceci pourrait notamment passer par une augmentation des engagements des bailleurs européens (de l’UE comme de ses États membres) dans des projets de soutien à l’organisation des petits producteurs de la filière.</p>
<p>Néanmoins, ces efforts en direction des petits producteurs n’auront d’effet que si, par ailleurs, il est possible de garantir qu’ils n’étendront pas leurs cultures sur les zones forestières jugées importantes pour la conservation. </p>
<p>Là encore, les politiques de coopération peuvent jouer un rôle clé, en particulier en accompagnant les pays producteurs dans la mise en œuvre de leur engagements climatiques et en appuyant le déploiement des politiques foncières.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/75653/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Pour cette recherche, Pierre-Marie Aubert a reçu des financements de la Fondation Hermès, de l’organisation The Forest Trust et de l’Alliance française pour une huile de palme durable.
</span></em></p>Le Parlement européen a examiné ces 3 et 4 avril un projet de résolution ambitieux sur les liens entre huile de palme et déforestation tropicale. Quels sont les enjeux de ce vote ?Pierre-Marie Aubert, Chercheur en politiques agricoles et alimentaires, IddriLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/695722016-12-13T20:27:07Z2016-12-13T20:27:07ZInnovations dans le traitement des déchets : la méthanisation<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/149698/original/image-20161212-26036-6c7rb2.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Les résidus agricoles, comme le paille de blé, se retrouvent dans les cuves de méthanisation.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/inra_dist/27262923813/in/photolist-Hx8Bqz-Hx7P6m-Jtb5VZ-Jtb5He-Hx7Sm9-Hx8CUr-Hx8CT4-Hx8CRa-Hx8CQt-Jtb72g-Jtb78i-Hx8CNp-JqawPy-JqawJU-Jtb6tn-BBXzfN-B7F6D4-C55YWv-B7F7fp-J3DnPj-Hx8Cs4-Hx8BHD-Hx8BE2-Hx7PG1-Jtb5Xc-Jtb5Bn-Hx8Cqk-Hx8BGg-v8wyG8-Jqawqs-Jtb62a-Jtb5TV-Jtb5QZ-xwrMRE-xgTXT6-xWiYTT-xWbem7-yerVJR-xgQK5B-xgJPvd-ydKTyn-xW9BzC-xgJMqw-ycTnwL-xgQqcB-ybt1k5-xgM2X3-xW7dGN-xWbSGN-xW9ZiN">INRA DIST/Jean Weber/Flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span></figcaption></figure><p>Parmi les innovations récentes dans le traitement des déchets en France, la méthanisation semble être l’une des plus prometteuses. Les types de déchets méthanisables sont en effet nombreux et leur volume potentiellement important.</p>
<p>Les projets à l’échelle locale se sont ainsi multipliés ces dernières années pour gérer et recycler au mieux les déchets à l’aide de cette méthode. D’ailleurs, le <a href="http://www.lexpress.fr/actualites/1/politique/agriculture-royal-veut-accelerer-la-transition-verte-par-le-soutien-a-methanisation_1656622.html">volontarisme de l’État français</a> et les <a href="http://atee.fr/biogaz/accompagnement-et-aides-financi%C3%A8res-aux-projets-de-m%C3%A9thanisation-sur-le-territoire-fran%C3%A7ais">dispositifs d’aide existants</a> devraient permettre de développer plus largement cette approche en France.</p>
<h2>La méthanisation en France et en Europe</h2>
<p>D’après l’<a href="http://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/avis_ademe_methanisation-2016.pdf">Ademe</a>, on comptait en janvier 2016 près de 450 unités de méthanisation en France. Environ la moitié de ces installations sont situées à la ferme contre ; pour l’autre moitié, plusieurs parties prenantes sont impliquées (unités agricoles centralisées, industrielles, de collectivités, etc). On constate un rythme de construction de 50 à 70 unités depuis quelques années, ce qui se situe en dessous des objectifs annoncés par le gouvernement (qui visait l’installation de 100 nouvelles unités par an d’ici à 2020).</p>
<p><a href="http://carto.sinoe.org/carto/methanisation/flash/">Géographiquement</a>, le Grand Ouest (Normandie, Bretagne, Pays de la Loire), la région des Hauts-de-France et de l’Est (Alsace et Lorraine) semblent être les zones les plus dynamiques en matière de méthanisation ; mais sa diffusion s’est répandue de manière assez uniforme sur le territoire métropolitain (sauf en Corse).</p>
<p>À l’échelle de l’Europe, la France est plutôt en retard. L’Allemagne fabrique, par exemple, à elle seule la moitié de la production de biogaz sur le continent (environ 5 000 <a href="https://fr.wiktionary.org/wiki/ktep">ktep</a> contre 350 ktep en France en 2013) ; mais son modèle est de plus en plus décrié (utilisation intensive de cultures énergétiques pour atteindre les rendements escomptés et perte de terres agricoles non dédiées au biogaz). D’autres pays, comme la Grande-Bretagne ou l’Italie, sont également plus en avance que la France avec respectivement une production de 1800 et 1 100 ktep. Même les Pays-Bas, pays pourtant quatre fois moins peuplé que le nôtre et doté d’une superficie douze fois moins importante, a une production de biogaz similaire à celle de l’Hexagone !</p>
<p>La France serait cependant le pays le <a href="https://www.eurobserv-er.org/pdf/baro212biogas.pdf">plus prometteur en matière de biogaz en Europe</a> (avec la Grande-Bretagne), notamment par son importante superficie agricole, source de gisements de déchets méthanisables.</p>
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<figcaption><span class="caption">La méthanisation, comment ça marche ? (Biogaz Vallée).</span></figcaption>
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<h2>Du gaz des marais à la fermentation en cuve</h2>
<p>La méthanisation est connue de longue date, les scientifiques s’y étant intéressés dès le XVIII<sup>e</sup> siècle, suite à la découverte du <a href="http://www.geo.fr/environnement/les-mots-verts/methane-gaz-effet-de-serre-45778">gaz des marais</a>. C’est au début du XX<sup>e</sup> siècle que la première unité de méthanisation voit le jour, à Exeter dans le sud de l’Angleterre où la valorisation de déchets permettra d’éclairer les rues de la ville.</p>
<p>En France, il a fallu attendre les années 1970 pour voir fleurir les premières installations ; mais c’est véritablement depuis le début des années 2010 que la diffusion de la méthanisation s’opère plus largement, notamment avec la <a href="https://fr.Wikimedia.org/wiki/Loi_relative_%C3%A0_la_transition_%C3%A9nerg%C3%A9tique_pour_la_croissance_verte">loi sur la transition énergétique</a>.</p>
<p>Il s’agit d’un procédé biologique de dégradation de la matière organique par absence d’oxygène. Ce phénomène se produit spontanément par la fermentation naturelle de matières organiques, comme c’est le cas dans les décharges publiques. Pour que la dégradation s’opère, il faut une température élevée afin que les bactéries puissent faire leur travail de façon optimale (entre 37 et 55° de manière générale pour la méthanisation en cuve).</p>
<p>L’innovation réside dans la construction d’unités de méthanisation ; ces dernières permettent d’accélérer la transformation de déchets organiques en énergie utilisable – le biogaz – par l’action de multiples bactéries (au sein d’une cuve appelée « digesteur »). Cette fermentation sans oxygène de déchets dégage un biogaz constitué de méthane (CH<sub>4</sub>) et de dioxyde de carbone (CO<sub>2</sub>) ainsi que du digestat (qui est un compost utilisé comme fertilisant). Plus tard, le biogaz est stocké dans une cuve en attendant d’être valorisé en énergie.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/149706/original/image-20161212-26036-lgn3dj.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/149706/original/image-20161212-26036-lgn3dj.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/149706/original/image-20161212-26036-lgn3dj.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=422&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/149706/original/image-20161212-26036-lgn3dj.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=422&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/149706/original/image-20161212-26036-lgn3dj.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=422&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/149706/original/image-20161212-26036-lgn3dj.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=531&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/149706/original/image-20161212-26036-lgn3dj.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=531&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/149706/original/image-20161212-26036-lgn3dj.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=531&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Le potentiel méthanogène.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.ccirezo-normandie.fr/reseau/98628-cci-business-methanisation">www.ccirezo-normandie.fr</a>, <span class="license">Author provided</span></span>
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<h2>Du fumier, des boues, des déchets verts…</h2>
<p>Quels sont les déchets au potentiel méthanogène ? Il y en existe beaucoup et l’on peut y distinguer trois grandes familles. Il y a d’abord les déchets agricoles, comme les effluents d’élevage (fumiers, lisiers et fientes) et les résidus de culture (maïs, céréales et colza). Puis les déchets d’industries agro-alimentaires (graisse d’abattoir, mélasse, carcasse d’animaux, etc). Enfin, les déchets ménagers (pelouse, biodéchets des ménages, boues de station d’épuration, etc).</p>
<p>Le pouvoir méthanogène varie très fortement. Le lisier de bovin est ainsi dix fois moins performant en termes de quantité de méthane formé que les graisses de station d’épuration. On sait toutefois qu’environ 100 millions de tonnes de déchets agricoles sont potentiellement méthanisables en France annuellement contre environ 30 millions de tonnes de déchets municipaux et agro-alimentaires, équilibrant les objectifs de rendement.</p>
<p>D’après l’Ademe, le biogaz issu de la méthanisation pourrait fournir <a href="http://presse.ademe.fr/2014/05/la-methanisation-une-voie-vers-la-transition-energetique.html">3 % de la production énergétique d’ici à 2030</a> pour la France, ce qui permettrait de contribuer à réduire notre dépendance vis-à-vis des énergies fossiles.</p>
<h2>Pour s’éclairer, se chauffer, se déplacer</h2>
<p>Comment utiliser ce biogaz ? Deux grands groupes de valorisation existent : l’électricité et le gaz.</p>
<p>La valorisation en électricité (par cogénération ou par combustion) reste la plus répandue. Elle est largement encouragée par l’État français qui a fixé un tarif d’achat d’électricité attractif pour plusieurs années. Par ailleurs, avec le système de refroidissement des machines, la chaleur peut être récupérée pour ainsi l’injecter dans un réseau de chaleur pouvant chauffer des équipements publics (<a href="http://www.limpartial-andelys.fr/2016/11/19/inauguration-d-aquaval-depuis-samedi-tout-baigne/">piscine, collège</a>, etc.) ou des logements.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/149711/original/image-20161212-26051-1afatxt.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/149711/original/image-20161212-26051-1afatxt.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/149711/original/image-20161212-26051-1afatxt.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/149711/original/image-20161212-26051-1afatxt.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/149711/original/image-20161212-26051-1afatxt.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/149711/original/image-20161212-26051-1afatxt.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/149711/original/image-20161212-26051-1afatxt.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/149711/original/image-20161212-26051-1afatxt.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Un modèle de Fiat 500 roulant au biogaz.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fiat_500_Erdgas.jpg">Wikimédia</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span>
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<p>La valorisation en gaz (après purification par GRDF) permet de le réinjecter dans le réseau de distribution du gaz naturel depuis 2011. Ce biométhane permet de chauffer et sert aussi de carburant écologique pour les véhicules roulant au gaz. Comme pour l’électricité, l’État a fixé un tarif d’achat attractif du gaz.</p>
<p>N’oublions pas le <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Digestat">digestat</a>, ce résidu de la méthanisation qui sert généralement d’épandage pour l’agriculteur afin de fertiliser ses sols. Ce digestat peut être valorisé sous forme d’engrais ou de granulés combustibles.</p>
<h2>Le carburant de la transition énergétique ?</h2>
<p>Le <a href="https://fr.Wikimedia.org/wiki/Grenelle_Environnement">Grenelle de l’environnement</a> et surtout la <a href="https://fr.Wikimedia.org/wiki/Loi_relative_%C3%A0_la_transition_%C3%A9nerg%C3%A9tique_pour_la_croissance_verte">loi sur la transition énergétique</a> ont encouragé le développement de la méthanisation sur le sol français. Par ses nombreux bénéfices environnementaux, cette technique se positionne comme une innovation prometteuse dans le traitement des déchets. Elle ambitionne d’ailleurs de fournir 10 % de gaz vert dans la consommation de gaz en France à l’horizon 2030.</p>
<p>Mais ce développement territorial se fait parfois dans la douleur. En effet, l’<a href="https://theconversation.com/ca-sent-le-gaz-pour-la-methanisation-en-france-68401">hostilité</a> de certains riverains et habitants aux projets de méthanisation fragilise leur déploiement sur le territoire français. La <a href="http://www.lesechos.fr/23/03/2015/LesEchos/21903-108-ECH_methanisation---les-grandes-regions-d-elevage-peinent-a-tenir-leurs-promesses.htm">frilosité des banques</a> à financer la méthanisation est aussi pointée du doigt par certains porteurs de projet.
Pour que cette méthode devienne une réponse viable et durable aux enjeux environnementaux actuels, il faudra répondre de la meilleure manière possible aux freins contestataires.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/69572/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>François Raulin participe au programme de recherche « DETECTE » (<a href="http://www.detecte.org">www.detecte.org</a>) qui vise à l’amélioration de la connaissance des mutations actuelles et futures des territoires ruraux dans le contexte de la transition énergétique, en s’appuyant sur l’exemple de la méthanisation. </span></em></p>En France, cette méthode de transformation des déchets organiques en énergie possède un fort potentiel… même si un réel retard a été pris dans le développement des unités de méthanisation.François Raulin, Ingénieur de recherche à l’Institut du développement territorial (IDéT), Laboratoire Métis EM Normandie, EM NormandieLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/518422016-01-12T05:39:21Z2016-01-12T05:39:21ZLa bioraffinerie environnementale, qu’est-ce que c’est ?<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/107755/original/image-20160111-7002-1aw2aoa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Un milliard de tonnes de déchets alimentaires sont produits annuellement dans le monde. </span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/stefan-szczelkun/8694158454/in/photolist-efgQpG-7V3Gcx-boxkfP-8ydVWt-9LXW2p-ay6wK7-9M1KoS-ay3PjV-bosR5x-8cbuvK-fpgvs9-bowZhB-57YoB3-ay6wGy-bovE2V-ybWS98-cikWQJ-bowR1g-8HaNbs-8cbuvz-97Lu8G-boxoRe-boxkxa-boxsAK-bouKdH-botLTr-ivA8cc-8wbwXn-bouRbD-boxcgP-bowcpR-botYwD-7WSk8u-bov14T-bouki2-bosrdi-bouXoz-bouaqV-bovUhX-bovmsz-bosuJD-7YwXfZ-bowE6r-botR5r-97Hn6K-pFJ8Le-97Hn4P-tPiEKW-97HmFD-7p3TTC">szczel/flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/">CC BY-NC-SA</a></span></figcaption></figure><p>En France, près de la moitié des <a href="http://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/chiffres-cles-dechets-201507_8500.pdf">800 millions de tonnes de déchets</a> produits chaque année sont des « biodéchets ». On appelle ainsi tous les résidus d’origine végétale ou animale : les déchets verts, les déchets de cuisine, les papiers et cartons, bref tout ce qui peut pourrir ou fermenter. C’est d’ailleurs pour cette raison qu’on les désigne également comme la « fraction putrescible » (ou fermentescible) des déchets. Ces derniers représentent un gisement de matières organiques biodégradables considérable.</p>
<p>S’il est très difficile d’estimer à l’échelle mondiale le gisement des biodéchets, on sait cependant que les déchets alimentaires représentent à eux seuls plus d’un milliard de tonnes chaque année. Que faire de ces résidus ? Comment les traiter ? </p>
<h2>Incinération, mise à la décharge</h2>
<p>Tout au long du XX<sup>e</sup> siècle, on les a soit incinérés, soit mis en décharge. Mais on sait aujourd’hui que ces deux types de traitement sont peu efficaces : les biodéchets sont constitués en moyenne de 75 % d’eau, ce qui rend leur incinération très improductive, voire totalement inefficace en termes de récupération d’énergie thermique ; leur stockage en décharge est, quant à lui, source de risques de pollution. Leur conversion en ressource via la récupération du biogaz de décharge s’avère enfin difficilement optimisable : la masse gigantesque de déchets stockés au même endroit induit une biodégradation très lente et quelques fuites de biogaz, inévitables à l’échelle des décharges. </p>
<p>Les biodéchets pouvant être consommés par les micro-organismes pour lesquels ils représentent une source d’alimentation, il est préférable, et de loin, d’utiliser ces bactéries et <a href="http://edu.mnhn.fr/mod/page/view.php?id=1596">ces archées</a> dans des procédés mieux maîtrisables. Ce sont alors de véritables usines chimiques microscopiques que l’on va mettre en service pour transformer la matière organique des biodéchets en un gisement de ressources organiques précieuses.</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/107783/original/image-20160111-6964-1pi8fen.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/107783/original/image-20160111-6964-1pi8fen.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/107783/original/image-20160111-6964-1pi8fen.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/107783/original/image-20160111-6964-1pi8fen.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/107783/original/image-20160111-6964-1pi8fen.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/107783/original/image-20160111-6964-1pi8fen.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/107783/original/image-20160111-6964-1pi8fen.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Plateforme de compostage de déchets verts.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Madeleine Carroué/Irstea</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
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<h2>Compostage, méthanisation</h2>
<p>Le compostage constitue la façon la plus ancienne de transformer les biodéchets en bioressources. Il consiste à transformer les biodéchets en compost, une ressource précieuse pour l’agriculture et le jardinage. La méthanisation, qui permet de convertir les biodéchets en gaz méthane, est un procédé apparu plus récemment. Contrairement au compostage, elle doit se réaliser en l’absence totale d’oxygène. Elle fait intervenir des micro-organismes spécialisés dans ce que l’on nomme la « digestion anaérobie ». C’est ce type de microbes qui constituent ce qu’on appelait naguère la flore intestinale et que l’on nomme à présent le <a href="http://www.inra.fr/Grand-public/Alimentation-et-sante/Tous-les-dossiers/Metagenome-intestinal">microbiote intestinal</a>. </p>
<p>Il est également possible de transformer les biodéchets en autre chose que du compost ou du méthane, grâce à un ensemble de procédés regroupés sous le terme générique de « bioraffinerie environnementale ».</p>
<h2>Les microbes au travail</h2>
<p>Le concept de bioraffinerie environnementale a été élaboré il y a quelques années pour regrouper tous les procédés permettant de transformer les biodéchets en bioressources, en incluant bien entendu les procédés les plus classiques que sont le compostage et la méthanisation, mais aussi tous ceux qui permettent d’obtenir d’autres types de ressources, comme <a href="http://www.novethic.fr/lexique/detail/agrocarburants.html">les biocarburants</a> ou les molécules pour la chimie verte.</p>
<p>La bioraffinerie est très largement fondée sur la digestion anaérobie, une famille de procédés dont fait également partie la méthanisation. Il se passe beaucoup de choses complexes dans un procédé de digestion anaérobie : c’est tout un écosystème microbien qui se met progressivement en place sur la matière à digérer, chaque groupe de microbes assurant un rôle bien particulier. </p>
<p>Un premier groupe, constitué de bactéries que l’on appelle hydrolytiques, va d’abord s’établir en adhérant à la matière solide. Grâce à des enzymes, il va en extraire de grosses molécules comme les protéines (en grande quantité dans les déchets de viande), les lipides (les matières grasses animales ou végétales), la cellulose (dans tous les déchets végétaux et très concentrée dans les papiers cartons), l’amidon (très présent dans les déchets de féculents), pour les transformer en molécules plus petites, des acides aminés, des acides gras, des sucres simples. Les grosses molécules sont les ressources des bactéries, les molécules plus petites, leurs déchets. </p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/107812/original/image-20160111-7002-ppilzm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/107812/original/image-20160111-7002-ppilzm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/107812/original/image-20160111-7002-ppilzm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/107812/original/image-20160111-7002-ppilzm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/107812/original/image-20160111-7002-ppilzm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/107812/original/image-20160111-7002-ppilzm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/107812/original/image-20160111-7002-ppilzm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Des archées, micro-organismes produisant du méthane au cœur d’un bioprocédé, observées au microscope confocal à balayage laser.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Chrystelle Bureau/Irstea</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
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<h2>À chaque étape sa production</h2>
<p>Comme dans tout bon écosystème, ces déchets ne sont pas perdus pour tout le monde : un autre groupe va prendre le relais des bactéries hydrolytiques en se servant de leurs déchets comme ressources. C’est le groupe des bactéries acidogènes qui vont produire elles aussi des déchets : des acides gras volatils (AGV), des alcools ainsi que du gaz carbonique (CO<sub>2</sub>) et du sulfure d’hydrogène (H<sub>2</sub>S). Et la chaîne se poursuivant, peu à peu les ressources des acidogènes s’épuisent et un autre groupe se nourrissant de leurs déchets prend le relais : ce sont les bactéries acétogènes qui consomment les AGV et les transforment en acide acétique (le principal composant du vinaigre qui est en fait un produit de bioraffinerie !) en CO<sub>2</sub> et en dihydrogène (H<sub>2</sub>). Quand la digestion anaérobie arrive à son terme, le dernier groupe à s’installer sur les déchets des acétogènes est constitué par des archées, que l’on nomme méthanogènes parce qu’elles vont produire, du méthane (CH<sub>4</sub>), mais également du CO<sub>2</sub> ; le mélange des deux composant ce que l’on nomme « biogaz ».</p>
<p>Différents facteurs physico-chimiques, par exemple la température ou le pH, permettent d’orienter les métabolismes et de favoriser certains groupes plutôt que d’autres. On peut ainsi orienter le procédé de bioraffinerie en fonction des matières que l’on veut produire : du bioéthanol ou des biomolécules pour la chimie verte comme le butyrate, le propionate ou le lactate en bloquant le processus à l’étape d’acidogénèse ; on produira de l’acétate, toujours pour la chimie verte, mais également du dihydrogène, utilisable par exemple dans une pile à combustible, en l’arrêtant à l’acétogénèse ; enfin, on conduira le procédé à son étape ultime, la méthanogénèse, pour produire du biogaz utilisable comme combustible ou même comme carburant.</p>
<p><br>
<em>Christian Duquennoi a récemment fait paraître <a href="http://www.quae.com/fr/r4746-les-dechets-du-big-bang-a-nos-jours.html">« Les Déchets, du big bang à nos jours »</a>.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/51842/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Christian Duquennoi a reçu des financements de l'ANR, l'ADEME, la Région Ile-de-France, le Commissariat général à l'investissement (Programme Investissements d'Avenir).</span></em></p>Un ensemble de procédés, dont la méthanisation, permettent de transformer les biodéchets en ressources.Christian Duquennoi, Ingénieur de recherche, InraeLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.