Biomasse : La France teste des cultures non alimentaires

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Face à un besoin croissant de biomasse pour des applications non alimentaires, les chercheurs se mobilisent. Parmi les pistes explorées, la recherche de nouvelles biomasses, l’usage de terres non arables ou une meilleure valorisation des ressources.

Le miscanthus fait l’objet de nombreuses recherches au regard de son potentiel pour l’usage non alimentaire de la biomasse.

 

L’exploitation de la biomasse constitue l’un des piliers de la bioéconomie. Elle contribue en effet à répondre aux enjeux environnementaux de réduction de la consommation en carbone fossile, et des émissions en gaz à effet de serre. Cette biomasse est d’abord valorisée pour des usages alimentaires, mais les différentes fractions qui la composent – amidon, sucres, huiles, fibres, etc. – trouvent aussi de plus en plus de débouchés non alimentaires. Selon l’étude de l’Ademe « Emplois actuels et futurs pour la chimie du végétal », les produits amylacés proviennent essentiellement du blé (62 %), du maïs (35 %), le reste étant issu de la pomme de terre et du pois protéagineux. Cette production est valorisée notamment en papeterie (20 %) ainsi qu’en chimie du végétal (33 %), sous forme d’acides, de tensioactifs, de polymères, de composites ou encore d’adhésifs. Provenant de la betterave sucrière (93 %) et de la canne (7 %), la production de sucre est valorisée pour 6,5 % en chimie du végétal dont une partie par fermentation, notamment pour la production d’acides aminés (6 %) et l’autre partie en éthanol (0,5 %). La production oléagineuse se répartit principalement entre le colza (73 %), le tournesol (24 %) et sert à 45 % pour des usages non alimentaires, en particulier à la production de biocarburants (40 %) en chimie du végétal (5 %). « L’obtention d’huiles végétales engendre la co-production de glycérol (0,1 tonne pour 1 tonne d’huile estérifiée), qui peut être valorisé par exemple en épichlorhydrine ou encore en 1,3-PDO », précise Virginie Le Ravalec, ingénieur Bioressources de l’Ademe. La biomasse valorisée pour les fibres végétales provient de la paille de lin (90 %) et de chanvre (10 %). 13 % de cette production est utilisée en chimie du végétal, principalement pour l’élaboration de matériaux composites.

Mais cette utilisation de la biomasse pour les applications telles que la chimie du végétal peut susciter l’interrogation sur la compétition entre cultures à usage alimentaire et non alimentaire. « Les biomasses actuellement utilisées pour des applications industrielles restent indifférenciées quant à leur usage alimentaire ou non alimentaire. Il n’y a pas à ce jour de cultures dédiées aux différents usages », répond Ghislain Gosse, président de la commission Ressources du pôle IAR. Aussi, face à une demande croissante en biomasse à visée non alimentaire, les acteurs de la recherche et les industriels commencent à étudier la possibilité d’utiliser des cultures alternatives capables de fournir une grande quantité de biomasse sur un espace restreint, avec le moins d’intrants possible, ou sur des terrains délaissés par l’agriculture.

Un sérieux candidat pour l’usage non alimentaire

Parmi les espèces les plus prometteuses, nous retrouvons le miscanthus, plante pérenne à rhizome de la famille des Poacées. « L’un des principaux avantages des cultures pérennes par rapport aux plantes annuelles, c’est qu’elles ont un rendement en biomasse important tout en utilisant efficacement les éléments nutritifs du sol comme l’azote », précise Herman Höfte, directeur de recherche à l’Inra de Versailles. En outre, le miscanthus possède l’avantage d’être robuste, d’avoir un impact environnemental réduit par rapport à d’autres cultures, et il permet de fournir une récolte de biomasse sèche de qualité, adaptée à la valorisation énergétique (combustion) ou sous forme de matériaux. « Le miscanthus est également capable de pousser sur des terres marginales, avec une haute teneur en métaux lourds, sans en accumuler dans les parties aériennes », affirme Herman Höfte. Des essais d’applications industrielles sont d’ores et déjà en place, notamment pour l’élaboration de matériaux composites, de pièces automobiles ou de parpaings pour le bâtiment. Cependant, l’utilisation du miscanthus en tant que biomasse se heurte encore à quelques difficultés, comme le décrit Herman Höfte : « Étant donné qu’il s’agit d’une espèce sauvage, nous avons que peu de recul agronomique. De plus, sa reproduction ne se fait pas par graines, mais via son rhizome, ce qui engendre des coûts d’implantation plus élevés au départ ». L’Inra travaille activement sur cette espèce, en s’attachant à plusieurs paramètres : la sélection des espèces ayant le plus haut rendement en biomasse de qualité pour les applications industrielles, et le choix de variétés plus résistantes au froid. Enfin, l’institut essaie de mettre au point des hybrides pouvant se multiplier par grains. Autre espèce sur laquelle la recherche est active : le sorgho. Faisant l’objet de travaux au sein du Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement (Cirad) de Montpellier, cette plante résistante à la sécheresse se décline en espèces permettant aussi bien de fournir des grains, du sucre ou des fibres pour les applications industrielles. « L’enjeu principal est de créer un hybride permettant de fournir une biomasse de qualité et en grande quantité », précise Herman Höfte. D’autres espèces font ou ont fait également l’objet de travaux de recherche, comme le peuplier courte rotation, le switchgrass ou encore le jatropha. « L’Inra effectue actuellement des études au sujet du peuplier à haute rotation. Quant au switchgrass, les recherches sont principalement menées aux États-Unis, notamment sur l’amélioration du rendement et de la qualité de la biomasse. Enfin, le jatropha a beaucoup intéressé les chercheurs à un moment donné, mais il semblerait que cela soit devenu une recherche de niche », développe Herman Höfte.

Un projet national de R&D sur la biomasse

En attendant le déploiement potentiel à plus grande échelle de ces “nouvelles“ biomasses en étude, un bon nombre de projets de bioraffinerie sont élaborés, cherchant à valoriser la biomasse lignocellulosique, qu’elle soit sous forme de cultures dédiées ou de coproduits. « Le constat est que le besoin en biomasse est croissant à cause de la raréfaction des ressources fossiles, et nous avons besoin d’autres solutions pour des applications industrielles en chimie verte. De plus, beaucoup de projets sont lancés sur l’utilisation de la biomasse via les bioraffineries, mais très peu sur les ressources de biomasse », affirme Herman Höfte (Inra). C’est pour s’intéresser à l’aspect des ressources que le projet national Biomass for future (BFF) a été lancé en 2012. Doté d’un budget de 28 millions d’euros sur 8 ans (dont 10 M€ de subventions), il regroupe 22 participants de divers horizons : organismes publics de recherche, industriels, agriculteurs et collectivités territoriales. L’objectif de ce programme d’une durée de 8 ans est double, comme l’indique Herman Höfte, également coordinateur du projet BFF : « À l’aide de ce projet, nous souhaitons non seulement créer des cultures, mais également promouvoir leur utilisation industrielle, en concertation avec l’ensemble des parties prenantes : agriculteurs, industriels et collectivités territoriales, etc. Cela permettra de créer une chaîne de valeurs ». Actuellement, la valorisation de la biomasse ne démarre pas réellement en raison de plusieurs facteurs, estime le directeur de recherche de l’Inra : « Il n’y pas assez d’incitation à la valorisation de la biomasse, sans compter les incertitudes de marché, le coût d’investissement et les verrous technologiques. Les bioraffineries et les unités de production de biocarburants de seconde génération seront les plus gros consommateurs de biomasse, mais elles ne sont pas encore réellement au point ». Dans un premier temps, le projet BFF se focalisera sur deux espèces : le miscanthus et le sorgho. « Nous essaierons de créer des variétés de miscanthus pour des applications de matériaux composites, tandis que les variétés de sorgho élaborées serviront notamment au marché de la méthanisation ».

Outre la sélection de nouvelles espèces possibles pour une valorisation biomasse, une autre question réside dans comment les introduire dans un système agricole existant. « Pour réduire la compétition sur l’occupation des terres à venir, il est possible de jouer sur la synergie entre les cultures. Et nous avons les connaissances suffisantes pour raisonner en termes de synergies de nouvelles cultures », soutient Ghislain Gosse (pôle IAR). L’introduction de ces nouvelles espèces tels que le miscanthus pourrait dans un premier temps se faire sur des terres inutilisées pour l’agriculture. « Il existe plusieurs niches d’introduction pour ces nouvelles espèces, sans que cela nuise aux cultures pour les usages alimentaires : les champs captants, les sites pollués ou encore les terres marginales », liste Ghislain Gosse. En outre, il semble nécessaire de différencier les cultures selon leur usage. « Pour la bioraffinerie par exemple, il est possible de regarder les variétés les plus adéquates pour les applications visées. Par exemple, au lieu de prendre de la betterave à sucre, sélectionnée spécifiquement pour son sucre cristallisable, nous pouvons choisir une betterave plus adaptée à la fermentation », explique Ghislain Gosse. Avant de conclure: « L’objectif serait d’avoir une biomasse différenciée selon les usages, mais cela nécessite encore un travail important pour en évaluer les impacts positifs en matière d’environnement mais aussi les difficultés pour maîtriser et optimiser des rotations agricoles plus complexes ».

 

3 questions à Jean-Luc Pelletier, délégué général de l’Usipa (Union des syndicats des industries des produits amylacés et de leurs dérivés), et membre actif de l’association Chimie du végétal.

Y a-t-il lieu d’avoir un débat entre les usages alimentaires et non alimentaires de la biomasse ?

Jean-Louis Pelletier : Il est tout à fait légitime de s’interroger sur l’utilisation de la biomasse. En effet, une étude réalisée par l’organisation des nations unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO) démontre que si la planète possède le potentiel pour subvenir à ses besoins alimentaires d’ici à 2050, et ce malgré la croissance démographique, cela supposera une augmentation de 70 % de la production agricole. Ceci nécessitera une volonté politique des gouvernements pour mettre en œuvre les politiques agricoles et les politiques d’aide au développement nécessaires. Mais je pense qu’il n’y a pas pour autant concurrence entre les deux usages traditionnels de l’agriculture : l’alimentaire et le non alimentaire. Il est au contraire possible de développer de façon harmonieuse les deux usages. Dans ce domaine, il y a souvent une surenchère de propos alarmistes que nous ne partageons pas.

Comment peut-on faire pour développer harmonieusement les différents usages de la biomasse ?

J.-L. P. : Pour développer harmonieusement les deux usages, il faut tout d’abord trouver des points d’amélioration dans notre utilisation actuelle de la biomasse, notamment pour les usages alimentaires. Cela signifie d’abord changer les modes de production agricole pour « produire plus et mieux », partout où cela est possible, tout en ayant conscience qu’il n’y a pas de modèle agricole unique, et que les solutions diffèrent selon les régions du monde. De plus, il est nécessaire de repenser les comportements alimentaires, sachant que les pays émergents sont en train de passer sur un mode de consommation à l’occidentale alors que les pays développés sont eux confrontés au fléau de l’obésité. Il faut également limiter au maximum les pertes et le gaspillage qu’ils interviennent à la récolte et au stockage, comme dans les pays en développement, ou à la consommation comme dans les pays développés. La FAO estime qu’aujourd’hui, au niveau mondial, un tiers des aliments produits pour la consommation humaine est perdu ou gaspillé. Enfin, rappelons qu’en France, une des principales causes identifiées dans la concurrence exercée sur les terres agricoles est l’artificialisation des sols et l’urbanisation.

Et la chimie du végétal dans ce contexte ?

J.-L. P. : La chimie du végétal est l’un des piliers de la croissance verte, qui permettra de répondre notamment aux enjeux climatiques et énergétiques dans les années à venir. L’ACDV a évalué à 4 à 5 millions d’hectares, soit environ 2-3 % des surfaces agricoles et forestières européennes actuelles la surface nécessaire pour produire les matières premières nécessaires. Ces chiffres apparaissent dérisoires par rapport aux enjeux considérables rappelés ci-dessus. La chimie du végétal s’appuiera sur les bioraffineries, qui constituent une solution pour faire coexister de manière équilibrée les usages alimentaires (humains et animaux) et non alimentaires dans les mêmes unités de production, ceci en exploitant tout le potentiel de la biomasse. Je le répète : bien souvent, on oppose l’usage alimentaire et non alimentaire de la biomasse. Or il n’y a pas lieu de les opposer, car dans la plupart des cas, les débouchés non alimentaires seront complémentaires des débouchés alimentaires.

 

 

 

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