échange pédagogique

Énergie des végétaux Il s’agit d’énergie solaire stockée sous forme organique grâce à la photosynthèse*. Cette énergie est exploitée par combustion. Cette énergie est considérée comme renouvelable si on admet que les quantités brûlées n’excèdent pas les quantités produites. On peut citer notamment le bois et les biocarburants

*La photosynthèse est le processus bioénergétique qui permet aux plantes de synthétiser leur matière organique en exploitant l’énergie solaire. C’est la fabrication de matière carbonée organique à partir d’eau et de carbone minéral (CO₂) en présence de lumière. Les besoins nutritifs de la plante sont le dioxyde de carbone de l’air, l’eau et les minéraux du sol. Les végétaux sont dits autotrophes pour le carbone. Une conséquence importante est la libération de molécules de dioxygène.

Pendant la nuit, la photosynthèse est suspendue, mais la plante respire de manière continue le jour et la nuit. Le jour, les échanges en dioxyde de carbone issus de la respiration sont moins importants que ceux en dioxygène issus de la photosynthèse. C’est ainsi que l’on peut dire que la plante produit du dioxygène.

Combustion du boisLe début de l’utilisation du bois comme combustible, ou bois énergie, est contemporain de la maîtrise du feu. Le bois est utilisé comme source d’énergie thermique afin de chauffer et de cuisiner, mais aussi de déshydrater ou de fumer les aliments pour mieux les conserver.Par la suite, on a découvert qu’une combustion lente et partielle du bois avec un apport minime d’oxygène permettait de produire du charbon de bois. Ce dernier fournit plus de chaleur que le bois et représente une source d’énergie plus compacte. C’est également une source de carbone plus pure, ce qui le rend utile dans la métallurgie du fer pour la production de fonte et d’acier. Cependant, le charbon de bois n’est pas une source d’énergie efficace, sauf à récupérer la grande quantité d’énergie du bois perdue lors de sa fabrication.

La sylviculture pour production de bois de chauffage est en concurrence avec les usages alimentaires des surfaces cultivables et est consommatrice d’eau virtuelle.

Récemment, une nouvelle technique de combustion du bois a été mis au point : le pellet ou granulé bois. Le granulé bois est un combustible naturel substitut du fuel, destiné à alimenter les chaudières des particuliers et des collectivités. Il est produit à partir de connexes de scierie (sciure, copeaux, plaquette forestière…).

1 – La biomasse utilisée comme biocombustible La biomasse* sèche (bois et paille), les déchets organiques* solides et ordures ménagères, les déchets de l’industrie du bois peuvent satisfaire les besoins en chaleur dans différents secteurs des activités humaines, notamment comme biocombustible* pour les chaudières.
Si les déchets de l’industrie du bois (estimés à 300 000 tonnes équivalent pétrole (TEP)) sont régulièrement récupérés pour être recyclés, les résidus forestiers* (estimés à 4 millions de tonnes équivalent pétrole (TEP)) sont encore trop souvent brûlés sur place ou mis en décharge. L’une des raisons est que la récolte et le conditionnement des résidus forestiers sont plus difficiles puisqu’il faut utiliser des machines spécialisées pour déchiqueter le bois sur place.
Après récupération, pour faciliter son stockage et permettre une bonne automaticité dans l’alimentation et la régularisation des chaudières, le biocombustible* doit être normalisé, calibré, dépoussiéré. Il est ainsi conditionné sous forme de plaquettes ou de granulés. Bioéthanol : La production du bioéthanol est obtenue à partir de la fermentation* de la biomasse*. Ce sont les cultures de betteraves, cannes à sucre, sous-produits de sucreries, qui constituent la source de bioéthanol la plus importante. Plus les végétaux sont riches en sucres (les hexoses*), plus la fermentation* est élevée. Le blé, le maïs ou le topinambour sont aussi utilisés car ils contiennent des polysaccharides* (amidon ou inuline) facilement transformables en hexoses.
Ces végétaux sont d’abord broyés pour séparer le jus fermentescible des restes qui seront destinés à l’alimentation du bétail (pulpes, tourteaux).
Dans les distilleries, la fermentation du jus est assurée par des levures* du genre saccharomyces (champignons microscopiques). Cette opération se déroule en continu à 32-33° C en milieu partiellement anaérobie* et de pH* acide stable et permet de transformer les sucres* en éthanol* (alcool*) et dioxyde de carbone. Globalement, le rendement est de 46 kg d’éthanol pour 100 kg de sucres fermentés. Des opérations de purification sont nécessaires pour extraire l’éthanol du milieu.
L’utilisation directe de l’éthanol comme biocarburant* ne peut se faire que pour des moteurs spécifiquement adaptés car il faut deux fois moins d’air pour provoquer la combustion* d’1 gramme d’éthanol par rapport à 1 gramme d’essence classique. Par contre, un dérivé de l’éthanol, l’ETBE (éthyl-tertio-butyl-éther), peut être directement utilisé avec les moteurs essence standards, en mélange avec de l’essence classique. L’ETBE est obtenu par condensation de l’éthanol avec l’isobutène (fraction pétrolière légère de raffinerie).
L’utilisation du bioéthanol comme biocarburant permet de relever l’indice d’octane* et contribue à baisser les émissions de dioxyde de soufre*, d’oxyde* de carbone, d’hydrocarbures* et de composés aromatiques (benzène, toluène, xylène) dans l’atmosphère*.
Mais dans l’état actuel des technologies utilisées, la fabrication du bioéthanol est un procédé qui reste onéreux. La production d’huiles végétales
Elle est obtenue à partir des cultures de plantes oléagineuses* (soja, colza, tournesol, arachide). Les graines subissent plusieurs traitements mécaniques (broyage et pressage) et chimiques (raffinage) afin de récupérer des huiles végétales pures de type triglycérides*. Le traitement des triglycérides par du méthanol* permet d’obtenir deux types de produits : des esters méthyléniques et de la glycérine (ou glycérol*).
La glycérine est utilisée pour d’autres domaines (fabrication de cosmétiques, d’explosifs, etc.). Les restes des graines (tourteaux) sont destinés à l’alimentation animale.
Les esters méthyléniques sont utilisés comme biocarburant* diesel en mélange avec le gazole dans les proportions de 5 % à 20 %. Ce mélange permet de réduire les fumées et les particules produites dans la combustion* du gazole. La principale utilisation concerne les véhicules utilitaires (poids lourds, tracteurs, bus).DemainAu vu des objectifs définis par la commission européenne pour 2010, le marché de la biomasse* végétale pourra répondre aux préoccupations environnementales et agricoles :
- la contribution apportée par l’utilisation du biogaz* (provenant de l’élevage, des affluents agro-industriels, du traitement des eaux usées et des décharges) pour limiter la quantité de gaz à effet de serre*;
- l’utilisation des terres agricoles en jachère pour des cultures énergétiques indispensables à la production de biocombustibles et biocarburants.