Biocarburants

(Paris, le 8 mars 2013)

Les biocarburants se définissent comme des produits issus de matières végétales et capables d’alimenter les moteurs thermiques en substitution des produits pétroliers classiques. Ils répondent donc à des cahiers des charges qui sont spécifiques de leur utilisation finale. Le terme biocarburant est universellement consacré par l’usage, il lui correspond en anglais le terme biofuel bien que certains opposants à la filière aient tenté d’imposer (querelle sémantique stérile ?) le terme d’agrocarburant.

Définition des biocarburants

Les biocarburants se séparent en deux grandes catégories :

  • L’ alcool éthylique ou éthanol et ses dérivés pour les moteurs à allumage commandé.

  • Les dérivés des huiles végétales pour les moteurs diesels généralement appelés « biodiesel ».

Dès l’invention du moteur à combustion interne, l’alcool s’est présenté comme un carburant bien adapté. Au cours du dernier siècle, l’alcool a été périodiquement mis à contribution parce que c’était pour certains pays l’énergie la plus disponible pour l’automobile (cas du Brésil), et pour d’autres parce que les crises politiques ou économiques bloquaient l’accès au pétrole (situation des guerres mondiales).

Bien que Rudolf Diesel mentionnât l’usage d’huile et graisse pour son moteur en 1892, ce n’est qu’un siècle plus tard que la filière biodiesel a pris un véritable essor en Europe et plus particulièrement en France vers les années 1980 en réponse aux crises pétrolières de l’époque. Plus récemment, l’intérêt porté aux biocarburants a résulté des difficultés économiques rencontrées par le monde agricole du fait des surproductions alimentaires.

Aujourd’hui, c’est-à-dire depuis la décennie 1990 et renforcé par l’accord environnemental de Kyoto de décembre 1997, les biocarburants soulèvent un nouvel intérêt parce qu’ils apportent pour les transports une réponse, certes partielle, aux questions liées au risque de réchauffement climatique et à la dépendance quasi exclusive de ce secteur au pétrole (> 96 %). 

En effet, le CO2 émis par la combustion des biocarburants (ou de toute biomasse en général) est issu du carbone de la plante, issu lui-même du CO2 que celle-ci a prélevé dans l’atmosphère pour sa croissance. La combustion d’un biocarburant recycle du CO2 de l’atmosphère sans en augmenter la concentration, donc l’effet de serre. Analogue au recyclage de l’acier d’un véhicule en fin de vie, la combustion des biocarburants n’augmente pas le stock de CO2 de l’atmosphère, et de ce fait se différencie des énergies fossiles : pétrole, charbon, gaz.

Jusqu’à présent, les applications des biocarburants sont spécifiques aux transports routiers probablement pour des raisons pragmatiques de subventions. En effet, dans un contexte historique de prix du pétrole brut bon marché, un système de taxation des carburants routiers s’est progressivement mis en place. Mais parce que le coût de production des biocarburants dépassait celui des produits pétroliers, leur introduction dans le pool des carburants impliquait de la part des pouvoirs publics un soutien sous forme d’exemption partielle de taxes. Ce degré de liberté régalien n’existe évidemment pas pour les carburants aviation ou maritime qui ne sont pas taxés.

Les biocarburants offrent en principe l’intérêt de deux filières possibles de déploiement :

1/ Les biocarburants en mélange banalisés dans les essences et les gazoles

La filière en mélange banalisée suppose qu’au moment de l’introduction dans le réseau, il y ait une compatibilité avec l’ensemble du parc de véhicules. C’est un risque important à gérer entre les constructeurs, les distributeurs du carburant et les pouvoirs publics. Cette filière présente l’intérêt d’un débouché massif et immédiat même s’il s’agit d’un faible pourcentage de biocarburant dans le carburant support. La plupart des pays ayant décidé d’un plan biocarburant, dont les Etats-Unis et l’Europe, privilégient cette approche.

2/ Biocarburant Superéthanol E85 dédié aux véhicules « Flex-Fuel »

Inversement, la filière en distribution spécifique est beaucoup plus lourde à mettre en œuvre car elle impose à la fois la mise en place d’un réseau de distribution dédié au biocarburant et la mise sur le marché de véhicules spécifiquement adaptés à ce carburant.

Les véhicules dits « Flex-Fuel » acceptent n’importe quel mélange essence - alcool grâce à une technologie qui identifie le mélange contenu à tout instant dans le réservoir et ajuste automatiquement les paramètres de la combustion, injection et allumage. La technologie additionnelle pour passer d’un moteur à essence classique à un moteur Flexfuel n’est ni complexe ni coûteuse, à tel point que le marché brésilien s’y est totalement converti en seulement trois ans entre 2003 et 2005.

Il est projeté que tous les grands marchés pouvant disposer de quantités suffisantes d’éthanol passeront massivement à la technologie « Flex-Fuel », qui n’est rien d’autre qu’une forme d’hybridation carburants essence et alcool. Le Brésil est un exemple réussi de cette stratégie, à l’inverse de la France qui a lancé la filière Super-éthanol E85 en janvier 2007, carburant contenant 85 % d’éthanol et impliquant le déploiement d’un réseau de distribution et d’offres de véhicules Flex-Fuel.

Le parc de pompes distributrices de super-éthanol E85 en France en décembre 2009 atteignait un total de 316 unités, soit 25 % de l’objectif 2008 fixé par les pouvoirs publics. Le parc de véhicules Flex-fuel français est estimé à 10 400 unités pour un marché en 2009 de 3 125 unités, qui ne représente que 0,48 % des ventes de véhicules à essence.

Le plan biocarburant français 2005

Le plan biocarburant français impose aux distributeurs, sous peine de taxation TGAP, la mise à la consommation de taux croissants (% énergie) de biocarburants, qu’ils soient distribués sous l’une ou l’autre filière : banalisée ou dédiée. Par ailleurs, les pouvoirs publics qui ont autorité sur la qualité des carburants mis en distribution définissent à certaines étapes du plan de nouvelles spécifications cohérentes avec les taux du plan. C’est ainsi que les gazoles contenant jusqu’à 7 % de biodiesel sont autorisés en France depuis janvier 2008 sans marquage des pompes et que des essences contenant jusqu’à 10 % d’éthanol ou l’équivalent en produits dérivés sont autorisées depuis avril 2009, cette distribution faisant l’objet de pompes marquées SP95-E10.

 

Qualité des biocarburants

La qualité des biocarburants constitue un critère essentiel de leur utilisation et a souvent fait l’objet de débats entre producteurs, distributeurs et constructeurs. Les carburants pétroliers répondent à un cahier des charges très élaboré imposé par le respect de performances de rendement, de fiabilité des véhicules et de réduction d’émissions polluantes. Ces contraintes se traduisent pour le pétrolier par des procédés de raffinage de très haute technologie qui transforment le pétrole brut en essence et gazole, respectant des spécifications de plus en plus rigoureuses allant de pair avec le renforcement des règlements antipollution.

L’utilisation directe d’huile végétale est à proscrire

On ne voit pas pourquoi les filières de la biomasse vers les biocarburants ne seraient pas soumises aux mêmes processus d’assurance de la qualité. Concrètement, et bien que le sujet fasse périodiquement la « une » médiatique, une huile végétale, huile de salade, huile de friture est totalement à proscrire en tant que carburant pour moteur diesel d’automobile, car il en résulte des accroissements démontrés d’émissions polluantes dangereuses et des risques importants d’incidents destructifs des moteurs. De nombreux travaux scientifiques réalisés par des organismes officiels sous contrôle de l’ADEME (Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie) étayent cette position.

Les esters d’huile, bons carburants diesel

Pour être utilisable dans un moteur diesel, la matière première constituée d’huiles végétales de diverses origines doit subir une transformation chimique simple appelée estérification. Les esters d’huiles végétales ainsi obtenus ont des propriétés très proches des gazoles standards. Par exemple, ils restent liquides et pompables jusqu’à des températures de -10°C à -20°C alors que les huiles figent entre 0°C et 20°C. Les esters ont des propriétés de lubrification intéressantes pour protéger de l’usure les systèmes d’injection. Leurs paramètres clés sont favorables à la combustion ainsi qu’aux post-traitements de dépollution : cétane, densité, absence de soufre et d’aromatiques, etc. Les biodiesels sont aussi connus sous le nom commercial de « Diester ».

Les esters d’huile végétale se mélangent en toutes proportions avec les gazoles mais compte tenu des disponibilités de production actuelle, la distribution banalisée se limite à des taux inférieurs à 10 % et généralement à 30 % en flottes captives.

L’alcool carburant doit être anhydre (sans eau)

L’alcool éthylique, ou éthanol directement issu de distillation, procédé par nature sélective pour produire des corps purs, est d’emblée un excellent carburant pour la combustion des moteurs à allumage commandé. L’alcool produit par distillation est dit hydraté, car il contient de l’ordre de 8 % d’eau en sortie de l’unité de distillation, ce qui ne l’empêche pas d’être utilisé tel quel dans les moteurs spécifiquement conçus. Cette voie a été largement utilisée au Brésil dans le passé.

L’autre utilisation de l’éthanol carburant qui porte sur des mélanges avec l’essence impose une déshydratation complète de l’alcool, procédé mis en œuvre après la distillation. En effet, l’eau n’étant pas miscible dans les carburants pétroliers, un mélange d’essence et d’éthanol hydraté peut subir une démixtion, c’est-à-dire une séparation spontanée entre l’eau et le mélange essence - alcool. L’eau étant plus lourde que les autres liquides se retrouve en fond de réservoir, ce qui entraîne l’arrêt du moteur lorsque cette eau est pompée vers le système d’injection.

En Europe et en France, l’éthanol utilisé en mélange avec l’essence est anhydre et des précautions particulières sont prises sur toute la chaîne logistique de distribution pour éviter toute contamination par des traces d’eau. Par exemple, et pour éviter tout risque, la distribution par oléoducs est proscrite, ce qui implique que le mélange entre l’essence et l’alcool soit réalisé en dépôt proche des points de distribution finaux.

Contenu énergétique des biocarburants en mélange

La France distribue un gazole pouvant contenir jusqu’à 7 % de biodiesel et des essences contenant 10 % d’éthanol. Compte tenu des fluctuations de prix entre les divers points de distribution et du choix laissé à l’initiative du consommateur, il convient de préciser les contenus énergétiques au litre qui est l’unité de compte pour l’usager.

Essence + alcool

Le tableau ci-dessous présente les valeurs d’énergie par litre en fonction des mélanges essence - éthanol représentatifs de la distribution en France :

 

Ce tableau rappelle la très grande différence de contenu énergétique au litre entre l’essence, 8,85 kWh/l et l’éthanol 5,91 kWh/l, soit un écart de 50 %. Cette différence se retrouve proportionnellement dans les mélanges essence-alcool. Ainsi, il faut près de 1,4 litre de E85 pour disposer de la même énergie qu’un litre d’essence. En pratique, l’usager doit s’attendre à une surconsommation volumique en litres aux 100 km de l’ordre de 40% lorsqu’un véhicule Flexfuel passe d’une alimentation essence à une alimentation Super-éthanol E85. Cependant, il est possible qu’un moteur voit son rendement s’améliorer avec l’E85, ce qui aura pour effet de réduire la surconsommation volumique. Le carburant SP95 E10 subit une réduction de 3,4% de son contenu énergétique au litre par rapport à une essence sans alcool, différence peu perceptible pour l’usager.

Gazole + biodiesel

Les gazoles contiennent en distribution banalisée en France jusqu’à 7 % (énergie) de biodiesel sous forme d’ester d’huile végétale. Les esters d’huiles végétales résultent d’une transformation chimique simple, l’estérification qui fait réagir l’huile végétale avec un alcool pour produire l’ester qui sera un EMHV ester méthylique si l’alcool utilisé est le méthanol ou un EEHV ester éthylique si le réactif est l’éthanol. EMHV et EEHV ont des propriétés très voisines de celles du gazole, qui sont regroupées dans le tableau ci-dessous sous l’acronyme EHV. La faible différence d’énergie au litre entre gazole et EHV conduit pour un mélange à 7 % à une différence totalement négligeable sans effet significatif sur la consommation des véhicules.
 

Les mélanges de gazole à 30% de biodiesel sont autorisés en France pour des usages en flottes captives, certains constructeurs (groupe PSA) validant même ce carburant pour un usage banalisé.