Biodiesel

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Le biodiesel, biogazole ou B100 (B20, B5, B2, etc) est un biocarburant obtenu à partir d'huile végétale ou animale, transformée par un procédé chimique appelé transestérification faisant réagir cette huile avec un alcool (méthanol ou éthanol), afin d'obtenir du EMHV ou du EEHV (suivant l’alcool utilisé). Le biodiesel tente de concurrencer les huiles végétales utilisées à l'état brut et le pétrodiesel, c'est-à-dire le diesel classique. Le biodiesel peut être utilisé seul dans les moteurs ou mélangé avec du pétrodiesel.

Sommaire 1 Filières de fabrication 1.1 Transestérification par le méthanol 1.2 Hydrogénation 2 Performances comparées avec les autres carburants 3 Impact environnemental 4 Le marché du biodiesel 5 Le Diester français 6 Notes et références 7 Voir aussi 7.1 Lien externes

[modifier] Filières de fabrication

[modifier] Transestérification par le méthanol

On fait réagir de l'huile avec de l'alcool pour diminuer sa viscosité. En principe toutes les huiles peuvent être utilisées, mais, en France les producteurs choisissent souvent de l'huile de colza, tandis qu'aux États-Unis, les fabricants préfèrent le soja et dans une moindre mesure le canola (variété de colza de printemps à basse teneur en acide érucique). Les États-Unis sont par ailleurs les plus gros producteurs de soja devant le Brésil. Mais c'est peut-être à partir d'algues que les huiles pourront être produites avec le meilleur rendement ^[1],[2], rendant ainsi envisageable une production de biodiesel à grande échelle d'ici 5-8 ans. L'alcool est la plupart du temps du méthanol.

Pour augmenter la vitesse de réaction, il faut chauffer le liquide vers 50 °C et ajouter une base comme catalyseur. La base peut être, par exemple, de l'hydroxyde de sodium, également appelé soude caustique (NaOH). Pour un meilleur rendement énergétique global on peut aussi choisir de laisser simplement réagir sans chauffer, la réaction prenant alors quelques heures.

Le procédé (transestérification) permet de récupérer de la glycérine, ce qui est une source de valeur ajoutée. Il faut 100 kg de méthanol pour transestérifier une tonne d'huile végétale (ester d'acides gras et de glycérol) de colza en présence d'un catalyseur alcalin. On obtient alors une tonne de diester (ester d'acides gras et de méthanol) et 100 kg de glycérine réutilisable dans l'industrie chimique ou alimentaire. Dans la balance économique il faut compter les tourteaux de colza, sous-produit de l'extraction de l'huile qui constitue une importante source de protéines végétales en alimentation animale.

[modifier] Hydrogénation

Un autre procédé, breveté par la société finlandaise Neste, consiste à transformer les triglycérides de l'huile végétale en leurs alcanes correspondants. Comme dans le procédé traditionnel, il s'agit d'une réaction catalytique, mais cette fois-ci l'huile est mise en présence d'hydrogène au lieu de méthanol. Les avantages de cette technologie par rapport à la précédente sont multiples :

1. on évite la co-production de glycérine, pour laquelle il n'existe pas toujours de débouché local : l'eau est le seul sous-produit de la réaction
2. l'hydrogénation permet d'ôter tous les atomes d'oxygène : l'absence de molécules oxygénées rend le produit final plus stable
3. les produits de la réaction sont essentiellement des alcanes, ce qui permet d'obtenir des indices de cétane élevés, proches d'un gazole idéal.

Par certains aspects, le biodiesel obtenu est supérieur au gazole de source pétrolière ^[3]: point de trouble plus élevé, émissions nocives plus faibles. Ce procédé sera déployé à grande échelle dès 2010 dans une usine à Singapour, qui transformera de l'huile de palme. Il s'agira alors de la plus grosse usine de biocarburants au monde (800 000 tonnes par an).^[4]

[modifier] Performances comparées avec les autres carburants

Par rapport au biodiesel, les huiles végétales possèdent une viscosité plus importante (jusqu'à 10 fois plus), une indice de cétane plus faible, et une température de solidification plus élevée.

Le pétrodiesel a une viscosité meilleure (jusqu'à deux fois moins) et est moins corrosif que le biodiesel. Le biodiesel pur dégrade le caoutchouc naturel et pour cette raison, il convient de vérifier la qualité des joints si l'on veut utiliser du biodiesel pur.

En mélange jusqu'à 30% avec le pétrogazole, le diester français ne présente aucun problème.

[modifier] Impact environnemental

Le principal intérêt revendiqué par le biodiesel est de ne pas être une énergie fossile et de fournir une énergie renouvelable (l'huile végétale brute) contribuant très peu à l'augmentation du taux de CO₂ présent dans l'atmosphère.
En effet, en théorie, la plante (colza généralement, mais le procédé est applicable à toutes les huiles), durant sa croissance, consomme par photosynthèse la quantité exacte de dioxyde de carbone qui sera dégagée lors la combustion du carburant. Cependant, pour bien maîtriser la valeur écologique d'un carburant, il faut prendre en compte son écobilan, et donc tout son processus de fabrication, incluant la culture et ses intrants, l'empreinte écologique et l'efficacité énergétique des processus de transformation et des transports du producteur au consommateur final et faire le bilan énergétique global. Le biodiesel nécessite un apport énergétique pour accélérer le processus d'estérification et doit être traité dans des raffineries spécialisées avant d'être livré aux consommateurs, ce qui alourdit considérablement son efficacité énergétique en particulier face à l'huile végétale carburant. Le biodiesel seul est non-performant car il n'a que 40 points au niveau de son cétane.

Certains soulignent des risque qui n'ont pas initialement été pris en compte ^[5],[6] : il ne faudrait pas que la production de biocarburants se fasse au prix d'une déforestation massive comme au Brésil, ce qui, au contraire de l'effet recherché, augmenterait les émissions de gaz à effet de serre. De plus, les espaces cultivés privent les pays de sols pour l'agriculture alimentaire, en faisant monter les prix des céréales ou du maïs alimentaires.

[modifier] Le marché du biodiesel

Les plus gros producteurs de biodiesel sont les États-Unis, l'Allemagne et la France. Le département de l'énergie du gouvernement des États-Unis a publié plusieurs documents sur le biodiesel. Les États-Unis soutiennent aussi la recherche dans ce domaine via le National Renewable Energy Laboratory. En Belgique, les unités de production du biodiesel active ou en phase de construction sont localisées à Ertvelde (par Oléon), à Feluy (par Neochim) et à Wandre (par Biofuel).

La production est relativement faible (inférieure au million de tonnes en France en 2004) par rapport à la consommation de diesel.
Le biodiesel reste donc utilisé marginalement, en mélange par les marchands de carburant, d'autant qu'il fait partie des gazoles susceptibles de figer à trop basse température. Le B20/B-20 ou encore BD20 sont un carburant diesel contenant 20% de biodiesel et 80% de gazole, B40 contient 40%, etc.

En 2007 le Brésil et l'Argentine (où le Colza OGM s'est fortement développé) visent le marché européen. Trois unités de productions ont été inaugurées les huit premier mois de l'année en Argentine, dont l'usine de l'huilerie Cincentin (24 000 tonnes/an) et 5 autres sont en cours de construction ^[7]. L'argentine pourrait ainsi passer de 200 000t/an mi 2007 à 1 million de t/an en 2008.

Les effets négatifs et positifs du biodiesel (réels ou supposés) sont nombreux :

• la filière biodiesel concurrence et gêne l'industrie pétrolière, qui cherche donc à la maîtriser ;
• le biodiesel reste un produit industriel, alors que les huiles végétales brutes pourraient, après filtrage poussé (1 µm à 5 µm) et neutralisation (elles sont acides ce qui est peu compatible avec l'huile de vidange qui est alcaline), être directement injectées dans un moteur diesel (souvent peu sensible au carburant utilisé, mais pas dans toutes les voitures diesel ni dans n'importe quelles conditions) ;
• dans certains pays le biodiesel est fabriqué à partir d'une marchandise à vocation alimentaire. En France, la rentabilité de la filière repose sur la production de colza sur des parcelles dites en « jachère industrielle » à un prix inférieur au prix du marché du colza alimentaire. Le taux de jachère imposé par la politique agricole européenne a chuté de 15 % dans les années 1990 à 5% en 2004 pour finalement être supprimé en 2007, fragilisant tout l'équilibre de la filière ; Dieser industrie a annoncé en août 2007 en France qu'il allait proposer des contrats pluriannuels augmenter son prix d'achat de 20 euros/t pour fidéliser les agriculteurs qui risquent de planter des cultures plus rentables que des agrocarburants^[8].

• le biodiesel est plus cher que le gazole, il a donc besoin d'une « incitation fiscale », sous la forme d'une défiscalisation importante (80% d'exonération de la TIPP). La défiscalisation des carburants « écologiques » est une source de controverses, quoique fixée en partie par la directive européenne 2003/96/CE^[9] pour ce qui est des pays européens ;
• la production industrielle de colza est souvent qualifiée de « productiviste » ;
• certains mettent en avant des différences techniques avec le gazole. Toutefois, ce type de critique n'apparaît fondé ni à l'usage ni à l'étude.

2) Le diester d’huile de colza

a) Théorie et protocole de la fabrication de diester

• Les huiles végétales Les huiles végétales sont des triglycérides, c'est-à-dire des triesters du glycérol et des acides gras. Elles sont obtenues par simple pression à froid et filtration de graines oléagineuses. Les propriétés physiques de l'huile s'apparentent à celles du gazole, sa viscosité élevée pose quelques problèmes d’utilisation. • Le Biodiesel Le Diester ou biodiesel est un additif au gazole. Jusqu’à 5 % d’incorporation à cause de la réglementation française actuelle, il est considéré en Europe comme un constituant du gazole. Il peut être utilisé à des taux supérieurs pour ses avantages environnementaux, jusqu’à 30 % en France dans des flottes captives, voire pur comme en Allemagne. La réaction permettant l’obtention du biodiesel à partir d’huile végétale est appelée transestérification.

Une trans-estérification: Une trans-estérification est la réaction d'un ester sur un alcool pour donner un autre ester. Un acide ou une base est souvent utilisé comme catalyseur. En ce qui nous concerne, c'est la trans-estérification de trilinoléate de glycéryle (huile de colza) par le méthanol (CH₃OH) et l’on obtient de l’Ester Méthylique d’Huile Végétale (E.M.H.V.) et du glycérol (C₃H₈O₃). La trans-estérification est une réaction chimique qui est à l'origine du diester. Les molécules plus petites du biodiesel ainsi obtenues peuvent alors être utilisées comme carburant dans les moteurs à allumage par compression (moteur diesel).

Equation chimique de la réaction de trans-estérification : Réaction :

1 mol de trilinoléate de glycéryle + 3 mol de méthanol --> 3 mol d'E.M.H.V + 1 mol de glycérol

La fonction ester correspond à la séquence :

C'est en fait un carbone portant simultanément un groupement carbonyle et un groupement OR. Les esters sont des dérivés des acides carboxyliques. Les fonctions esters se retrouvent dans de nombreuses molécules biologiques, notamment les triglycérides. Le méthanol: C’est un alcool méthylique de formule CH₃OH . C’est un liquide inodore, inflammable et toxique.

b) La production de biodiesel dans l’UE La filière du biodiesel se développe presque exclusivement en UE, mais elle gagne du terrain dans autres régions du monde par exemple au Brésil et en Indonésie où les cultures de palmiers et de soja pour un usage énergétique se pratiquent dans l’agriculture sur brûlis au détriment de la forêt. En Europe elle ne concurrence pas l’alimentation car elle est produite sur les terres en jachères ou sur les terres qui bénéficient de l’aide aux cultures énergétiques. Sa production a augmenté de 67% de 2004 à 2005, les principaux producteurs sont l’Allemagne, la France puis le Royaume-Uni et l’Espagne.

c) Rendement Le Diester restitue 3,7 fois plus d’énergie que ce qui est utilisé pour sa production, selon le bilan énergétique réactualisé en 2007. Ceci revient à dire que pour produire 3,7 tonnes (équivalent pétrole) d’énergie renouvelable Diester, on ne consomme qu'une tonne d'énergie fossile .Ce résultat tient compte de l'énergie consommée depuis la fabrication des semences, produits phytosanitaires, engrais, jusqu'à l'utilisation du Diester dans les véhicules.

     Ce bilan s’est sensiblement amélioré en 5 ans grâce à la réduction des quantités d'engrais utilisés et des changements réalisés dans les processus industriels. Désormais, l’objectif est d’obtenir à court terme un bilan égal à 5 grâce à l’optimisation de la culture (fertilisation azotée, travail du sol…) et des étapes de la transformation (économies d’énergie, co-génération, évolution des processus…). 

d) Le bilan environnemental Un projet européen a pour objectif d'approfondir les études menées sur le colza énergétique, en considérant uniquement la partie agricole. On parle alors du bilan environnemental de la culture. Pour traiter au mieux ses différents aspects, trois organismes mettent en commun leurs compétences: • l'Ademe (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie) • le Cetiom (Centre technique interprofessionnel des oléagineuxs métropolitains) • l'INRA (Institut National de la Recherche Agronomique) Cela consiste à établir une base quantitative d'évaluation des facteurs d'impact de la culture sur l'environnement à travers l'inventaire des consommations de matière et d'énergie, ainsi que des rejets solides, liquides et gazeux, pendant son cycle de vie. Il faut donc comparer toute l'énergie nécessaire à la production du diester à celle restituée (rendement énergétique), mais aussi mesurer les quantités d'azote lessivé (nitrates) ou réémis (protoxyde d'azote, ammoniac) par rapport à celles relevées sur sol en jachère nue ou spontanée. Bilan hydrique Un autre aspect du bilan environnemental est l'impact de la jachère sur les évolutions du stock d'eau et les écoulements dans le sol. Une particularité du colza d'hiver est la longueur de son cycle: le sol est couvert pendant 10 mois ce qui comporte deux avantages: la conservation de la structure (porosité et résistance à l'érosion) et la limitation de l'érosion lors des fortes pluies hivernales. De plus la surface et la structure du couvert régissent l'évapotranspiration. Avec en outre la capacité des racines à capter l'eau du sol, la culture et sa fertilisation jouent un rôle évident sur les stocks d'eau et le drainage. Bilan azoté L'élément azote est impliqué de multiples façons dans le bilan environnemental. Indispensable pour la fertilisation, il devient indésirable dans les eaux de percolation (pollution des nappes phréatiques, eutrophisation) et dans les émissions gazeuses (le protoxyde d'azote est un gaz à effet de serre). De plus la modélisation du cycle de l'azote est complexe, en particulier dans le sol où intervient l'activité microbiologique. L'étude menée est donc intéressante pour plusieurs raisons. D'une part pour confirmer et quantifier les impacts environnementaux du colza, qui est souvent décrit comme un piège à nitrate pour sa croissance automnale qui limite les risques de lessivage hivernal, sans nécessiter pour cela d'apport d'engrais, car le début du développement consomme l'azote produit par l'activité microbiologique sur le reliquat de la culture précédente. Par ailleurs, une étude récente mettait en cause le colza en ce qui concerne les dégagements de protoxyde d'azote (Friedrich, 1992). D'autre part les analyses de sol et les mesures de flux effectuées permettent de tester ou de valider les sous modèles de transformations de l'azote. Bilan lors de la fertilisation des cultures

Le colza prélève les nitrates présents dans le sol et les rend en partie disponibles pour les céréales suivantes. Ceci évite que ces nitrates ne se retrouvent dans les nappes phréatiques. Il permet de rompre les cycles des maladies des céréales et de lutter plus efficacement contre les mauvaises herbes. 

Placée après un colza, une céréale donnera aussi un meilleur rendement. Les cultures de colza et de tournesol - placées en “tête de rotations” - permettent de réduire les doses d’engrais et de produits phytosanitaires nécessaires pour les céréales cultivées après.

e) Avantages • Une grande partie de la production pétrolière à lieu dans des pays instables : Irak, Nigeria, Venezuela, Iran. Les biocarburants permettent aux pays qui les produisent de devenir moins dépendants sur le plan énergétique.

• En Europe, et tout particulièrement en France, la part des véhicules Diesel dans le parc automobile progresse au détriment des véhicules essence.

• Le Diester qui se substitue au gazole permet donc de réduire les importations de gazole et d’améliorer la balance commerciale de la France, tout en évitant des rejets de CO₂ dans l'atmosphère. La stratégie de réduction de la dépendance énergétique de la France se justifie d’autant plus depuis les hausses des cours du pétrole.

• Grâce à l'incorporation du diester dans le gazole, on espère réduire de 2% la consommation française de ce carburant, utilisé par la moitié des automobilistes. De plus, cette filière a créé 3 000 emplois. • Les coproduits sont des produits qu'on ne souhaite pas créer à la base lors de la fabrication des biocarburants, mais qui peuvent tout de même avoir une utilité. Ils pourraient notamment amortir les coûts des biocarburants en leurs apportant une source de profit supplémentaire et/ou qui permettraient à d’autres secteurs économiques de croître parallèlement à la production de biocarburants. Les biocarburants contribuent à relancer l’agriculture européenne. Après broyage des graines oléagineuses on obtient "en déchet" une pâte que l'on appelle des tourteaux et qui peut être utilisé pour l'alimentation animale. L'estérification produit aussi du glycérol utilisé par de nombreux chimistes ainsi que l'industrie.

f) Inconvénients • Ces avantages ne doivent pas faire oublier que la production de diester sera toujours négligeable face à la consommation de gazole, qui équivaut il est vrai en France à une surface cultivée en colza de 25 millions d'hectares (la France dispose de 18 millions d'hectares de terres arables).

• La réaction de transestérification nécessitent un chauffage donc consomme de l’énergie.

• De plus, toujours en relation avec les matières premières, on retrouve la fabrication des engrais par l'industrie chimique qui nécessite des produits pétroliers.

• Mais aujourd’hui on recherche des plantes nécessitent peu d’engrais.

g) Perspectives Le pétrole continue d’augmenter chaque jour, le biodiesel est un des moyens pour remédier à la crise énergétique. La production d’huile à partir d’algues aurait un meilleur rendement énergétique d’après des travaux récents.

Annexes 1) Historique •1891, Rudolf Diesel procède à des essais sur ses moteurs (les moteurs Diesel) avec de l'Huile Végétale Brute (H.V.B.). Il est convaincu que l'huile végétale a un fort potentiel, au même titre que le pétrole et le charbon. Il faut savoir qu'au départ, le moteur « Diesel » était tout d'abord connu sous le nom de « moteur huile lourde » (l'huile lourde était à cette époque, un résidu non commercialisable du raffinage du pétrole brut).

• 1900, l'entreprise OTTO présente, lors de l'exposition universelle à Paris, un moteur fonctionnant à l'huile d'arachide pour répondre à une demande du gouvernement français.

• 1925, un ingénieur du Génie Maritime est chargé par celle-ci d'étudier la possibilité d'utiliser des huiles végétales pour ses moteurs lents.

• 1939-1945, les difficultés d'approvisionnement en hydrocarbures liées à la Seconde Guerre mondiale poussent certaines régions du monde à développer l'utilisation de moteurs fonctionnant à l'huile végétale. Des recherches se poursuivront durant les années qui suivirent mais le faible coût du pétrole et les orientations politiques de l'époque y mettent un terme.

• Au milieu du XXe siècle, quand le pétrole devint abondant et bon marché, les industriels et les consommateurs se désintéressèrent des biocarburants.

• Le premier et second choc pétrolier (1973 et 1979) les rendit à nouveau attractifs. De nombreuses études furent ainsi menées à la fin des années 1970 et au début des années 1980. Aux États-unis, les travaux du NREL (National Renewable Energy Laboratory, US Department of Energy, DOE) sur les énergies renouvelables ont commencé dans les années 1970 dans le contexte du peak oil américain (c’est la période où la production américaine à atteint son apogée), qui avait d’ailleurs été annoncé dès 1949 par le géophysicien M. King Hubbert. Il est alors apparu indispensable au gouvernement américain de se tourner vers des sources pétrolières étrangères ou de développer d’autres carburants.

• Le contre-choc pétrolier de 1986 (baisse des prix du pétrole), et le lobbying des multinationales pétrolières ont fait chuter l'enthousiasme pour les agro carburants. Dès 2000, une hausse du prix du pétrole, l'approche du pic pétrolier, la nécessité de lutter contre l'effet de serre et enfin les menaces sur la sécurité d'approvisionnement ont conduit les gouvernements à multiplier les discours et les promesses d'aides pour le secteur des agro carburants .

• 1997, Valenergol est créée et donne un coup d'accélérateur à la filière des HVB. Seulement quelques années plus tard, cette société est poursuivie en justice par les douanes pour non acquittement de la TIPP (nouvellement connue sous le nom de Taxe Intérieure sur le Carburant), procédure toujours en cours en 2006.

• En avril 2007, un rapport de l'ONU n'arrive pas à quantifier les avantages et inconvénients des biocarburants. Il propose aux décideurs d'encourager leur production et utilisation durable ainsi que d'autres bioénergies, en cherchant à maximiser les bénéfices pour les pauvres et pour l'environnement tout en développant la recherche et développement pour des usages d'intérêt public. Deux projets de directive européenne sont en cours d'examen en 2007 sur la qualité des biocarburants et sur leur promotion. 2) Politique d’aide • au niveau européen L'obligation du gel des terres est mise en place avec la réforme de 1992 en vue d'équilibrer le marché des céréales. La culture de productions non alimentaires (y compris les cultures énergétiques) est autorisée pour autant que l'utilisation de la biomasse soit garantie par un contrat ou par l'agriculteur. Une aide spéciale aux cultures énergétiques a été mise en place avec la réforme de la PAC de 2003. En 2007 une prime d'un montant de 45 €/ha a été prévue avec une superficie maximale garantie de 1,5 million d'hectares en tant que plafond budgétaire. • au niveau français La France devance de 2 ans les mesures d’incorporation prise de l’Union Européenne En 2007, tous les moteurs diesels roulaient au diester avec 5% en volume d’additif, cette année à 6,3% et en 2010, la France s’est engagée à incorporer 7, 7% en volume et en 2015 se sera de 10% en volume. Aujourd’hui, 60 collectivités et entreprises, soient 8000 véhicules l’utilisent à 30%. Cette nouvelle fabrication bénéficie d’exonération de Taxe intérieur sur les produits Pétroliers (TIPP) normalement appliquée au carburant. Le biodiesel en 2007 a été détaxée de 65%.

[modifier] Le Diester français

En France, on parle aussi de Diester®. Le diester, mot-valise formé par la contraction de diesel et ester, est une marque déposée par Sofiproteol.

C’est aussi un terme devenu commun pour désigner en France, les esters méthyliques d’huiles végétales (EMHV), le biodiesel en Europe et en Amérique du Nord.

La France produit chaque année environ 300 000 tonnes de diester, soit à peine 1 % du carburant consommé.

En France, ce carburant est mélangé au diesel traditionnel à faible pourcentage sans signalisation spécifique.

[modifier] Notes et références

[modifier] Voir aussi

• Carburant à domicile

[modifier] Lien externes

• Le site du Diester, biocarburant issu de la transformation des huiles végétales
• PROLEA, La filière française des Huiles et Protéines Végétales
• http://www.cetiom.fr/
• http://www.ogm.cetiom.fr/
• http://www.oleovar.cetiom.fr/
• Biofuel.be (une entreprise belge)
• Biodiesel en Suisse
• Biodiesel producteur Suisse
• Distributeur de BioDiesel en Suisse Allemande
• Conseil québécois du biodiésel (Canada)
• Projet Biobus - Autobus urbains au biodiésel (Montréal, Canada)
• Projet BioMer - Bateaux de croisière au biodiésel (Montréal, Canada)
• Projet BioShip - Essai de biodiésel dans la marine marchande (Canada)
• Groupe de promotion du biodiesel au Canada
• Dossier complet de Matt Lechien "Le Biodiesel écologique et révolutionnaire
• Informations et Tuyaux sur le Biodiesel
• Débat Biodiesel / Diester / HBV (Huile Végétale Brute)
• entrée biodiesel sur Ekopedia
• Les biocarburants ont un avenir prometteur
• Renault Trucks s'engage pour l'avenir avec le biodiesel
• BIODIESEL ARGENTINA
• BIODIESEL PLANTS Fabricant d'«usines clé en main» de fabrication de biodiésel avec un processus industriel assurant la sécurité et la qualité du produit
• Recette du Biodiesel Site d'informations écologique décrivant une technique artisanale de fabrication du biodiésel
• Biocombustibles.es Web experta en España y Latinoamérica en el tratamiento de información sobre biocombustibles y en el contacto entre los agentes que intervienen en este sector.

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