A quoi carburera-t-on en 2030 ? En Europe, c’est en ce moment que cela se joue. Adoptée en 2018, dix ans après une première version, la seconde directive européenne sur les énergies renouvelables (RED II) entrera en vigueur le 1er juillet 2021. D’ici là, les États membres devront la transposer dans leur droit national. Concernant les transports, un objectif de 14 % d’énergie d’origine renouvelable est fixé pour 2030. Pour y parvenir, les biocarburants conventionnels, ou de première génération, auront leur place, mais leur usage sera plafonné.
À l’inverse, les biocarburants avancés, ou de deuxième génération – produits à partir de biomasse qui n’entre pas en compétition avec l’alimentation humaine ou animale –, seront favorisés. Tout comme d’autres solutions émergentes qui se passent tout simplement de biomasse : les électro-carburants – issus de processus power-to-liquid – et les carburants solaires. Les premiers sont produits à partir d’eau, de dioxyde de carbone (CO2) et d’électricité d’origine renouvelable. Les seconds utilisent de la chaleur solaire concentrée afin de transformer directement le CO2 et l’eau au sein d’un réacteur.
Le power-to-liquid, une « variable d’ajustement »
Les électro-carburants semblent d’ores et déjà appelés à jouer un rôle important. «Il n’y aura pas suffisamment de biomasse pour couvrir ne serait-ce que les besoins de l’aviation, avertit Karl Hauptmeier, le directeur du projet Norsk e-fuel, qui vise à produire du kérosène à partir d’électricité renouvelable en Norvège. Il y aura donc un trou à combler pour atteindre les objectifs de réduction des émissions de CO2, et ce dès 2030.»
« Nous aurons besoin du power-to-liquid, affirme Thibault Cantat, chercheur au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) à Saclay et responsable du programme sur la fermeture du cycle du carbone. En revanche, il faudra regarder au cas par cas pour apprécier l’intérêt de cette solution par rapport aux biocarburants avancés ou de troisième génération. » Ces derniers désignent ceux qui sont produits à partir de microalgues. Dans les scénarios prospectifs de l’Agence de la transition écologique (Ademe), le power-to-liquid est bel et bien envisagé comme un moyen de modifier le mix énergétique des transports et d’aider à leur décarbonation. « Mais nous considérons les électro-carburants plutôt comme une variable d’ajustement par rapport aux biocarburants pour desserrer la demande en biomasse », assure Bruno Gagnepain, ingénieur biocarburants à l’Ademe. Dans tous les cas, soulignent des chercheurs du Centre de recherche technique de Finlande et de l’université de Cambridge (Royaume-Uni) dans un article paru en octobre dans la revue Joule, « leur viabilité dépendra d’un accès à des sources d’énergie à bas coût et ultra-bas carbone ou à de l’électricité renouvelable zéro carbone disponible toute l’année. »
La voie méthanol n'est pas meilleure que la voie FT
Le power-to-liquid, tout comme les carburants solaires, peut être utilisé pour produire soit du méthanol, soit un gaz de synthèse qui est ensuite transformé en diesel ou en kérosène par un procédé Fischer-Tropsch (FT). « S’il est aujourd’hui principalement utilisé dans le secteur de la chimie, le méthanol peut aussi servir en tant que tel pour un usage énergétique ou être transformé en hydrocarbure », précise Alain Bengaouer, chef de projets au CEA-Liten de Grenoble.
« Entre la voie méthanol et la voie FT, il n’y a aucun gagnant aujourd’hui, ajoute Thibault Cantat. Cela dépend de l’usage visé. » Par exemple, les circuits de carburant et la motorisation dans l’aviation étant conçus pour des hydrocarbures aux spécifications très précises, passer au méthanol réclamerait des changements supplémentaires. La voie FT pourrait donc être préférée afin d’éviter cette étape intermédiaire. « Mais pour d’autres moteurs à combustion équipant les véhicules, le choix entre méthanol et hydrocarbure reste ouvert », précise Thibault Cantat.
Le plafonnement européen des biocarburants de première génération tient à leurs inconvénients : ils entrent en concurrence avec l’alimentation humaine et animale, et peuvent conduire à un changement d’affectation des sols indirect (Casi), dont l’effet pervers est d’entraîner des émissions de gaz à effet de serre (GES). Lorsqu’une culture de colza destinée à l’huile alimentaire est par exemple redirigée vers la production de biocarburants, le colza initialement produit pour l’alimentation devra être cultivé ailleurs, dans des terres non exploitées, des forêts, des zones humides ou des tourbières, qui sont des puits de carbone majeurs. Ce déplacement peut entraîner de la déforestation et la disparition de réservoirs de carbone. « Ces mouvements sont difficiles à détecter, admet Bruno Gagnepain. Pour l’instant, ils le sont par des modèles mathématiques. » Les biocarburants avancés, ou de deuxième génération, visent à éviter ces écueils en utilisant des ressources qui n’entrent pas en compétition avec l’alimentation. Algues, paille, résidus de bois… La liste des matières premières dont ils sont issus, définie dans la directive RED II, concerne principalement de la biomasse lignocellulosique.
L'éthanol, la filière la plus avancée
Les premières usines destinées à fabriquer de l’éthanol avancé – substitut à l’essence – sortent aujourd’hui de terre. « C’est la filière la plus en avance d’un point de vue technologique et en termes d’industrialisation », souligne Bruno Gagnepain. En Europe, des projets émergent dans les pays nordiques, en Roumanie, en Pologne, ou encore en Croatie, où sera lancé à l’échelle industrielle le procédé développé dans le cadre du projet français Futurol. La première licence ayant été vendue à l’entreprise pétrolière croate INA en mars 2020. Ailleurs dans le monde, l’Inde est également très active, avec six projets en cours portant sur des unités d’éthanol avancé et six autres à venir.
Pour produire du biodiesel ou du biokérosène, l’hydrotraitement d’huile végétale (HVO) s’est énormément développé ces dernières années. Il peut également être réalisé à partir d’huiles usagées ou de graisses animales. La capacité de production des pays de l’Union européenne était de l’ordre de 5,1 milliards de litres fin 2019, selon le baromètre EurObserv’ER, publié en septembre 2020. « Cette capacité de production devrait fortement augmenter dans les trois ou quatre prochaines années, la plupart des acteurs présents sur ce marché ayant annoncé de nouveaux investissements », précise l’étude. C’est notamment ce que Total fait dans sa bioraffinerie de La Mède (Bouches-du-Rhône) et ce qu’il compte faire à Grandpuits (Seine-et-Marne) dès 2024. Mise en service en juillet 2019 après une reconversion, la bioraffinerie de La Mède utilise en entrée 60 à 70 % d’huiles végétales de type colza, palme et tournesol, et 30 à 40 % de graisses animales, huiles de cuisson ou huiles résiduelles. Les ressources sont les mêmes, mais dans des proportions à peu près inversées à Grandpuits. Total a toutefois indiqué ne pas vouloir utiliser d’huile de palme sur ce site. « L’idée est d’utiliser les déchets et résidus pour produire des biocarburants aériens, et plutôt les huiles végétales pour produire du diesel renouvelable », indique François Ioos. Seulement, ni les huiles végétales de type colza, tournesol ou palme, ni les huiles usagées et graisses animales n’entrent dans la liste des ressources permettant de faire des biocarburants avancés au sens de la directive RED II. Pour les huiles résiduelles et animales se pose également la question de la disponibilité. « En général, elles ne sont pas disponibles en quantité, souligne Jean-Christophe Viguié, de l’Ifpen. De plus, leur collecte est difficile et chère. »
Plusieurs pistes à explorer
Les bioraffineries qui font de l’HVO pourraient néanmoins produire du biodiesel ou du biokérosène considérés comme avancés si elles utilisaient en entrée des huiles issues de microalgues ou d’autres ressources listées dans la directive RED II. Enfin, d’autres voies existent pour produire du biodiesel et du biokérosène avancés comme celle qui consiste à gazéifier de la biomasse lignocellulosique pour produire un gaz de synthèse. Ce mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone peut être utilisé pour fabriquer différents types d’hydrocarbures lors d’une synthèse FT, comme dans le cadre du projet BioTfuel de Total et de l’Ifpen.
Biocarburants conventionnels, avancés, microalgues, électro-carburants, carburants solaires… mais aussi batteries et hydrogène. Si toutes les personnes interrogées aiment à vanter les mérites de leur solution comparée aux solutions concurrentes, tout le monde s’accorde sur un point : la solution miracle n’existe pas et rien ne sert d’opposer les différentes pistes entre elles. La lutte contre les énergies fossiles est un défi tellement ardu qu’il demande de faire feu de tout bois.
« Les carburants alternatifs vont avoir un rôle prédominant dans l’aviation »
Nicolas Jeuland, responsable des carburants bas carbone chez Safran
Quelle est la part des biocarburants utilisés aujourd’hui dans l’aviation ?
Elle est pour l’instant anecdotique. les biocarburants représentent environ 0,1 % des carburants aériens et sont principalement liés à des opérations de démonstration. il existe sept manières – certifiées – de les produire, pour une intégration à hauteur de 50 %. Mais ils sont aujourd’hui au mieux deux fois plus chers que les carburants fossiles. C’est tout l’enjeu de l’appel à manifestation d’intérêt lancé en France début 2020 : développer des projets pour les industrialiser et réduire les coûts.
Quelle est la place des carburants alternatifs dans la stratégie de décarbonation de l’aviation ?
Ils vont avoir un rôle prédominant. Pour réduire les émissions globales de l’aérien, il faut s’attaquer aux flottes qui réalisent les vols de plus de 1 500 km et qui représentent 80 % des émissions de CO2. Même si des avancées majeures sont réalisées dans le domaine des batteries, nous serons toujours très loin de la densité énergétique d’un carburant liquide. Donc l’avion 100 % électrique ne concernera que de petits aéronefs pour faire des courtes distances. Quant aux avions de ligne à hydrogène, ils ne sont pas envisagés avant 2035.
Quelles sont les contraintes techniques liées au développement d’un nouveau carburant ?
Il y a trois grands défis, mais rien d’insurmontable. D’abord, la combustion du carburant : est-ce qu’il brûle bien ? De la même façon qu’un carburant classique ? À la même température ? Puis, le circuit carburant, qui est construit en fonction des propriétés de carburants existants depuis des années. Or ceux-ci contiennent des molécules – les aromatiques – qui participent au gonflement des joints qui assurent l’étanchéité. Sans elles, il y a un risque de fuite. enfin, les émissions polluantes: les moteurs sont aujourd’hui adaptés pour les limiter. Il ne faudrait pas tout perturber avec un nouveau carburant.
