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Définition et implications du concept de voiture propre

 

E. LES BIOCARBURANTS : DE L'AGRICULTURE À LA CHIMIE

Les biocarburants représentent aujourd'hui moins de 1 % des carburants distribués. Pourtant au début de l'histoire automobile, l'intérêt était fort. Le moteur présenté par Rudolf Diesel aux expositions universelles de 1894 et 1900 fonctionnait à l'huile d'arachide. Longtemps des véhicules de course ont fonctionné avec des biocarburants. En 1936, la production de biocarburants était encore le double de celle de 2003. Mais le faible prix du pétrole devait avoir raison de cette filière.

Ce sont d'ailleurs l'évolution du cours des produits pétroliers comme celle des règles de la politique agricole commune (PAC) européenne qui ont fortement contribué, depuis une dizaine d'années, à l'attention portée aux biocarburants. Depuis trois ans, un grand nombre de rapports en France comme à l'étranger ont abordé cette question.

Vos rapporteurs ont notamment consulté : Assessing the biofuels option, juin 2005, Agence internationale de l'énergie, Biofuels, House of Commons, Environment, food and rural affairs Committee, 70th report of Session 2002-03, Biocarburants : un moyen efficace mais encore onéreux de respecter nos engagements écologiques internationaux, Alain Marleix, juin 2004, Commission des finances de l'Assemblée nationale, Les débouchés non alimentaires des produits agricoles : un enjeu pour la France et l'Union européenne, Jean-Claude Pasty, mai 2004, Conseil économique et social, Le rapport 2005 de la Commission interministérielle du véhicule propre et économe (CIVEPE), L'optimisation du soutien à la filière biocarburant, Inspection générale des finances (IGF), Conseil général des mines (CGM), Conseil général du génie rural et des eaux et forêts (CGGREF), septembre 2005.

L'Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques s'était, en outre, déjà saisi de la question à travers le rapport de MM. Claude Birraux et Jean-Yves Le Déaut, L'état actuel et les perspectives techniques des énergies renouvelables, novembre 2001, puis d'une table ronde, le 13 juillet 2004, sur le thème : « Biocarburants : quelles perspectives techniques de développement en France ? ».

Pour vos rapporteurs, il ne s'agissait donc pas une nouvelle fois d'effectuer une évaluation et un bilan complet de la filière biocarburants et de ses perspectives mais plutôt, à partir des études déjà menées, de déterminer avec le plus de précision possible :

- la position de notre pays dans le monde en matière de production, de politique et de recherche sur les différentes filières de biocarburants,

- les bénéfices en termes d'émission de gaz à effet de serre des biocarburants,

- les coûts de production et le caractère potentiellement compétitif ou non des filières,

- la capacité de substitution aux carburants fossiles en quantité et qualité et la concurrence éventuelle avec les cultures alimentaires.

Ces questions ont pris d'autant plus d'importance que, le 1er septembre 2005, le Premier ministre a annoncé l'accélération du plan biocarburants avec l'incorporation, dès 2007, de 2 % de biocarburants, puis de 5,75 % en 2008, 7 % en 2010 et 10 % en 2015.

1. Les filières actuelles de biocarburants dans le monde

Les biocarburants sont les carburants liquides ou gazeux produits à partir de matières organiques végétales ou animales. Une dizaine de biocarburants sont envisagés au niveau européen. Dans la pratique, deux principaux dominent largement les usages automobiles : l'éthanol et les esters méthyliques d'huiles végétales (EMHV).

Les biocarburants sont donc composés de deux grandes filières : la filière alcool permettant de produire de l'éthanol, particulièrement développée au Brésil et aux États-Unis, et la filière huiles végétales permettant de produire du biodiesel et développée en Europe.

· La filière éthanol

L'éthanol est le biocarburant le plus produit et le plus utilisé dans le monde. Il est fabriqué à partir de la fermentation de sucres (betteraves, cannes à sucre) ou d'amidon (amylacées : blé, maïs) puis distillation pour séparer l'alcool de l'eau. Produit et utilisé essentiellement au Brésil et aux États-Unis, il peut être incorporé dans l'essence.

La filière canne à sucre, notamment au Brésil, est l'une des plus performantes. Le principal coproduit, la bagasse, est énergétiquement valorisée puisqu'elle permet le chauffage nécessaire à la distillation. La filière betterave engendre 0,75 tonne de coproduit par tonne d'éthanol. Le blé ou le maïs engendre 1,2 t. de drèches pour 1 t. d'éthanol. Ces coproduits sont utilisés dans l'alimentation animale. La rentabilité de ces filières dépend pour partie de leur prix de vente.

Les rendements de ces filières sont peu importants : 1 à 2 tep/ha pour l'éthanol de blé ou de maïs et 3 à 4 tep/ha pour l'éthanol issu de la betterave ou de la canne à sucre.

Lorsqu'il n'est pas utilisé directement, l'éthanol est utilisé pour la fabrication de l'étyl tertio butyl éther (ETBE). C'est un composé oxygéné issu de la réaction en quantités presque égales d'éthanol et d'isobutène, co-produit d'origine pétrolière.

Ce produit a la préférence des pétroliers. Il est utilisé en remplacement du MTBE, interdit en raison des pollutions qu'il pouvait occasionner. Il présente l'avantage de parfaitement se mélanger à l'essence, de pouvoir y être incorporé à tout moment et d'être transporté avec elle sans précaution particulière. Il est communément utilisé pour améliorer le degré d'octane des essences.

L'éthanol peut être incorporé directement dans l'essence mais cette opération pose certaines difficultés techniques qui ont toujours conduit les pétroliers à lui préférer l'ETBE. Dès une incorporation à faible dose, l'éthanol augmente significativement la volatilité de l'essence (tension vapeur). Cela pose des problèmes pour respecter les normes européennes en matière de protection de la santé et de l'environnement. Celle-ci interdit une tension vapeur supérieure à 60 kp (kilopascals) en été et 90 kp en hiver. Or, comme l'incorporation de 5 % d'éthanol accroît de 50 kp la tension vapeur, l'incorporation directe d'éthanol ne peut s'effectuer qu'à partir de bases essences dont la tension vapeur est inférieure à 10 kp.

De plus, la tendance de l'éthanol à se mélanger avec l'eau peut occasionner des problèmes de démixtion, c'est-à-dire de séparation de l'essence et de l'éthanol. Cela doit évidemment être absolument évité et nécessite donc des précautions spécifiques lors du mélange, du stockage et du transport. Dans les faits, cela contraint les pétroliers à n'effectuer le mélange qu'en dépôt avant distribution et à exclure le transport par oléoducs afin d'éviter un mélange avec le carburant aérien.

L'éthanol peut être utilisé à des niveaux très élevés par les automobiles dans le cadre de véhicules dits « fuel flexible ». Grâce à un calculateur qui adapte la combustion au mélange et à des modifications du moteur, ces véhicules acceptent indifféremment de 0 à 85 % d'éthanol (E 85). Ces véhicules sont massivement commercialisés au Brésil mais aussi aux États-Unis. Plusieurs constructeurs souhaitent désormais les diffuser en France. Une étude est en outre conduite aux Antilles pour y diffuser le modèle brésilien.

· La filière huile végétale

Les huiles végétales sont issues du colza et du tournesol (Europe) et du soja (États-Unis). Lorsqu'elles proviennent du broyage de graines (colza, soja, tournesol), le résidu solide dit « tourteau » représente environ 1 à 1,5 tonne pour une tonne d'huile.

Les huiles végétales, si elles ne peuvent plus être utilisées dans les nouveaux moteurs diesel des automobiles, sont en revanche la base de production des esters méthyliques d'huiles végétales (EMHV). Les EMHV sont fabriqués par transestérification d'huile végétale avec du méthanol. 90 tonnes d'huile et 10 t. de méthanol donnent 90 t. d'EMHV et 10 t. de glycérine. Le marché de la glycérine n'est pas sans limite. Il s'établit aujourd'hui à 0,8 Mt dont 100.000 t proviennent déjà de la production d'EMHV.

Le rendement à l'hectare est relativement faible : 1 tep/ha pour l'EMHV issu du colza ou du tournesol.

La première unité de production est établie à Compiègne depuis 1988 sous l'impulsion de l'IFP et de l'ADEME. Ce n'est que depuis 1994 que son homologation pour incorporation à hauteur de 5 % dans le gazole a été obtenue.

L'EMHV est parfaitement soluble dans le diesel. Il peut être incorporé aussi bien en raffinerie qu'en dépôt. Il peut être stocké et distribué par tout mode de transport, y compris les oléoducs.

Les EMHV peuvent être mélangés au gazole sans difficulté technique jusqu'à un taux de 30 % (B 30), les constructeurs français ont fait plusieurs déclarations en ce sens au cours des derniers mois. Près d'un millier de véhicules PSA roulent au B30 au Brésil. En Europe, ce taux d'incorporation n'est toutefois effectif que dans certaines flottes captives de transport public. L'Allemagne a autorisé son usage pur.

· La valeur énergétique des biocarburants

La valeur énergétique des biocarburants n'est pas identique à celles de l'essence ou du gazole ; elle est inférieure. Ainsi, avec le même volume de carburant, un automobiliste pourra faire d'autant moins de kilomètres que le volume d'incorporation de biocarburants sera important.

Cette valeur énergétique est exprimée en « pouvoir calorifique inférieur » ou PCI. Il mesure la quantité d'énergie libérée lors de la combustion.

La directive européenne incitant à l'usage de biocarburants, comme le plan français pris pour son application, tient compte de cette valeur. Les pourcentages de substitution sont exprimés en pourcentage de capacité énergétique d'origine renouvelable, c'est-à-dire le pourcentage de biocarburant en volume multiplié par le rapport entre le PCI du biocarburant et le PCI du carburant dans lequel il est incorporé.

Les rapports sont de 0,92 pour l'EMHV par rapport au gazole et de 0,66 pour l'éthanol par rapport à l'essence. Pour l'ETBE, le rapport IGF-CGM-CGGREF indique qu'aucun consensus n'existe. Les douanes ont fixé un PCI renouvelable de 0,39 mais le ministère de l'agriculture de 0,31. Ce point est pourtant très important, puisque le volume maximum d'éthanol incorporé dépend de cette valeur pour respecter les normes européennes.

Ainsi, 1,063 litre d'EMHV et 1,5 l. d'éthanol sont nécessaires pour produire la même énergie qu'un litre de gazole ou d'essence. Un automobiliste qui parcourt 17 km avec un litre de gazole ne parcourt que 16 km avec un litre d'EMHV, celui qui parcourt 12 km avec l'essence, ne parcourt que 8 km avec l'éthanol. Ces différences sont aujourd'hui insensibles puisque les biocarburants représentent moins de 1 % des carburants distribués mais apparaissent à partir de 25 %40(*).

· La production de biocarburants dans le monde

Depuis le lancement des premiers plans biocarburants au début des années 1970, à la suite du premier choc pétrolier au Brésil (programme Proalcool en 1975) et aux États-Unis, la situation a évolué. Il n'est notamment plus question aujourd'hui que les biocarburants puissent remplacer en totalité le pétrole. Il s'agit soit de permettre un remplacement partiel par mélange, soit de développer des filières alternatives grâce aux véhicules « fuel flexible ». Par ailleurs, l'objectif n'est plus de les utiliser pour diminuer la pollution urbaine, ce qui avait été envisagé dans les années 1980, car les progrès spectaculaires de la dépollution des émissions ne les rendent plus indispensables.

Les plans biocarburants lancés à la fin des années 1990 en Europe, au Brésil et aux États-Unis ont maintenant pour préoccupation essentielle l'effet de serre. Les États-Unis ont ainsi retenu l'objectif de 4 % de biocarburants en 2010 et 20 % en 2030 dans les transports.

La production mondiale d'éthanol en 2003 est de 19 Mt et la production d'EMHV de 1,6 Mt41(*).

La production d'éthanol se répartit de la manière suivante : Brésil 62 %, États-Unis 43 %, reste du monde 5 %.

La production d'EMHV a une origine très différente : Allemagne 44 %, France 22 %, Italie 17 %, reste du monde 17 %.

Le Brésil représente donc près des deux tiers de la production d'éthanol grâce à une mobilisation de plus de 30 ans. Entre 1973 et 1990, le développement de l'éthanol reposait sur une forte aide publique : volume d'éthanol garanti acheté par la compagnie pétrolière nationale, prix garantis de l'éthanol, incitations à l'investissement dans de nouvelles unités par des taux d'intérêt préférentiels, subvention à l'achat de véhicules fonctionnant à l'éthanol pur. A partir de 1986, la chute des prix du pétrole a progressivement rendu insoutenable le coût du développement de l'éthanol. Le dispositif a donc été réformé en profondeur. Les aides à l'achat de véhicules spécifiques ont été supprimées et la préférence a été donnée au mélange essence-éthanol. A la fin des années 1990, les prix garantis de l'éthanol ont été abandonnés. Cependant, des volumes d'incorporation dans l'essence ont été rendus obligatoires par le Gouvernement à hauteur de 24 % et l'éthanol a été défiscalisé.

Aujourd'hui, le parc automobile brésilien comporte encore 3 millions de véhicules dédiés à l'éthanol et 16 millions de véhicules adaptés à une forte incorporation d'éthanol. Depuis 2003 et son introduction par le groupe VolksWagen, l'achat de véhicules admettant jusqu'à 85 % d'éthanol (fuel flexible vehicule - FFV) progresse très rapidement (35 % de parts de marché) et est soutenu par une déduction fiscale. 30.000 stations délivrent du E 85. En 2003, 10 millions de tonnes d'éthanol ont été consommées, soit 40 % de la consommation d'essence.

Cette filière est en pleine expansion. Le Brésil a désormais l'ambition d'exporter de l'éthanol vers l'Europe et souhaite réduire les aides à la production de sucre. Les producteurs s'intéressent aussi au marché japonais, ce pays n'ayant pas d'importantes capacités agricoles.

Le Brésil souhaite également développer sa filière EMHV à partir du soja, dont il est le 2e producteur mondial, mais aussi d'huile de ricin. Le Brésil envisage d'imposer une incorporation de 2 % dans le diesel. Le développement d'une filière EEHV, c'est-à-dire d'ester éthylique d'huile végétale, est très étudié car il permettrait l'utilisation d'éthanol en remplacement du méthanol pour estérifier les huiles.

Les États-Unis sont le 2e pays producteur et consommateur d'éthanol. La production se développe très rapidement (+ 90 % entre 1998 et 2003) et atteint 8,4 Mt et devrait dépasser 11 Mt en 2004. La principale source est le maïs du Middle West.

La filière se développe depuis le début des années 1970 : Clean air Act de 1970 et l'Energy policy Act de 1978, le Président Carter a beaucoup fait pour son développement.

Par la modification intervenue en 1990, le Clean air Act rend obligatoire la commercialisation d'essence oxygénée à 2 % dans toutes les zones où la qualité de l'air n'est pas conforme aux normes fédérales. Utilisé jusqu'en 2003, le MTBE est désormais interdit pour des raisons de santé publique. Il a été remplacé par de l'éthanol. La réglementation en matière de volatilité a été aménagée pour le permettre. La plupart de l'éthanol est consommée en mélange avec l'essence à hauteur de 10 % (E10) et minoritairement à hauteur de 85 % (E 85).

Les grands constructeurs américains, depuis 1996, et des constructeurs japonais comme Mazda et Isuzu commercialisent des FFV. On estime leur nombre à 2 millions, mais bien souvent sans que leur propriétaire le sache et sans qu'ils puissent se ravitailler en E 85.

Depuis 1978, une défiscalisation, toujours reconduite, est accordée à l'éthanol à hauteur de 13-14 cts/l jusqu'en 2007. De nombreux états financent une défiscalisation supplémentaire, jusqu'à 5 cts/l.

Les États-Unis développent eux aussi une filière EMHV à partir du soja dont ils sont les premiers producteurs mondiaux. Il est pour l'instant essentiellement utilisé dans des flottes captives. Les spécifications américaines sont différentes des européennes. En effet, le soja conduit à un EMHV très iodé (indice 135) alors que la norme européenne est plus faible (120)42(*). L'EMVH devrait également prochainement bénéficier d'une incorporation obligatoire et d'une défiscalisation.

· La production de biocarburants en Europe

Les pays européens n'ont pas de programmes aussi développés et suivis dans le temps que le Brésil ou les États-Unis. Les marchés des carburants sont très différents puisque, en Europe, la motorisation diesel domine avec 60 % de la consommation de carburant.

L'Europe est très logiquement leader mondial pour la production d'EMHV. La production a crû de 35 % par an entre 1992 et 2003, pour atteindre 1,5 Mt.

L'Allemagne est le premier producteur mondial avec 715.000 t d'EMHV en 2003.

L'Italie est le 3e producteur européen avec 273.000 t, dont 25 % sont utilisés pour le chauffage. De nouveaux pays apparaissent sur ce secteur : la République tchèque et la Pologne.

Pays

Production k/an

Capacité de production kt/an

Allemagne

715

1025

France

357

500

Italie

273

420

Autriche

32

50

Danemark

41

40

Espagne

6

-

Royaume-Uni

9

5

Suède

1

8

Total

1.434

2.048

Source : IFP/European biodiesel Board - 2004

La production d'éthanol se répartit entre la France, l'Espagne et la Pologne.

Le 1er producteur est l'Espagne avec 180.000 t d'éthanol essentiellement issu du maïs et produit par la société Abengoa. La Pologne est le second producteur avec 131.000 t. L'Allemagne a décidé de se doter d'une capacité de production de 500.000 t. La Suède présente la particularité d'importer plus d'éthanol qu'elle n'en produit, soit respectivement 100.000 et 50.000 t. Cela s'explique par la décision de développer une filière E 85 -FFV, comme au Brésil et aux États-Unis. La Suède garde néanmoins l'ambition de produire la totalité de son carburant à partir de ses déchets forestiers.

La production d'éthanol et d'ETBE en Europe en 2003 :

 

Éthanol

ETBE

 

En tonnes

En tep

En tonnes

En tep

Espagne

180.000

115.200

383.400

329.724

France

77.200

49.408

164.250

141.255

Suède

52.300

33.472

-

-

Pologne

131.640

84.250

280.390

241.135

Rép. tchèque

5.000

3.200

-

-

Total

446.140

285.530

828.040

712.114

(Source IFP)

· La production de biocarburants en France

La France, leader au cours des années 1990 de la production de biocarburants en Europe, s'est laissé distancer par d'autres pays.

La production d'EMHV, 1ère jusqu'en 2001, est 2e d'Europe avec 357.000 t en 2003.

Il en est de même pour l'éthanol, la France produisant 77.000 t en 2003.

* 40 Source : rapport IGF-CGM-CGGREF, cf. supra.

* 41 Source : IFP « Les biocarburants dans le monde », Stéphane His, novembre 2003.

* 42 L'indice diode évalue la tendance à encrasser les systèmes d'injection.