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première version décembre 2006
dernière mise à jour
26 janvier 2015

La biomasse

introduction
définition de la biomasse
le biogaz
une application de bon sens
le biogaz dans le Sud
un double intérêt
la filière sucre-hydrogène
un projet à suivre
introduction
En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné.
Dans le domaine de l'énergie, depuis le premier choc pétrolier, ce concept s'applique aux produits organiques végétaux et animaux pouvant devenir des sources d'énergie. La valorisation de la biomasse s'inscrit dans le cadre de la lutte contre l'effet de serre, de la promotion des énergies renouvelables.

L'énergie solaire est stockée, selon le processus de photosynthèse, sous forme d'hydrates de carbone par les végétaux qui utilisent le gaz carbonique atmosphérique et contribuent ainsi à en réguler la teneur et donc à lutter contre l'effet de serre.
L'homme utilise cette biomasse, ainsi que les animaux qui la consomment, sous la forme d'aliments, de fibres, de matériaux et d'énergie. Le bois de feu est la plus ancienne source d'énergie.
Les divers déchets ligneux constituent la "biomasse sèche" tandis que les déchets organiques d'origine agricole (fumiers, lisiers…), agro-alimentaire ou urbaine (déchets verts, boues d'épuration, fraction fermentescible des ordures ménagères…) constituent la "biomasse humide", qui peut être transformée en énergie ou en engrais/amendement.
le biogaz
L'une des applications les plus intéressantes en terme de rentabilité et de bon sens écologique est sans conteste la fabrication de biogaz à partir du fumier.


Un troupeau d'une dizaine de vaches produit environ 100m3 de fumier annuellement. Ce fumier humide est stocké dans des cuves étanches et la méthanisation se produit naturellement sous l'effet des microorganismes présents. Le biogaz produit est alors envoyé tout simplement dans un réservoir (gazomètre) qui peut tout simplement être une cloche métallique reposant sur un réservoir ouvert contenant de l'eau. On obtient ainsi un stockage sous faible pression (sensiblement équivalente à celle des circuits du gaz de ville) régulé automatiquement via la pression atmosphérique. Le biogaz doit bien sûr être épuré à la sortie des cuves et passe donc dans une cuve de filtrage (chaux) afin d'éliminer le H2S en particulier qui d'une part n'a aucun intérêt puisqu'il ne brûle pas et d'autre part possède une odeur très désagréable même à très faible dose. Ce biogaz contient du méthane mais aussi de l'oxygène, donc si l'on veut l'utiliser avec une chaudière classique il faudra régler spécifiquement les brûleurs. En plus de produire du gaz le processus biochimique de dégradation du fumier produit un résidu solide, utilisable comme amendement, très intéressant car enrichi en azote et donc excellent fertilisant pour les sols (meilleur que le fumier brut et en outre parfaitement inodore). Le rendement de la méthanisation dépend de la vie microbienne dans la paille et sera donc d'autant plus élevé que l'agriculteur n'utilisera pas de pesticides, fongicides ou de pénicilline, donc sera un agriculteur "bio". Le seul entretien d'une telle installation consiste à remplir et vider annuellement les cuves. Il va de soi qu'il est plus rusé de disposer de plusieurs cuves ce qui permet de faire tourner le dispositif au cours de l'année.

Précisons que lorsqu'on étend du fumier frais dans un champ un double processus va se produire conduisant à la formation de méthane d'une part qui sera perdu et contribuera fortement à l'effet de serre (20 fois plus que CO2 à quantités égales) et de l'hémioxyde d'azote d'autre part qui lui aussi est un très puissant gaz à effet de serre (et de H2S à l'odeur très désagréable). Tandis que dans l'installation étanche de méthanisation seul du méthane est produit qui sera récupéré et brûlé c'est à dire transformé en CO2 qui est certes un gaz à effet de serre mais, comme précisé ci-dessus, très sensiblement moins que CH4.

Précisons enfin que jusqu'à aujourd'hui, derrière les belles paroles gouvernementales en faveur du "développement durable", dans les faits l'action des administrations interdit pratiquement la mise en oeuvre de ces mesures de bon sens que serait le développement de la filière biogaz.
le biogaz dans les pays du Sud
Ce principe est évidemment adaptable dans les pays du sud et présente un avantage supplémentaire c'est qu'il évite alors en grande partie la corvée de ramassage du bois qui occupe tant les femmes des états subsahéliens. Aujourd'hui on a pu démontrer qu'une famille d'usagers du biogaz utilise environ 2Kg de bois par jour contre 15Kg auparavant. L'utilisation du biogaz remplace donc 75 à 80% du bois à brûler et évite environ 12 h de travail d'abattage et de ramassage de bois par semaine.


une micro-installation développée au Cameroun produisant 4m3 de gaz/jour (photo Copyright Eric Florantin TANKEU)

En réduisant la déforestation, reconnue comme problème clé, par le biogaz on réduit l'appauvrissement et l'inexploitation des sols en produisant également un compost naturel totalement inodore, excellent fertilisant et pesticide naturel qui peut être utilisé pour l'agriculture. Ainsi, la valorisation des déchets contribue doublement à réduire l'effet de serre (en conservant la forêt et en évitant la décomposition à l'air libre source de gaz à effet de serre) et à ce titre devrait être généralisée.
la filière sucre-hydrogène
Plusieurs chercheurs de Virginia Tech et de l'Université de Géorgie proposent un nouveau procédé très intéressant a priori. Il s'agit de fabriquer de l'hydrogène à partir de polysaccharides directement issus de la biomasse. L'hydrogène est considéré comme un matériau extrêmement intéressant comme substitut du pétrole car sa combustion produit de la vapeur d'eau et non du CO2 et n'est donc pas considérée comme polluante. Malheureusement jusqu'à aujourd'hui 4 problèmes n'étaient pas résolus de façon satisfaisante : la production, le stockage, la distribution et les piles à combustibles. Autant dire que l'emploi de l'hydrogène était une utopie totale.

En utilisant une approche biologique du problème, ces chercheurs ont découvert qu'en utilisant une combinaison de 13 enzymes, jamais rencontrées ensemble dans la nature, il était possible de provoquer la transformation complète d'un mélange de polysaccharides et d'eau. Les polysaccharides, tels l'amidon ou la cellulose, sont des constituants de base des plantes qui, en présence de ce mélange d'enzymes, vont être détruits en donnant du CO2 et de l'hydrogène. Une membrane permet de séparer les deux constituants et l'hydrogène peut alors être utilisé dans la pile à combustible pour produire de l'électricité. L'eau sous-produit de la pile est recyclée.

On imagine pour un réservoir de 60 litres environ, d'y introduire 27kg d'amidon ce qui produirait l'équivalent de 4kg d'hydrogène et permettrait une autonomie de 450km. C'est à dire qu'un kilogramme d'amidon produirait à peu près autant d'énergie que 1.12kg d'essence.

Ce système est extrêmement prometteur car il résoud 3 des 4 problèmes précités. Le stockage d'amidon ne pose aucun problème, sa distribution non plus, l'hydrogène produit étant utilisé immédiatement il n'y a plus de danger. Il reste cependant à optimiser le rendement et surtout la vitesse de réaction et réduire le coût des enzymes. L'un des points forts de cette méthode c'est que le rendement énergétique est sensiblement 3 fois supérieur à celui utilisant la conversion de la biomasse en éthanol ce qui revient à dire qu'il suffira de trois fois moins de biomasse (donc de superficie cultivée à cette fin). (from Virginia Tech News, May 23, 2007).
Conclusion Provisoire
L'exploitation de la biomasse est prometteuse en premier lieu pour le chauffage (bois, copeaux de bois, biogaz), en second lieu pour l'automobile (amidon) et bien sûr pour la production d'électricité (soit à partir de centrales thermiques à bois, soit à partir de microcentrales à biogaz). L'intérêt de la centrale utilisant des copeaux ou des déchets de bois est surtout la possibilité de démarrage rapide, donc pour servir d'appoint en cas de pointes de consommation.