Parution de deux avis de l’ADEME

1 - Les biocarburants de 1ère génération

Enjeux
Afin d’atteindre les objectifs d’utilisation d’énergies renouvelables assignés au secteur des transports par l’Union Européenne, se développent de nouvelles motorisations (véhicules électriques) et de nouveaux carburants (biocarburants). Ces objectifs sont assortis de conditions contraignantes en matière de « durabilité » de la production de biocarburants (productions nationales et importations) et de mise sur le marché effective des biocarburants de 2ème génération à l’horizon 2020. En France, le plan de développement des biocarburants prévoit un taux d’incorporation, dans les carburants routiers, en contenu énergétique de 7% en 2010.

Description
Un biocarburant est un carburant constitué de dérivés industriels tels que les gaz, alcools, éthers, huiles et esters obtenus après transformation de produits d’origine végétale ou animale.
Les biocarburants de 1ère génération valorisent l’organe de réserve de la plante, des graisses animales ou des déchets.
Ils sont actuellement diffusés sous deux formes :
• Le biodiesel (issu d’huiles de colza, tournesol et soja), incorporé au gazole sous forme de carburant banalisé (sans obligation de marquage à la pompe) avec un taux maximum de 7 % en volume (B7) ou dans un carburant dédié aux flottes captives des collectivités et des entreprises, avec un taux maximum de 30 % en volume (B30).
• L’éthanol (issu de plantes sucrières, de blé ou de maïs), incorporé à l’essence sous forme de carburant banalisé au taux maximum de 10 % en volume (SP 95, SP 98 et SP 95-E10) ou dans un carburant dédié aux véhicules à carburant modulable (flexfuel) avec un taux maximum de 85 % en volume (superéthanol - E85). L’éthanol consommé en France est introduit dans l’essence soit directement, soit sous forme d’ETBE (éther obtenu par réaction chimique entre le bioéthanol et l’isobutène issu de ressources fossiles). L’ETBE est présent dans les carburants banalisés, mais pas dans le superéthanol.

La recherche est orientée vers les biocarburants de 2e génération : il s’agit de parvenir à la valorisation de l’intégralité de la plante et à l’utilisation d’autres plantes ou matières premières.

Marché
En 2009, environ 2,7 millions de tonnes de biocarburants (2 540 ktep) ont été consommées sur le marché français, représentant 6,04 % (en pouvoir énergétique) de la consommation nationale annuelle d’essence et de diesel. Ils se répartissent entre biodiesel (2,1 millions de tonnes, 2 070 ktep) et éthanol
(619 milliers de tonnes, 471 ktep). Les biodiesels diffusés en France sont majoritairement issus de colza. Les approvisionnements des unités de production en colza et en tournesol se font prioritairement au niveau local puis au niveau européen. La part d'huile de soja, importée, est toutefois en progression (jusqu’à 25 % des approvisionnements en huile). L'utilisation d'huile de palme, importée, demeure très marginale. L’éthanol est majoritairement incorporé à l’essence après transformation en ETBE (68% en masse en 2008). La part d’éthanol incorporé directement, encore marginale, augmente régulièrement depuis 2006. L’approvisionnement des usines d’ETBE est constitué majoritairement d’éthanol produit en
France (autour de 70 %).

Avantages / inconvénients

Points forts
- réduction des émissions de gaz à effet de serre pour les carburants consommés en France
- contribution à l’indépendance énergétique du secteur des transports
- diversification des activités agricoles et valorisation des coproduits

Points faibles
- impact potentiel du changement d'affectation des sols et incertitudes concernant son évaluation
- impacts des modes de culture (rejets NOx, ammoniac, nitrates), toutefois non spécifiquement liés à la production de biocarburants

Points forts
Un bilan énergétique positif
L’analyse de cycle de vie des biocarburants de 1ère génération réalisée en 2009 indique que les biodiesels et les bioéthanols à partir desquels sont constitués les carburants réels consommés en France affichent toujours des bilans énergétiques, du puits à la roue, largement positifs par rapport aux carburants fossiles de référence (essence et gazole). Les filières biodiesels présentent les bilans énergétiques les plus intéressants avec des réductions de consommation d’énergie non renouvelable, allant de 65% (esters d’huiles végétales et HVP) à 82% (esters d’huiles alimentaires usagées et graisses animales) par rapport à un gazole fossile. En raison de leur mode de production, plus énergivore, les éthanols affichent des niveaux de réduction allant de 49% (éthanol de blé) à 85% (éthanol de canne à sucre). Les gains énergétiques sont plus mesurés pour les ETBE, allant de 18% (ETBE de blé) à 54% (ETBE de canne à sucre).
Les scénarios prospectifs à 5 ans montrent des potentiels d’amélioration de 10% pour les biodiesels, conduisant à une valeur moyenne de réduction de 70%. L’amélioration serait de 15% pour la filière éthanol, ce qui permettrait d’atteindre une réduction moyenne de 60% par rapport aux carburants fossiles. Pour les ETBE, les améliorations énergétiques envisagées pourraient permettre d’atteindre des réductions de l’ordre de 26 à 58 %.

Réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES)
Dans les conditions actuelles de production et l’état consensuel des connaissances (notamment sur les émissions de N2O), en l’absence d’impact lié à un changement d’affectation des sols, les biocarburants présentent des gains nets en émission de gaz à effet de serre, par rapport à des carburants fossiles, de 59 à 91 % pour les biodiesels et de 49 à 72 % pour les bioéthanols incorporés directement. L’incorporation sous forme d’ETBE vient diminuer les gains des filières éthanol conduisant à des réductions d’émissions de GES allant de 24% à 47% par rapport à celles des filières fossiles de référence. La comparaison avec des études récentes (françaises ou européennes) montre une cohérence d’ensemble.
Sur la base des hypothèses faites dans les scénarios prospectifs à 5 ans, les bilans pourraient s’améliorer de 20 % pour les filières éthanol ce qui permettrait d’atteindre des valeurs moyennes de réduction de 70% par rapport à l’essence EURO5. Pour les biodiesels, les améliorations attendues devraient se situer autour de 10 %, conduisant à une valeur moyenne de réduction d’environ 70% par rapport au gazole. Pour les ETBE, les améliorations envisagées pourraient permettre d’atteindre des réductions de l’ordre de 37 à 72 % par rapport à l’essence EURO5.
Autres débouchés pour le secteur agricole
La production de biocarburants génère la production de coproduits utilisés en alimentation animale (tourteaux de colza, drèches de blé, pulpes de betteraves), en chimie (glycérol) et en épandage agricole.

Points faibles
Incertitude sur l’impact du changement d’affectation des sols
Le développement de cultures énergétiques à des fins de production de biocarburants peut conduire à un changement d’affectation des sols (CAS), concrétisé par la disparition de prairies, de zones humides ou de forêt primaire ou encore le déplacement de cultures alimentaires. Les données disponibles aujourd’hui ne permettent pas de connaître l’impact du CAS sur les bilans effet de serre avec suffisamment de précision et de consensus. Des projections ont ainsi été réalisées au cours de l’étude ACV pour en examiner l’impact potentiel sur les bilans.
Si dans les conditions actuelles, la production européenne de biocarburants ne génère pas de CAS direct en raison des critères d’éco-conditionnalité de la PAC, la question peut se poser pour les cultures importées et notamment la canne à sucre ou le soja produit en pays tropicaux. La prise en compte d’hypothèses moyenne à forte de CAS directs8 peut inverser les bilans de certaines filières et notamment le biodiesel de soja, l’éthanol de canne à sucre et le biodiesel de palme. Pour ce dernier, des scénarios avec un CAS important peuvent apparaître plausibles, compte tenu de projets industriels récents d’acteurs européens9. Le CAS indirect est plus complexe à mesurer. Une analyse de sensibilité menée sur des filières françaises montre que la prise en compte de scénarios très pessimistes de CAS indirect (ex : remplacement d’1 kg d’huile de colza par 1 kg d’huile de palme produite entièrement sur des zones de forêt tropicale humide) viendrait inverser leurs bilans par rapport aux carburants fossiles. Les éthanols semblent plus sensibles au CAS indirect que les biodiesels avec les hypothèses utilisées.
L’importance et la variabilité de ce facteur imposeront pour évaluer au plus juste ses effets de construire des scénarios s’approchant au plus près de la réalité pour les différentes cultures.

Impact environnemental liés aux modes de culture
L’étape de production agricole engendre des impacts environnementaux négatifs, liés aux modes de cultures et non spécifiques aux biocarburants. Le lessivage des nitrates, les émissions d’ammoniac ou de NOx confèrent aux biocarburants des potentiels d’eutrophisation supérieurs à ceux des carburants fossiles, à un niveau proche de celui des cultures alimentaires. Des analyses complémentaires devront être menées pour préciser le niveau réel de risque sur l’environnement.

Impact sur les prix alimentaires
Les biocarburants sont régulièrement accusés de générer des tensions sur les marchés alimentaires. Même si dans certains cas, comme l’utilisation du maïs pour produire de l’éthanol aux USA, leur impact sur le prix des produits agricoles est indéniable, le lien entre le développement des biocarburants et la hausse des prix alimentaires fait l’objet de nombreuses controverses.
Les tensions récentes sur les marchés alimentaires ont pour origine la combinaison de causes conjoncturelles, comme des accidents climatiques, la spéculation sur les matières premières, la hausse du coût des énergies fossiles, la hausse de la demande en matières premières agricoles. L’abandon des biocarburants ne suffirait pas à résoudre les crises alimentaires mais il convient de s’assurer à ce qu’ils ne les aggravent pas.

Pour en savoir plus
Publications
- Analyses du Cycle de Vie appliquées aux biocarburants de 1ère génération consommés en France – février 2010
Sites Internet
- www.ademe.fr/emr
- www.pnrb.net

2 - Serres agricoles photovoltaïques

Enjeux
Les énergies renouvelables sont, avec l’efficacité énergétique, un des piliers de la lutte contre le
réchauffement climatique. Elles contribuent à la sécurité d’approvisionnement énergétique du pays, à limiter l’impact des fluctuations des prix des énergies fossiles et à la création d’emplois. Le plan français de développement des énergies renouvelables attribue un objectif de production supplémentaire de 0,45 Mtep1 d’électricité à partir de solaire photovoltaïque (soit 5 400 MW installés fin 2020). Les installations photovoltaïques connaissent unecroissance particulièrement rapide dans le milieu agricole,
où de grandes surfaces de toiture sont disponibles (hangars, bâtiments d’élevage…). Parmi les nouveaux projets, plusieurs concernent la construction de serres photovoltaïques, ou « serres-PV », avec des enjeux potentiels en termes de performance agronomique, de production énergétique et d’impacts environnementaux et agricoles.

Description
La serre est un système de production intensif utilisé aujourd’hui dans de nombreuses régions du monde pour les cultures de certains légumes, fruits, fleurs ou plantes ornementales. En les protégeant des aléas climatiques et en exploitant au maximum le rayonnement solaire naturel, la serre permet de mettre les cultures dans des conditions très favorables, d’augmenter ainsi les rendements et d’élargir la période de production.
Les projets de serres-PV consistent à intégrer, sur la structure d’une serre, des modules photovoltaïques pour produire de l’électricité. Afin de laisser passer la lumière, les modules PV peuvent être « semi-transparents » : avec des cellules cristallines en laissant passer une partie de la lumière entre les cellules, ou avec des couches minces en partie transparentes.

Le marché
Des projets de serres photovoltaïques se développent depuis quelques années dans le sud de l’Europe (Espagne, Italie) mais également aux Pays-Bas. En France, notamment dans les DOM, quelques réalisations concernent des serres pour la culture de plantes tropicales ou ornementales. Des projets, représentant plusieurs dizaines d’hectares de capteurs, sont en cours de montage pour des serres agricoles dans le sud de la France.

Coûts
Le surcoût lié à l’installation d’une toiture photovoltaïque dans un projet de construction de serre peut être estimé à environ 20%. Une partie peut être compensée par la vente d’électricité photovoltaïque, celle-ci bénéficiant d’un tarif d’achat fixé par les pouvoirs publics. Concernant les serres photovoltaïques, il est en septembre 2010 de 44c€/kWh si la serre est fermée, âgée de plus de 2 ans et de puissance nominale inférieure à 250kWc. Dans les autres cas dont les serres neuves, il est de 37c€/kWh.

Avantages / inconvénients
Points forts
- production d’électricité renouvelable
- opportunité économique par la vente de l’électricité
Points faibles
- applications limitées à certaines cultures
- incompatibilités techniques sur une partie des
- serres existantes performances techniques réduites
- impacts environnementaux
- rentabilité et pérennité des projets culturaux à confirmer
Points forts
Opportunités économiques par la vente d’électricité
Dans le cadre d’un projet de culture sous serre avec de faibles besoins en lumière, le photovoltaïque constitue pour l’agriculteur une opportunité de revenus complémentaires à travers la vente d’électricité produite par les panneaux, avec une perspective sur le long terme.
En raison des investissements importants nécessaires à ces projets, la plupart sont toutefois actuellement portés par des investisseurs externes au secteur agricole. Des serres neuves sont alors louées voire mises à disposition des agriculteurs, ce qui leur permet d’optimiser leur culture à moindre coût. Cela nécessite toutefois que le projet de culture soit adapté à cet outil et à ses contraintes.

Points faibles
Des applications limitées à certaines cultures
La mise en place de modules photovoltaïques sur la serre, même s’ils n’occupent pas complètement la surface de la toiture, génère une baisse de l’intensité lumineuse à l’intérieur de la serre (10 à 40%) qui peut fortement impacter les rendements de production (une perte de transmission lumineuse de 1% se traduit sur certaines cultures par une perte de rendement équivalente). Il est donc nécessaire de limiter les projets photovoltaïques aux cultures avec des besoins en lumière réduits. Les productions légumières classiques sous serres chauffées (tomates et concombres) sont, de ce fait, inenvisageables dans des serres-PV avec les techniques photovoltaïques proposées actuellement.

Incompatibilités techniques sur serres existantes
L’aération de la serre est un facteur important de productivité dans les serres, qu’il faut pouvoir maîtriser pour la gestion du chauffage et du climat et prévenir l’apparition de maladies. L’insertion de modules en toiture peut alors devenir un obstacle technique majeur pour la gestion des ouvrants. En effet, afin d’optimiser la production électrique, les modules doivent être orientés vers le sud, ce qui contraint l’exploitant à orienter sa serre en ouest-est. En région méditerranéenne, ce principe peut poser problème car les contraintes liées à l’aération et à la tenue de la structure au vent imposent une orientation nord-sud. Par ailleurs, les structures des serres existantes ne sont pas adaptées pour supporter la pose de panneaux. Les projets de serres PV ne peuvent donc être que des constructions de serres neuves qui répondent, en raison de ces contraintes d’orientation et d’aération à un projet cultural très spécifique et adapté (voir applications limitées à certaines cultures).

Performances techniques contraintes par les exigences de la serre
Le rendement d’un module photovoltaïque décroit en fonction de l’augmentation de la température des cellules : une montée de 25 à 40°C induit ainsi une diminution de rendement de 7,6%3. Cette sensibilité aux fortes températures ne doit pas être négligée lors de la conception de l’installation. Une attention particulière doit également être portée aux problèmes potentiels liés à la gestion de l’humidité dans la serre et son interaction avec les modules photovoltaïques. Le principe de la serre étant de capter et conserver le rayonnement et la chaleur du soleil, il n’est pas envisageable d’isoler ou d’aérer uniquement la toiture.

Impacts environnementaux
Au-delà des impacts environnementaux liés à tout projet de serres (chauffage, gestion de l’eau et des effluents, …), les serres-PV, parce qu’elles nécessitent pour être rentables d’occuper de grandes surfaces de terres arables, peuvent générer des conflits d’usage du sol. Même si les surfaces concernées restent relativement faibles, la pertinence des projets de serres-PV doit donc être jugée en regard des sols occupés, des projets de cultures proposés et de la pérennité des marchés qui leur sont liés.

Pérennité des projets de cultures sous serres-PV
Les contraintes techniques sur la luminosité et l’aération obligent les serristes à diversifier davantage leur production et à trouver des débouchés compatibles et des cultures nécessitant peu de lumière (salades, plantes exotiques, médicinales…). Il convient alors de s’assurer de la pertinence du projet par rapport à ces marchés envisagés, notamment lorsque les mêmes cultures sont déjà pratiquées en pleine terre et/ou sous abris simples (serres tunnels et abris bas).

Pour en savoir plus
Publications
- « Utilisation rationnelle de l’énergie dans les serres », ADEME, mars 2007
- « Guide d’aide au montage de projets photovoltaïques portés par les entreprises et les exploitants agricoles », ADEME, avril 2010 (réf 6662)
- « Photovoltaïque : les clés de la réussite des projets coopératifs agricoles », FNCUMA et Coop de France, septembre 2009

Sites Internet
- www.photovoltaique.info
- www.ademe.fr
- www.agriculture.gouv.fr