Bioéthanol

Le bioéthanol est un biocarburant utilisé dans les moteurs à essence. Le terme bioéthanol est un amalgame entre le préfixe bio du grec bios, vie, vivant et du terme éthanol. Le préfixe bio indique que l'éthanol est produit à partir de matière organique (biomasse) et n'a pas de lien avec le terme « bio » parfois utilisé pour désigner l'agriculture biologique. Le préfixe « bio » est donc contesté dans certains pays francophones. Il s'agit d'un vecteur énergétique issu de l’agriculture et appartenant à la famille des énergies renouvelables.

Les végétaux contenant du saccharose (betterave, canne à sucre…) ou de l’amidon (blé, maïs…) peuvent être transformés pour donner du bioéthanol, obtenu par fermentation du sucre extrait de la plante sucrière ou par hydrolyse enzymatiques de l’amidon contenu dans les céréales. On parle généralement de filière « sucre » pour désigner cette filière de production du « bioéthanol ».

Cet éthanol d’origine végétale n’est rien d’autre que de l’alcool éthylique, le même que celui que l’on trouve dans toutes les boissons alcoolisées. Il peut être mélangé à l’essence en des proportions allant de 5 à 85 %. Au-delà de 20 % des adaptations aux moteurs de voitures sont souvent nécessaires.

Par rapport à la filière « huile » permettant de produire de l'huile végétale brute et du biodiesel (ester éthylique d'huile végétale ou EEHV), la filière « sucre » est de loin la plus développée dans le monde, principalement au Brésil, où le bioéthanol de canne à sucre couvre 22 % des besoins nationaux en carburant, en Suède où outre la vente de superéthanol, l'essence contient 5% de bioéthanol (à base de canne à sucre). Aux États-Unis, plus de 10 % de l’essence contient du bioéthanol (principalement de maïs) à hauteur de 10 %.

Le développement des biocarburants est accusé de tirer vers le haut les prix du maïs, du soja et du blé. Cependant, plusieurs études ont montré qu'entre 0,5% et 1% de la surface cultivable était utilisée pour la production de biocarburants . D'autres études ont mis en avant la hausse de consommation de la viande dans les pays en voie de développement pour expliquer la pénurie en nourriture . Les études sur l'utilisation de surfaces cultivables ont mis en évidence la consommation importante par les élevages de viande .

En 1904, le Ministère français de l'Agriculture organisa un Circuit automobile du Nord destiné à propager l'utilisation de l'alcool comme carburant dans les moteurs à explosion (revue du Touring Club de France, mars 1931).

Mélanges avec l'essence

Il existe plusieurs types de carburants contenant de l'éthanol la plupart sont des mélanges d'essence et d'éthanol à différentes proportions. On les désigne par la lettre E suivie du pourcentage d'éthanol dans le mélange : par exemple du E85 représente un carburant contenant 85% d'éthanol et 15% d'essence. Dans cette nomenclature, E100 désigne l'éthanol pur.

On trouve ainsi du E5, E7, E10, E15, E20, E85, E95, E100 en fonction du pays dans lequel on se trouve et de l'utilisation que l'on veut en faire.

En France, la commercialisation de l'E85 aux particuliers, légalement nommé Superéthanol, est officielle depuis le 1 janvier 2007.

Du bioéthanol à l’ETBE

En Europe, les pétroliers préfèrent transformer l’éthanol en ETBE (éthyl tertio butyl éther) qui peut être incorporé à l’essence jusqu’à hauteur de 15 %. L’ETBE aurait l’avantage d’être mieux adapté aux moteurs. En effet, l’incorporation directe de l’éthanol à l'essence pose certaines difficultés techniques : le mélange essence/éthanol a une pression de vapeur plus élevée et tolère mal la présence de traces d’eau. Ces difficultés peuvent être surmontées par une reformulation des bases essence et par l’élimination des traces d’eau dans les cuves. Néanmoins, l'ETBE est moins vertueux pour l'environnement, d'où le choix de la France (et de nombreux autres pays) pour l'E85.

Mélanges avec le gazole

L’utilisation du biodiesel dans les moteurs diesel et le bioéthanol dans les moteurs à allumage commandé sont des biocarburants bien connu de tous. Par contre, une autre voie très prometteuse est l’utilisation de l’éthanol comme biocarburant dans les moteurs diesel.

Le biocarburant E-Diesel est un mélange qui se compose de diesel entre 85% et 95%, d’éthanol anhydre (sans eau) et un package d’additifs spécialement réalisé pour la stabilité du mélange et pallier certains des inconvénients du bioéthanol comme par exemple son faible indice de cétane(8), son faible pouvoir lubrifiant... afin de répondre au plus près à la norme des carburants diesel EN590. La concentration d’additif peut varier dans le mélange entre 0,6% et 1% en volume. L’avantage principal du E-diesel, qui est commercialisé actuellement en Europe par différentes sociétés comme O2DieselTM, est de pouvoir être utilisé dans n’importe quel véhicule équipé d’un moteur diesel sans aucune modification.

Mélanger le diesel conventionnel avec de l’éthanol et l’additif améliore le fonctionnement de la combustion et augmente légèrement la volatilité du combustible. Le résultat principal est la réduction des émissions de gaz polluants réglementés tels que les particules (PM10) et les fumées. Cette diminution se doit au contenu en oxygène du biocarburant qui limite la formation des particules lors de la combustion du carburant. Le mélange du bioéthanol avec le diesel a aussi pour conséquence et inconvénient principal la réduction du point d’éclair (13degC).

Controverse

Cet agrocarburant est présenté comme un carburant vert, mais l'intérêt de l'ETBE comme carburant écologique, et son appellation de "bioéthanol" sont très controversés pour plusieurs raisons :

1. La transformation de l'éthanol en ETBE utilise des produits chimiques (acide sulfurique) et une grande quantité d'énergie, qui donne au final un bilan énergétique pour l'ETBE quasiment aussi mauvais que celui de l'essence d'origine fossile (Cf. [pdf]Note de synthèse commune ADEME-DIREM , Décembre 2002). En comparaison, les biocarburants pour moteurs diesels (huile végétale pure, EMHV, EEHV) offrent des bilans énergétiques nettement supérieurs (dans un rapport 2 à 5 suivant les indicateurs pris).
2. Une étude nord-américaine conduite par le Pr. Mark Z. Jacobson (université Stanford) a conclu que le bioéthanol présentait autant de risques sanitaires et de pollution que l’essence ; Il pourrait causer une augmentation des pathologies respiratoires aux États-Unis, selon un modèle mathématique simulant la qualité de l’air en 2020, année où les véhicules fonctionnant à l’E-85 devraient être largement disponibles. Deux substances cancérogènes benzène et butadiène diminueraient dans l’air, mais ce sont alors le formaldéhyde et l’acétaldéhyde, deux autres cancérigènes qui augmenteraient (Il est également prévu que le nombre des véhicules augmente). Mark Z. Jacobson, estime que le nombre de cancers liés à l’E-85 serait du même ordre de grandeur que celui qu'on estime induit par l’essence.
3. Si la contribution à l'effet de serre est réputée bien moindre (elle n'est pas nulle), les impacts différés de l'agriculture intensive semblent pas, mal ou très partiellement pris en compte par les écobilans de l'agroéthanol dont la production risque d'encore accroître les problèmes liés aux engrais chimiques, pesticides, labour, érosion et consommation de terre gagnées sur la forêt ou qui aurait pu être restaurées par de vraies jachères (repos et restauration de l'humus et du sol) ou occupées par des cultures alimentaires).
4. L'utilisation à grande échelle de bioéthanol sous-entend l'utilisation de très grandes surfaces agricoles pour la production de maïs ou de canne à sucre. Il y a un risque certain de compétition entre les besoins alimentaires de la population de la planète et les besoins énergétiques des voitures. Dans certaines régions, le prix des aliments de base a déjà commencé à monter (par ex.: maïs au Mexique). Pour produire l'équivalent d'un plein de 4x4, soit 96 litres, la quantité de maïs nécessaire est de 205kg, soit selon l'OMS de quoi nourrir une personne pendant un an.
5. Il n'est actuellement pas certain que la production d'éthanol conduit à un gain net d'énergie. En effet, certaines études concluent que la production d'éthanol est un procédé ayant un apport énergétique négatif , alors que d'autres arrivent à une conclusion inverses.

Moteurs fonctionnant à l'éthanol et les VCM ou Flex fuel

Les moteurs à éthanol actuels sont des moteurs à essence légèrement modifiés, notamment au niveau des joints qui sont améliorés pour résister à l'effet corrosif de l'alcool, les véhicules après 1994 ont des joints et durites compatibles avec l'E85. Les véhicules sont équipés soit de ces moteurs spécifiquement conçus pour l'éthanol, soit de moteurs dit Flex fuel, ou encore les boitiers "Flex" pour transformer une voiture à essence en voiture bi-carburant.

Flex fuel (ou VCM, Véhicule à Carburant Modulable) est le nom donné aux véhicules spécialement conçus pour fonctionner indifféremment au Superéthanol E85 et/ou au Super sans plomb classique. Plus précisément, les véhicules Flex fuel sont capables d’adapter automatiquement leur fonctionnement pour tout mélange d’essence et d’éthanol pur dans des proportions comprises entre 0 % et 85 % en volume d’éthanol, d’où le mot « Flex ». Ce sont en pratique des véhicules dotés de moteurs essences équipés de dispositifs d’injections, de capteurs électroniques spécifiques… De plus, les matériaux utilisés doivent être compatibles avec l’éthanol. L’éthanol est en effet plus corrosif que l’essence. Les durites, réservoir et autres conducteurs du mélange doivent être renforcés.

La consommation d'un moteur à éthanol est supérieure d'environ 25% à celle d'un moteur à essence ; toutefois, ses taux de compression sont plus élevés ce qui permet d'exploiter plus de puissance. En général, les moteurs à éthanol sont étudiés pour fournir des puissances et couples similaires à ceux des moteurs à essence. Cependant, certains moteurs "Flex-Fuel" fonctionnant indifféremment au super 95 ou à l'éthanol E85, fournissent des rendements supérieurs (plus de 10%) lors du fonctionnement sous E85. Les émissions nettes de CO₂ sont réduites d'environ 40%.

Il existe maintenant des kits "Flex", c'est un boitier électronique qui ajuste le temps d'injection et permet aux voitures à injection multipoint ou monopoint de rouler librement au superéthanol. Le kit existe au Brésil, aux États-Unis, en Suède depuis des années. Il y a plusieurs marques de kit "Flex" , Euroflex , ful.flex , flextek ... Les tarifs sont de 300 à 600 euros (selon les marques) avec des modèles de boitiers automatique ou bi-carburant. Plus de 30 000 voitures roulent au Brésil avec des kits flex, 90 % des voitures sont compatibles.

De plus, un jeune homme du Canada,Sébastien Chénier, a concue et fabriqué un petit moteur moteur de 13 hp fonctionnant au E100 (100% ethanol). Des tests effectués a l'ETS, une université montréalaise, ont démontré que le moteur reduisait de 90% les gaz a effets de serre en plus d'etre plus puissant de 30%. Pour voir la vidéo: https://video.telequebec.tv/video/1762

Économie et prix de la terre

En 2007, il fut révélé que la production et la consommation de l'éthanol au Brésil, l'un des principaux producteur d'éthanol de la planète, faisait radicalement augmenter le prix de la terre et le coût de production du maïs, du lait, du sucre et de la viande. Les producteurs d'éthanol comme Archer Daniels Midland ont suscité les critiques de chercheurs qui craignent une éventuelle famine en raison d'une hausse probable du prix de la nourriture et de la monoculture du sol, ce qui oblige les producteurs à importer les aliments essentiels. En 2008, le Brésil a produit 22,3 milliards de litres d'éthanol, soit 1/3 de la production mondiale . La moitié des champs de canne à sucre au Brésil sont consacrés à la production de l'éthanol, dont 85% est consommé sur le marché intérieur, seuls 15% étant exportés . Au Brésil, l'éthanol est utilisé comme biocarburant : le bioéthanol de canne à sucre couvre 22 % des besoins nationaux en carburant.

États-Unis et Brésil produisent à eux seuls 70% de l'éthanol mondial .

En 2003, la production mondiale de bioéthanol s'est élevée à 22 milliards de litres, dont 620 millions dans l'Union européenne. L´Espagne est le plus grand producteur de l´Union. En Belgique, début janvier 2006, on ne produit pas encore de bioéthanol. Mais ce n'est qu'une question de temps car deux grosses unités de production sont en train de se mettre en place. Juste à côté de sa sucrerie de Wanze (Huy), la Raffinerie Tirlemontoise, leader belge du sucre et de l’inuline, développe BioWanze un projet de 200 millions d’euros pour fabriquer annuellement 300 millions de litres d’éthanol à partir de betteraves et de froment. BioWanze devrait générer 80 emplois directs et la production démarrer en 2007. Dans le port de Gand, la société Alco BioFuel, filiale du premier producteur d’éthanol en Europe, prévoit la construction de trois lignes de production principalement à base de grain belge. La première ligne (100 millions de litres/an) devrait être opérationnelle dès 2007. Les États-Unis sont les deuxièmes producteurs mondiaux de bioéthanol. Leur production s'élevait à 6,21 millions de mètres cubes en 2001 et 10,2 millions de mètres cubes en 2003. En 2006, 10 % de la production de maïs est transformée en biocarburants aux États-Unis.

Une nouvelle filière de production de bioéthanol est en train de se développer. C'est la filière BTL (pour biomass-to-liquid, en anglais) qui permettra de fabriquer les «carburants verts de deuxième génération». Pour de nombreux spécialistes, la filière BTL constitue la filière du futur. Elle permet de produire du bioéthanol ou du biodiesel, mais les procédés industriels utilisés sont très différents de ceux exploités par les filières "sucre" et "huile" traditionnelles. La filière BTL est en fait une étiquette générique qui recouvre deux sous-filières permettant de produire des carburants de synthèse par voie thermochimique (gazéification) ou par voie biologique (hydrolyse enzymatique).

La voie thermochimique permet d’obtenir du biodiesel. Choren Industries, entreprise allemande basée à Freiberg (dans la Saxe, non loin de Dresde), est leader en la matière. Avec sa technologie Carbo-V®, elle produit du SunDiesel® à partir de bois ou de n’importe quel type de biomasse. Cette voie thermochimique convertit d'abord la biomasse en un gaz de synthèse (mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone) qui est ensuite transformé en diesel en utilisant des procédés originellement développés pour la conversion du charbon en diesel par l’Allemagne durant la Deuxième Guerre mondiale et ensuite, l’Afrique du Sud durant l’embargo imposé pour contrer l’apartheid. Une autre voie thermochimique produit une huile par pyrolyse, huile qui est ensuite raffinée pour extraire des carburants et des produits chimiques à haute valeur ajoutée.

La voie biologique permet quant à elle de générer du bioéthanol. L’entreprise canadienne Iogen Corporation, basée à Ottawa, possède une usine-pilote qui convertit des matières cellulosiques (paille de blé, bois, etc.) en EcoEthanol™, grâce à des enzymes brevetées. Choren et Iogen bénéficient toutes deux de l’appui financier du géant anglo-néerlandais Shell. L'usine pilote Sekab de Domsjö en Suède produit de l'éthanol à base de copeaux de bois. Le procédé de production associe des hydrolyses acides et enzymatiques. Les produits obtenus sont de la lignine qui peut être soit brûlée directement soit séchée et vendue pour servir de carburant, du gaz carbonique qui est récupéré et de l'éthanol qui est utilisé par l'usine de Sekab pour produire du biocarburant E85 comprenant 75-85% d'éthanol et 15-25% d'essence.

Pour les Brésiliens, aucun doute : leur pays va devenir l'Arabie saoudite du XXIe siècle. Premier exportateur du pétrole vert ou bioéthanol, le Brésil est un pionnier de la filière : cet alcool de canne à sucre a été développé après le premier choc pétrolier en 1973, sous l'impulsion de la dictature militaire. Il a été relancé en 2003 par la mise sur le marché d'une voiture "flex-fuel", acceptant indifféremment l'essence, l'éthanol ou un mélange des deux. En 2006, 75% des voitures vendues au Brésil étaient "flex". L'Association nationale des fabricants de véhicules automobiles (Anfavea) estime que, dans 4 ans, elles représenteront 85% des voitures en circulation. Le Brésil, qui produit 17 milliards de litres d'éthanol par an, dispute aux États-Unis la place de premier producteur. L'engouement ne va pas sans inconvénients : le cours mondial du sucre, qui reste une denrée alimentaire, s'envole et le prix de l'éthanol augmente. "Et les petits paysans, poussés par l'extension des plantations de canne, refluent vers l'Amazonie, où ils défrichent pour planter", cela alerte l'association "Les Amis de la Terre". Pour ces petits paysans, le gouvernement encourage la production d'un autre biocarburant, le biodiesel, qui se mélange au gazole et se fabrique à partir d'oléagineux faciles à faire pousser sur de petits terrains.

Le fort développement d'une filière d'éthanol à base de maïs provoque une flambée des prix du maïs au Mexique. La principale nourriture au Mexique est la Tortilla, aliment à base de farine de maïs.

L'absence de taxe sur le biodiesel a dopé la production de ce carburant de 60% entre 2004 et 2005.