Production de biocarburant à partir des plantes
Les plantes ont longtemps constitué une source de biocarburant, que ce soit sous forme d’huile végétale pour les voitures ou de bois (sucres). Cependant, l’utilisation du pétrole a délaissé ces ressources naturelles.
Aujourd'hui, l’épuisement des combustibles fossiles (spécialement le pétrole) et les conséquences du réchauffement climatique causé par la combustion ont incité à explorer des alternatives non polluantes et économiques.
Cela a fait rejaillir l’intérêt pour les biodiesels produits à partir des lipides ou des sucres comme source d’énergie renouvelable à côté des autres ressources comme l’énergie éolienne et l’énergie solaire.
1. Production du biocarburant
1.1. Production à partir des lipides
Les huiles ont été utilisées comme carburant dans des voitures à moteurs diesel. Elles ont été cependant remplacées par le pétrole bon marché et facilement disponible.
Le biodiesel, défini comme « un alkyl ester d’une huile végétale ou d’une graisse animale », est produit principalement par le processus de transestérification : réaction entre l'huile végétale et un alcool (en particulier le méthanol CH3OH) en présence d'un alcali fort (comme l'hydroxyde de potassium KOH), pour produire des alkyl esters avec une viscosité et des propriétés d'inflammation comparables au diesel conventionnel.
Triacylglycérol
KOH
Méthanol (CH3OH)
Ester méthylique d'acide gras
Glycérol
Plusieurs huiles sont utilisées pour la production du biodiesel : colza, canola et soja.
En plus, les huiles issues des algues sont une alternative intéressante puisque certaines espèces produisent une quantité importante des huiles, qui peut dépasser 70% de leur masse.
1.2. Production à partir des sucres
Depuis longtemps, la combustion du bois (glucides) était la méthode la plus simple pour extraire l’énergie. Cependant, de nos jours, des alternatives plus respectueuses de l'environnement sont étudiées, comme la conversion de matières premières glucidiques en carburants liquides (en particulier l'éthanol).
La technique principale pour produire de l’éthanol est la fermentation de matières premières agricoles, suivie d’une distillation.
Le sucre utilisé pour la production de l’éthanol peut être :
Amidon : principalement de maïs, mais aussi de l'orge (Hordeum vulgare), du blé (Triticum aestivum) et autres céréales ;
Saccharose : principalement issu de la canne à sucre, mais aussi de la betterave sucrière (Beta vulgaris) et du sorgho (Sorghum bicolor).
L’utilisation de biocarburant produit à partir des plantes offre plusieurs avantages :
L’utilisation de ressource renouvelable et non épuisable (comparé aux fossiles) ;
Important effet sur l’environnement :
Le biodiesel issu des huiles végétales émis moins de monoxyde de carbone et de particules comparé aux carburants fossiles. Ceci est dû à l’absence de soufre et de composés aromatiques, et à la présence en revanche de groupes fonctionnels oxygénés.
La biosynthèse des sucres consomme le dioxyde de carbone produit lors de la combustion du biodiesel formant un cycle neutre en carbone (ainsi ce qui est produit par la combustion est consommé par la plante).
2. Avantages, défis et solutions
Cependant, il existe plusieurs défis :
Le rendement en biodiesel est faible comparé à la demande actuelle ;
L’utilisation de plante alimentaire est très contestée et cause le risque de transformer les terres cultivables en source de biocarburant ;
Pour l’utilisation des huiles végétales, leur composition hétérogène en acides gras (influencée aussi par les pratiques agricoles, comme les fertilisants) rend difficile de contrôler la qualité et les propriétés fonctionnelles du biodiesel obtenu (qualité d'allumage, stabilité à l'oxydation et performances à basse température).
Pour remédier à ces défis, plusieurs solutions sont étudiées :
L’utilisation des déchets végétales et des huiles végétales utilisées (après friture) afin de minimiser l’utilisation des cultures alimentaires en plus de la gestion des déchets. Cependant, cette solution rencontre le défi de la variété de qualité des déchets des huiles, rendant leur traitement à grand échelle difficile ;
L’utilisation des espèces non alimentaires est aussi très étudiée. Ces dernières croient sur des terres marginales et donc ne réduiraient pas la surface des terres cultivées pour l’alimentation ;
Dans le cas des huiles végétales, les espèces utilisées devraient produire une huile de bonne qualité (pour la production de biocarburant) et en quantité élevée (pour répondre aux besoins). Exemples de plantes étudiées : Pongamie penne (Pongamia pinnata), médecinier purgatif (Jatropha curcas, d’autres noms : pourghère, purghère, grand pignon d'Inde, fève d'enfer, gros ricin) ;
Dans le cas des sucres, les arbres à croissance rapide sont très étudiés. Exemples: le peuplier (Populus spp.) et le panic raide.
Une importante solution est obtenue par la biotechnologie : la modification génétique des plantes afin de produire des huiles avec la qualité souhaitée. Exemple : cameline (Camelina sativa) pour produire le carburant des jets.
Sources :
Livre : Chen, G., Weselake, R.J. & Singer, S.D. (Eds), Plant Bioproducts, Springer.
Chapter 4 : Singer, Stacy D. & Weselake, Randall J., Production of Biodiesel from Plant Oils, pages 41-58.
Chapter 6 : Falarz, L.J., Deyholos, M.K. & Chen, G., Plant Carbohydrates and Production of Renewable Biofuel from Starch, Sugar, and Cellulose, pages 87-107.
Sources supplémentaires :
Article de synthèse : De Paola, M.G., Mazza, I., Paletta, R., Lopresto, C.G. & Calabrò, V. (2021). Small-Scale Biodiesel Production Plants—An Overview, Energies, 14, 1901.
Livre : Borowitzka, M. A., & Moheimani, N. R. (Eds.). (2013). Algae for biofuels and energy. Dordrecht: Springer.
Journaux scientifiques publiant des articles sur les biocarburants :
Pour aller plus loin :
Emergence des bioproduits végétaux.
Protéines recombinantes d’origine végétale.
Les fibres végétales naturelles.
Tendances dans l’agriculture durable.
Pesticides d’origine végétale.
Le monde vaste des plantes médicinales.
La puissance thérapeutique des plantes médicinales.
Traitement du cancer par les plantes.
Réponse des plantes aux stimuli.