La réduction de notre dépendance aux combustibles fossiles passe obligatoirement par la transformation de notre parc de véhicules automobiles. Hydrogène, électrique « pur », bioéthanol, biogaz : les solutions sont nombreuses, mais il est complexe de déterminer laquelle est la meilleure pour l’environnement. Une des manières de le savoir est d’évaluer la surface de terrain nécessaire pour les fournir en énergie. Dans cet article, nous évaluons qui d’une voiture électrique alimentée au photovoltaïque ou d’une voiture au superéthanol issu de betteraves, occupe le moins d’espace.

Imaginons que vous ayez hérité d’une parcelle d’un hectare (ha) et que vous souhaitez utiliser cette surface pour alimenter votre voiture personnelle, sans utiliser de combustible fossile, c’est-à-dire du diesel ou de l’essence. Une première possibilité pourrait être d’y cultiver des betteraves et de produire grâce à elles un agrocarburant pour le réservoir de votre voiture thermique, comme le superéthanol (E85). Une alternative pourrait être d’installer une centrale photovoltaïque sur ce terrain, pour recharger la batterie de votre voiture électrique. Quelle solution vous apporterait le plus d’autonomie pour votre véhicule ? Répondre à cette question, c’est connaître quel est le meilleur usage du sol qui peut en être fait.

Première option : la voiture au superéthanol

Il serait possible d’utiliser votre parcelle pour produire des betteraves sucrières. En France, il s’agit de la première culture industrielle, et elle est destinée principalement à la production de sucre. Pour l’anecdote, cette tradition n’est pas sans rapport avec nos préoccupations de production énergétique locale. En effet, la culture de la betterave sucrière s’est développée en France au XIXᵉ siècle, sous l’impulsion de Napoléon, dans l’objectif de faire face au blocus de la Grande-Bretagne sur les importations de sucre de canne. Les betteraves sont aujourd’hui essentiellement cultivées au nord de la Loire, notamment dans le Nord, le Nord-Est, en Île-de-France, en Normandie et dans le Centre.

Les sucres de la betterave peuvent être transformés en éthanol, et cet éthanol peut se substituer à l’essence dans un moteur thermique. La plupart des véhicules peuvent fonctionner de manière ordinaire avec 5 à 10 % d’éthanol (carburant dit « E10 »). Par ailleurs, il existe de plus en plus de véhicules susceptibles de fonctionner jusqu’à 85 % d’éthanol (E85, véhicules dits « FlexFuel ») de série ou après adaptation. Enfin, si en théorie un véhicule peut fonctionner à 100 % d’éthanol, cela n’est pas recommandé par les constructeurs.

Mais partons sur cette idée. Il faut savoir que l’éthanol contient moins d’énergie par litre que l’essence. Ainsi, un véhicule qui consommerait 7,5 L/100 km en essence, aurait besoin d’environ 11 L/100 km d’éthanol. Par ailleurs, un hectare de terrain mis en culture de betterave est susceptible de produire, selon les estimations, de 6 000 à 9 000 L de bioéthanol par an. Avec la production de votre parcelle de 1 hectare, vous seriez ainsi capable de rouler environ 70 000 km, soit environ 7 fois plus que le parcours annuel moyen d’une voiture particulière en France. Vous pourriez donc même en céder à vos voisins.

Deuxième option : la voiture électrique

Dans l’alternative, vous pourriez installer sur votre terrain des panneaux photovoltaïques pour alimenter une voiture électrique. En moyenne, un tel véhicule consomme autour de 17 kWh/100 km. En France, on peut se fonder sur une puissance d’environ 400 kWc par hectare pour une centrale photovoltaïque au sol, dont on peut espérer une production entre 800 et 1 400 kWh par kWc et par an. En conséquence, votre terrain serait susceptible de produire environ 400 MWh/an, soit de quoi rouler environ 2 millions de km.

La voie électrique permet donc de produire l’énergie pour rouler environ 25 fois plus de distance que la voie agrocarburant, et ce, à partir de la même surface de terrain. Une autre manière de le voir serait de considérer que sur la parcelle de 1 hectare, vous pourriez consacrer 400 m² à votre centrale photovoltaïque pour rouler 70 000 km/an. Le reste pourrait être laissé à la biodiversité, sous la forme d’une forêt ou d’un étang, par exemple.

Agrocarburants vs électrique : une affaire de rendements

La voiture électrique alimentée à l’énergie solaire est donc bien moins consommatrice d’espace qu’une voiture thermique alimentée par un agrocarburant produit à partir de betterave. Bien entendu, ce calcul est simplifié, il pourrait être critiqué et amélioré. La comparaison globale entre ces deux solutions est bien plus complexe que ce que nous avons exposé dans ce court article. En effet, pour pouvoir juger de l’impact environnemental, la totalité des conséquences néfastes (ou bénéfiques) sur l’environnement doivent être évalués.

Pour prendre quelques exemples, la culture de betterave, en mode intensif, nécessite des engrais (produits à partir de fossiles) et des pesticides, dont l’impact sur l’environnement peut être néfaste. Par ailleurs, la fabrication des panneaux photovoltaïque et de la batterie d’un véhicule électrique nécessite de l’énergie, et ils doivent être remplacés puis recyclés à la fin de leur cycle de vie. Cela peut être à l’origine de dégâts environnementaux, notamment lors de l’extraction des matières premières nécessaires à leur fabrication.

1 % de rendement pour la photosynthèse, jusqu’à 24 % pour le photovoltaïque

La différence est toutefois significative puisque nous trouvons environ un facteur 25. Et il existe une raison profonde qui permet d’expliquer ce résultat. Le rendement global de la photosynthèse est faible, de l’ordre de 1 % pour les plantes cultivées, tandis que le rendement des panneaux solaires commerciaux se situe entre 18 et 24 %. Les panneaux photovoltaïques sont donc plus de 20 fois plus efficaces que les plantes pour convertir l’énergie du soleil en une énergie utilisable par nos véhicules.

Et il y a une raison simple : le but de la vie n’est pas de produire de l’énergie. Les plantes produisent de l’énergie pour vivre, pour se reproduire, pour évoluer et pour se protéger des autres espèces vivantes. Elles ne sont donc pas optimisées pour le rendement énergétique, mais pour être en mesure de réaliser toutes ces activités, d’une manière indubitablement résiliente, comme nous l’a prouvé l’histoire mouvementée de la Terre et de la vie.

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Data4, expert dans la construction de data centers – centres de données, va collaborer avec l’Université Paris-Saclay sur un projet de forêt d’algues sur les toits de son centre de Marcoussis (Essonne) afin de produire de la biomasse à partir d’algues, qui pourra ensuite être recyclée sous forme d’énergie renouvelable.

Le premier projet bio-circulaire de data center au monde

Les centres de données font partie des plus grands consommateurs d’énergie au monde, étant obligés de maintenir une chaleur constante à 20°C sans interruption pour éviter tout dysfonctionnement ou panne. Ce type d’infrastructure dégage donc une chaleur considérable en continu, ce qui en fait de mauvais élèves en matière de préservation de l’environnement.

Traditionnellement perçue comme un déchet, Data4 et l’Université Paris-Saclay voient dans cette chaleur une ressource précieuse. Leur projet commun a été lancé au début du mois de mars 2024. Il vise à installer une forêt d’algues sur le toit du centre de données de Data4 de Marcoussis (Essonne), ce qui en ferait le premier projet bio-circulaire de data center au monde.

Produire de la biomasse

Comme le précise Patrick Duvaut, vice-président de l’Université Paris-Saclay et président de la Fondation Université Paris-Saclay, l’algue a une « captation de carbone qui peut être 20 fois supérieure à celle d’un arbre (à surface équivalente) ». La chaleur émise par les data centers permettrait ainsi d’accélérer le processus de photosynthèse et donc de produire de la biomasse, un élément qui peut ensuite être recyclé sous forme d’énergie renouvelable.

Cette énergie pourrait ensuite être utilisée par le centre de données ou être redistribuée à un autre réseau. La biomasse en elle-même pourrait aussi servir à fabriquer des bioproduits pour l’industrie cosmétique notamment ou l’agroalimentaire. « Ce projet de biomasse augmentée répond à deux enjeux majeurs de notre époque : la sécurité alimentaire et la transition énergétique », conclu Linda Lescuyer, responsable Innovation chez Data4.

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Vanté pour ses nombreuses qualités, et en particulier sa capacité à stocker le carbone, le biochar a, depuis quelques années, le vent en poupe. Porté par de nombreux projets destinés à générer des crédits carbone, il pourrait être un allié indispensable de la transition énergétique. 

1541, Amérique du Sud. Le navigateur espagnol Francisco de Orellana descend le fleuve Amazone, et rapporte dans ses cahiers la description d’une civilisation dense, à l’agriculture riche et sophistiquée. De cette description, il ne reste plus rien, si ce n’est la Terra Preta, une terre sombre à la fertilité exceptionnelle que l’on retrouve au cœur de la forêt amazonienne. Créée par l’homme durant l’époque précolombienne, cette terre tient une partie de sa richesse à sa teneur en un élément aujourd’hui de plus en plus prisé : le biochar.

Pendant longtemps oubliée, cette poudre noire est désormais obtenue grâce à la pyrolyse de la biomasse dans des fours spécialement conçus. Cette opération consiste à chauffer la matière organique à une température comprise entre 350°C et 650°C sans oxygène. Le biochar bénéficie d’un regain d’intérêt pour ses capacités qui vont au delà de la simple amélioration de la qualité d’un sol. En 2018, le GIEC l’a reconnu comme technologie d’émission négative pour son rôle de puits carbone. Une tonne de biochar peut, en effet, stocker de manière stable et durable l’équivalent de 2,5 tonnes à 3 tonnes de CO₂.

Ainsi, la combinaison de cette capacité à stocker le carbone, et à améliorer la qualité des sols a entraîné un véritable engouement pour ce matériau que certains n’hésitent pas à qualifier de « nouvel or noir ».

Le biochar possède des avantages indéniables

Au-delà des nombreux témoignages qui vantent l’impact du biochar sur la fertilité des sols, les études scientifiques sur le sujet se multiplient pour évaluer ces bienfaits et comprendre les mécanismes qui y sont associés.

En août 2023, une étude a été publiée en ce sens par l’université A&M du Texas. Celle-ci portait sur les effets d’un biochar obtenu à partir de résidus de culture de blé sur une culture de tomates. Différents paramètres ont été observés, comme la croissance des plants de tomates et le développement de leur système racinaire, ainsi que la diversité microbienne du sol. Les résultats de cette étude ont été saisissants, puisque les chercheurs ont découvert que le microbiome du sol traité bénéficiait à la fois d’un accroissement de l’activité de plusieurs microbes bénéfiques à la plante, ainsi qu’une réduction de l’activité de certains champignons pathogènes. De plus, l’activité symbiotique entre la plante et le microbiome s’est également trouvée améliorée. Si cette étude ne montre pas d’effet immédiat du biochar sur le rendement des plants de tomate, elle pose les bases d’effets sur le long terme du matériau, une fois incorporée dans le sol.

D’autres études ont également démontré la capacité du biochar à améliorer la fertilité d’un sol grâce à un rôle restructurant qui permettrait aux plantes de mieux absorber les nutriments, même dans un sol historiquement pauvre, comme c’est le cas dans la forêt amazonienne.

Un intérêt pour l’agriculture, mais pas que

Les possibles applications du biochar ne se limitent pas à l’agriculture, puisqu’il pourrait même participer à la décarbonation du béton, une aubaine quand on sait que celui-ci est responsable de 7% à 8% des émissions de CO₂ à l’échelle de la planète. Ces émissions sont principalement causées par le processus de fabrication du ciment, un liant composé de clinker : un matériau obtenu par la cuisson à très haute température (environ 1400°C) d’un mélange de calcaire et d’argile. Outre l’énergie nécessaire à la montée en température du matériau, la réaction chimique qui en résulte entraîne un dégagement de CO₂ issu du calcaire. En France, selon un rapport de CIM Béton de 2018, l’empreinte carbone du ciment se situe aux alentours 624 kg eq CO₂/t.

Que vient faire le biochar dans cette histoire ? Il vient tout simplement équilibrer le bilan carbone du ciment en étant ajouté à la formulation de celui-ci. En France, le cimentier Vicat a réussi à créer un nouveau liant, appelé Carat, qui a la particularité d’avoir une empreinte carbone de -15 kg eq CO₂/t. En d’autres termes : il stocke du carbone !

L’impulsion des crédits carbone

Pour l’heure, le biochar est encore peu utilisé car il a un (très) gros défaut : il coûte cher. En Europe, la tonne de ce matériau se négocie généralement entre 600 euros et 800 euros. Or, la quantité requise pour un usage agricole est de l’ordre de plusieurs tonnes par hectare, un coût financier trop élevé pour un grand nombre de culture.

Mais cela pourrait bientôt changer, car sa capacité à stocker du carbone est de plus en plus mise à profit pour générer des crédits carbone. C’est, par exemple, ce que propose la startup française NetZero, qui a ouvert deux usines de production de biochar, dont la première se situe en Afrique et la deuxième en Amérique du Sud. Le biochar obtenu, particulièrement efficace pour des sols tropicaux, est revendu aux agriculteurs locaux.

En France, la société Carbonloop promeut la décarbonation énergétique des sites industriels avec la mise en œuvre d’une solution de pyrolyse de biomasse permettant de produire de la chaleur, de l’électricité ainsi que du biochar qui pourra ensuite être revendu.

Désormais, il reste à la filière de trouver un équilibre économique permettant de rendre le tarif du biochar abordable grâce à la vente de crédits carbone.

Le biochar, un produit à utiliser avec parcimonie

Malgré cette dynamique encourageante, le biochar doit faire l’objet d’une production mesurée, comme toutes les technologies résultant de la biomasse. Car si son bilan carbone est positif avec des résidus de culture, il devient mauvais dès lors qu’il est produit à partir de forêts anciennes ou de forêts primaires. D’autre part, une production trop intensive pourrait entraîner des conflits d’usage en limitant la disponibilité de matières premières pour la construction bois ou encore la biomasse.

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La production des fromages de qualité est une activité ô combien importante dans notre pays. Elle peut de plus être reliée à nos sujets favoris : il est possible, en effet, de produire en même temps de la chaleur, de l’électricité, et du fromage ! Comment ? C’est ce que nous vous proposons de découvrir dans cet article…

Le Beaufort est un fromage emblématique de la Savoie. D’Appellation d’origine protégée (AOP), il est produit à partir du lait de vaches Tarine et Abondance. Ces races montagnardes s’alimentent dans les alpages des vallées du Beaufortain, d’une partie du Val d’Arly, de la Tarentaise et de la Maurienne.

Ces vaches peuvent-elles contribuer à produire de l’énergie ? / Image : UPB

La production du fromage génère des co-produits organiques. En effet, pour chaque kilogramme de Beaufort, il est nécessaire d’utiliser 10 kg de lait. Les 9 kg restants forment un autre produit : le lactosérum, plus communément appelé le « petit lait ». Le lactosérum est un mélange aqueux, contenant encore de la matière grasse, des protéines et du lactose.

Le lactosérum est traditionnellement valorisé par la fabrication de produits secondaires. En particulier, les matières grasses sont utilisées pour produire du beurre, tandis que les protéines sont utilisées pour produire de la ricotte, l’équivalent français de la ricotta italienne, et de la poudre de protéine. Cette dernière est utilisée comme complément alimentaire pour les enfants, les séniors ou les sportifs de haut niveau.

Le sucre est valorisé pour produire de l’électricité et de la chaleur

Une fois le petit lait déprotéiné et dégraissé, il reste de l’eau et du lactose, c’est-à-dire du sucre. Et c’est ce sucre qui peut être transformé en biogaz dans une unité de méthanisation, par l’action de bactéries. Le biogaz peut ensuite être utilisé par alimenter un cogénérateur, qui produit non seulement de l’électricité mais aussi de la chaleur. L’électricité est vendue à EDF, tandis que la chaleur peut être utilisée directement dans le procédé, par exemple pour la pasteurisation ou la production d’eau chaud pour le nettoyage.

Comment valoriser le lactosérum / Image : Savoie Lactée, UPB, Valbio

L’Union des producteurs de Beaufort (UPB) a construit Savoie Lactée en 2015 pour mettre en œuvre l’ensemble de ce procédé de valorisation du lactosérum. Pour l’UPB, ce sont en moyenne 200 000 L qui sont traités chaque jour dans l’installation, issus de la production de 650 éleveurs et 9 coopératives fromagères.

Ce lactosérum permet de générer plus de 1,5 millions de m³ de biogaz par an. Ainsi, ce sont de 3,0 à 3,5 GWh/an d’électricité qui sont produits et revendus à EDF, soit l’équivalent de la consommation en électricité de 600 foyers. La production d’électricité est supérieure aux besoins de l’installation. Quant à la chaleur, le cogénérateur permet de couvrir environ 70% des besoins à partir du biogaz. Le complément est assuré par du gaz naturel, notamment lorsque la production est plus la faible au cours de son cycle saisonnier, notamment en automne.

D’importantes économies à la clé

Le procédé est basé sur deux solutions brevetées de la société VALBIO : le traitement par méthanisation METHACORE, et le traitement GSBR, destiné aux résidus ultimes issus de la méthanisation. L’ensemble de la chaîne conduit à une eau suffisamment pure pour être rejetée sans risque dans l’Isère, c’est-à-dire dans le milieu naturel. Les contrôles environnementaux sont réguliers et rigoureux.

Les résidus de lactosérum était auparavant expédiés par camion pour traitement ; aujourd’hui, le traitement peut se faire localement, permettant de réduire de plus de 90% les besoins de transport. Le cumul passé de 800 000 km à 70 000 km. Pierre-Alexandre Vernerey, responsable du site nous indique : « Aujourd’hui, nous ne pourrions nous passer de l’unité de méthanisation. Elle est en outre autonome du point de vue financier. Nous avons prévu son extension de façon à pouvoir traiter plus de lactosérum».

L’installation Savoie Lactée a ainsi permis d’implanter localement une solution visant non seulement à limiter la pollution, mais à convertir des déchets en ressources et en énergie, et ce dans une perspective locale.

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