Agrocombustibles

Les agrocombustibles sont des combustibles issus du milieu agricole, on les distingue des combustibles issus de bois de forêt ou d’industrie. Ils comprennent les produits de cultures pérennes (miscanthus, taillis à courte rotation…) et certains coproduits de plantes agricoles (lin, chanvre, paille…). On les valorise le plus souvent dans des chaudières spécifiquement conçus pour la biomasse.

Types

Les agrocombustibles peuvent être d’origine ligneuse (taillis à courte rotation, haies…) ou lignocellulosique (miscanthus, panic érigé, anas de lin…).

  • Les agrocombustibles ligneux se récoltent généralement sous forme de tiges entières ou directement broyées en plaquettes de bois, à 50 % d’humidité. Une phase de séchage d’au moins 6 mois est nécessaire pour une utilisation en chaudière biomasse. Le taux de cendres est plus faible que dans le cas des combustibles lignocellulosiques ;
  • Les agrocombustibles lignocellulosiques se récoltent par ensileuse généralement à une humidité comprise entre 10 et 25 %. Ces combustibles ne doivent pas être séchés et s’utilisent directement en chaudière biomasse. Le taux de cendres est supérieur à celui des combustibles ligneux, et la température de fusion des cendres plus basse.

Transformation et utilisation

Les agrocombustibles peuvent être utilisés en vrac ou subir une transformation (torréfaction, densification…). L’augmentation de la densité énergétique est utile lorsque le combustible est utilisé dans de grosses installations.

Tout comme les plaquettes forestières, les agrocombustibles s’utilisent en chaudière biomasse. Des réglages spécifiques permettront d’optimiser la combustion et de gérer la production de cendres.


Betterave

La betterave est une plante bisannuelle cultivée pour ses racines charnues. Il existe différents types de betteraves qui ont chacun leurs utilisations.

Plusieurs types de betteraves, beaucoup d’utilisations

  • Les betteraves sucrières sont cultivées pour leur haut taux de sucre. Aujourd’hui, elles sont principalement cultivées pour produire du sucre alimentaire. Mais leur sucre peut aussi servir dans l’industrie biobasée et la chimie verte ! Ainsi, on pourra produire des molécules plateformes qui serviront entre autres à produire du bioplastique. On pourra aussi produire de l’éthanol (alcool) qui sera utilisé comme biosolvant ou encore comme biocarburant (le bioéthanol).
  • Les betteraves fourragères sont utilisées pour l’alimentation des animaux.
  • Les betteraves potagères sont utilisées pour l’alimentation humaine.

Ces betteraves ou leurs résidus (collet, feuilles, pulpes …) peuvent être utilisés en biométhanisation car ces matières ont un bon potentiel pour produire du biogaz.

Rendement

En 2014, le rendement moyen en Belgique est d’environ 87 tonnes de betteraves par hectare.


Biocomposites

Les matériaux composites sont définis comme des matériaux constitués d’une matrice et de fibres de renfort (fibres de verre, fibres de carbone ou fibres naturelles). Le matériau est appelé biocomposite lorsque les fibres de renfort et/ou la matrice sont d’origine végétale.

De nombreux secteurs d’activité intègrent ces nouveaux matériaux dans la conception de leurs produits : le médical (prothèses, dentisterie…), le sport (raquettes, skis…), l’automobile (tableau de bord, garniture…), la construction, etc. 

Types de biocomposites

Deux grands types de biocomposites existent :

  • Biocomposites polymère-bois : les fibres de renfort sont des fibres de bois ;
  • Biocomposites polymère-fibres naturelles: les fibres de renfort sont des fibres naturelles telles que les fibres de chanvre, de lin ou de coton.

Parmi les différentes sources végétales utilisées, le chanvre est particulièrement performant en raison des propriétés mécaniques de ses fibres longues, mais aussi des qualités agronomiques de la plante.

La matrice des biocomposites est un polymère qui peut être biobasé ou non. S’il est biobasé, cette matrice est un bioplastique.

Caractéristiques

Les biocomposites se distinguent des autres produits plastiques de synthèse par leurs propriétés d’inaltérabilité et leur faible poids, qui leur permettent de se substituer à des pièces en métal.

Une des difficultés de la fabrication des biocomposites est de créer une bonne adhésion de la fibre à la matrice.


Biodiesel

Le biodiesel est un carburant fabriqué à partir d’huile végétale ou de graisses animales. En Wallonie, les matières premières locales sont l’huile de colza et les huiles et graisses usagées.

Production

Le biodiesel est le produit d’une transformation chimique d’une matière grasse (transestérification), qui la rend moins visqueuse. Cette matière grasse peut avoir diverses origines :

  • Huiles de plantes oléagineuses annuelles telles que le colza (cultivable en Belgique), le maïs, le tournesol, le soja…
  • Huiles de plantes oléagineuses pérennes telles que la palme ou le palmiste
  • Huiles et graisses usagées provenant des ménages et de l’horeca
  • Sous-produits de l’industrie du bois
  • Huile venant d’algues ou micro-algues (encore en Recherche&Développement).

Utilisation

Le biodiesel peut être utilisé soit comme carburant dans les véhicules, soit comme combustible dans des chaudières, groupes électrogènes ou moteurs de cogénération pour la production de chaleur et/ou d’électricité.

Le biodiesel peut être utilisé dans diverses proportions dans les véhicules routiers. En Belgique, le diesel vendu à la pompe contient une fraction de biodiesel. En 2015, cette proportion variait entre 5 et 7 % en volume, on parle de diesel B7. Ces proportions ne nécessitent pas de transformation du moteur.


Bioéthanol

Le bioéthanol est un carburant produit essentiellement à partir de plantes en sucres (betterave, canne à sucre…) ou en amidon (céréales, maïs…).  

La recherche cherche aujourd’hui à produire du bioéthanol dit de « seconde génération » ou « avancés », à partir de matières premières non-alimentaires telles que des résidus de cultures, des déchets de l’agro-industrie voire même du bois.

Procédé de fabrication

Le bioéthanol est produit par fermentation de sucres et ensuite par distillation. L’étape de fermentation transforme les sucres simples (comme ceux présents dans la betterave, canne à sucre, etc.) en éthanol. La distillation permet de séparer l’eau de l’éthanol pour épurer celui-ci.        

En plus du bioéthanol, les usines qui fabriquent du bioéthanol produisent en même temps d’autres produits valorisables en alimentation humaine et animale, pour la chimie verte, etc. On parle donc d’une bioraffinerie.

Dans le cas de l’utilisation de résidus agricoles (pailles) ou autres matières lignocellulosiques, deux étapes supplémentaires sont nécessaires. En effet, ces matières premières contiennent des sucres « complexes » qu’il faut libérer (casser les fibres) puis transformer en sucres simples (hydrolyse) avant de réaliser la fermentation. Cette production de biocarburant de « seconde génération » est encore en développement bien que quelques unités de production de taille industrielle existent aux Etats-Unis et en Europe.

Plus qu’un carburant pour les voitures

Le bioéthanol est essentiellement utilisé comme carburant pour les véhicules mais peut aussi être utilisé dans l’industrie chimique (molécule plateforme, biosolvants…) ou comme combustible pour la production de chaleur et/ou d’électricité.

Mélangé à l’essence, le bioéthanol peut être utilisé dans diverses proportions dans les véhicules routiers. Depuis 2013, l’essence vendue à la pompe contient environ 6 % de bioéthanol en volume sans que des modifications du moteur soient nécessaires. Au-delà d’un taux d’incorporation de bioéthanol supérieur à 10 %, soit il faut soit faire des adaptations moteurs soit former de l’ETBE, qui est un mélange entre bioéthanol et isobutène qui peut être incorporé jusque 15 % à l’essence.


Biogaz

Le biogaz est un gaz produit lors du processus de biométhanisation, c’est-à-dire lors de la décomposition de matières organiques en l’absence d’oxygène.

Composition du biogaz

Le biogaz est principalement constitué de méthane (50 à 80 % de CH4) et de dioxyde de carbone (20 à 40 % de CO2). D’autres gaz sont présents en faibles quantités : le dihydrogène (H2), le sulfure d’hydrogène (H2S), le diazote (N2) et la vapeur d’eau (H2O). Le contenu énergétique du biogaz provient du méthane et du dihydrogène.

Utilisations

  • Production de chaleur ou de vapeur par combustion du biogaz dans une chaudière ;
  • Production d’électricité par combustion dans un moteur ou une turbine ;
  • Production d’électricité et de chaleur : on parlera de cogénération. Il s’agit de la valorisation du biogaz la plus courante actuellement en Europe.

 

Le biogaz peut également être épuré en biométhane et compressé, afin de produire du biocarburant ou d’être injecté dans le réseau de gaz naturel.

 

Épuration du biogaz

Dans la plupart des cas, il est nécessaire d’épurer le biogaz avant de l’utiliser. Il est intéressant, quelle que soit la valorisation, d’éliminer l’eau et le sulfure d’hydrogène afin de ne pas abîmer les machines.

Le biogaz, un gaz durable

Grâce à l’utilisation de matières telles que les effluents d’élevage ou les déchets agricoles et agroalimentaires, la biométhanisation permet d’éviter des émissions de méthane qui, autrement, pourraient se dégager dans l’atmosphère (générant une pollution) et ce sans valorisation énergétique au préalable.


Biolubrifiant

Un lubrifiant est un produit dont la principale fonction est de réduire les frottements entre les surfaces. Il est composé majoritairement d’une huile et d’additifs qui lui confèrent ses propriétés. Un biolubrifiant est un lubrifiant produit à partir d’huile végétale ou de graisse animale.

Les avantages environnementaux

Les lubrifiants d'origine minérale sont intéressants pour le secteur industriel mais ils ont également des défauts: ils polluent, ne sont pas sans risque pour la santé des utilisateurs et ils contribuent à l’épuisement des ressources fossiles. Leur remplacement par des biolubrifiants permet de diminuer les impacts environnementaux :

  • Ils augmentent la biodégradabilité du produit de 40 à 95 % ;
  • Ils diminuent la toxicité vis-à-vis des organismes ;
  • Ils réduisent les émissions de gaz à effet de serre jusqu’à 80 % par rapport aux lubrifiants d’origine fossile ;
  • Ils réduisent la consommation de pétrole.

Applications

La première fonction des lubrifiants est de réduire les forces de frottements entre deux surfaces en mouvement (par exemple l’huile pour chaîne de vélo ou de tronçonneuse). Les lubrifiants permettent également de transmettre des forces (huiles hydrauliques), d'évacuer une partie de la chaleur engendrée par le frottement pour diminuer la température des machines (fluides de coupe utilisés dans le travail des métaux) ou encore d'éviter la corrosion (huiles moteur). Les biolubrifiants présentent un intérêt tout particulier pour les applications qui se retrouvent dans la nature, comme les huiles de chaînes de tronçonneuses.


Biométhane

Le biométhane est du biogaz épuré, ce dernier étant produit par biométhanisation. Le but de cette épuration est de pouvoir injecter le biométhane, équivalent du gaz naturel, dans les réseaux de gaz naturel ou de pouvoir l’utiliser comme carburant pour véhicules (CNG ou LNG). 

Épuration du biométhane

Pour obtenir le biométhane, le biogaz doit être épuré pour conserver le maximum de méthane (CH4), tout en éliminant le dioxyde de carbone (CO2) et les autres gaz traces contenus.

Différentes techniques existent : le lavage à l’eau (absorption physique) ou aux amines (absorption chimique), l’adsorption par variation de pression (PSA), la séparation membranaire ou l’épuration cryogénique (distillation à froid).

Valorisation du biométhane

Le biométhane est équivalent au gaz naturel : ils sont tous deux composés de méthane. La seule différence vient de l’origine du gaz ; l’un est renouvelable, l’autre d’origine fossile. Le biométhane peut donc être injecté dans le réseau afin de substituer le gaz naturel (en tout ou en partie).

Le biométhane, une fois sur le réseau, sera utilisé de la même façon que le gaz naturel :

  • Utilisations domestiques : chaudière au gaz (pour l’eau chaude et le chauffage), chauffe-eau, cuisinières au gaz, poêles au gaz, etc. ;
  • Utilisations industrielles : production d’eau chaude, de vapeur, etc. ;
  • Production d’électricité à l’aide d’un moteur (éventuellement de cogénération) ou d’une turbine (turbines à vapeur, turbines à gaz et turbines gaz-vapeur TGV), etc. ;
  • Utilisations comme carburant pour véhicules : pompes CNG et pompes LNG. On parlera de Compressed Natural Gas (CNG) si le méthane est comprimé, et de Liquefied Natural Gas (LNG) si le méthane est liquéfié, indépendamment de l’origine du méthane, qu’il soit fossile ou produit à partir de biogaz.

L’épuration en biométhane est une autre valorisation du biogaz ; supplémentaire par rapport à la cogénération de biogaz brut. On pourra donc valoriser de manière optimale ce dernier en choisissant la valorisation qui correspond le mieux aux besoins.


Biométhanisation

La biométhanisation est un processus de fermentation similaire à celui ayant lieu dans le rumen d’une vache. Les matières entrant dans un digesteur, la cuve où a lieu la fermentation, subissent une dégradation biologique réalisée par des micro-organismes. Cette fermentation a la particularité de se dérouler en absence d’oxygène (anaérobiose). La décomposition des matières par biométhanisation dégage deux produits: le biogaz et le digestat.

La biométhanisation nécessite de grandes quantités d’intrants ; les principaux utilisateurs sont les agriculteurs et/ou les coopératives, les industriels ou encore les communes.

Quels produits ?

La décomposition des matières par biométhanisation dégage deux produits :

  • Le biogaz, qui est un gaz composé essentiellement de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2). Il a de nombreux usages énergétiques : il peut être valorisé par cogénération, soit injecté dans le réseau de gaz naturel, soit utilisé comme biocarburant (le biométhane).
  • Le digestat, qui est la matière restante des matières organiques après digestion. Il s’agit d’un produit de qualité principalement utilisé comme amendement et fertilisant pour les sols.

Quels types de biométhanisation ?

Presque toutes les matières organiques peuvent être valorisées, chacune ayant un rendement différent. Seules les matières fortement ligneuses telles que le bois doivent être évitées. Les intrants déterminent les types de biométhanisation :

  • Traitement des matières agricoles et déchets organiques issus de l’industrie agro-alimentaire : les matières peuvent être liquides (lisiers, eaux blanches de laiterie, etc.), solides liquéfiables endéans quelques jours de digestion (déchets de fruits et légumes, ensilage de maïs, herbe et tontes de pelouses, ou certains fumiers pailleux), ou solides (paille ou fumiers très pailleux) ;

En Wallonie, on parle de micro-biométhanisation lorsque l’unité est installée dans une exploitation agricole afin de produire de l’énergie pour rendre celle-ci auto-suffisante (au moins en électricité). Généralement, il s’agit d’unités comprises entre 0 et 50 kWél. Les intrants proviennent uniquement de l’exploitation agricole, et le digestat retourne sur les terres de l’exploitation ;

  • Traitement des effluents liquides : il s’agit des eaux usées industrielles, des boues de station d’épuration, etc. ;
  • Traitement des déchets ménagers : les déchets ménagers ont une haute teneur en matières organiques, mais nécessitent un tri préalable ;
  • Centre d’enfouissement technique (CET) : les décharges ayant accueilli au préalable des déchets organiques biodégradables sont désormais couvertes, permettant de récupérer le biogaz qui s’en échappe. Ces décharges ne peuvent plus recevoir de déchets organiques depuis 2010, les installations de valorisation du biogaz qui s’y trouvent sont donc vouées à disparaître.

Des techniques multiples

Différentes techniques de production du biogaz existent, choisies notamment en fonction du type d’intrants. L’ « infiniment mélangé » est la plus courante : les matières entrent quotidiennement dans une cuve de fermentation recouverte par une bâche permettant de récolter le biogaz produit. Les matières sont mélangées, elles restent généralement entre 1 et 3 mois dans la cuve et le digestat est évacué quotidiennement vers une cuve de stockage. Il s’agit d’un processus continu. Les microorganismes se trouvent au contact de la matière dans la cuve.


Bioplastique

Le plastique est composé d’un polymère auquel sont ajoutés d’autres composés : des colorants, des antioxydants, des plastifiants… Le bioplastique est un plastique dont le polymère a été synthétisé à partir de biomasse, dans un procédé de bioraffinage. Les biopolymères les plus connus sont le PLA (acide polylactique), le PE (polyéthylène) dont les constituants ont été obtenus par une fermentation de sucre, puis assemblés par polymérisation.

Applications

On utilise les bioplastiques principalement pour des emballages, mais ils ont de nombreuses applications dans divers domaines :

  • secteur alimentaire : raviers et pots, bouteilles, emballages divers, etc. ;
  • secteur médical : fils de suture, broches orthopédiques, etc. ;composants électroniques ;
  • matériaux de construction et pièces automobiles ;
  • etc.

Avantages environnementaux

Des études d’analyse de cycle de vie ont montré que les bioplastiques ont de meilleures performances environnementales que les plastiques fabriqués à partir de pétrole. A masse égale, ils émettent moins de gaz à effet de serre et consomment moins d’énergies fossiles depuis l’extraction des matières premières jusqu’à la sortie de l’usine.

Certains bioplastiques sont biodégradables comme le PLA et peuvent donc être dégradés dans un compost industriel, ce qui présente l’avantage de les utiliser pour un système de tri des déchets organiques.

D’autres bioplastiques ne sont pas biodégradables, comme le PE, mais peuvent être recyclés tout comme les plastiques faits à partir de pétrole.


Bioraffinage

Le bioraffinage est le processus de transformation des ressources végétales qui vise à optimiser la valorisation de tous les composants de la plante en un large éventail de produits : aliments, médicaments, molécules d’intérêt, produits chimiques et matériaux, bioénergies. En cela, le bioraffinage peut être assimilé au raffinage du pétrole : le pétrole brut est raffiné en une multitude de fractions (produits chimiques, carburants, lubrifiants…).

Les types de bioraffineries

Les bioraffineries sont en général distinguées en fonction du type de biomasse qu’elles utilisent:

  • Les bioraffineries de première génération : la matière première peut aussi avoir une utilisation alimentaire : sucre de betteraves ou de canne, céréales, huiles végétales... ;
  • Les bioraffineries de deuxième génération: la matière première, constituée principalement de cellulose, d’hémicelluloses et de lignine, ne peut pas être mangée : coproduits agricoles, coproduits de l’industrie du bois, miscanthus, taillis à courte rotation, déchets…

Fonctionnement

Les processus présents dans une bioraffinerie vont dépendre de la biomasse entrante. Ils suivent la logique suivante :

  • Fractionnement. Les différents constituants de la biomasse sont séparés par des moyens physiques : broyage, extraction. Exemple : séparation de la farine et du son par broyage du grain de blé, puis extraction du gluten de la farine pour obtenir l’amidon.
  • Prétraitement. Cette étape est indispensable dans les bioraffineries de seconde génération, pour convertir la partie fibreuse de la biomasse, la lignocellulose, en sucres simples.
  • Transformation. L’étape centrale du bioraffinage. Deux voies alternatives sont utilisées pour transformer la biomasse :
    • Conversion biochimique qui comprend l’hydrolyse enzymatique et la fermentation. Exemple : hydrolyse de l’amidon en glucose, qui est fermenté pour obtenir du bioéthanol.
    • Conversion thermochimique par gazéification ou pyrolyse. Le syngaz issu de gazéification de la biomasse peut être transformé en des molécules à plus longue chaine par un procédé Fischer-Tropsh ou par fermentation.
  • Traitements aval. Le but de cette étape est de purifier les produits d’intérêt à la fin de la transformation par des procédés de séparation (filtration, centrifugation, extraction, distillation…). On obtient alors, entre autres, des molécules plateformes. Exemple : L’éthanol issu de la fermentation est présent en de faibles concentrations (5 %), il subit plusieurs étapes de distillation pour obtenir une pureté de l’ordre de 99 %.

Les biotechnologies sont très importantes dans le bioraffinage où elles peuvent intervenir dans les étapes « prétraitement » et « transformation ». Des microorganismes sont utilisés soit pour produire directement des molécules intéressantes, soit pour transformer, digérer et dégrader une matière en ses constituants et produits dérivés.


Biosolvants

Les solvants sont des liquides capables de dissoudre, de diluer ou d’extraire d’autres composants sans engendrer de modification chimique. Ils sont appelés biosolvants lorsqu’ils sont totalement ou partiellement produits à partir de biomasse. Les biosolvants sont majoritairement utilisés pour la production de peintures et de revêtements et pour l’industrie pharmaceutique.

Matières premières

Les biosolvants sont produits par bioraffinage. Certains sont fabriqués par fermentation de sucres de céréales, maïs, betterave ou canne à sucre en alcools et acides, entre autres. D’autres sont dérivés d’huile végétale comme par exemple l’huile de colza.

Propriétés

Les biosolvants sont généralement non-inflammables, biodégradables et non toxiques car ils contiennent moins de composés organiques volatils (COV) comme le benzène, qui sont plus facilement inhalés.

Utilisations

En fonction de leurs propriétés, les solvants peuvent être employés comme diluants ou adjuvants dans le domaine des revêtements, des produits phytosanitaires et des adhésifs. Ils trouvent aussi des applications comme agents de nettoyage (dégraissants pour pièces mécaniques, etc.), comme solvants d’extraction (encres d’imprimerie, etc.) ou de synthèse dans les industries chimiques et pharmaceutiques (vernis à ongles, dissolvant, etc.).

Les biosolvants ne peuvent pas simplement se substituer aux solvants d’origine fossile dans la formulation d’un produit, une peinture par exemple; leurs propriétés différentes nécessitent la création de nouvelles formulations.


Biosurfactants

Les surfactants ou tensioactifs sont des molécules qui diminuent la tension superficielle d’un liquide, la tension interfaciale entre deux liquides ou celle entre un liquide et un solide. Ils sont appelés biosurfactants ou biotensioactifs lorsqu’ils sont totalement ou partiellement produits à partir de biomasse. Les biosurfactants sont majoritairement utilisés comme détergents.

Propriétés

Les surfactants sont des composés qui contiennent à la fois une partie dite hydrophobe qui est insoluble dans l’eau, et une partie dite hydrophile qui est soluble dans l’eau. Les surfactants forment des agrégats où les parties hydrophiles sont en contact avec le liquide environnant, et les parties hydrophobes forment le cœur. L’alignement de ces molécules à la surface du liquide en modifie les propriétés.

Dans le cas des biosurfactants, la partie hydrophile peut par exemple être constituée de sucres provenant de l’industrie du sucre (betterave, canne à sucre) et de l’amidon (céréales, maïs). La partie hydrophobe est essentiellement issue d’huiles végétales.

Utilisations

Les surfactants sont utilisés dans de nombreux secteurs : le traitement du cuir ou du textile, le nettoyage et le dégraissage de matériaux, l’extraction de minerais, la formulation de peintures et vernis, etc. Ils peuvent être classés selon la fonction qu’ils remplissent :

  • Détergents : ils enlèvent les salissures sur les supports solides ;
  • Agents de solubilisation : ils aident à passer en « solution » des substances normalement insolubles dans le solvant utilisé ;
  • Agents moussants : ils dispersent un volume élevé de gaz dans un faible volume d’eau ;
  • Agents mouillants : ils permettent d’étaler du liquide sur un solide ;
  • Agents dispersants : ils permettent de disperser les particules en évitant qu’elles forment des agrégats ;
  • Agents émulsifiants : ils facilitent la formation d’une émulsion, un mélange de deux liquides non solubles entre eux.

Bois en fin de vie

Les bois en fin de vie sont des déchets, au sens qu’il n’y a généralement plus d’autre valorisation possible que par traitement et élimination. Ils sont généralement brûlés et la chaleur est récupérée. Ces bois proviennent principalement de la récolte des déchets encombrants et industriels, du tri dans les parcs à containers et des chantiers (construction et démolition).

Quels types de bois ?

Les bois en fin de vie constituent un large éventail de bois, allant de bois exempts de produits polluants ou dangereux aux déchets de bois fortement contaminés. On les classe souvent en trois catégories, selon leur niveau de contamination :

  • Bois A : bois non traité, massif, naturel (palettes, planches, poutres, sciures). Ils peuvent être valorisés dans l’industrie du bois ou comme combustible ;
  • Bois B : toutes sortes de déchets en bois susceptibles d’être contaminés par des colles, des vernis, etc. (panneaux de particules, bois aggloméré, meubles et menuiseries, bois peints ou traités). Ils sont utilisés comme combustible et dans une faible proportion recyclés dans l’industrie.
  • Bois C : bois traité ou imprégné avec des agents de protection (piquets de clôture, billes de chemins de fer). Ils ne peuvent être valorisés en énergie que sous certaines conditions.

L’incinération avec récupération de la chaleur

L’utilisation des déchets de bois en tant que combustible pour la production d’énergie est réalisée en respectant des conditions strictes de protection de l’environnement. Ces conditions dépendent du niveau de contamination des déchets par des produits polluants. Hormis les incinérateurs, certaines entreprises utilisent aussi des déchets de bois pour subvenir à leurs besoins en énergie.

Une utilisation encadrée

Pour les déchets de bois contaminés, un traitement des fumées adapté est requis. Ces déchets ne doivent donc en aucun cas être brûlés par des particuliers.

Ces déchets représentent un combustible disponible à un très faible coût et à un taux d’humidité très faible. Cependant, leur tri et conditionnement peut représenter un coût important.


Bois-énergie directement issus de la forêt

Les activités sylvicoles (éclaircies, élagage, exploitation) sont génératrices d’une quantité importante de bois non valorisable en sciage ou en industrie, de par leur type, leur forme ou leur piètre qualité. D’autre part, certains lots de bois sont trop petits ou trop chers à exploiter pour les industriels. Ces bois peuvent alors être utilisés comme combustible pour la production d’énergie en entreprise ou pour le chauffage de bâtiments.

Quels types de bois pour la production d’énergie ?

Les taillis en forêt feuillue, les bois issus des coupes de dégagement, d’amélioration ou de première éclaircie fournissent un bois de faible dimension et mal conformé. Ils sont généralement destinés à la production de bois-énergie.

Les têtes d’arbres et les branches (houppiers) ainsi que les purges laissées après l’exploitation des troncs peuvent aussi être une source de bois-énergie. Ils constituent les « rémanents d’exploitation ». Laisser sécher les rémanents en forêt avant de les broyer permet le retour au sol des feuilles et des écorces qui contiennent la majorité des éléments minéraux nécessaires au sol pour maintenir sa fertilité.

Aussi du bois « hors forêt »

L’entretien des parcs et jardins, des bords de route, des abords de rivières ou des bordures de voies de chemin de fer nécessitent l’abattage de tiges de dimensions parfois importantes. De même, les haies ou les arbres isolés peuvent produire des quantités non négligeables de bois-énergie.

Quels types de combustibles ?

Une des principales valorisations énergétiques du bois est son utilisation directe comme combustible dans des chaufferies ou foyers individuels. On le conditionne alors sous une forme adaptée à la technologie dans laquelle on l’utilisera :

  • le façonnage en bûches ;
  • le broyage et le séchage pour produire des plaquettes ;
  • la densification pour la production de granulés (pellets).

D’autres types de transformations plus complexes permettent de produire des combustibles gazeux (syngaz), liquides (huiles pyrolytiques), ou solides (charbon, bois torréfié) à partir de bois.


Boues de station d’épuration

Le traitement des eaux usées génère majoritairement des boues en plus des eaux épurées. Ces boues sont principalement constituées des bactéries mortes (celles qui ont permis d’épurer les eaux) et de matière organique minéralisée. Elles peuvent provenir de stations d’épuration urbaines ou privées.

Production

Dans le processus d’épuration des eaux usées, une des étapes couramment utilisées est la phase d’aération. Cela consiste à apporter de l’oxygène dans l’eau afin de favoriser le développement de bactéries qui digèrent la matière organique contenue dans les eaux usées. Les boues sont principalement produites lors de cette étape.

Utilisations

Si leur qualité le permet, les boues peuvent être épandues directement ou être digérées par biométhanisation avant d’être épandues. Cela permet de récupérer de l’énergie en plus de fertiliser les terres, et réduire les coûts d’épuration des eaux. On peut aussi récupérer de l’énergie par gazéification des boues.

Si en revanche les boues sont déclarées non conformes pour l’épandage, elles seront alors incinérées ou co-incinérées (en cimenterie ou avec des déchets ménagers).

Un bioraffinage est aussi possible afin d’extraire des molécules plateformes de cette matière mais cette technique est encore peu répandue.

Des quantités non négligeables

En 2012, 43.400 t de matière sèche ont été produites par les stations d’épuration urbaines. Environ 45 % de ces boues étaient valorisées en agriculture.


Briquettes (bûchettes)

Les briquettes ou bûchettes sont composées de copeaux et sciures de bois ou d’agrocombustibles, compressés. Ces briquettes s’utilisent dans les appareils capables de brûler des bûches traditionnelles mais elles ont l’avantage d’avoir des caractéristiques bien plus homogènes en termes de dimension, composition, humidité et pouvoir calorifique.

Fabrication

Les briquettes et bûchettes de bois sont majoritairement produites à partir de connexes des industries de la première transformation du bois, principalement de la sciure ou des copeaux. Ces éléments sont parfois affinés avant d’être compressés.

Les briquettes d’agrocombustibles sont produites à partir de plaquettes de bois issus de haies ou de taillis à courte rotation ou bien de fragments de miscanthus, panic érigé

Aucun additif chimique n’est utilisé. La cohésion est assurée par la lignine naturellement contenue dans ces végétaux dits lignocellulosiques qui se transforme en colle lors du procédé de densification.

Il existe aussi des bûchettes faites à partir de litière animale compressée : des copeaux de bois avec du crottin de cheval par exemple.

Avantages

La densification du bois et des agrocombustibles permet d’augmenter le contenu énergétique du combustible par unité de volume, rendant ainsi son transport et son stockage plus efficaces.

Le procédé de densification a aussi l’avantage de transformer un combustible relativement hétérogène en un produit homogène et standardisé, ainsi que de faire passer leur humidité sous les 10 %.

Par contre, avec des bûchettes, l’alimentation automatique de la chaudière n’est pas possible étant donné les dimensions importantes du combustible.


Broyage – criblage – séchage

Les opérations de broyage (déchiquetage), criblage et séchage sont réalisées dans le cadre de la confection de certains combustibles solides. Ce sont les opérations qui permettent de passer d’une matière première brute à un combustible homogène et facile à manipuler, pour une valorisation énergétique optimale. On les utilise aussi pour la confection d’autres produits aux applications matière.

Broyage / déchiquetage

L’opération de fragmentation de la biomasse par broyage/déchiquetage vise à obtenir un produit plus homogène et fluide afin qu’il soit utilisable par les technologies d’alimentation automatique des chaufferies.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             

  • Bois (forêt ; fin de vie ; connexes), haies et taillis à courte rotation

Selon le type (arbres, chutes de sciage, bois en fin de vie, miscanthus), la forme (troncs de diamètre important, fines branches, morceaux de bois divers) ou le niveau de contamination (pierres, métaux) de la biomasse, on choisira des broyeurs à marteaux ou à couteaux. Les premiers donnent un produit de granulométrie assez irrégulière, d’aspect défibré (broyats) tandis que les déchiqueteurs à couteaux produisent des éclats de bois de taille plus régulière, appelés plaquettes.

  • Miscanthus et panic érigé

Dans le cas des cultures pérennes herbacées, l’opération de broyage se fait avec une ensileuse à maïs lorsque la culture a un taux d’humidité suffisamment bas. On obtient des morceaux de quelques centimètres que l’on appelle agrocombustibles (lignocellulosiques) si l’on souhaite les utiliser en chaudière. Ils peuvent aussi servir comme paillis ou litière et entrer dans la fabrication d’isolants et de matériaux biocomposites.

Criblage

Après broyage, le criblage, aussi appelé tamisage, est une opération visant à séparer les fragments trop fins ou trop gros, pour ne conserver que le produit ayant la granulométrie idéale selon la technologie de combustion utilisée en chaufferie ou l’usage matière qui en sera fait. Il existe des tamis oscillants, à disques, à tambour ou vibrants.

Séchage

La biomasse contient généralement encore beaucoup d’eau lorsqu’elle est récoltée (hormis le miscanthus, récolté sec). Or, c’est bien connu, l’eau est l’ennemi du feu. Le séchage est donc une étape très importante dans la fabrication d’un combustible biomasse, car il va permettre d’augmenter son pouvoir calorifique (la quantité de chaleur disponible) par élimination de l’eau. Le séchage peut être naturel ou forcé.


Bûches

La bûche est sans doute la plus ancienne forme de combustible bois que l’Humanité ait connue. Encore aujourd’hui, les bûches constituent le moyen de chauffage au bois le plus traditionnellement utilisé pour le chauffage domestique.

Caractéristiques

Les bûches proviennent de l'exploitation de taillis ou de récupération des branches lors de coupes commerciales de bois. Il s'agit de bois dont la qualité et les dimensions ne sont pas suffisantes pour des usages dits nobles comme le sciage, le tranchage ou le déroulage.

Les bûches peuvent être d’essences variées. Le bois des feuillus est souvent plus apprécié que le bois des résineux car il est plus dense et ne contient pas de résine.

L’avantage est que tout le monde peut, avec un peu de matériel et de courage, produire lui-même ce combustible.

Utilisation

Les bûches sont très largement utilisées comme combustible pour le chauffage domestique, soit dans des poêles à bois, soit dans des chaudières spécifiques. Etant donné leur hétérogénéité en forme, dimensions et caractéristiques, elles ne peuvent pas être utilisées dans des appareils à chargement automatique et demandent donc beaucoup de manutention. C’est pourquoi cette forme de combustible bois ne convient pas pour les chaufferies en entreprises ou pour les réseaux de chaleur.


Céréales

Les céréales sont des plantes de la famille des poacées. Les céréales retrouvées en Wallonie sont le froment, l’orge/escourgeon, le seigle, l’épeautre, l’avoine et le triticale.

Plantation et récolte

Deux modes de conduites sont observés en Wallonie :

  • Céréales d’hiver : escourgeon et froment d’hiver sont semés à l’automne et passent l’hiver au champ pour une moisson début d’été ;
  • Céréales de printemps : froment, orge et avoine de printemps sont semés au printemps pour être récoltés en été.

Produits et utilisations

Les céréales sont cultivées pour leur grain, riche en amidon. La culture génère également des coproduits intéressants : la paille et la menue paille (petits fragments de paille qui se détachent pendant le battage) (voir fiche Coproduits de cultures).

Le grain est principalement utilisé pour l’alimentation humaine et animale. Il peut aussi servir à produire de l’énergie et des produits biobasés.

  • Avec l’amidon (sucre) on produit surtout du bioéthanol (carburant) mais aussi du bioplastique, des biosolvants et des biosurfactants.
  • Avec le son (enveloppe du grain, riche en protéines), on produit des biosurfactants (détergents ou tensio-actifs à haute valeur ajoutée).

Les « issues » de céréales, c’est-à-dire les grains cassés, trop petits et résidus du battage des grains, sont souvent impropres à la consommation humaine et animale. Par contre, elles sont excellentes pour la biométhanisation.

Rendement

En 2013, le rendement en céréales (froment, escourgeon, épeautre) variait entre 9 et 10 tonnes de grains à l’hectare. Pour 100 kg de grains, approximativement 60 kg de paille sont récoltés. La modification du matériel de récolte permet de récolter également la menue paille, représentant environ une tonne de matière supplémentaire par hectare.


Chaleur

La chaleur consiste en un transfert d’énergie thermique d’une zone « chaude » vers une zone « froide ». Dans le cas de la biomasse, la production de chaleur se fait généralement par combustion dans une chaudière.

Le chauffage

Le chauffage se fait soit de manière directe par rayonnement ou flux d’air chaud, soit par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur (eau, vapeur, huile organique) porté à haute température dans une chaudière.

Les systèmes de chauffage se divisent en deux grands groupes (des systèmes hybrides existent cependant) :

  • Systèmes d’appoint pour chauffer des petits volumes : poêles et inserts;
  • Systèmes centralisés pour chauffer l’ensemble d’un bâtiment y compris parfois l’eau chaude sanitaire ou pour servir dans des procédés industriels (séchage de bois, agro-alimentaire, etc.).

La chaleur renouvelable en Wallonie

La chaleur produite à partir de biomasse compte pour environ 96 % de la production totale de chaleur renouvelable wallonne (comprenant la biomasse, le solaire thermique, les pompes à chaleur et la géothermie).

En 2014, la chaleur produite à partir de biomasse (en chaudière ou cogénération) représentait près de 13 % de la consommation en chaleur de la Région wallonne, soit 7.565 GWh.

Cette quantité de chaleur issue de la biomasse équivaut aux besoins en chaleur de 422.900 ménages wallons (soit 28 %).


Chanvre

Le chanvre (Cannabis sativae L.) est une plante annuelle dont le (re)déploiement en Belgique est récent. Il plaît car sa culture demande très peu d’intrants, un atout économique et environnemental. Représentant l’une des premières plantes domestiquées par l’homme, le chanvre a vu ses fibres utilisées pour la confection de cordages, de tissus et de papier. On développe aujourd’hui de nombreuses autres valorisations.

Plantation et récolte

Il existe deux types de cultures :

  • Culture non battue : seule la paille est récoltée et traitée en usine de défibrage. La fauche a lieu fin août.
  • Culture battue : les graines matures sont récoltées fin septembre et séchées. La paille sera ensuite fauchée au printemps. Les rendements en paille sont inférieurs que dans le cas d’une culture non battue. Ce mode de culture est le plus fréquent en Wallonie.

Le chanvre est une excellente tête de rotation qui structure le sol grâce à ses racines pivotantes. Demandant très peu d’intrants, il peut aisément être cultivé de manière bio.

Produits et utilisations

Les produits de la culture du chanvre sont la graine, appelée chènevis, et la paille, composée de fibres et de chènevotte (partie ligneuse). Les graines sont utilisées pour l’alimentation humaine et animale. Lorsque la paille est défibrée, les fibres sont valorisées en papeterie, écoconstruction (production d’isolants), textile ou encore pour la fabrication de biocomposites. La chènevotte est utilisée en écoconstruction pour son pouvoir isolant, comme paillages horticoles ou maraîchers et comme litière animale.

Rendement

Les rendements moyens sont de 7 à 12 tonnes de paille à l’hectare, dont 2 à 4 tonnes/hectare de fibres et de 0,8 à 1,5 tonnes de graines sèches à l’hectare.


Charbon de bois

Le charbon de bois est un combustible à haut pouvoir calorifique produit à partir de bois lors du procédé de pyrolyse lente.

Caractéristiques

Le procédé de carbonisation permet de concentrer au maximum le carbone présent dans la biomasse. Contrairement au bois brut qui est composé d’à peine 50 % de carbone, le charbon de bois en contient de 60 à plus de 90 % et son taux d’humidité est très faible, ce qui en fait un combustible performant.

Quelles utilisations ?

Le charbon de bois est surtout utilisé comme combustible domestique dans les pays en développement, pour la cuisson des aliments mais aussi pour le chauffage.

Il peut aussi trouver une valorisation en industrie métallurgique (agent réducteur du minerai de fer) ou dans les applications de filtration (filtres à charbon actif).


Cogénération

La cogénération est une production simultanée d’électricité et de chaleur à partir d’une même source d’énergie. On atteint au final un rendement énergétique de plus de 80 % sous une forme utile (électricité + chaleur).       
           
La cogénération est une technologie très intéressante au niveau local, lorsqu’il y a un besoin pour de la chaleur (en plus de l’électricité). Par contre, s’il n’y a pas besoin de chaleur, la cogénération n’est pas forcément pertinente. Sa pertinence va alors dépendre du type d’installation (moteur à combustion interne ou turbine).

La cogénération est largement utilisée dans le domaine des bioénergies :

  • La plupart des installations de biométhanisation en sont équipées pour valoriser le biogaz. L’électricité est autoconsommée ou envoyée sur le réseau électrique alors que la chaleur sert au processus de biométhanisation et à d’autres activités de la ferme ou de l’entreprise.     
     
  • L’industrie du bois s’en sert pour valoriser des coproduits et tendre vers l’autonomie énergétique. L’électricité et la chaleur sont toutes deux requises dans la scierie, menuiserie, industrie de l’ameublement ou encore production de pellets.

La cogénération est-elle toujours le bon choix ?

Faire le choix de produire de l’électricité seule ou par cogénération dépend des besoins et de la taille des installations. De manière générale, la cogénération est à préférer lorsque les besoins en chaleur existent en plus du besoin en électricité.

Si les besoins en chaleur sont minimes voire nuls, c’est la taille de l’installation qui va déterminer la pertinence de la cogénération :

  • Les installations de puissance faible à moyenne (< 2 MW) sont généralement équipées d’un moteur à combustion interne. Celui-ci doit d’office être refroidi et donc la récupération de chaleur s’additionne à la production d’électricité. La cogénération reste donc pertinente.
  • Les installations de grande puissance sont plus souvent équipées d’une turbine pour générer l’électricité. Dans ce cas, récupérer de la chaleur utile (à une température élevée) implique une perte de rendement électrique. La cogénération devient dès lors moins intéressante.

Pour valoriser la chaleur ailleurs que son lieu de production (lorsque les besoins in situ sont faibles), il peut être intéressant de créer des réseaux de chaleur pour aller chauffer des maisons voisines, un zoning, des bâtiments publics, etc.


Colza

Le colza est une plante herbacée annuelle oléagineuse. Les fruits du colza renferment de petites graines noires contenant 40 à 45 % d’huile. Cette huile a de multiples utilisations : alimentaire, énergie et produits biobasés.

Plantation et récolte

Le colza est semé durant l’été sur sol bien préparé. La récolte s'effectue à la moissonneuse-batteuse, de fin juin à début juillet, lorsque les graines sont noires et que leur taux d'humidité ne dépasse pas 15 %.

Le colza permet de restructurer les sols et joue un rôle de pompe à nitrates grâce à ses profondes racines. La culture de colza est intéressante à alterner avec le blé car le colza casse le cycle de certaines maladies spécifiques des céréales.

Produits et utilisations

L’huile est extraite par pressage. Elle peut être utilisée de diverses façons :

  • Alimentaire ;
  • Combustible pour la production d’électricité dans des moteurs adaptés. On parlera alors d’huile végétale pure (HVP);
  • Carburant, soit utilisé pur sous forme d’HVP dans des tracteurs adaptés, soit utilisé comme matière première dans la production de biodiesel ;
  • Produits biobasés : biolubrifiant, par exemple comme huile de chaine de tronçonneuse. Ou encore biosurfactants, matière première pour l’extraction de molécules d’intérêt et biosolvants dans certains cas.

Les tourteaux, qui sont les résidus solides obtenus après extraction de l’huile sont riches en protéines et oméga 3 et peuvent être utilisés pour l’alimentation des animaux. Ils peuvent aussi être utilisés en combustion pour produire de la chaleur.

Rendements

Un champ de colza d’un hectare produit environ 4 tonnes de graines de colza. Le pressage permet d’obtenir 30 à 40 % d’huile et 60 à 70 % de tourteaux en fonction de la méthode ; presse à froid artisanale ou installation industrielle avec procédés chimiques. Cette dernière permet une extraction d’huile plus efficace mais une moindre qualité des tourteaux appauvris en acides gras.


Combustion de biomasse

La combustion est la voie la plus rapide de valorisation énergétique de biomasse solide. En présence de chaleur et d'un excès d'oxygène, la biomasse se décompose complètement en gaz qui s’enflamment en libérant une forte quantité d'énergie sous forme de chaleur.

Processus de combustion

La combustion de biomasse est une réaction d’oxydation. Avec un apport initial de chaleur, l’oxygène (O2) présent dans l’air se combine avec le carbone et l’hydrogène contenu dans la  biomasse pour former du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau (H2O) tout en dégageant beaucoup d’énergie sous forme de chaleur.

Le processus de combustion se déroule en plusieurs phases :

  • séchage : grâce à la chaleur, l'eau encore contenue dans la biomasse s'évapore ;
  • pyrolyse : sous l'action de la chaleur, les constituants de la biomasse se décomposent en gaz et en fines gouttelettes de goudrons qui se vaporisent. La majorité de ces composés gazeux sont combustibles. Cette décomposition laisse un résidu carboné ;
  • combustion des gaz : dès qu'ils s'échappent de la pièce de bois, les gaz de décomposition se combinent à l'oxygène et brûlent, ce qui génère la flamme ;
  • combustion du résidu carboné : lorsque les gaz se sont dégagés, le résidu carboné brûle (incandescence des braises).

Lorsque la biomasse brûle, ces quatre étapes se chevauchent en permanence. Tant que des gaz se dégagent du combustible, la température de celui-ci reste voisine des 800°C tandis que les flammes avoisinent les 1.300°C. Lorsque les gaz se sont dégagés, le résidu carboné brûle aux environs de 1.000°C.

Quels avantages ?

La combustion est le procédé le plus simple pour produire de l’énergie calorifique à partir de biomasse. Tout le monde peut brûler du bois pour ses besoins de chauffage ou de cuisson. Ce n’est pas pour rien que l’Humanité a domestiqué le feu depuis plus de 400.000 ans !


Connexes de l’industrie du bois

Les activités de transformation du bois génèrent une quantité parfois très importante de produits connexes, aussi appelés coproduits, qui peuvent être valorisés entre autres pour la fabrication de papier ou de panneaux, mais aussi pour la production d’énergie.

Quels types de coproduits ?

Les entreprises qui transforment le bois « brut » en un produit (semi-)fini (scieries, usines de production de pâte à papier, fabriques de panneaux, menuiseries, fabriques de meubles, construction bois, charpentes…), génèrent des coproduits sous forme de :

  • Dosses, délignures, chutes de sciage, rebus ;
  • Sciures, copeaux, plaquettes, poussières de ponçage ;
  • Ecorces ;
  • Liqueur noire (cas particulier de la fabrication de pâte à papier).

Ces connexes peuvent être composés de bois à l’état naturel (entreprises de la première transformation) ou de bois contenant des produits tels que des colles ou des produits de traitement (seconde transformation).

Deux voies de valorisation

Une grande partie des produits connexes est valorisée sous forme de matière. Il s’agit essentiellement des sciures, chutes de découpe, copeaux et plaquettes ne comportant pas d’écorces ou de produits de traitement. Ils sont principalement utilisés par les usines de fabrication de panneaux ou de pâte à papier.

La deuxième voie de valorisation majoritaire est l’utilisation en tant que combustible pour la production d’énergie. Les coproduits sont alors reconditionnés (triés, broyés, séchés, calibrés, densifiés) en fonction de leur utilisation finale : chauffage pour particuliers, chaudières industrielles, centrale biomasse de cogénération, etc.

D’autres applications sont possibles, bien qu’encore marginales : inclusion de sciure dans des matériaux biocomposites ou matériaux isolants ; litière pour chevaux ; bioraffinage de la liqueur noire pour en extraire de la lignine (une molécule plateforme) ; gazéification ;…

Un gisement potentiellement important

Les entreprises de la première transformation du bois ont des rendements de transformation qui varient de 90 à 40 %. Par exemple, pour 100 m³ de bois sous forme de rondins, une scierie produira environ 55 m3 de bois sciés et 45 m3 de produits connexes.


Coproduits de cultures

Un coproduit de culture est un produit dérivé issu de la production ou de la récolte d’une culture principale. Il s’agit donc par exemple de la paille de céréales, des feuilles de betteraves, des fanes de pommes de terre, d’herbe de fauche, et bien d’autres encore. Les coproduits de cultures peuvent servir comme aliments pour animaux, comme matériau d’écoconstruction, comme litière, ou encore comme énergie verte.

Quelles utilisations ?

En règle générale, la plupart des coproduits reste au champ pour être réincorporée au sol via le labour.

Lorsqu’ils sont exportés du champ, l’utilisation que l’on en fait dépend du type de coproduit considéré. Si presque tous peuvent être valorisés en énergie via biométhanisation, d’autres conviennent tantôt mieux pour l’alimentation, tantôt mieux pour une utilisation « matière ». Par exemple, la paille sert comme isolant ou de litière en élevage et les collets de betterave servent en alimentation animale. 

Un bioraffinage est aussi possible afin d’extraire des molécules plateformes de cette matière mais cette valorisatuion est encore peu répandue.

Et vis-à-vis du sol ?

La récolte de coproduits doit être raisonnée pour garantir le maintien de la fertilité des sols. Celle-ci dépend de la matière organique (le carbone stable essentiellement) sans laquelle on ne pourrait plus obtenir de bons rendements à l’avenir.

Utiliser ces coproduits en biométhanisation apporte deux avantages : la production d’énergie et le retour du carbone et des nutriments (azote, phosphore et potassium) au sol via le digestat.


Cultures intermédiaires

Une culture intermédiaire est une culture implantée entre deux cultures principales (blé, betterave, etc.) pour éviter que le sol ne reste nu durant l’hiver. Deux types de cultures intermédiaires existent :

  • La CIPAN ou Culture Intermédiaire Piège A Nitrates :la CIPAN a pour but de capter l’azote qui reste au champ après une culture pour empêcher la pollution des cours d’eau. Elle est souvent détruite en fin d’hiver et réincorporée au sol pour nourrir la culture suivante.
  • La CIVE ou Culture Intermédiaire à Vocation Energétique : la CIVE piège aussi les nitrates mais elle est plutôt cultivée pour produire un maximum de biomasse afin d’être récoltée et utilisée dans une installation de biométhanisation.

Quelles espèces ?

Comme les CIPAN sont généralement détruites, le rendement de la culture importe peu. Les espèces les plus utilisées sont la moutarde, la phacélie, le ray-grass et l’avoine.                  
Pour les CIVEs, il faut produire un maximum de biomasse en peu de temps, avec un bon potentiel énergétique. Les espèces les mieux adaptées en Wallonie seraient l’avoine pure ou en mélange, l’orge, le ray-grass italien ou encore le niger

Des avantages environnementaux

La culture intermédiaire capte l’azote en surplus dans le sol. Cela évite que l’azote ne soit emporté et pollue l’eau. Trop chargée en azote, l’eau devient non potable pour l’homme et risque de causer l’asphyxie des cours d’eau suite à la prolifération d’algues (phénomène d’eutrophisation).

La culture intermédiaire a également d’autres avantages : maintien d’une couverture du sol pour une meilleure infiltration de l’eau sans érosion du sol, amélioration de la structure du sol et apport de matière organique au sol.

Cas des CIVEs : encore quelques freins en Wallonie

Aujourd’hui, les cultures intermédiaires que l’on retrouve en Wallonie sont principalement des CIPAN car plusieurs facteurs limitent encore la culture de CIVE. Avec les CIVEs :

  • La culture doit pouvoir être récoltée
  • Elle doit avoir un bon rendement
  • Elle doit avoir un bon potentiel énergétique

Ces trois facteurs influencent la rentabilité économique des CIVEs. Or, en Wallonie, la météo est limitante pour le bon développement des CIVEs sur une courte période et rend la récolte parfois difficile. Il faut donc trouver l’espèce ou le mélange d’espèces qui offre la meilleure balance potentiel énergétique et rendement de biomasse.


Déchets agro-alimentaires

Les déchets agro-alimentaires sont les déchets organiques qui proviennent de la transformation et du conditionnement de produits animaux et/ou végétaux dans l’industrie agro-alimentaire.

Ces déchets ont diverses utilisations. Les « non dangereux » iront en alimentation animale ou amendement pour les sols, soit directement, soit après compostage, ou encore après biométhanisation. Ils peuvent aussi servir à la production de biocarburants avancés (bioéthanol). Les plus « dangereux » seront détruits par incinération.

Très grande variété de types de déchets

  • Des épluchures de légumes, de fruits... issues d’entreprises de fabrication de conserves, de surgelés, de sucreries, etc. ;
  • Des déchets d’abattoirs, cadavres d’animaux morts, carcasses, peaux, soies, poils, os, etc.;
  • Des déchets de production : brisures, fin de production, non-conformité, etc.;
  • Des eaux usées : les eaux de lavage des matières, de rinçage et nettoyage des outils de fabrication, etc. ;
  • Des déchets de magasin : des produits abîmés, dont la date de péremption est passée, etc.;
  • Des graisses et huiles usagées ;
  • Autres

Les sous-produits animaux : potentiellement dangereux ?

Les sous-produits animaux sont considérés comme potentiellement dangereux et doivent être traités avec précaution si un retour au sol et dans la chaîne alimentaire est prévu :

  • Catégorie 3 : valorisable sauf alimentation humaine. Ce sont les sous-produits issus d’animaux sains abattus en abattoirs et déclarés propres à la consommation humaine. Ils peuvent être utilisés pour la biométhanisation ou le compostage à conditions d’être hygiénisés ;
  • Catégorie 2 : interdits en alimentation animale et humaine. Par exemple, les animaux morts ayant des résidus de médicaments, etc. Ils peuvent également être utilisés en biométhanisation s’ils sont stérilisés ;
  • Catégorie 1 : destinés à la stricte destruction. Ce sont les sous-produits qui présentent des risques de transmission de maladies à l’homme ou aux animaux. Ils doivent être incinérés.

Déchets organiques ménagers

Les déchets organiques ménagers, aussi appelés la fraction fermentescible des ordures ménagères (FFOM), sont principalement les déchets de cuisine. Par exemple : les épluchures de légumes et de fruits, le marc de café, les restes de repas, les aliments périmés (sans leur emballage), etc. Ces déchets peuvent être biométhanisés.

Vers un recyclage optimal

Envoyer ces déchets à l’incinérateur ou en décharge est peu recommandé voire interdit. La FFOM est donc de plus en plus collectée sélectivement en Wallonie, soit dans des conteneurs, soit dans des sacs biodégradables. Les déchets sont alors dirigés vers une unité de biométhanisation wallonne.

La qualité du tri est très importante ! Si des déchets non-organiques sont mêlés à la FFOM, le processus de biométhanisation ne pourra pas fonctionner de manière optimale et le digestat pourrait être contaminé. Le Plan wallon Déchets-Ressources veille à ce que la Wallonie tende vers un recyclage optimal.

A l’avenir, on pourra aussi développer d’autres technologies de valorisation de la FFOM. On pourra ainsi produire du bioéthanol « avancé » voire extraire des molécules d’intérêt.

De grandes quantités de FFOM

En Wallonie, on estime que le gisement est d’environ 300.000 t de matières. Cela comprend également les déchets organiques provenant du secteur horeca.

Et chez soi ?

Il est possible de composter ses déchets organiques et ses déchets verts, afin de produire un compost intéressant pour le jardin et/ou le potager. De nombreux guides existent pour aider à la création d’un compost.


Déchets verts

Les déchets verts englobent les déchets issus de jardins et de l’entretien des parcs par les secteurs public et privé. Ces déchets sont essentiellement composés de tontes de pelouses, branchages, déchets de jardinage, feuilles mortes, etc.   

Une production saisonnière

La production des déchets verts est saisonnière : elle se fait principalement entre avril et septembre. Ils sont collectés principalement dans les parcs à containers et sur les plateformes de compostage.

Un usage agricole et horticole

Les déchets verts sont principalement valorisés par compostage. Cette voie de transformation est reconnue comme recyclage organique et permet de produire un compost valorisable en agriculture et/ou vendu en jardineries.

D’autres valorisations sont également possibles :

  • Les tontes de pelouse et autres déchets non ligneux peuvent être biométhanisés.
  • La partie ligneuse (bois) peut quant à elle être valorisée dans des chaudières sous forme de plaquettes ou bûchettes (à condition de respecter la législation en vigueur concernant l’incinération des déchets). La gazéification est aussi un traitement possible.

Défibrage

Le défibrage est l’action d’extraire les fibres d’un végétal fibreux comme le lin, le chanvre, ou encore le bois. On y a recours pour produire les fibres qui serviront dans l’industrie textile ou papetière mais aussi pour l’écoconstruction et la production de matériaux biocomposites. Les usages sont très variés tant il existe de types de fibres différentes. Compte-tenu de cette grande diversité, les procédés de défibrage sont mécaniques, chimiques ou un mélange des deux.

Défibrage du chanvre et du lin

Première étape : décoller les fibres

Le chanvre et le lin sont cultivés pour la fibre qu’ils contiennent dans leur tige, mais ces fibres sont collées à d’autres constituants de la tige. Il faut donc commencer le défibrage en provoquant un décollement des fibres : c’est le rouissage. Le rouissage est une opération de pourrissement des tiges fauchées qui se fait naturellement au champ sous l’action de l’humidité et de la chaleur.

Seconde étape : extraire les fibres

Après le rouissage et séchage, les tiges de chanvre ou de lin sont récoltées pour en extraire les fibres : c’est le défibrage mécanique ou teillage. Dans cette étape, les tiges sont battues pour séparer les fibres du reste des constituants. On obtient alors des fibres longues, des fibres courtes et d’autres coproduits. Tout sera valorisé ! Avec les fibres, on produira entre autres des matériaux biocomposites et des panneaux isolants acoustiquement et thermiquement.

Défibrage du bois

De nombreux produits biobasés sont réalisés à partir de fibres de cellulose, un composant important dans le bois et certains autres végétaux ligno-cellulosiques. Pour extraire cette cellulose, le procédé chimique « Kraft » est le plus utilisé. Il consiste à cuire du bois à haute température et pression en présence de produits chimiques qui permettent d’éliminer les liants des fibres de cellulose, notamment la lignine. La fibre de cellulose est ensuite plus ou moins purifiée pour produire du papier, des fibres textiles (viscose), des isolants (ouate de cellulose), du cellophane et bien d’autres. Le défibrage du bois est en fait un exemple de bioraffinage !


Densification

La densification est un procédé qui consiste à compresser la biomasse tout en abaissant sont taux d’humidité. Ce procédé permet d’obtenir un combustible plus homogène que sa forme brute (bois, miscanthus).

Le procédé

Au départ, la biomasse doit être broyée en fines particules, qui seront ensuite séchées si le taux d’humidité est trop élevé. Le broyat ainsi obtenu est compressé dans une presse (à piston, ou à tambour) en un matériau plus dense et cohérent. Aucun additif chimique n’est utilisé, la cohésion est assurée par la lignine naturellement contenue dans la biomasse.

Les produits

La densification de la biomasse très fine, typiquement des sciures et poussières, permet d’obtenir des « pellets » ou granulés. Si on utilise une biomasse plus grossière telle que des plaquettes ou des broyats de cultures pérennes herbacées et une presse à piston, on obtiendra des briquettes ou bûchettes.

Avantages

La densification permet d’augmenter le contenu énergétique du combustible par unité de volume, rendant ainsi son transport et son stockage plus efficace. Le procédé de densification a aussi l’avantage de transformer un combustible relativement hétérogène en un produit homogène et standardisé permettant l'entière automatisation des installations de production d'énergie.


Digestat

Le digestat est la fraction restante (80 à 90 %) des matières organiques après leur digestion dans une cuve de biométhanisation. A l’état brut, il a l’aspect d’une boue mais il est souvent séparé en deux phases : une phase liquide et une phase solide qui ressemble à du terreau. On y retrouve de la matière organique complexe, de l’eau, et des nutriments (azote, phosphore, potassium, etc.).

Utilisations

Le digestat a de grandes qualités pour fertiliser les terres agricoles. Il est le plus souvent épandu tel quel ou après une séparation de phases qui facilite son transport. C’est un engrais naturel très intéressant pour les agriculteurs et pour l’environnement car il permet de tendre vers une autonomie en fertilisants.

Il peut éventuellement être transformé en produits à haute valeur ajoutée comme des engrais qui remplacent des engrais chimiques, pour être vendu dans le commerce. Pour cela, il faut ajouter des équipements spécifiques.

Avantages

  • Le maintien de la matière organique complexe contribue à la qualité du sol et confère au digestat de bonnes propriétés comme amendement ;
  • Les nutriments (azote, phosphore, potassium, etc.) sont conservés dans le digestat : il n’y a aucune perte durant le processus de biométhanisation. Ces nutriments sont transformés et deviennent davantage disponibles pour les plantes ;
  • Le digestat n’a pas d’odeur désagréable comme le lisier, le fumier ou le compost ;
  • Par rapport à l’épandage d’effluents bruts, l’épandage de digestat émet moins de gaz à effet de serre.
  • La biométhanisation « stabilise » l’effluent en réduisant les germes pathogènes et en diminuant le potentiel de germination des graines d’adventices (les mauvaises herbes) présentes dans les effluents d’élevage.

Effluents d’élevage

Les effluents d’élevage sont les lisiers, les fumiers et les fientes de poules et poulets. Ils possèdent des caractéristiques différentes en fonction du type d’animal élevé.

Les effluents d’élevage sont produits en grande quantité et sont souvent utilisés pour fertiliser les terres agricoles. Malgré leur potentiel énergétique réduit par rapport aux coproduits de cultures, ils peuvent également être utilisés en biométhanisation pour produire de l’énergie.

Lisier ou fumier ?

Le lisier est un mélange des urines et des excréments. Le lisier est d’aspect liquide et est stocké dans des cuves.

Le fumier est un mélange des urines et des excréments ainsi que de la litière (paille, miscanthus, sable, etc.). Le fumier est plutôt solide et peut être stocké en tas soit sur des dalles de béton soit en bord de champ.

Ils peuvent tous deux être épandus sur les champs à condition de respecter les normes d’épandage édictées par la Wallonie.

Produire de l’énergie

Les effluents d’élevage constituent une matière première intéressante pour la biométhanisation. Ils permettent de produire de l’énergie tout en produisant un digestat de bonne qualité comme amendement pour les champs.

Plus marginalement, les fumiers peuvent aussi être utilisés comme combustible après compression sous forme de buchettes sèches.

De grandes quantités produites

Selon une étude ValBiom, on estime que l’on produit annuellement en Wallonie environ :

  • 3,8 millions de tonnes de lisiers et 2,8 millions de tonnes de fumiers de bovins
  • 180.000 t de lisiers de porcs
  • 48.000 t de fientes et 12.000 t de fumier de poules et poulets

Il y a donc sur le territoire wallon près de 7 millions de tonnes d’effluents d’élevage !


Electricité

L’électricité ou courant électrique résulte de la mise en mouvement d’électrons. Elle est majoritairement produite dans de grandes centrales par transformation de différentes sources d’énergies :

  • sources fossiles : charbon, pétrole ou gaz naturel ;
  • sources fissiles : uranium, etc. ;
  • sources renouvelables : eau, vent, soleil, terre, biomasse.

Petit à petit, les sources fossiles et fissiles sont remplacées par des sources renouvelables. On parle dès lors d’électricité verte. Les grandes centrales vont alimenter les ménages et l’industrie.

Des unités de production d’électricité décentralisées voient également de plus en plus le jour. Ce sont généralement des installations de cogénération placées en entreprises, exploitations agricoles ou habitats groupés pour tendre vers l’autonomie énergétique à petite échelle.

La biomasse est la seconde source d’électricité verte de Wallonie

L’électricité produite à partir de biomasse compte pour environ 35 % de la production électrique renouvelable wallonne comprenant la biomasse, l’éolien, le photovoltaïque et l’hydroélectrique.

En 2014, l’électricité nette produite à partir de biomasse (génération et cogénération) représentait 4,2 % de la production électrique nette de la Région wallonne soit 1.167 GWh. Cette quantité d’électricité issue de biomasse équivaut aux besoins en électricité de 248.400 ménages wallons (soit 16 %).

Les atouts de la biomasse

Les énergies renouvelables ont parfois l’inconvénient de produire l’électricité par intermittence, comme avec le solaire (photovoltaïque) et l’éolien. La biomasse permet d’éviter ce problème car la production d’électricité peut être continue et adaptée en fonction des pics de demande. La biomasse est donc une source d’électricité verte tout à fait complémentaire aux autres.

Un autre atout de la biomasse est le fait que l’on puisse produire de l’électricité (et de la chaleur) dans des centrales ou dans de petites installations décentralisées. Il y a une multitude d’applications.


Fabrication de bûches

La bûche est sans doute la plus ancienne forme de combustible bois que l’Humanité ait connue. Encore aujourd’hui, les bûches constituent le moyen de chauffage au bois le plus traditionnellement utilisé pour le chauffage domestique.

Procédé

Les bûches proviennent de l'exploitation des forêts (taillis ou récupération des branches lors de coupes commerciales de bois) et des haies. Il s'agit de bois dont la qualité et les dimensions ne sont pas suffisantes pour des usages dits nobles comme le sciage, le tranchage ou le déroulage.

Le bois des feuillus est souvent plus apprécié que le bois des résineux car il est plus dense et ne contient pas de résine.

Pour obtenir un bon combustible, il est nécessaire que le bois soit bien sec. Pour cela, les bûcherons ont pour habitude de couper les arbres lorsque la sève n’y circule plus, c’est-à-dire en hiver. Pour que le bois sèche correctement, il est débité en rondins d’un mètre qui sont ensuite fendus sur leur longueur. Cela permet au bois de sécher plus rapidement (l’écorce constitue une barrière physique efficace contre l’évaporation) et de ne pas être la cible des attaques de champignons, mais cela élimine aussi une bonne partie de l’écorce, qui n’est pas forcément souhaitable.

De manière générale, il faut entre un et deux ans de séchage naturel pour que le bois soit bien sec (moins de 25 % d’humidité). Certains procédés plus industriels permettent de sécher le bois dans des fours, ce qui permet de réduire le temps de séchage à quelques jours seulement !

Les bûches sont ensuite recoupées à la dimension souhaitée par les utilisateurs, en général 33 ou 50 cm. Il servira alors à produire de la chaleur.

Quel avantage ?

L’avantage est que tout le monde peut, avec un peu de matériel et de courage, confectionner lui-même ce combustible au charme et à la convivialité incomparables !


Gazéification

La réaction de gazéification correspond à la transformation thermochimique de la biomasse (bois le plus souvent) en un mélange de plusieurs gaz combustibles. C’est en fait une réaction intermédiaire entre la pyrolyse et la combustion.

Procédé de gazéification

La gazéification consiste à décomposer par la chaleur et en présence de gaz réactifs (oxygène, CO2, vapeur d’eau) un solide carboné (biomasse) en un mélange de gaz combustibles. La biomasse est dans ce cas soumise à quatre phénomènes thermochimiques complexes qui se succèdent: le séchage, la pyrolyse, l’oxydation partielle et la réduction. La réaction de gazéification se passe dans des conditions de température très élevées (plus de 1 000 °C).

Le mélange de gaz de synthèse obtenu, appelé « syngaz » (pour « synthetic gas »), contient de l’hydrogène (H2), du mono- et dioxyde de carbone (CO et CO2), des goudrons et de l’eau. Les deux premiers gaz (H2 et CO) sont combustibles et leur teneur déterminera le pouvoir calorifique du gaz. Le syngaz sera donc utilisé pour produire de la chaleur, de l’électricité, ou les deux à la fois (cogénération).

Matières premières

Le bois est la matière première la plus courante. On peut toutefois gazéifier toutes sortes de biomasses comme des coproduits agricoles ou des déchets verts, généralement secs, mais aussi et de plus en plus des boues de stations d’épuration.

Quels avantages ?

L’avantage de la transformation de la biomasse solide en gaz est son utilisation directe dans un moteur à combustion interne pour produire de l’électricité (seule ou en cogénération), dans des gammes de puissances assez faibles (300 à 1000 kWél). Au-delà de cette puissance, les turbines vapeurs sont plus adaptées.

Vu son faible contenu énergétique, il n’est pas économiquement rentable de le transporter, même comprimé, sur de longues distances.


Granulés de bois (pellets)

Les pellets sont des granulés composés de sciure de bois compressée. Ils ont la particularité d’avoir des caractéristiques standardisées en termes de dimensions, de composition, de pouvoir calorifique, de taux de cendre, etc. Ils peuvent être utilisés dans des poêles ou des chaudières adaptées pour la production de chaleur ou également dans des centrales de production d’électricité.

Fabrication

Les pellets de bois sont majoritairement produits à partir de produits connexes des industries de la première transformation du bois, principalement de la sciure ou des plaquettes blanches broyées. Le broyat ainsi obtenu est séché et compressé en un matériau plus dense et cohérent. Aucun additif chimique n’est utilisé, la cohésion est assurée par la lignine naturellement contenue dans le bois. En Wallonie, les pellets sont majoritairement fabriqués à partir de bois résineux, très utilisés par nos scieries.

Avantages

La densification du bois permet d’augmenter le contenu énergétique du combustible par unité de volume, rendant ainsi son transport et son stockage plus efficace. Le procédé de densification a aussi l’avantage de transformer un combustible relativement hétérogène en un produit homogène et standardisé permettant l'entière automatisation des installations de production d'énergie.


Haies

Les haies sont des alignements d’arbres et d’arbustes en bordure de champ, de pré ou de rivière. Elles représentent un élément important de nos paysages traditionnels et sont connues pour les multiples services qu’elles rendent. Les essences choisies pour la haie dépendent des conditions de sol et de climat, mais également du rôle qu’on attend d’elles. L’entretien des haies génère du combustible bois local à usage domestique surtout.

Quels types de haies chez nous ?

Les types de haies sont multiples : haie basse taillée, haie coplantée, haie libre, haie spontanée, haie haute taillée, bande boisée, alignement d’arbres, arbres têtards, etc.

Des avantages environnementaux

Les haies ne nécessitent pas de fertilisation ni produits phytosanitaires, ce qui contribue à la protection des eaux souterraines. Elles permettent de lutter contre l’érosion en améliorant l’infiltrabilité du sol et en freinant les écoulements boueux. Elles ont de nombreux avantages pour l’agriculture de par leur effet brise-vent, création de micro-climat ou protection du bétail. Favorables à la biodiversité, elles permettent de créer des couloirs écologiques, de favoriser l’activité des pollinisateurs, d’assurer la présence d’auxiliaires de cultures ou de gibier.

Quelles utilisations avec le bois récolté ?

Le bois récolté par la taille et l’entretien sera principalement valorisé en bois-bûches ou broyé en plaquettes et servira de combustible pour chaudières. Le broyat peut aussi amender le sol (apport de carbone) directement sous forme de bois raméal fragmenté (BRF) ou indirectement via compostage. La coupe d’arbres haut jet peut également être valorisée en bois d’œuvre.

Rendement

En moyenne, un kilomètre de haies recépées tous les 15 ans permet d’obtenir entre 30 et 120 tonnes de bois. Dans le cas d’une utilisation en bois-énergie, 1 m3 de plaquettes sèches équivaut à environ 85 litres de mazout.

Plantation, récolte, transformation, stockage

La plantation a lieu en avril-mai. La taille des haies a lieu de préférence entre novembre et février, pendant le repos de la végétation et en dehors de la période de reproduction des animaux. Les branches seront soit entassées pour sécher, puis broyées ultérieurement, ou directement broyées (séchage en tas). Le stockage peut se faire à l’extérieur sous forme de tiges entières ou plaquettes (de préférence protégées par une bâche respirante), ou sous abri.


Herbe

L’herbe est une ressource précieuse et abondante en Wallonie. Près de la moitié de la surface agricole wallonne est couverte de prairies temporaires ou permanentes où paissent vaches, chevaux, moutons et chèvres. Au cours de la période de croissance de l’herbe (du printemps à l’automne), plusieurs fauches sont réalisées. La qualité de l’herbe varie au fur et à mesure de la saison. Les années où la production est abondante voire en surplus, on peut utiliser une partie de cette herbe pour des applications en énergie.

De l’herbe pour faire de l’énergie ?

L’herbe de troisième et de quatrième coupe est considérée moins intéressante comme fourrage mais elle doit tout de même être récoltée afin de garantir la qualité et la pérennité des prairies. Elle pourrait être récoltée afin d’être valorisée en énergie, les années où le fourrage ne manque pas.       

On peut aussi penser aux herbes fauchées en bords de routes ou dans des prairies où l’on applique la gestion différenciée. Dans ce cas-là, l’herbe doit être exportée pour maintenir les conditions propices à la biodiversité.

La meilleure valorisation énergétique de l’herbe semble être la biométhanisation car elle permet de la valoriser fraîche, donc sans séchage. La combustion de foin (sec) est moins intéressante car le foin est prioritairement utilisé en alimentation animale.


Huile Végétale Pure

On appelle Huile Végétale Pure (HVP) une huile provenant de végétaux oléagineux tels le colza, n’ayant subi aucun autre traitement que le pressage des graines et la filtration.

Les utilisations

Les huiles obtenues peuvent être utilisées de diverses manières :

  • dans le secteur alimentaire ;
  • comme combustible pour la production de chaleur et d’électricité dans une chaudière, un groupe électrogène ou un moteur de cogénération. Il est nécessaire de réaliser des adaptations au niveau des installations pour que ces dernières puissent accepter l’incorporation d’huile végétale, notamment au niveau du brûleur ;
  • comme carburant routier, soit utilisé pur dans un moteur adapté, soit utilisé comme matière première pour la production de biodiesel. La part de biodiesel qui peut être incorporée sans modification du moteur dépend du type de moteur ;
  • comme biolubrifiant après l’ajout d’additifs, par exemple comme huile de chaine de tronçonneuse.

Huiles Pyrolytiques

Les huiles pyrolytiques sont produites à partir de la pyrolyse de bois. Ces huiles constituent un mélange complexe de molécules issues du fractionnement et de la recombinaison des molécules du bois. Elles se présentent sous la forme d’un liquide brun foncé. Ces huiles peuvent être valorisées énergétiquement ou chimiquement.

Composition

L’huile issue de la condensation des gaz produits lors de la pyrolyse « flash » du bois est un mélange complexe. Il est constitué majoritairement d’eau et de lignine, mais comprend de nombreuses autres molécules.

Utilisations

Les huiles pyrolytiques contiennent de nombreuses molécules très prisées par l’industrie chimique et agro-alimentaire (arômes tels que vanilline, goût fumé, sauce barbecue). Il faut cependant pouvoir séparer ces composants, ce qui n’est pas aisé à réaliser à grande échelle.

La valorisation énergétique (biocarburant de seconde génération ou combustion directe) pourrait sembler plus simple, mais elle demande aussi des technologies adaptées. Des recherches sont en cours afin de trouver les méthodes les plus adéquates pour valoriser au mieux ce « pétrole renouvelable ». L’huile pyrolytique possède une densité énergétique 6 à 7 fois plus élevée que la biomasse brute.


Huiles végétales et graisses animales usagées

Les huiles et graisses organiques usagées proviennent des ménages, du secteur horeca et de l’industrie agro-alimentaire. Les huiles de moteur (minérales) ne sont pas prises en compte. En Belgique, il existe des organisations chargées de les collecter - auprès des utilisateurs professionnels et dans les parcs à containers - pour que des entreprises puissent venir les acheter et leur donner une seconde vie.

Utilisations

Les huiles et graisses usagées sont d’excellentes matières premières pour une valorisation énergétique ou matière. Après filtration et transformation chimique, elles serviront :

  • A la production de biodiesel 
  • En oléochimie, à la production de détergents et de biolubrifiants, mais aussi dans la production de bougies ou de cosmétiques
  • De Combustible pour moteurs de cogénération ;

Actuellement, 98 % des huiles et graisses de friture collectées sont transformées en biodiesel.


Isolants naturels et écologiques

L’écoconstruction privilégie les matériaux naturels qui n’ont pas d’impact nocif connu sur la santé plutôt que leurs alternatives classiques issues de la pétrochimie, potentiellement nocifs, dont la consommation énergétique de fabrication est souvent élevée et leur recyclage inefficace ou inexistant.           

Une large gamme d’isolants naturels et écologiques existe. Ils s’appuient entre autres les propriétés des fibres végétales qui isolent acoustiquement et thermiquement.

Types et mise en œuvre d’isolants écologiques

Des matériaux de ou à base de cellulose (bois), paille, chanvre, lin ou miscanthus sont des exemples d’isolants naturels et écologiques.

Ces matériaux sont mis en œuvre de plusieurs manières différentes, sur site ou en usine :

  • Par insufflage : exemple de la cellulose ;
  • Par gîtage et remplissage : des caissons en bois sont remplis du matériau isolant, en vrac ou conditionné. L’ajout d’un additif est envisageable pour stabiliser et ignifuger la matière ;
  • Par banchage : la matière végétale est projetée sur une structure d’accroche en mélange avec de l’eau et un liant (par exemple la chaux ou l’argile) et se solidifie ;
  • Sous forme de laine, bloc ou plaque : les transformations des matières premières sont réalisées en usine, ce qui simplifie la mise en œuvre sur site.

Avantages des isolants écologiques

Les isolants écologiques présentent plusieurs avantages, en comparaison avec des isolants « classiques » tels que le polyuréthane :

  • Un pouvoir isolant suffisant pour des maisons basse énergie ou passives : une couche de 20 centimètres d’isolant naturel suffit généralement pour que la paroi atteigne le standard basse énergie ;
  • L’inertie thermique et hygrométrique : la biomasse joue un rôle de régulateur de chaleur et d’humidité. Ceci permet la création d’un déphasage entre l’atmosphère extérieure et l’atmosphère intérieure ;
  • La respirabilité de la structure : les échanges d’air entre la maison et l’extérieur sont facilités ;
  • Le coût énergétique de production : En plus d’être renouvelables, les biomasses qui constituent la matière première des isolants sont issues de cultures qui demandent (très) peu d’intervention (engrais, pesticides…) ;
  • Une masse volumique qui contribue également à l’isolation acoustique du bâtiment.

Lin

Le lin (Linum usitatissimum) est une plante oléagineuse très répandue en Wallonie pour la production de graines oléagineuses, de fibres et de paille. La culture peut être qualifiée de nettoyante et structurante pour le sol.

Culture

Le lin est cultivé sur sols profonds et bien pourvus en eau, au printemps. Son cycle cultural relativement court (3 à 4 mois) s’intègre bien dans la rotation et il va casser le cycle de certains nuisibles d’autres cultures.

Il y a deux grandes classes de variétés : les variétés pour la fibre et les variétés pour la graine. C’est le lin-fibre qui est intéressant pour l’économie biobasée. Dans ce cas, il est arraché plutôt que fauché pour préserver une longueur de fibre maximale. Il est ensuite laissé au champ quelques jours pour le rouissage, une sorte de dégradation causée par les microorganismes du sol qui va aider à séparer la fibre du reste de la tige. Arrive enfin le teillage qui consiste à battre le lin pour séparer (et récupérer) les graines, les fibres et les anas (partie ligneuse qui entoure les fibres).

Produits et utilisations

La récolte du lin génère plusieurs produits, qui peuvent tous être valorisés :

  • Des graines, qui peuvent être valorisées en alimentation ou pressées pour produire de l’huile qui servira, entre autres, à la production de biolubrifiants ou biosurfactants;
  • Des fibres longues : la filasse, pour la confection de textiles ;
  • Des fibres courtes : les étoupes, qui peuvent servir en papeterie, à la confection d’isolants thermiques et acoustiques, et de plus en plus à la confection de matériaux biocomposites ;
  • De la paille : les anas, qui peuvent servir comme litière animale ou paillis, pour la production de panneaux acoustiques ou comme agrocombustible ;
  • Des poussières qui peuvent être utilisées pour apporter de la matière sèche au compost, au digestat...

Rendement

Un hectare de lin produit de 5 à 8 tonnes de matière sèche par an.


Litière animale

Dans l’élevage sur litière, la litière déposée au sol a pour fonctions d’absorber une partie de l’eau contenue dans les déjections et d’assurer la portance du sol, le confort et la propreté des animaux.

Types de litières

Plusieurs matières peuvent constituer la litière.

  • Des matières végétales comme la paille (de céréales ou d’autres cultures), les copeaux et la sciure de bois ou encore le broyat de miscanthus et de chanvre qui se développent actuellement en Wallonie ;
  • Des matières minérales comme le sable.

Propriétés des litières

plusieurs paramètres : l’épaisseur de litière, la capacité d’absorption et les poussières respirables. Le confort s’évalue notamment par le temps de repos passé couché par les animaux.

  • La capacité d’absorption de la litière permet de contrôler l’humidité de la litière, le confort animal et l’occurrence de maladies. La capacité d’absorption varie selon le type de matière et son taux d’humidité. Des mélanges, avec de la sciure d’eucalyptus par exemple, sont possibles pour renforcer la capacité d’absorption des litières ;
  • Les poussières respirables sont un autre paramètre-clé lorsque de la litière est apportée alors que les animaux sont en stabulation. La teneur en poussières dépend des conditions de récolte, de stockage et/ou de conditionnement.                                          

La fréquence de manutention sera déterminée par la période durant laquelle les animaux resteront propres et présenteront un comportement normal n’affectant pas leur vitesse de croissance.

Au niveau de la facilité de manutention, le choix du type de litière a son importance. Il importe qu’une substitution de litière n’augmente pas la difficulté ou le temps de travail liés à la mise en place ou à l’entretien de la litière en stabulation et que l’outillage soit adapté.


Maïs

Le maïs est une plante herbacée annuelle de la famille des Poacées (graminées) aux multiples usages : principalement utilisée pour l’alimentation du bétail, elle est également cultivée pour son grain riche en amidon.

Plantation et récolte

Le maïs est semé en avril-mai après les dernières gelées, sur un sol préparé. Il est également sensible à la sécheresse, qui peut diminuer son rendement.

La récolte s’effectue entre septembre et novembre par temps sec. Elle est définie soit par l’aspect du grain pour le maïs-grain (il doit être pâteux), soit lorsque les feuilles se dessèchent pour le maïs-ensilage (plante entière).

Produits et utilisation

La majorité de la production wallonne du maïs en plante entière est destinée à l’alimentation animale : on parlera d’ensilage de maïs. L’ensilage est une forme de stockage qui consiste à découper la plante en petits segments afin de la stocker en silo, ce qui permet la conservation du maïs pendant toute l’année. L’ensilage peut aussi être utilisé en biométhanisation. Le maïs a un bon potentiel pour produire du biogaz.

Le grain de maïs est utilisé en alimentation animale et pour l’alimentation humaine, que ce soit en épi, en grain, en popcorn, en farine, etc. Il est relativement peu produit en Wallonie mais il a d’autres nombreuses applications industrielles à travers le monde : agro-alimentaire, produits pharmaceutiques et cosmétiques, alcool, bioéthanol et biosolvants, industrie du papier... L’extraction de l’amidon permet notamment la fabrication de bioplastiques.

Surfaces et rendement

Le maïs ensilage représente environ 55.000 ha en région wallonne, avec un rendement moyen de 40 à 45 tonnes par hectare.

Le maïs grain, quant à lui, occupe environ 7.900 ha avec un rendement moyen de 10 tonnes par hectare.


Miscanthus

Le miscanthus (Miscanthus x giganteus) est une graminée cultivée en Belgique depuis 1995. Il s’agit d’une plante pérenne non invasive qui produit des cannes pouvant atteindre quatre mètres de haut pouvant être valorisées en énergie et matériaux. La culture de miscanthus permet de valoriser des parcelles marginales ou sensibles.

Plantation et récolte

Le miscanthus s’adapte à de nombreuses parcelles, pourvu que l’eau y soit disponible durant la saison végétative, sans être stagnante. La plantation se fait en avril-mai avec une planteuse à pomme de terre (rhizomes) ou à poireaux (plantules). Une préparation fine du sol est nécessaire.

La récolte en sec, prêt à l’emploi, se réalise à l’ensileuse à maïs fin mars-début avril lorsque l’humidité de la plante est descendue en dessous de 20 %. On obtient alors un broyat sec de faible densité (110 kg/m3) à stocker de préférence sous abri.

Quelles utilisations avec le broyat récolté ?

Peu coûteux à produire, le broyat de miscanthus a diverses utilisations:

  • Paillage dans les parcs et jardins ou pour le maraîchage ;
  • Litière animale ;
  • Isolant en écoconstruction ;
  • Agrocombustible (sous forme de broyat ou de bûchettes) pour des chaudières biomasse.

L’incorporation dans des biocomposites est actuellement en recherche et développement.

Des avantages environnementaux

Le miscanthus est particulièrement adapté aux bandes tampon et parcelles en pente. Ne nécessitant pas de fertilisation ni de traitements phytosanitaires, le miscanthus réduit les risques de pollution des eaux de surface et souterraines. Sa plantation est donc indiquée en zones de captage. En couvrant le sol de manière quasi permanente, il ralentit les écoulements boueux et l’érosion, réduit le lessivage des nitrates et améliore l’infiltrabilité des parcelles tout en fournissant un refuge hivernal à la faune locale.

Rendement

Les rendements mesurés en région limoneuse à partir de la 3ème année oscillent généralement entre 12 et 24 tonnes de matière fraîche par hectare et par an. Comme combustible, une tonne de miscanthus correspond à environ 400 litres de mazout.


Molécules plateformes

Avec les molécules plateformes issues de la biomasse, on peut remplacer le pétrole dans presque toutes ses applications. Un vrai plus dans le transition vers l’économie circulaire.

La Wallonie compte une entreprise multinationale spécialisée dans la production d’acide lactique, une molécule plateforme produite à partir de glucides.

Utilisations

Les molécules plateformes sont la base de l’industrie pétro-chimique. Les molécules plateformes issues de la biomasse permettent de substituer le pétrole dans presque toutes ses applications. On développe ainsi la chimie biobasée, renouvelable.

Les applications sont extrêmement nombreuses !

  • Un grand nombre de molécules plateformes conduisent par transformation chimique à la production de polymères (molécules à longues chaines) et sont aptes à générer des produits de masse tels que des bioplastiques, caoutchoucs naturels, peintures, colles, résines... C’est par exemple le cas du bioéthanol qui est une molécule plateforme et qui joue un rôle d’intermédiaire de synthèse important dans l’industrie chimique, en plus de son usage comme biocarburant.
  • D’autres molécules plateformes mènent à la production de produits de plus haute valeur ajoutée, aux applications très spécifiques dans l’alimentation (arômes, colorants, édulcorants…), la santé (molécules actives de médicaments…), la cosmétique, la protection de cultures agricoles…

Paillage horticole et maraîcher

Le paillage, c’est-à-dire la disposition d’une couche de « paille » sur le sol, permet de lutter contre les mauvaises herbes mais aussi de protéger le sol de la pluie et du soleil et de diminuer les besoins en arrosage. Beaucoup de matières différentes peuvent être utilisées ; organiques ou minérales. Les plus connus sont les écorces de pins, la paille de blé et les tissus géotextiles ou bâches plastiques. D’autres paillis s’y prêtent bien également et se développent : le miscanthus et le chanvre.

Lutte contre les mauvaises herbes

Il est prouvé que le paillage permet de lutter efficacement contre les mauvaises herbes. Cette technique est donc une alternative intéressante à l’utilisation d’herbicides.

Cela sera particulièrement intéressant dans le secteur des parcs et jardins,  car l’utilisation de pesticides sera interdite dès 2019 pour l’entretien des espaces publics communaux et de certains espaces privés comme les hôpitaux.

Quel paillis choisir ?

Tous les paillis n’ont pas la même efficacité et ont des avantages et des inconvénients. Le choix du paillis est dépendant du budget et d’une préférence pour un paillis organique ou un paillis non organique.

Qualité du sol

Les paillis organiques apportent de la matière organique au sol au fur et à mesure qu’ils se décomposent. Ils contribuent donc à améliorer la fertilité du sol (complexe argilo-humique).

Ils constituent également un tampon entre la surface du sol et la terre. Cela favorise la vie des petits animaux et microorganismes du sol. Ceux-ci décomposent la matière organique et libèrent les nutriments utiles à la croissance des plantes. Ils créent également des galeries dans le sol ou l’air et l’eau peuvent circuler.

Tirer un maximum de profit de la pluie

Le paillage a aussi deux avantages vis-à-vis de l’eau de pluie. Premièrement, le paillis forme un écran qui protège le sol de la pluie battante. On évite donc la création d’une croûte à la surface du sol, le ruissellement de l’eau et aussi les projections de spores de champignons néfastes sur les plantes (exemple : oïdium, mildiou, etc.).

Deuxièmement, une fois l’eau bien infiltrée dans le sol par temps pluvieux, elle s’évapore moins au retour du soleil puisque l’écran de paillis empêche le soleil de réchauffer directement l’eau du sol.


Panic érigé

Le panic érigé (Panicum virgatum L.), souvent appelé switchgrass, est une graminée originaire d’Amérique du Nord encore très peu représentée en Belgique. Il s’agit d’une culture pérenne implantée pour une durée minimale de 10 ans.

Plantation et récolte

Le panic érigé se cultive sur de nombreux types de sols. Le semis se réalise en mai, dès que la température du sol dépasse 15°C. Une préparation fine du sol est nécessaire. Il est également important de bien maîtriser les adventices pour éviter toute compétition. La fertilisation n’est en principe pas requise.

La récolte peut se réaliser en vert à l’automne ou en sec à la fin de l’hiver, à l’aide d’une ensileuse à maïs. La récolte en vert se réalise pour certaines applications telles que la biométhanisation ou les biocarburants. Cette pratique est peu courante et mal documentée en Wallonie.

Utilisations

Le panic érigé présente des débouchés similaires à ceux du miscanthus : paillage pour les parcs et jardins ou pour le maraîchage, litière animale ou agrocombustible. L’incorporation en biocomposites ou la transformation en bioéthanol sont actuellement en recherche et développement.

Rendement

Les rendements n’ont pas encore été mesurés systématiquement en Wallonie. En France, les rendements annuels moyens sont de l’ordre de 10 tonnes de matière sèche à l’hectare.


Plaquettes de bois

Les plaquettes de bois ou « chips » sont des fragments de bois obtenus par déchiquetage ou par broyage de bois de différentes catégories : branches, arbres impropres au sciage, bois bocagers, parcs et jardins, produits connexes de scieries, bois déchet, taillis à courte rotation, etc. Elles peuvent être utilisées dans des chaudières domestiques mais aussi dans des chaudières industrielles.

Catégories

On distingue généralement plusieurs catégories de plaquettes en fonction de leur composition et de leur provenance :

  • Les plaquettes blanches d’industrie : elles proviennent du déchiquetage de chutes de l’industrie du bois. Elles sont normalement dépourvues d’écorces, de feuilles, d’aiguilles ou de brindilles ;
  • Les plaquettes forestières grises : elles proviennent soit du déchiquetage des résidus d’exploitation et d’entretien des forêts et espaces verts à l’exclusion des feuilles, aiguilles et brindilles, soit du déchiquetage en industrie de bois non écorcé ;
  • Les plaquettes forestières vertes : elles proviennent du déchiquetage des résidus d’exploitation et d’entretien des forêts et espaces verts et comprennent les feuilles, aiguilles et brindilles.

Caractéristiques

La granulométrie des fragments de bois peut varier en fonction du type de déchiquetage mais aussi du criblage (tamisage) des particules. Une plaquette de qualité devra avoir une granulométrie homogène, un faible taux d’écorces et une humidité inférieure à 20 %.

Avantages

Les plaquettes constituent un combustible beaucoup plus homogène que les bois de départ. Elles permettent de faciliter le stockage, le séchage, le conditionnement et le transport. Leur homogénéité et leur taille réduite rend également possible l’automatisation complète de la chaudière.


Pomme de terre

La pomme de terre est un tubercule bien connu consommé par l’homme comme un légume. On connait surtout son utilisation alimentaire, notamment pour la préparation de frites, mais la pomme de terre a déjà bien d’autres usages. Riche en amidon, la pomme de terre est une matière première très intéressante pour l’industrie biobasée.

Culture de la pomme de terre

La culture de la pomme de terre est annuelle. Des pommes de terre sont plantées dans des buttes au printemps. Avec le développement de leurs tiges et feuilles, les plants accumulent de l’énergie et produisent de nouveaux tubercules. A l’automne, la partie aérienne de la plante est détruite et une récolteuse vient sortir soigneusement les pommes de terre des buttes.

Les pommes de terre sont plantées en rangs et demandent un important travail de désherbage. En outre, la culture est très sensible à plusieurs maladies, comme le mildiou.
Mais la culture en vaut la peine car elle produit une quantité exceptionnelle de biomasse par hectare. Plus de 45 tonnes!

Utilisation de l’amidon

Une grande partie de la production de pommes de terre sert à l’industrie de l’amidon, un sucre simple présent dans le tubercule. L’amidon s’intègre dans l’industrie agro-alimentaire, cosmétique, pharmaceutique, etc. Il peut aussi servir à la fabrication de bioplastiques et autres produits biobasés.


Pressage et filtration

Le pressage (également appelé trituration) et la purification (ou filtration) représentent les deux grandes étapes pour la production d’huile à partir de plantes oléagineuses telles le colza.

Le pressage (trituration)

Deux méthodes de pressage existent : le pressage à froid artisanal ou le pressage industriel.

  • Pressage à froid dans une presse à vis : aucun solvant n’est utilisé pour l’extraction de l’huile. Le résidu solide, le tourteau, a une grande qualité nutritive car il est riche en acides gras, un atout pour l’agriculteur et son bétail ;
  • Pressage industriel : l’extraction d’huile est plus efficace car des solvants sont utilisés mais les tourteaux sont de moindre qualité nutritionnelle.

A partir d’une tonne de colza, le pressage à froid permet de produire environ 300 kg d’huile et 700 kg de tourteaux, alors que la méthode industrielle produit 400 kg d’huile et 600 kg de tourteaux.

La purification

La purification de l’huile se fait classiquement de deux manières :

  • Filtration simple : l’huile passe à travers un filtre à plaque qui retient les particules ;
  • Décantation et filtration : les particules contenues dans l’huile sont décantées et retirées, l’huile passe ensuite à travers un filtre à plaque et/ou à cartouche.

Utilisation de l’huile

Les huiles végétales de colza, tournesol, maïs, etc. peuvent bien sûr être consommées dans l’alimentation. D’autres utilisations plus marginales sont possibles :

  • Huile végétale pure utilisée en cogénération ou comme carburant dans des tracteurs adaptés ;
  • Biodiesel ;
  • Produits biobasés : biolubrifiants, biosurfactants

Procédés de transformation chimiques

Une transformation faisant intervenir des produits chimiques (acides, bases, catalyseurs) est nécessaire pour l’obtention de certains produits à partir de biomasse. Elle est souvent étroitement liée à un processus de bioraffinage. C’est le cas pour l’obtention des biocarburants, les biosurfactants (dont les savons) et des bioplastiques.

Le raffinage des huiles, étape clé pour la fabrication des biolubrifiants et du biodiesel

Les huiles végétales, lorsqu’elles sortent directement de la presse (huile d’olive, de tournesol, de colza…) contiennent une série de composés indésirables qu’il convient d’enlever à l’aide de réactifs. C’est le but du raffinage, qui vise à maintenir ou à améliorer les propriétés des corps gras qui seront le constituant principal du biodiesel et des biolubrifiants.

La saponification pour obtenir des savons

La saponification est une réaction chimique entre un corps gras et une base pour former un savon (biosurfactant), qui a des propriétés détergentes : la tête est amphiphile (attirée par l’eau) et la queue lipophile (attiré par l’huile). Par exemple, le fameux savon de Marseille est traditionnellement produit par la réaction entre de l’huile d’olive et de la soude.

La polymérisation pour faire des bioplastiques

La polymérisation est la réaction par laquelle des petites molécules (les monomères) réagissent entre elles pour former des molécules à longue chaîne (les polymères). C’est la réaction principale dans l’industrie des (bio)plastiques, puisque les polymères en sont le principal composant.


Production d'électricité

L’électricité ou courant électrique résulte de la mise en mouvement d’électrons. Pour créer ce mouvement d’électrons, on utilise une force motrice ou bien directement l’énergie solaire.

  • Avec force motrice, l’électricité est produite par la mise en mouvement d’un alternateur. La force motrice est générée par un moteur à combustion interne ou une turbine entraînés par de la vapeur, par la combustion de (bio)gaz ou de carburant. La force motrice qui entraîne l’alternateur peut aussi être le vent ou un courant d’eau.
  • Sans force motrice, l’électricité est produite dans une cellule photovoltaïque où l’énergie contenue dans les photons (lumière) vient directement actionner les électrons.

Produire de l’électricité avec de la biomasse ?

Puisque l’électricité dérive d’une force motrice générée avec de la vapeur ou du gaz, la biomasse peut être une matière première pour sa production. Toutes les biomasses sont bonnes :

  • les biomasses solides (bois, miscanthus, paille…) pourront être brûlées pour créer de la vapeur.
  • les biomasses fermentescibles (résidus agricoles, effluents d’élevage…) pourront être transformées en biogaz ou en bioéthanol qui serviront à actionner le moteur ou la turbine.
  • les biomasses oléagineuses (colza, tournesol…) pourront produire de l’huile (huile végétale pure ou biodiesel) qui servira à actionner le moteur.

Puissance et rendement

Les turbines sont utilisées pour de (très) grandes installations dont la puissance varie de quelques mégawatts à plusieurs gigawatts. On les retrouve dans les centrales à charbon, à gaz, ou nucléaires, et depuis peu dans les centrales au bois.

Les moteurs à combustion ont une puissance plus faible allant de quelques kilowatts à 1 à 2 mégawatts et nécessitent un combustible liquide ou gazeux. Ils sont utilisés dans de petites installations et conviennent très bien pour la production décentralisée d’électricité à partir de biomasse (huile végétale pure, biogaz…).

Les rendements de production d’électricité sont de l’ordre de 25 à 45 % selon le type de combustible, la puissance développée et la technologie utilisée.


Production de chaleur

La combustion est une réaction chimique entre un combustible et de l’oxygène. Cette réaction libère de l’énergie, appelée chaleur. L’Homme a développé des chaudières pour contrôler la combustion et mieux exploiter la chaleur.

Quelles techniques ?

Les chaudières sont des appareils dans lesquels on brûle un combustible avec pour but la production de chaleur. On distingue les chaudières classiques, qui fonctionnent au mazout ou au gaz naturel, des chaudières à biomasse. Il existe une grande variété de modèles en fonction du combustible utilisé mais aussi des caractéristiques des volumes à chauffer.

Elles n’ont pas non plus toutes le même prix : les chaudières biomasse sont en général plus onéreuses à l’achat. Toutefois, l’investissement s’amortit sur le long terme par le faible coût des combustibles d’origine naturelle. En effet, 1 kWh d’énergie produit à partir de pellets est deux fois moins cher qu’un kWh produit à partir de fioul. Elles sont, à ce titre, très intéressantes pour créer un réseau de chaleur dans des habitats groupés où l’on peut réaliser des économies d’échelle en plus des économies de CO2.

Quels rendements ?

Le rendement des divers systèmes de chauffage varie de 10-15 % pour les foyers ouverts à plus de 95 % pour les poêles et chaudières modernes. A noter que les meilleures performances, tant du point de vue énergétique qu’environnemental (émissions atmosphériques) reviennent à la chaudière moderne alimentée au pellet.

Quels combustibles ?

Les combustibles utilisés pour produire de la chaleur peuvent être d’origine fossile, c’est-à-dire non renouvelable comme le gaz naturel ou le mazout, ou alors d’origine naturelle et renouvelables, tels que le bois (plaquettes, buches ou pellets), le biogaz, les boues de station d’épuration, etc. Quasiment toute biomasse peut être valorisée en chaleur à conditions d’être préalablement séchée.

Chaleur issue de cogénération

De la chaleur peut aussi être produite dans des installations de cogénération. Elle est alors produite conjointement avec de l’électricité. Pour produire de la chaleur, on préférera tantôt une chaudière, tantôt un moteur de cogénération, en fonction des besoins.


Production d’énergie motrice dans un moteur à combustion interne

L’énergie motrice nécessaire pour mettre en mouvement un véhicule est produite par un moteur à combustion interne ; un combustible et de l’air sont injectés dans un cylindre, il s’ensuit une combustion qui va entraîner le mouvement du piston, permettant au véhicule de se mouvoir. Le moteur fonctionnera un peu différemment en fonction du carburant utilisé.

Différents types de moteurs

Deux types de moteur à combustion interne existent :

  • Les moteurs à essence ou moteurs à allumage commandé : l’allumage de la combustion est commandé via une étincelle créée par la bougie. L’air et le carburant sont injectés dans un système de piston et cylindre, le mélange est comprimé et la bougie enflamme le carburant, qui en brûlant va repousser le piston et créer l’énergie mécanique transmise aux roues. Le carburant utilisé est très volatil comme l’essence ou l’alcool, ou gazeux (sous réserve d’adaptation du moteur) ;
  • Les moteurs diesel ou moteurs à allumage spontané : sous l’effet de l’augmentation de la pression et de la température, le carburant s’auto-enflamme. L’air et le carburant sont injectés dans un système de piston et cylindre, le mélange est comprimé jusqu’à ce qu’il commence à brûler de manière spontanée. En brûlant, le carburant va repousser le piston et créer l’énergie mécanique transmise aux roues.

Utilisation de biocarburants

Différents carburants issus de la biomasse peuvent être utilisés dans les moteurs à combustion interne :

  • Dans les moteurs à essence : utilisation de bioéthanol (très volatil), de biométhane ou de syngaz;
  • Dans les moteurs diesel : utilisation d’huile végétale pure ou de biodiesel.

Pyrolyse

La pyrolyse permet la décomposition de la biomasse en fractions gazeuse, liquide et solide sous l’action de la chaleur et en absence ou en quantité très faible d’oxygène. Elle est une étape de base dans les deux autres principales voies de conversion énergétique de la biomasse que sont la gazéification et la combustion.

Procédé de pyrolyse

Sous des températures variant de 200 à 1.000°C et en absence ou quantité très faible d’oxygène, la biomasse solide se décompose en trois produits :

  • un solide à forte teneur en carbone (le charbon) ;
  • un gaz appelé syngaz, formé essentiellement de CO2, CO, H2 et CH4 ;
  • une fraction liquide complexe (l’huile pyrolytique).

Le contrôle des paramètres principaux de réaction que sont la température, la vitesse de montée en température, le temps de séjour et la pression, permet d’orienter la réaction vers la production optimale d’un des trois produits.

La pyrolyse lente ou carbonisation

La carbonisation est une pyrolyse optimisée pour la production de charbon de bois. Elle consiste à soumettre le bois à des températures de l'ordre de 450°C, avec un temps de séjour long (quelques heures ou jours) et en présence d'une quantité très faible d'oxygène.

La pyrolyse rapide ou « flash »

La pyrolyse flash consiste à chauffer très rapidement la biomasse pendant un temps très court (quelques secondes) pour obtenir de l’huile pyrolytique. Près de 80 % de l’énergie initiale contenue dans la biomasse se retrouve alors dans cette huile.

Quels avantages ?

Le principal avantage de la pyrolyse flash est de convertir un combustible solide en liquide (l’huile pyrolytique) avec une densité énergétique plus élevée. Cette forme d’énergie est plus facilement stockable et transportable que la biomasse initiale. La production d'huile pyrolytique permet de scinder le moment et le lieu d'exploitation du bois de ceux de son utilisation énergétique finale.

Les produits formés par la pyrolyse peuvent aussi être utilisés dans l’industrie chimique car ils constituent des molécules plateformes. En effet, la pyrolyse est un procédé qui entre aussi dans le procédé plus large qu’est le bioraffinage.


Syngaz (Gaz de bois)

Le syngaz est un gaz de synthèse obtenu à la suite d’une gazéification ; une réaction thermochimique consistant à décomposer par l’action de la chaleur un combustible carboné solide (bois, autre biomasse) en un mélange gazeux.

Composition du syngaz

Le syngaz est composé majoritairement d’hydrogène et de monoxyde de carbone. D’autres gaz, tels que le méthane, les oxydes d’azote, le sulfure d’hydrogène, le dioxyde de carbone ou la vapeur d’eau sont produits en quantités variables selon la qualité du procédé. Le syngaz est qualifié de « gaz pauvre » car son pouvoir calorifique est moins élevé que le gaz naturel (méthane).

Quelles utilisations ?

Le syngaz peut trouver plusieurs voies de valorisation, majoritairement énergétiques :

  • Combustible pour la production de chaleur ;
  • Combustible pour la production d’électricité dans des turbines à gaz ou des moteurs à gaz pauvre, ou pour la cogénération ;
  • Produit de base à la synthèse chimique d’hydrogène, de méthanol et de méthane (Gaz Naturel de Synthèse – GNS) ;
  • Source pour la fabrication de biocarburant de synthèse.

Le gaz doit cependant être épuré avant d’être utilisé pour éliminer les coproduits indésirables.

-       Source pour la fabrication de biocarburant de synthèse.

Le gaz doit cependant être épuré avant d’être utilisé pour éliminer les co-produits indésirables.


Taillis à courte rotation

Le taillis à courte rotation est une culture agricole d’arbres à haut rendement, productive sur environ 20 ans, utilisée majoritairement pour la production d’énergie. Après la récolte, les souches produisent de nouvelles tiges : une nouvelle rotation débute !

Deux modes de culture

  • La très courte rotation (TtCR), avec une plantation réalisée à haute densité (10.000-15.000 boutures par hectare), généralement en double rang, des essences à croissance rapide (saule, peuplier) et des récoltes espacées de 2 à 3 ans.
  • La courte rotation (TCR), avec une plantation réalisée à une densité faible à moyenne (1.000-4.000 boutures par hectare), en mono rang, des essences plus variées (saule, peuplier, aulne, bouleau…) et des récoltes espacées de 5 à 10 ans.

Plantation, récolte, transformation, stockage

La plantation a lieu en avril-mai. Le choix de la variété sera réalisé par rapport au rendement de la variété, à sa capacité à produire de grandes tiges, à sa résistance au froid et aux maladies et à son adéquation avec le sol.

La récolte se fera lors de la retombée de la sève (automne-hiver). Les TtCR peuvent être récoltés avec une ensileuse maïs munie d’une tête de récolte spéciale. TtCR et TCR peuvent aussi être coupés en tiges entières, qui seront soit entassées pour sécher puis broyées ultérieurement, ou directement broyées (séchage en tas).

Le stockage peut se faire à l’extérieur sous forme de tiges entières ou plaquettes (de préférence protégées par une bâche respirante), ou sous abri.

Quelles utilisations avec le bois récolté ?

Le bois récolté servira principalement de agrocombustible en plaquettes. Le bois obtenu lors de rotations plus longues peut également être valorisé dans certaines applications matières (pâte à papier, contreplaqué, panneaux isolants en fibre de bois, papiers, cartons et emballages légers).

Des avantages environnementaux

Le taillis à courte rotation est reconnu comme surface d’intérêt écologique (SIE). Il ne nécessite pas de fertilisation ni produits phytosanitaires, ce qui contribue à la protection des eaux souterraines. Il permet de lutter contre l’érosion en améliorant l’infiltrabilité du sol et en freinant les écoulements boueux. Enfin, favorable à la biodiversité, il permet de créer des couloirs écologiques.


Torréfaction

La torréfaction de la biomasse consiste à soumettre de la biomasse à un régime de températures comprises entre 200 et 300°C. Il s’agit d’une pyrolyse « douce » réalisée pour améliorer certaines propriétés chimiques et physiques de la biomasse ligneuse et lignocellulosique. Ainsi, la broyabilité, la résistance à l’eau et la densité énergétique sont optimisées pour le transport, le stockage et la valorisation énergétique de la biomasse..

Procédé de torréfaction

Deux procédés de torréfaction existent :

  • La torréfaction sèche, réalisée en environnement gazeux (atmosphère pauvre en oxygène) ;
  • La torréfaction humide, réalisée sous eau pressurisée.

En torréfaction sèche, le processus comprend généralement cinq étapes : le séchage (jusqu’à 100°C), l’évaporation d’eau, la montée de température (100 à 200°C), la torréfaction proprement dite (de 200 à 300°C) et le refroidissement de la matière.

Durant le procédé, les hémicelluloses sont décomposées et les matières volatiles peu énergétiques sont volatilisées. On assiste à une perte de masse et à une augmentation de la densité énergétique.

Quelles matières premières ?

Toutes les matières solides ligneuses et lignocellulosiques, densifiées et non densifiées, peuvent subir une torréfaction. Grâce à leur densité énergétique élevée, elles deviennent plus intéressantes pour l’approvisionnement de centrales sur une longue distance.

Les produits obtenus

Le procédé produit trois fractions différentes dont les proportions dépendent des conditions du réacteur (température et durée de torréfaction) et des caractéristiques du combustible (granulométrie) :

  • Un produit solide présentant de nombreuses propriétés améliorées : broyabilité, forme, taille et distribution des particules, pelletisation, composition (humidité, contenu en carbone et en hydrogène) et pouvoir calorifique. Ces éléments sont importants pour la manipulation, le stockage et l’utilisation de la biomasse en centrale électrique;
  • Des produits gazeux, essentiellement CO2, CO, H2 et CH4 ;
  • Une fraction liquide contenant les condensats (eau, sucres, acides, alcools, lipides).

Transport

La principale énergie renouvelable utilisée dans le secteur des transports se trouve sous la forme de biocarburants.

Tout un chacun en utilise en faisant le plein de son réservoir, en effet des biocarburants sont mélangés aux carburants fossiles. On incorpore un certain pourcentage de biodiesel au diesel classique, et de bioéthanol dans l’essence (ou du bio-ETBE, qui est un mélange entre du bioéthanol et de l’isobutène).

Pour l’avenir, l’utilisation de biométhane comme carburant est une solution envisageable. De nombreux pays européens l’utilisent déjà : la Suède, la France, l’Italie... A l’heure actuelle, le nombre de voitures roulant au gaz naturel est en forte progression en Belgique. Si aujourd’hui on utilise du gaz naturel d’origine fossile, on pourra à l’avenir utiliser du biométhane. Celui-ci est produit par biométhanisation suivie d’épuration. Des pompes à CNG (ou LNG) peuvent être installées auprès de l’installation de biométhanisation ou bien il peut être injecté sur le réseau de gaz naturel et distribué via ce réseau vers des pompes plus éloignées.