Biomasse

Biomasse énergétique : sources et usages

La biomasse est une source d'énergie renouvelable qui joue un rôle clé dans la transition énergétique. Provenant de matières organiques d'origine végétale ou animale, elle peut être transformée pour produire de la chaleur et de l'électricité. En France, elle constitue même la principale source d'énergie renouvelable, représentant plus de 55 % de la production finale. Cet article technique explore en détail les différentes matières premières, les filières de transformation, les usages, notamment pour le chauffage collectif, ainsi que les enjeux environnementaux liés à ses émissions.

Qu'est-ce que la biomasse énergétique ? Les différentes matières premières

La biomasse désigne l'ensemble des matières organiques qui peuvent être converties en énergie. Cette matière, qui stocke l'énergie du soleil grâce à la photosynthèse, se présente sous des formes très variées. On peut la classer en plusieurs grandes catégories de matières premières.

Les principales sources de biomasse sont :

• Le bois-énergie : C'est la source la plus importante et la plus anciennement utilisée. Elle inclut le bois sous forme de bûches, de plaquettes forestières (bois déchiqueté), de granulés (pellets) et les sous-produits de l'industrie du bois comme la sciure et les copeaux. La gestion durable des forêts est essentielle pour garantir son caractère renouvelable.
• Les résidus agricoles : Il s'agit des sous-produits des cultures, tels que la paille de céréales, les tiges de maïs ou encore les résidus de la canne à sucre (bagasse). Le fumier et le lisier d'élevage sont également une source importante, principalement utilisée pour la production de biogaz.
• Les cultures énergétiques dédiées : Certaines plantes sont cultivées spécifiquement pour leur potentiel énergétique. C'est le cas du miscanthus (aussi appelé "herbe à éléphant"), du switchgrass ou de certaines essences d'arbres à croissance rapide.
• Les déchets organiques : Cette catégorie comprend les déchets ménagers biodégradables, les boues des stations d'épuration, les déchets verts des collectivités et les déchets de l'industrie agroalimentaire. Leur valorisation énergétique s'inscrit dans une logique d'économie circulaire.

Comment transformer la biomasse en énergie ? Les filières de valorisation

Pour exploiter le potentiel énergétique de ces matières premières, plusieurs filières de transformation existent. Le choix de la technologie dépend de la nature de la biomasse (sèche ou humide) et de l'usage final souhaité (chaleur, électricité, biocarburant).

La voie thermochimique pour la biomasse sèche

Cette filière utilise la chaleur pour décomposer la matière organique.

• La combustion : C'est le procédé le plus direct et le plus répandu, notamment pour le bois-énergie. La biomasse est brûlée dans une chaudière pour produire de la chaleur. Cette chaleur peut être utilisée pour le chauffage domestique ou, à plus grande échelle, pour alimenter des réseaux de chaleur urbains. Elle peut également produire de la vapeur qui actionne une turbine pour générer de l'électricité.
• La gazéification : En chauffant la biomasse à haute température avec une quantité d'oxygène limitée, on la transforme en un gaz combustible appelé "gaz de synthèse" ou "syngaz". Ce gaz peut ensuite être brûlé dans un moteur ou une turbine pour produire de l'électricité et de la chaleur, ou être utilisé pour synthétiser des biocarburants.
• La pyrolyse : Ce processus consiste à chauffer la biomasse en l'absence totale d'oxygène. Il permet de produire trois types de produits : une huile (bio-huile), un gaz pauvre et un solide riche en carbone (biochar), qui peut être utilisé comme amendement pour les sols.

La voie biologique pour la biomasse humide

Cette filière utilise des micro-organismes pour décomposer la matière organique.

• La méthanisation : C'est un processus de fermentation de la matière organique humide (lisier, déchets agroalimentaires, boues d'épuration) en l'absence d'oxygène. Des bactéries dégradent la matière et produisent du biogaz, un mélange composé principalement de méthane et de dioxyde de carbone. Ce gaz peut être brûlé pour produire de la chaleur et de l'électricité en cogénération, ou être épuré pour obtenir du biométhane, qui a les mêmes propriétés que le gaz naturel et peut être injecté dans le réseau.

Les usages de la biomasse : du chauffage collectif à l'électricité

La polyvalence de la biomasse lui permet de répondre à différents besoins énergétiques, de l'échelle individuelle à l'échelle industrielle.

La production de chaleur : l'atout des réseaux urbains

La production de chaleur est l'usage principal de la biomasse en France. Si le chauffage individuel au bois est très répandu, le développement de chaufferies biomasse collectives est un axe majeur de la transition énergétique.

Un réseau de chauffage collectif fonctionne avec une chaufferie centrale qui brûle de la biomasse (souvent des plaquettes de bois) pour chauffer de l'eau. Cette eau chaude est ensuite distribuée via un réseau de canalisations souterraines pour alimenter en chauffage et en eau chaude sanitaire plusieurs bâtiments : logements, écoles, hôpitaux, etc. Cette solution mutualisée offre de nombreux avantages :

• Économiques : Elle permet de stabiliser les coûts de l'énergie en utilisant une ressource locale, moins soumise aux fluctuations des marchés des énergies fossiles.
• Écologiques : Elle se substitue aux chaudières individuelles au fioul ou au gaz, réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre à l'échelle d'un quartier ou d'une ville.
• Efficacité énergétique : Les installations de grande taille bénéficient de rendements élevés et de systèmes de filtration des fumées très performants.

Des organismes comme l'ADEME soutiennent activement, via le Fonds Chaleur, le développement de ces projets pour l'habitat collectif, le tertiaire et l'industrie.

La production d'électricité et la cogénération

La production d'électricité à partir de biomasse se fait principalement dans des centrales où la combustion de la matière organique génère de la vapeur sous pression, faisant tourner une turbine reliée à un alternateur.

Pour optimiser le rendement énergétique, la plupart des installations modernes fonctionnent en cogénération. Ce principe consiste à produire simultanément de l'électricité et de la chaleur à partir du même combustible. L'électricité est injectée dans le réseau public, tandis que la chaleur "fatale" (normalement perdue) est récupérée et valorisée, par exemple pour alimenter un réseau de chaleur. La cogénération permet d'atteindre des rendements globaux très élevés, économisant entre 15 et 20 % d'énergie primaire par rapport à des productions séparées.

Quel est l'impact environnemental de la biomasse ?

La question des émissions et du bilan carbone de la biomasse est complexe et fait l'objet de débats.

Le principe de la neutralité carbone

L'idée que la biomasse est une énergie neutre en carbone repose sur un principe simple : le CO2 libéré lors de la combustion correspond à la quantité de CO2 que la plante a absorbée dans l'atmosphère pendant sa croissance. En théorie, le cycle est équilibré, à condition que la ressource soit gérée de manière durable, c'est-à-dire que la biomasse prélevée soit remplacée par la repousse (par exemple, en replantant des arbres).

Les émissions à prendre en compte

Cependant, cette neutralité doit être nuancée. Le bilan carbone global doit prendre en compte l'ensemble du cycle de vie :

• Les émissions "grises" : L'énergie nécessaire à la collecte, à la transformation (broyage, séchage, granulation) et au transport de la biomasse génère des émissions de gaz à effet de serre.
• La "dette carbone" : Lorsqu'un arbre est coupé et brûlé, le CO2 est libéré instantanément. Il faudra plusieurs décennies pour que le nouvel arbre planté à sa place absorbe une quantité équivalente de CO2. Pendant cette période, il y a un surplus temporaire de CO2 dans l'atmosphère.
• Les polluants atmosphériques : La combustion du bois, si elle n'est pas réalisée dans des équipements performants, peut émettre des polluants comme des particules fines (PM2.5) et des oxydes d'azote (NOx). Les installations modernes, qu'elles soient individuelles (label Flamme Verte) ou collectives, sont équipées de filtres efficaces pour limiter ces rejets.

En conclusion, la biomasse est une ressource énergétique renouvelable et locale indispensable pour atteindre les objectifs de neutralité carbone. Particulièrement efficace pour la production de chaleur, notamment via les réseaux de chauffage collectif, elle offre une alternative crédible aux énergies fossiles. Toutefois, son développement doit impérativement s'accompagner d'une gestion rigoureuse et durable de la ressource et de l'utilisation de technologies de conversion performantes pour minimiser son impact environnemental.