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La recherche européenne fait pousser les carburants de demain

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La recherche européenne fait pousser les carburants de demain

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Qui n’a pas entendu parler des biocarburants et de l’intérêt de la biomasse dans différents domaines ? Aujourd’hui, les vertus des plantes apparaissent de plus en plus clairement aux yeux de nombreux scientifiques et industriels et les chercheurs européens apportent leur pierre à l‘édifice des connaissances sur les alternatives aux combustibles fossiles.

Partons tout d’abord découvrir une plantation agricole située près d’Athènes en Grèce : sur place, des ingénieurs agronomes cultivent des plantes qu’ils jugent prometteuses en vue d‘élaborer des carburants plus verts. Ils étudient leurs composants oléagineux, leur rendement et leur adaptation au climat et aux sols typiques méditerranéens.

Myrsini Christou, du Centre pour les sources d‘énergie renouvelables CRES, nous présente quelques-unes des espèces que son équipe cultive en plein champ : “nous avons du ricin, une plante oléagineuse annuelle présente en Méditerranée,” dit-elle. “Chaque année, sa production est d’environ quatre à cinq tonnes de graines par hectare, avec une forte concentration en huile d’environ 40 à 50 %,” précise-t-elle. Nous prenons la direction d’une autre parcelle : “là, nous avons de la cuphea, une plante qui vient d’Amérique,” nous explique notre guide, “nous en sommes encore au stade expérimental, son rendement reste très faible : moins d’une tonne de graines par hectare et sa concentration en huile n’est que d’environ 20 %,” ajoute-t-elle. Sur une autre partie de la plantation, Myrsini Christou reprend : “ça, c’est une plante originaire d’Asie, le carthame : on estime qu’elle est très bien pour l’agriculture méditerranéenne,” insiste-t-elle. “Il y a des variétés qui se récoltent à l’automne et au printemps et qui s’adaptent à tous les types de terre et de climat,” poursuit-elle, “elle pourrait être cultivé dans le monde professionnel dans environ cinq ans.”

Pour découvrir où sont analysées les caractéristiques chimiques de ces plantes, nous nous rendons dans un laboratoire de Lille dans le nord de la France qui est l’un de ceux où l’on tente de comprendre si des composés issus de plantes permettraient de remplacer efficacement les molécules aujourd’hui extraites de ressources fossiles. Si oui, lesquelles ? Et comment procéder ? D’après les chercheurs sur place, les résultats sont encourageants. “Nous avons fabriqué un nouveau type de carburant aviation que nous avons testé sur turbo-réacteur,” souligne Franck Dumeignil, chimiste à l’Université Lille 1 et coordinateur du projet Eurobioref. “Donc nous avons fait 15 m³ de mélange avec 10 à 20 % d’un nouveau composant issu de la biomasse qui permet d’avoir des propriétés techniques de ce carburant aviation supérieures tout en permettant d’avoir une pollution moindre,” détaille-t-il avant d’ajouter : “aujourd’hui, nous en sommes au procédé de certification puisque une fois que vous avez élaboré un nouveau carburant, il faut le faire certifier pour avoir le droit de faire voler des avions avec.”

Mais une fois les plantes transformées en carburants plus verts dans des bioraffineries, il reste des résidus organiques. Que peut-on en faire ?

Revenons en Grèce où des scientifiques disent connaître la réponse. Un réacteur de gazéification leur a permis de savoir quels déchets sont les plus performants pour élaborer des gaz comme l’hydrogène ou le monoxyde de carbone utilisables dans la production de chaleur ou d‘électricité. D’après l‘équipe, ils peuvent être recyclés facilement et sans nuire à l’environnement.

“La seule chose qui reste après le passage du contenu de la biomasse dans le gazéificateur, ce sont des cendres,” précise Kyriakos Panapoulos, chimiste au Centre de recherche et de technologie Hellas CERTH. “Ces cendres,” dit-il, “renferment un tout petit pourcentage de matière inorganique qui fait partie de la biomasse comme du potassium, du calcium et du fer. Tous ces composants ont été puisés dans le sol par les plantes,” indique-t-il, “et après gazéification, on peut généralement les répandre sur les champs sous forme de compost ; donc on boucle ainsi le cycle de transformation de ces composés végétaux.”

Cette expérimentation menée en Grèce n’est qu’un exemple de la myriade de projets lancés dans le cadre des Initiatives technologiques conjointes, les ITC (JTI en anglais). Un vaste effort commun du public et du privé pour promouvoir la recherche en Europe dans des domaines stratégiques très divers. Parmi ces secteurs, les bio-industries qui inventent des produits du quotidien plus écologiques, mais qui développent aussi une nouvelle génération de vaccins, de traitements et de médicaments. Elles conçoivent des systèmes dans l’objectif de mieux gérer l’espace aérien européen ou encore mettent au point le design d’avions moins polluants et plus silencieux. Elles imaginent des trains et des infrastructures ferroviaires plus sûres et travaillent sur la fabrication d‘équipements électroniques plus performants et sur une plus grande utilisation des piles à combustible et de l’hydrogène dans l’industrie, l‘énergie et les transports.

Dans ce dernier domaine, découvrons des exemples d’innovations et partons pour un voyage à bord des véhicules qui seront peut-être les bus du futur.

À Brugg en Suisse, nous montons dans un bus un peu particulier : il roule grâce à de l’hydrogène en partie produit grâce à des énergies renouvelables. Des villes italiennes, mais aussi Londres et Oslo, exploitent le même type de véhicules : il dispose de piles à combustible qui grâce à l’hydrogène, produisent de l‘électricité tout en rejetant uniquement de la vapeur d’eau. Ce bus s’avère aussi plus silencieux que ceux roulant au diesel. “Il y a moins de bruit,” fait remarquer une passagère. “On a l’impression que la conduite est moins saccadée, c’est plutôt agréable,” estime une autre. Le chauffeur nous livre ses impressions : “la plus grande différence dans la conduite, c’est peut-être le centre de gravité qui est dans la partie la plus haute, là où se trouve l’hydrogène,” explique Peter Amsler. “Le bus fait une tonne de plus qu’un bus diesel,” poursuit-il, “et quand on prend un virage, on remarque que c’est un peu différent par rapport à un bus classique.”

Le bus suisse est sorti d’ateliers situés à Mannheim en Allemagne. Sur place, on ne construit pour l’instant que des prototypes. D’après les ingénieurs, il faut encore que les connaissances techniques progressent avant de lancer une production industrielle. “L’inconvénient de ces véhicules,” fait remarquer Helmut Warth, ingénieur mécanique chez les Bus Daimler, coordinateur du projet CHIC, “c’est que leur prix d’achat est encore largement supérieur à celui des bus diesel et il y a le fait que les opérateurs doivent mettre en place un réseau de stations-service proposant de l’hydrogène.”

Pour améliorer encore ces procédés, d’autres recherches sont menées comme par exemple dans un laboratoire suisse dans lequel nous nous rendons. Elles visent à concevoir des piles à combustible à hydrogène plus performantes en vue d’atteindre trois objectifs : “le facteur le plus important, ce sont les coûts : tous les éléments doivent être d’un prix abordable, sinon la propulsion à pile à combustible est trop chère,” déclare Felix N. Büchi, chimiste à l’Institut Paul Scherrer. “Le second point,” poursuit-il, “c’est la durée de fonctionnement : le système doit avoir la même durée de vie que le véhicule lui-même et troisième aspect : la performance et la densité de puissance. Ce qui veut dire,” précise-t-il, “que nous voulons transformer l’hydrogène en un maximum d‘énergie pour un poids et un volume de gaz les plus faibles possibles.”

C’est dans cette optique que dans une usine belge par exemple, des scientifiques mettent au point et construisent une nouvelle génération de bus à hydrogène. On nous présente l’un des bébés de ces ateliers : un prototype actuellement en phase de test qui rejoindra bientôt le réseau de la ville d’Anvers. San Remo et Aberdeen en ont déjà adopté des exemplaires. L’autonomie du véhicule est d’environ 300 kilomètres et son moteur hybride permet de réduire d’environ 1000 tonnes, les rejets de CO2 émis au cours de son cycle de vie.

Paul Jenné, manager de projet bus et coordinateur du projet Van Hool NV / High V.LO-City, nous présente la principale caractéristique de ce bus : “c’est un bus à pile à combustible hybride, donc il a deux sources d‘énergie pour sa traction : sa pile à combustible qui alimente directement les moteurs électriques en électricité et ses batteries de traction qui font la même chose. L’ensemble,” explique-t-il, “est contrôlé électroniquement pour maximiser l’utilisation de l‘énergie.”

Dans des stations-service spéciales, il faut en général onze minutes pour remplir les réservoirs intérieurs d’hydrogène de ces bus même si cela dépend de la température extérieure. Les règles de sécurité sont les mêmes que pour une station-essence traditionnelle. “Concevoir une station compacte,” indique Sabine Thabert, ingénieur chimique et civil chez Solvay, “qu’on peut reproduire et installer n’importe où, où l’on a accès à l’hydrogène, et créer cela dans un type de container avec toutes les mesures de sécurité autour et tous les moyens de surveillance à distance, c‘était un défi pour ceux qui ont réalisé ce projet.”

Un bus à hydrogène coûte environ six fois plus cher que son équivalent roulant au diesel. Les frais liés à sa maintenance sont aussi plus élevés. Les opérateurs de transports urbains sont malgré tout prêtes à investir sous réserve que certaines conditions soient remplies. “Nous en sommes encore à la phase expérimentale, également d’un point de vue économique,” insiste Roger Kesteloot, PDG de De Lijn, la société publique en charge des transports en commun de la Région flamande. “Mais je pense qu’avec le temps,” tempère-t-il, “les prix vont baisser bien évidemment : ce qui nous donnera l’opportunité à moyen ou long terme d’intégrer plus de bus à hydrogène dans nos flottes.”

Sur ce point comme sur les performances de cette technologie elle-même, les scientifiques ont bien conscience de devoir poursuivre leurs travaux afin de tracer la route des bus à hydrogène de demain.