Woodstock revisité

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Les nouvelles techniques pour produire de l’éthanol pourraient-elles transformer nos vieux arbres en biocarburant de l’avenir ?

Pourquoi utiliser des arbres plutôt que du maïs et de la canne à sucre pour produire de l’éthanol ? Parce que l’éthanol issu des arbres peut produire beaucoup plus d’énergie. Le ratio entre le rendement énergétique d’une quantité donnée d’éthanol et l’énergie nécessaire pour le produire est appelé le « bilan énergétique ». Le bilan énergétique pour l’éthanol produit à partir de maïs fait l’objet de nombreuses controverses, mais le ministère américain de l’énergie le situe à 1,3.

En d’autres termes, l’éthanol a un rendement 30% supérieur à l’énergie qui a été nécessaire pour le produire. Pour l’éthanol fait à partir de la canne à sucre au Brésil, le bilan énergétique est de 8.3, selon l’Agence internationale de l’énergie.

Mais pour l’éthanol produit à partir d’arbres, d’herbes et d’autres formes de biomasse qui contiennent beaucoup de cellulose, le bilan énergétique peut atteindre 16, du moins en théorie.

En pratique, le problème réside dans le fait que la production de cet éthanol cellulosique est beaucoup plus difficile et coûteuse que la production d’éthanol à partir d’autres cultures.

Mais, les sciences, les technologies et les coûts concernant l’éthanol issu des arbres ne cessent d’évoluer. Les chercheurs jouent contre le temps pour développer des moyens pour débiter, fermenter, distiller et raffiner le bois rapidement et à moindre coût.

L’intérêt pour l’éthanol cellulosique est croissant dans la mesure où les inconvénients pour produire de l’éthanol à partir du maïs et de la canne à sucre deviennent évidents. Ces deux dernières méthodes servent aussi à l’alimentation, et comme la production d’éthanol s’est intensifiée dans le monde entier, une plus forte demande tire l’ensemble des prix de l’alimentation vers le haut, du fourrage pour les animaux au cola en passant par les biscuits.

La culture de maïs nécessite beaucoup de terre, d’eau et d’engrais chimiques, c’est pourquoi des groupes écologistes comme le Conseil américain de défense des ressources naturelles expliquent que c’est simplement une approche à court terme et de première génération pour produire de l’éthanol.

Les arbres à la rescousse

L’éthanol cellulosique serait une solution à la plupart de ces problèmes. Récemment publié dans le Wall Street Journal, Vinod Khosla, un capital-risqueur de la Silicon Valley qui a fait fortune en investissant dans des domaines allant de la biotechnologie à l’informatique, soutient que l’Amérique a besoin « de biocarburants cellulosiques pour gagner la guerre contre le pétrole… Nous devons encourager la recherche sur les sources d’énergie de la biomasse, les récoltes d’énergie de demain ».

Les arbres sont un moyen particulièrement prometteur pour produire de l’énergie parce qu’ils croissent tout au long de l’année, nécessitent beaucoup moins d’engrais et d’eau et contiennent beaucoup plus d’hydrates de carbone (source chimique de l’éthanol) que le maïs et la canne à sucre. L’éthanol résulte de la fermentation des sucres, c’est pourquoi il est si simple et si efficace de le produire à partir de la canne à sucre. La production d’éthanol à partir du maïs est un peu plus compliquée : les grains sont réduits en farine et mélangés à de l’eau et on y ajoute des enzymes pour transformer les hydrates de carbone en sucre qui peut ainsi fermenter pour devenir de l’éthanol.

Cependant, la production d’éthanol cellulosique est encore plus complexe, puisqu’elle implique la séparation des chaînes résistantes et en spirale de cellulose et d’hémicellulose de la paroi cellulaire de la plante pour libérer les sucres. Cela peut être fait en utilisant un cocktail de cinq ou six enzymes, explique Edward Shonsey, patron de Diversa, société de biotechnologie basée à San Diego. Le problème réside dans le fait que bien qu’elles existent, ces enzymes sont chères. Il est inutile de pouvoir produire de l’éthanol à partir d’arbres si cela coûte 5 $ le gallon (1 gallon= 3,78 décimètres cube).

L’attrait de la bioprospection

Par conséquent, pour que l’éthanol cellulosique tienne ses promesses, les chercheurs devront trouver des enzymes moins chères et plus efficaces. L’herbe, les arbres et les autres sources d’énergie issues de la biomasse sont composés d’un mélange de cellulose, d’hémicellulose et de lignine, une matière très résistante qui permet aux plantes de conserver leur forme.

Une des approches, déclare M. Shonsey, est de modifier la structure des enzymes existantes pour essayer d’améliorer leur action. Une autre approche est la bioprospection qui consiste à chercher des enzymes naturelles dans des endroits inhabituels, comme dans l’estomac des termites qui se nourrissent de bois.

L’éthanol issu des arbres jouit d’un attrait particulier pour les pays qui ont beaucoup d’arbres et qui importent beaucoup de carburant fossile. La Nouvelle-Zélande se situe en haut du classement : en 2005, ce pays a exporté pour 411 millions de dollars néo-zélandais de bois (200 millions d’euros) et a importé du carburant fossile pour un montant de 4,5 milliards de dollars néo-zélandais (2,37 milliards d’euros). En janvier, Scion et AgResearch, deux instituts du Crown Research Institutes en Nouvelle-Zélande ont annoncé un partenariat de recherche avec Diversa.

Le but est de faire une étude de faisabilité sur la production nécessaire d’éthanol issu des arbres pour approvisionner tous les véhicules sur toutes les routes de Nouvelle-Zélande sans importation de carburant fossile, autrement dit, rendre le pays indépendant en matière d’énergie.

BioJoule, start-up dont le siège est à Auckland en Nouvelle-Zélande, envisage de créer une plante pilote pour produire de l’éthanol à partir d’une espèce de saules. L’idée, explique James Watson, co-fondateur de BioJoule, est que les agriculteurs plantent des saules qui pourraient être transformés en copeaux de bois pour ensuite être transportés dans une usine de transformation et y être convertis en éthanol.

Ce processus produirait deux sous-produits très utiles : de la lignine insulfonée, un polymère très utilisé dans le commerce et le xylose, une sorte de sucre de bois utilisée en teinture et dans l’alimentation pour diabétiques. La vente de ces deux sous-produits, a calculé M. Watson, pourrait permettre à son usine de pouvoir produire de l’éthanol pour un coût direct de 1,13 dollars par gallon, ce qui est plus avantageux que l’éthanol fabriqué à partir du maïs américain (1,44 dollars) et qui est à peine plus cher que l’éthanol extrait de la canne à sucre brésilienne (0,95 dollar). « L’éthanol issu des arbres jouit d’un attrait particulier pour les pays qui ont beaucoup d’arbres et qui importent des carburants fossiles comme la Nouvelle-Zélande et la Suède ».

Parce que les saules poussent rapidement et peuvent même prospérer sur des sols pauvres en nutriments, la technologie de BioJoule pourrait aussi être utilisée dans d’autres parties du globe où il y a une forte demande en énergie mais où le sol n’est pas favorable aux cultures destinées à l’alimentation. M. Watson pense à la Chine et à l’Inde qui sont des pays prometteurs.

Un autre pays en faveur de l’éthanol cellulosique est la Suède qui se repose massivement sur des biocarburants liquides et solides fabriqués à partir du bois dans le cadre de son plan dont l’objectif est de réduire sa dépendance au pétrole d’ici 2020. Mais alors que les Néo-zélandais favorisent les saules, les Suédois préfèrent les peupliers, car ils sont abondants et leur biologie est bien connue, explique Mats Johnson de SweTree Technologies, basé à Umea dans le nord de la Suède.

Même si l’on trouve le bon cocktail d’enzymes, des sceptiques affirment que l’éthanol issu des arbres aura toujours plusieurs problèmes à surmonter. En particulier parce que les arbres sont plus longs à pousser que l’herbe ou les cultures destinées à l’alimentation ; il serait donc plus logique de faire de l’éthanol cellulosique à partir d’herbes qui poussent rapidement ou des restes des cultures destinées à l’alimentation. Certains écologistes s’inquiètent qu’ayant lutté pendant des années pour protéger les forêts de la surexploitation, la demande de biocarburants puisse réduire leurs efforts à néant.

Et maintenant, de l’éthanol à la Frankenstein

Une idée est de créer de nouveaux arbres à croissance rapide pour enrayer le problème, soit à travers une reproduction choisie, soit en les modifiant génétiquement. Une équipe dirigée par Vincent Chiang, biologiste à l’Université de Caroline du Nord, travaille actuellement sur la production d’éthanol à partir d’arbres génétiquement modifiés grâce au financement du ministère américain de l’Agriculture. « Nos résultats préliminaires mettent clairement en évidence que le bois transgénique permet de faire des économies radicales pour produire de l’éthanol », explique le Dr. Chiang.

Cependant, Steven Strauss, biologiste spécialiste des forêts à l’Université de l’Oregon, avance qu’en raison de la grande diversité génétique des saules et des peupliers, des modifications génétiques pourraient être inutiles. En examinant les variétés existantes, il doit être possible d’identifier celles qui conviendraient le mieux à la production d’éthanol.

La production traditionnelle et le clonage sont très efficaces quand il y a une telle variété d’espèces et d’hybrides à sélectionner, dit-il, mais la moindre régulation d’organismes génétiquement modifiés nécessite des technologies très coûteuses et énormément de temps.

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