1

BILAN CARBONE DES BIOÉNERGIES

Agriculture

Forêt

Université négaWatt – Octobre 2018

Christian COUTURIER

2

• 1. Agriculture→ Rôle de la matière organique dans le sol

→ Impact de la méthanisation des fumiers et pailles sur le carbone des sols

→ Impact de la méthanisation des cultures intermédiaires

→ Comparaison avec le compostage

→ Impact de la méthanisation sur la MO labile

• 2. Forêt

Plan

3

L’AGRICULTURE

4Quel est le rôle de la matière organique dans les sols ? 1/3

• Stabilité de la structure du sol

• Mode d’assemblage des constituants du sol (agrégats)

• Stabilité = résistance de cette structure aux agents de dégradation

• Liée à la teneur en matière organique : formation des complexes organo-

minéraux stables et résistants (argilo-humique par exemple)

• Résistance à la compaction

• Compaction (passage des engins) : réduit la circulation des fluides dans le sol

• MO : augmente la résistance à la déformation et l’élasticité

La matière organique joue un rôle essentiel dans le bon fonctionnement des sols. Elle

contribue à assurer ses propriétés physiques, chimiques et biologiques.

5Quel est le rôle de la matière organique dans les sols ? 2/3

• Porosité du sol

• Vides occupés par l’eau et l’air

• Macroporosités (eau libre) : permet circulation des

fluides, implantation des racines

• Mésoporosités, microporosités : eau utilisables par

les plantes

• Réserve utile en eau : liée à la porosité et à la

teneur en MO

• Porosité : liée à la structure du sol donc influencée

par la MO

• Capacité d’échange cationique

• Pouvoir de fixation des cations (H+, Ca2+, Fe2+, Mg+,

K+, Na +, NH4+…) de la matière organique

• Complexes organo-minéraux = réservoir de cations

échangeables

Porosité d’un sol, en jaune (source : European atlas of soilbiodiversity, JRC 2010

6Quel est le rôle de la matière organique dans les sols ? 3/3

• Activité biologique conditionne :

• humification et formation de complexes argilo-

humiques

• défense des végétaux par la sécrétion de

substances antibiotiques ou fongicides

• mise à disposition pour les plantes des éléments

minéraux constitutifs (oxydation et chélation)

• décomposition et la transformation des matières

organiques

• fixation d’azote atmosphérique

• transfert d’eau dans les plantes

Quelques illustrations de la faune et flore du sol (source : European atlas ofsoil biodiversity, JRC 2010)

• Activité biologique conditionnée par quantité d’énergie disponible pour les êtres vivants hétérotrophes = matière organique labile

7Evolution de la matière organique

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

% d

e la

mat

ière

init

iale

Semaines

Fraction rapidement dégradable

Fraction moyennement dégradable

Fraction très lentement dégradable

Sucres

Polysaccharides

Protéines

Carbone organique soluble

Cellulose

Hémicellulose

Lignine

8

Impact de la méthanisation de fumiers et pailles sur la MO stable

9Impact de la méthanisation sur la MO stable

Safya Menasseri-Aubry dans « Place de la méthanisation dans la gestion de la matière organique à l’échelle de l’agrosystème », 16 Septembre 2016, SPACE

10Impact de la méthanisation sur la MO stable

Safya Menasseri-Aubry dans « Place de la méthanisation dans la gestion de la matière organique à l’échelle de l’agrosystème », 16 Septembre 2016, SPACE

11

Impact de la méthanisation de cultures intermédiaires

12Qu'est-ce qu'une culture intermédiaire ?

→Couverts végétaux / cultures intermédiaires / cultures en dérobé :

• éviter que le sol reste nu après la récolte :

• Réduire les phénomènes d'érosion,

• Réduire développement des mauvaises herbes (les adventices)

• Réduire lessivage des minéraux ;

• Améliorer la structure du sol et le stockage de carbone par leur système racinaire ;

• Augmenter la biodiversité

→CIPAN

• culture intermédiaire piège à nitrates)

• obligation dans certaines zones (zones vulnérables à la pollution azotée)

→CIVE

• cultures intermédiaires à vocation énergétique

• fonction supplémentaire de production de biomasse

→CIMS(E)

• Culture intermédiaire multi-services (environnementaux)

Une culture intermédiaire est une culture semée après la récolte de la culture annuelle

principale et qui remplit différentes fonctions agro-environnementales (piégeage de l'azote

résiduel, lutte contre l'érosion) ou économiques (production de biomasse récoltable).

13Quelle différence entre CIPAN et CIVE ?

→CIVE ou CIMSE : fonction supplémentaire de production de biomasse

• Différences :

• choix de variétés,

• techniques de semis,

• date d’implantation, de récolte, de fertilisation,

→Une CIVE ou CIMSE peut fréquemment atteindre voire dépasser 6 tMS/ha, tandis qu’un couvert implanté dans une logique CIPAN produit généralement de l’ordre de 1 à 2 tMS/ha.

→La CIMSE produit plus de biomasse racinaire que le CIPAN

→2 questions :

• Bilan carbone comparé sol nu / CIPAN / CIMSE

• Bilan carbone comparé CIMSE exportée / CIMSE laissée sur place

A la différence d'une CIPAN, une CIVE est implantée dans l’optique d'une récolte, son

itinéraire technique est raisonné de façon à maximiser la biomasse produite.

Photo Sylvain Marsac, ARVALIS, Semé avant le 15 juillet et avec une bonne

disponibilité en eau, le rendement du sorgho CIVE dépasse 6 t MS/ha.

14

Présentation S. Marsac

ARVALIS

15

Présentation S. Marsac

ARVALIS

17Gestion globale CIMSE et résidus de culture – échelle parcelle

Exemple du blé tendreRendements moyens annuels France, Afterres2050t MS / ha

18Comparaison de 3 scénarios

MtMS – pailles + CIMSE 2 0102 050 « CIMSE méthanisées »

2050« CIPAN »

Production 75 102 82

Abandon au champ 61 61 74

Prélèvements (pour fumier ou méthanisation) 14 41 7

Restitution (fumier + digestat de paille et CIMSE) 7 20 3

Total retour 68 81 78

dont MO stable 10 13 11

CO2 eq stocké (kt) 16 22 18

CO2 économisé par substiution (kt) 0 26 0

Total stockage + substitution 16 48 18

19

Impacts sur la MO labile

20

Energie disponible

0

1

1

2

2

3

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Matière brute Matière digérée

21Ce qui conditionne le stockage de carbone dans les sols

Augmentation

- Faible activité biologique : N peu

disponible, MO peu labile

- Sol sec

- Rendements élevés

- Non labour, travail simplifié

- Apport important de MO stable

- Exportations de MO limitées

Diminution

- Forte activité biologique (N disponible,

MO labile,

- irrigation

- Rendements faibles

- Travail du sol, labour

- Faible apport de MO stable

Pour augmenter le carbone des sols, il faut surtout diminuer les processus de

dégradation de la matière organique, et apporter de la matière organique stable

On ne peut pas avoir tous les facteurs positifs en même temps. Rendements élevés => N disponible

=> alimente process de dégradation de la MO du sol

Digestat : le process de décomposition est opéré hors champs (pas de phénomènes de faim d’azote), on

restitue la MO stable (qui va moins contribuer directement à l’activité biologique ; pas de priming

effect), et du N minéral qui va augmenter les rendements (et donc l’activité biologique indirectement)

L’effet global (modélisation SIMEOS/AMG) dépend de nombreux paramètres (type de sol, successions

culturales, itinéraires techniques) et il existe le plus souvent des solutions pour le rendre positif.

L’effet systémique importe plus que l’effet direct.

24

LA FILIÈRE FORÊT-BOIS

25La comptabilité bois de la forêt

La production biologique

→3 compartiments : le BFT, le BFB, le MB => total = le VAT

→donnée IFN : « bois fort tige » = 92Mm3 « bois rond sur écorce »

→« Bois fort branche » + menu bois = bois fort tige x facteur d’expansion (programme CARBOFOR)

→Pour le stock de carbone : ajouter les racines = BFT x facteur d’expansion des racines + le sol + la litière

→Production biologique nette : production brute – mortalité (environ 10% de la production brute)

Les prélèvements

→Comprend le volume récolté et le volume non récolté (dont les pertes d’exploitation)

La récolte

→EAB : BO, BI, et une petite partie du BE

→Hors EAB : presque exclusivement du BE

Les usages

→BO : grumes pour scieries, tranchage déroulage

→BI : trituration pour pâte à papier et panneaux de particules

→BE : bûche, plaquette

→Distinguer le « BO potentiel » du « BO effectif » (valeur commerciale réelle dépend du contexte)

26La forêt en 2016

Mm3 Bois fort tigeBois fort

branche

Menu

bois

Commercialisé (EAB) 37,5 XXX X

Autoconsommé 15 X X

Pertes d’exploitation 12,7 6 (10%) 6,7

Total prélèvements 64,7 45,5 12,5 6,7

Volume sur pied

Production biologique 138 92 46

Taux de prélèvement 47%49%

(F: 40%;R: 62%)

Données IFN / EAB

Données déduites

Données estimées

Sources:Mémento 2017, IGN : période 2007-2015, France métropolitaineProduction biologique bois fort tige : 92 Mm3 (59% feuillus) ; 5,7 m3/ha Prélèvements : 45,2 Mm3 ; bois mort 8,8 Mm3

Surface forestière : 16,9 Mha, +100.000 ha par an (+0,7% par an)

EAB : 2016

28Evolution de la récolte EAB – 70 ans

Mm3 bois rond sur écorce

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

1947 1952 1957 1962 1967 1972 1977 1982 1987 1992 1997 2002 2007 2012 2017

Boisénergiepourchauffage

Grumesdefeuillus

Boisénergiepourcarbonisa on

Grumesdeconifères

Boisdetritura on

Autresboisd'industrie

Lothar, 199949 Mm3

Klaus, 200940 Mm3

29Evolution de la récolte EAB – 15 ans

Mm3 bois rond sur écorce

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

2002 2007 2012 2017

Boisénergiepourchauffage

Boisénergiepourcarbonisa on

Grumesdefeuillus

Grumesdeconifères

Boisdetritura on

Autresboisd'industrie

Tendances :

• Récolte en légère augmentation

• BOBI : – 3,5 Mm3

• Energie + 5,5 Mm3

31Bois bûche

EAB : 8 Mm3 de BE dont 3 en bois bûche

Circuits non commerciaux : 14,5 Mm3

Total BE forêt : 22,5 Mm3

Consommation bois bûche : 23 Mm3 dont 64% provenant de la forêt

= 14,7 Mm3 de bois bûche provenant de la forêt

BE forêt : 22,5

EAB : 8

Bûche EAB : 3

Circuits non commerciaux : 14,5

Consommation bois bûche : 23

bois bûche forêt hots vendeurs professionnels : 14,7

Bûche = 90% de la consommation des ménages

Usagers bois énergie = 6,8 millions de ménages, -8% en 5 ans

Consommation par ménage : 6 stères, -20%

Consommation totale de bois énergie des ménages = 26 Mm3 eq., -23%

Granulés 2,5 Mm3 eq, +13%

Autres > 0,1 Mm3 eq

33

Bilan carbone actuel de la filière forêt-bois française

34Flux

PRODUCTION BIOLOGIQUE

BRUTE

148 MtCO2/anFLUX

(MtCO2/an)

1 m3 de bois ≈ 0,25 tC ≈ 0,85 tCO2

Volume aérien

Volume souterrain

Bois

fort

tige

35Flux

PRODUCTION BIOLOGIQUE

BRUTE

148 MtCO2/an

PRÉLÈVEMENTS

69

MORTALITÉ

15

PUITS BIOMASSE

VIVANTE

64

FLUX

(MtCO2/an)

1 m3 de bois ≈ 0,25 tC ≈ 0,85 tCO2

36Flux

PRODUCTION BIOLOGIQUE

BRUTE

148 MtCO2/an

RÉCOLTE

48

MORTALITÉ

15

PUITS BIOMASSE

VIVANTE

64

PERTES

21

PR

ÉLÈV

EM

EN

TS

69 M

tCO

2/a

n

FLUX

(MtCO2/an)

1 m3 de bois ≈ 0,25 tC ≈ 0,85 tCO2

37

MORTALITÉ

15PERTES

21

PUITS BOIS

MORT

10

PUITS

SOLS

7

ÉMISSIONS IMMÉDIATES

18

RÉCOLTE

48

Flux

PRODUCTION BIOLOGIQUE

BRUTE

148 MtCO2/an

PUITS BIOMASSE

VIVANTE

64

FLUX

(MtCO2/an)

1 m3 de bois ≈ 0,25 tC ≈ 0,85 tCO2

38

ÉMISSIONS IMMÉDIATES

43

Flux

PUITS BIOMASSE

VIVANTE

64

PUITS BOIS

MORT

10

PUITS

SOLS

7

ÉMISSIONS IMMÉDIATES

18

5

EMISSIONS FOSSILES ANNUELLES

450

FLUX

(MtCO2/an)

PRODUCTION BIOLOGIQUE

BRUTE

148 MtCO2/an

1 m3 de bois ≈ 0,25 tC ≈ 0,85 tCO2

PUITS

PRODUITS BOIS

39

ÉMISSIONS IMMÉDIATES

43

Flux

PUITS BIOMASSE

VIVANTE

64

PUITS BOIS

MORT

10

PUITS

SOLS

7

ÉMISSIONS IMMÉDIATES

18

PUITS TOTAL :

86 MtCO2/an

soit 19% des

émissions

fossiles

PUITS

PRODUITS

BOIS

5

EMISSIONS FOSSILES ANNUELLES

450

FLUX

(MtCO2/an)

40Stocks et flux

SOLS

5500

PRODUITS

BOIS

310

BIOMASSE VIVANTE

4400 BOIS MORT

400

STOCKS(en MtCO2)

FLUX(en MtCO2/an)

Puits biomasse

64

Puits sols

7

Puits

bois mort

10

Puits produits

bois

5

Émissions fossiles

450

AU SOL

SUR PIED

41Phénomènes de substitution

Récolte 43 MtCO2

(52 Mm3)

Bois d’œuvre

16 MtCO2

Bois d’industrie

12 MtCO2

Bois énergie

26 MtCO2

Sciages

8 MtCO2

Panneaux

5 MtCO2

Pâtes à papier

4 MtCO2

Connexes

Matériau

2 tCO2/tCO2

26 MtCO2 évitées

Energie

0,5 tCO2/tCO2

13 MtCO2 évitées

SUBSTITUTION

≈40 MtCO2 évitées

42

4

2

Comparaison des études

MtCO2/anCITEPA

2017IGN 2014

IGN/INRA

2017

ECOFOR

2015IGN 2014

IGN/INRA

2017

RCP 8.5

ECOFOR 2015

Horizon Actuel 2030 2050 2050 2100

Scénario

extensification

Stockage forêt 57 75 75 95 85 86 80 20

Total avec effet

substitution 60 - 115 125 - 123 105 25

Scénario dynamique

Stockage forêt 50 62 60 5

Total avec effet

substitution111 100 65

43

Impact d’une augmentation des prélèvements en forêt -modélisation

44Impact d’une augmentation des prélèvements en forêt

45Modèle de foresterie

-200,0

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1 000,0

1 200,0

0 50 100 150 200 250

tCO2 aérien / ha

chataignier_massif_central

46Modèle stocks et flux

Forêt

Atmosphère

Produits bois

Fossiles

PhotosynthèseRespiration,

décomposition

Récolte

Matériaux

Energie

Déchets

bois

Toutes

émissions

fossiles

Substitution

matériau et

énergie

47Exemple de modélisation

Situation

initiale :

forêt jeune

48Impact d’une augmentation des prélèvements en forêt

Source : Forêt et atténuation du changement climatique, Avis de l’ADEME (2015)

49

Comparaison de différentes stratégies de sylviculture –scénarios échelle France métropolitaine

50

5

0

• « Quel rôle pour les forêts et la filière forêt-bois dans l’atténuation au changement climatique ? », IGN / INRA, Juin 2017

Puits de carbone filière forêt-bois : IGN/INRA, 2017 [Rapport]

Scénario – avec « effet densité dépendance »

MtCO2/an en 2050Situation

actuelle

Extensific

ation

dynamiques

territoriales

Intensific

ation

Stockage dans les

écosystèmes

forestiers

80 102 75 50

Stockage dans les

produits bois0 -1 3 7

Évités par effet de

substitution40 34 48 64

TOTAL 120 136 126 121

IGN/INRA, 2014MtCO2

Stockage dans l’écosystème

GES évités par effet de substitution

Différences faibles en bilan global (puits + substitution) entre

DYNA et INT, et assez modérée entre EXT et DYN

Les différences s’atténuent lorsque les conditions deviennent

plus sévères (climat, incendies, tempêtes, maladies)

* dd : avec effet densité dépendance

0

20

40

60

80

100

120

2016-2020

2021-2025

2026-2030

2031-2035

2036-2040

2041-2045

2046-2050

EXT-actuel+dd

DYNA-actuel+dd

INT-actuel+dd

EXT-RCP8.5

DYNA-RCP8.5

INT-RCP8.5

Effet substitution énergie (BE) : 0,5 tCO2/m3

Effet substitution matériau (BO/BI) : 1,6 tCO2/m3

51Puits de carbone forestier : ONF/ECOFOR, 2015

Scénario sylviculture constante Scénario sylviculture dynamique

Mm3

MtCO2

Source : travaux exploratoires de J-L. Peyron, ECOFOR, in « Climat, Forêt,

Société – Livre Vert »,Y. Caulet, Nov. 2015

Production

Effet de

substitution

Puits de carbone

+

52

Les choix adoptés : Afterres2050, SNBC

53Filière bois : nouveaux matériaux, nouvelles énergies

Maté

riaux

Energ

ies

BO

BI

BE

54

BO BI BE

BEdérivésupplémentaire 11 3 7

BEactuel 10 4 20

BMsupplémentaire 3 5

BMactuel 10 8

0

5

10

15

20

25

30

35

40

BEdérivésupplémentaire

BEactuel

BMsupplémentaire

BMactuel

5

4

Bilan biomasse selon le projet de SNBC

Mm3 de bois26 Mm3 matériaux

55 Mm3 énergie

Dont 28 Mm3 BE dérivé de BM

BM = bois matériau

Dont :

BO = Bois d’œuvre

BI = Bois industrie

BE = bois énergie

Nota : la SNBC ne compte pas le bois énergie dérivé du BI dans la ligne « PCS » du tableau)

55

Récolte (Mm3) 2010 2016SNBC 2016

Afterres 2010

SNBC2050

Afterres2050

BO 21 19 22 29

BI 14 11 12 17

BE-EAB 5 819 35

BE-hors EAB 15

Total 53 48 53 83 81

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060

SNBC

A erres