Bioraffineries : panorama et développement 19/10/2010 ADEME 1 PANORAMA ET POTENTIEL DE DEVELOPPEMENT DES BIORAFFINERIES - OVERVIEW AND POTENTIAL OF DEVELOPMENT OF BIOREFINERIES Octobre 2010 Contrat n° 1001C0005 Etude réalisée pour le compte de l’ADEME par Hugues de CHERISEY, Consultant Coordination technique : Hilaire BEWA, Département Bioressources Direction Productions et Energies Durables – ADEME Angers
1. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010PANORAMA
ET POTENTIEL DE DEVELOPPEMENT DES BIORAFFINERIES - OVERVIEW AND
POTENTIAL OF DEVELOPMENT OF BIOREFINERIES Octobre 2010 Contrat n
1001C0005 Etude ralise pour le compte de lADEME par Hugues de
CHERISEY, Consultant Coordination technique : Hilaire BEWA,
Dpartement Bioressources Direction Productions et Energies Durables
ADEME AngersADEME 1
2. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010 LADEME
en bref : LAgence de lEnvironnement et de la Matrise de lEnergie
(ADEME) est un tablissement publicsous la tutelle conjointe du
ministre de lEcologie, de lEnergie, du Dveloppement durable et
delAmnagement du Territoire et du ministre de lEnseignement
Suprieur et de la Recherche. Elleparticipe la mise en uvre des
politiques publiques dans les domaines de lenvironnement, de
lnergieet du dveloppement durable. Lagence met ses capacits
dexpertise et de conseil disposition desentreprises, des
collectivits locales, des pouvoirs publics et du grand public et
les aide financer desprojets dans cinq domaines (la gestion des
dchets, la prservation des sols, lefficacit nergtique et lesnergies
renouvelables, la qualit de lair et la lutte contre le bruit) et
progresser dans leurs dmarchesde dveloppement durable.
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dinformationde luvre laquelle elles sont incorpores, sous rserve,
toutefois, du respect des dispositions desarticles L 122-10 L
122-12 du mme Code, relatives la reproduction par
reprographie.ADEME 2
3. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010
SOMMAIRERESUME
..............................................................................................................................................5Abrviations
et sigles
.......................................................................................................................6I-
INTRODUCTION ET OBJET DE LETUDE
...................................................................................8
I.1 CADRE GENERAL DE LETUDE
...............................................................................8
I.2 - BIORAFFINERIE, BIORAFFINAGE ET CHIMIE DU VEGETAL
..............................8 I.3 PRINCIPALES CONCLUSIONS DE
LETUDE MENEE EN 2005 ........................ 11 I.4 LEVOLUTION DU
CONTEXTE GENERAL DEPUIS 2005 ..................................
12II - ANALYSE PAR FILIERE
...........................................................................................................
14 II.1 - LES FILIERES DE LAMIDON
.................................................................................
14 II.1.1 - ESPECES BOTANIQUES, ORIGINES ET VARIETES CULTIVEES
............ 14 II.1.2 COMPOSITION DES RECOLTES
...................................................................
16 II.1.3 IMPORTANCE AGRICOLE ET PRINCIPAUX PAYS PRODUCTEURS ......
17 II.1.4 DESCRIPTION DES FILIERES AMIDON
....................................................... 25 II.1.5
LES PRINCIPAUX PRODUITS DES FILIERES AMIDON
............................ 32 II.1.6 - FORCES, FAIBLESSES,
PERSPECTIVES DES FILIERES FRANAISES 47 II.1.7 - RECOMMANDATIONS
.....................................................................................
49 II.2 - LES FILIERES DU SUCRE
......................................................................................
50 II.2.1 - ESPECES BOTANIQUES, ORIGINES ET VARIETES CULTIVEES
............ 50 II.2.2 COMPOSITION DES RECOLTES
...................................................................
50 II.2.3 IMPORTANCE AGRICOLE ET PRINCIPAUX PAYS PRODUCTEURS ......
51 II.2.4 DESCRIPTION DES FILIERES SUCRE
......................................................... 54 II.2.5
LES PRINCIPAUX PRODUITS DES FILIERES SUCRE
.............................. 62 II.2.6 - FORCES, FAIBLESSES,
PERSPECTIVES DE LA FILIERE FRANAISE . 67 II.2.7 - RECOMMANDATIONS
.....................................................................................
68 II.3 - LES FILIERES DES HUILES VEGETALES
........................................................... 69
II.3.1 - ESPECES BOTANIQUES, ORIGINES ET VARIETES CULTIVEES
............ 69 II.3.2 COMPOSITION DES RECOLTES
...................................................................
70 II.3.3 IMPORTANCE AGRICOLE ET PRINCIPAUX PAYS PRODUCTEURS ......
73 II.3.4 DESCRIPTION DES FILIERES HUILES VEGETALES
................................ 75 II.3.5 LES PRINCIPAUX PRODUITS
DES FILIERES HUILES VEGETALES ...... 79 II.3.6 FORCES, FAIBLESSES,
PERSPECTIVES DE LA FILIERE FRANAISE 97 II.3.7 RECOMMANDATIONS
....................................................................................
98 II.4. - LES FILIERES LIGNOCELLULOSIQUES
............................................................ 99
II.4.1 - ESPECES BOTANIQUES, ORIGINES ET VARIETES CULTIVEES
............ 99 II.4.2 COMPOSITION DES RECOLTES
.................................................................
102 II.3.3 IMPORTANCE AGRICOLE ET PRINCIPAUX PAYS PRODUCTEURS ....
105 II.4.4 DESCRIPTION DES FILIERES LIGNO-CELLULOSIQUES
....................... 110 II.4.5 PRINCIPAUX PRODUITS DES FILIERES
LIGNO-CELLULOSIQUES ..... 119ADEME 3
4. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010 II.4.6
- FORCES, FAIBLESSES, PERSPECTIVES DE LA FILIERE FRANAISE 132
II.4.7 - RECOMMANDATIONS
...................................................................................
134III QUELQUES BIOMOLECULES COMMUNES A PLUSIEURS FILIERES
......................... 135 III.1 - LETHANOL
...........................................................................................................
135 III.1.1 OBTENTION DU BIOETHANOL
..................................................................
135 III.1.2 LA PRODUCTION DE BIOETHANOL DANS LE MONDE
........................ 136 III.1.3 LES DERIVES DE LETHANOL
...................................................................
141 III.2 - LACIDE LACTIQUE
.............................................................................................
143 III.3 - LE 1,3 PROPANEDIOL
(C3).................................................................................
146 III.4 LES ISOPRENOIDES ISSUS DE FERMENTATION
......................................... 148 III.4.1 - LA
PRODUCTION DISOPRENE
..................................................................
148 III.4.2 LA PRODUCTION DE TERPENES BIOCARBURANTS
........................... 149 III.5 - BUTANOL, ISOBUTANOL,
ISOBUTENE
........................................................... 151IV -
ELEMENTS TRANSVERSAUX
.............................................................................................
155 IV.1 LE DEVENIR DES TOP 10 BUILDING BLOCK CHEMICALS DE 2004
......... 155 IV.2 - SUBSTITUTION AUX PRODUITS FOSSILES, HOMOLOGIE,
ANALOGIE ... 159 IV.3 LIMPORTANCE DES PARTENARIATS INDUSTRIELS
................................. 160 IV.4 - BIOTECHNOLOGIES ET
BIORAFFINERIES.....................................................
163 IV.4.1 LES OUTILS DES BIOTECHNOLOGIES BLANCHES
............................. 163 IV.4.2 ROLE DES BIOTECHNOLOGIES
DANS LES PROJETS EN COURS .... 171 IV.4.3 LES BIOTECHNOLOGIES
VERTES ............................................................
173 IV.4.4 CONCLUSIONS : BIOTECHNOLOGIES ET BIORAFFINERIES
............. 177 IV.5 BIOCARBURANTS ET CHIMIE DU
VEGETAL................................................. 178 IV.6
RISQUES ET BESOINS DE POLITIQUES PUBLIQUES
................................. 179 IV.7 EUROPE, USA, BRESIL,
ASIE
...........................................................................
181 IV.8 DEVELOPPEMENT ET FACTEURS CLES DE SUCCES DES
BIORAFFINERIES......................................................................................................................
182V SYNTHESE ET CONCLUSIONS
...........................................................................................
187 V.1 - SYNTHESE GENERALE
.......................................................................................
187 V.II - RECOMMANDATIONS
..........................................................................................
190ANNEXES
.......................................................................................................................................
192 SCHEMAS DE FILIERE
..................................................................................................
192 DESCRIPTIF SUCCINT DENTREPRISES
...................................................................
198 ENTREPRISES DE LAMONT DE LA FILIERE
........................................................ 199
AGRO-INDUSTRIE ET PREMIERS TRANSORMATEURS DE BIOMASSE ......... 201
INDUSTRIE CHIMIQUE ET PETROLIERE
............................................................... 207
ENTREPRISES DE BIOTECHNOLOGIES
................................................................
214ADEME 4
5. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010
RESUMELe dveloppement des bioraffineries et de la chimie du vgtal
sest acclr depuis lapremire version de cette tude, ralise il y a
cinq ans.Les filires cralires, betteravires et olagineuses sont
parfaitement structures. Il en est demme de celles qui
approvisionnent les usines de pte papier. Les autres
filiresdapprovisionnement en biomasse lignocellulosiques sont en
revanche encore dans leur phasede dveloppement.Si lamont de ces
diffrentes filires reste bien identifi, chacune conservant toutes
sesspcificits, les secondes transformations gnrent des molcules
plateformes communes quisont lorigine des mmes drivs.Les
biotechnologies blanches connaissent un essor rapide, favoris par
le dveloppement desoutils de bioinformatique et de tri haut dbit.
Les changements dchelle restent cependantlongs et coteux et les
ralisations industrielles sont encore en nombre limit, hormis dans
ledomaine du biothanol et du biodiesel de premire gnration.Le
dveloppement de plusieurs molcules plateformes avait t anticip par
les experts.Certaines prvisions se sont rvles correctes (glycrol,
sorbitol, acide succinique) maisdautres molcules tardent tre
produites avec des procds innovants (3-HPA, acidelevulinique,
furanes). A linverse, on assiste des dveloppements "imprvus" de
projetsindustriels de fabrication par fermentation de terpnes et de
butanol ou de conversion chimiquedu biothanol en thylne et dans ses
drivs.Il est recommand en conclusion de soutenir le dveloppement de
la chimie du vgtal ensappuyant sur les ralisations industrielles
engages, y compris celles associes auxbiocarburants de premire
gnration. Les filires franaises et europennes ont certainsavantages
concurrentiels quil convient de valoriser dans un petit nombre de
projets dambitionsuffisante. EXECUTIVE SUMMARYThe development of
biorefineries and of plant chemistry has accelerated its
development sincethe first version of this study, done in 2005.The
French cereal, sugarbeet and oilseeds production chains are
remarquably organized as theones which supply the pulp industry.
The other production sectors of lignocellulosic biomass arestill in
the steps of development.If each crop production sector is still
well delimited with all its own specificities, the
secondaryprocessing steps generate identical building block
molecules which in turn generate the samederivatives.White
biotechnologies show a rapid development at laboratory scale,
enhanced bybiocomputing and high throughput screening tools.
Nevertheless, upscalings are still long andexpensive. Therefore,
industrial implementations are not so numerous with the exception
of theones of production of first generation biofuels.The
development of several building blocks molecules was anticipated by
experts. The factshave shown that some of the predictions were
correct (glycerol, sorbitol, succinic acid) but othermolecules are
still expecting innovative production process (3-HPA, levulinic
acid, furans). Onthe contrary some inexpected projects take place
of industrial production through fermentationprocess of terpens,
butanol or chemical conversion of ethanol into ethylene and its
derivatives.As a conclusion, it is recommended to support the plant
chemical development by sustainingindustrial enterprises including
the ones producing first generation biofuels. The french
andtheeEuropean agricultural, forestry and industrial chains have
some competitive advantadges tobe appreciated trough a small number
of ambitious projects.ADEME 5
6. Bioraffineries : panorama et dveloppement
19/10/2010Abrviations et siglesACDV : Association de la Chimie du
Vgtal (France),ADN : acide dsoxyribonuclique (molcule support du
code gntique)AGPM : Association Gnrale des Producteurs de MasASA :
Alkenyl Succinyl AnhydrideBDO : 1,4 ButanediolCA : chiffre
daffaires,CE : Commission europenne,CEDUS : Centre dEtudes et de
Documentation du SucreCEFIC : Conseil Europen de lIndustrie
ChimiqueCEPI : Confdration europenne des industries papetires
(Confederation of European PaperIndustries)CETIOM : Centre dEtudes
Techniques des Olagineux MtropolitainsCGB : Confdration Gnrale des
planteurs de Betterave,DHA : dihydroxyactone : euro(s),FAO : Food
and Agriculture Organisation Organisation pour lAlimentation et
lAgricultureFCBA : Institut Technique Fort Cellulose Bois
Ameublement (France)FDCA : acide 2,5-furan dicarboxyliqueFEDIOL :
Fdration europenne de lindustrie des huiles et tourteaux.FOP :
Fdration franaise des producteurs dolagineux et de protagineuxHMF
:3 HPA : acide 3-hydroxypropionique (3-hydroxypropionic acid)IFP :
Institut Franais du PtroleINRA : Institut National de la Recherche
Agronomique (France),ha : hectare(s),hl : hectolitre(s)K : "kilo" =
x 1000, K = x 1000 , Kha = 1000 hectares, etc.M : million(s), Mt =
millions de tonnes, Mha = millions dhectares, etc.ms, m.s. = matire
scheMPG : mono propylne glycol (= 1,2 propanediol)OGM : organisme
gntiquement modifiONF : Office National des Fortspdm : parts de
marchPDO : 1,3 propanediolPHA : PolyhydroxyalcanoatesPLA : Poly
Lactic Acid = polymre dacide lactiquePME : Petites et Moyennes
EntreprisesPNNL : Pacific Northwest National Laboratory (USA)q, qx
: quintal, quintaux,SNPAA : Syndicat National des Producteurs
dAlcool Agricole (France)t : tonne (s)ADEME 6
7. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010THF :
ttrahydrofuraneUCFF : Union de la Coopration Forestire Franaise$ US
: dollar(s) des Etats-Unis dAmrique.UE : Union europenne.UIC :
Union des Industries Chimiques (France).USDA : United States
Department of Agriculture (Ministre de lAgriculture des Etats
Unis)US DOE : United States Department of Energy (Ministre de
lEnergie des Etats Unis)USIPA : Union des Syndicats des Industries
des Produits Amylacs et de leurs drivs (France)ADEME 7
8. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010I-
INTRODUCTION ET OBJET DE LETUDEI.1 CADRE GENERAL DE LETUDECette
tude vient mettre jour un travail similaire ralis en 2005.
Lobjectif avait t de raliserun panorama du secteur des
bioraffineries en lapprochant par lanalyse des filires
vgtalesdveloppes dans notre pays. Celles-ci avaient t identifies en
2005 de la faon suivante :bl et mas, betterave, colza, tournesol,
coproduits de la papeterie.En 2010, lexercice est rpt, avec
quelques modifications. Les filires sont dsormaisidentifies par
leur composant dintrt majeur. Seront donc traites les filires
"amidon","sucre", "huiles vgtales" et "matires
lignocellulosiques".Comme on le verra, cette approche par matire
premire vgtale prsente lavantage depermettre de bien identifier la
ressource. Toutefois, de plus en plus,"ltanchit" entre lesfilires
nest plus respecte : certains intermdiaires de synthse de la chimie
peuvent treobtenus dans leur forme biosource aussi bien partir du
glucose issu des filires amidon quedu saccharose des filires sucre
et, demain, de la cellulose des filires lignocellulosiques.
Danscertains cas, le glycrol issu des huiles vgtales peut tre un
prcurseur de molcules pouvanttre aussi obtenues galement par
fermentation du glucose. On observe ainsi une volution duconcept de
bioraffinerie. Originellement positionnes en aval dune filire
unique, ellesdeviennent et deviendront peu peu des industries
valorisant diffrentes sources debiocarbone disponibles localement
au meilleur prix (et offrant les garanties dtre
doriginerenouvelable).Lapproche par lamont et par les filires
vgtales privilgie le regard des producteurs et despremiers
transformateurs de biomasse au dpend de celui port sur les marchs.
Nousinsistons nouveau, comme en 2005, pour que le modle dtude
prsent ici soit complt pardes analyses prcises des besoins des
diffrents marchs actuels ou potentiels des bioproduitset de leur
prospective dvolution.Le territoire de ltude est avant tout la
France en ce qui concerne la description de dtail desfilires, les
conclusions et les recommandations formules. Le regard a cependant
cherch tre beaucoup plus large en matire dinvestigations sur les
projets industriels en cours.Dautres pays dEurope, les Etats-Unis
et le Brsil retiennent ainsi lattention. Le cadre limitdune telle
tude ne permet gure de rechercher une information prcise sur
lesdveloppements en cours en Asie, o de nombreux projets sont des
stades parfois avancs.I.2 - BIORAFFINERIE, BIORAFFINAGE ET CHIMIE
DU VEGETALLe mot "bioraffinerie" a fait couler beaucoup dencre et
mobilis les rflexions de nombreusesspcialistes avant que des
dfinitions collectives puissent tre proposes. De faon
simplifie,nous pouvons considrer que la bioraffinerie est un
ensemble industriel, localis sur unmme site, qui traite et raffine
des produits issus de la biomasse, en analogie avec lesraffineries
ptrolires qui traitent et raffinent les produits ptroliers.La
"chimie du vgtal ", est selon lassociation de la chimie du vgtal
(ACDV) franaise, la"chimie fonde sur lutilisation de ressources
vgtales", au sens de la valorisation et de latransformation par
lindustrie chimique de matires premires vgtales.Le terme de
"bioraffinage" est moins employ. Il peut se dfinir par la squence
dtapespermettent dobtenir des molcules ou des matriaux partir dune
biomasse brute. Il comportedes oprations de prtraitement et de
fragmentation de la biomasse, puis celles de conversionset
transformations successives, par des procds biotechnologiques ou
chimiques.ADEME 8
9. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010Si la
bioraffinerie est, dans son concept, concentre sur un site, le
bioraffinage peut ncessiterlintervention de plusieurs ateliers
pouvant tre loigns les uns des autres et appartenir desentreprises
et des acteurs industriels diffrents.La bioraffinerie, envisage
comme une mme entit industrielle, prend toute sa
pertinenceconomique quand sa gamme de produits comprend des
commodits et que les conomiesdchelles, comme loptimisation de la
logistique et des investissements permises par saconcentration,
deviennent des facteurs cls de sa comptitivit. Cette optimisation
conomiquepeut saccompagner dune optimisation environnementale,
incluant une minimisation des rejetsultimes et des consommations
dnergies et dautres intrants. Cette dernire est dautant
plusncessaire que bon nombre des bioraffineries actuelles
bnficient, directement ouindirectement, dincitations publiques
varies et se doivent en consquence dtre exemplairesen matire
denvironnement pour dmontrer leur valeur de modle.La bioraffinerie
est en concurrence avec la raffinerie ptrolire quand elle est
capable deproposer au march des molcules analogues dans leurs
proprits et dans leurs applications.Selon certaines visions du
concept de bioraffinerie, celle-ci doit tre capable de valoriser
ungrand nombre de matires premires diffrentes et de fabriquer de
nombreuses intermdiairesde synthse. Elle pourrait ainsi optimiser
son approvisionnement et ses productions en fonctiondes marchs, en
amont et en aval de ses activits. Cette sduisante flexibilit est
encore unobjectif plus quune ralit et elle implique des cots
dinvestissements en outil industriel et endveloppement qui peuvent
tre considrables, voire dans certains cas non rentables. On
peutrappeler ici que les raffineries ptrolires transforment
gnralement une qualit prcise debrut. Lindustrie de lalimentation
animale est un autre modle possible de comparaison carcelle-ci
valorise de multiples matires premires vgtales dans de nombreuses
formulesdaliments pour animaux. Ses procds sont toutefois beaucoup
plus homognes que ceuxdune bioraffinerie, seules les formules des
aliments (= des produits finis) tant modifies. Il estintressant de
constater que lindustrie de lalimentation du btail a volu dun modle
dusineservant tous les marchs de llevage vers une spcialisation des
sites par cible despceanimale, mettant en brche le modle de lusine
"traitant toutes les matires premirespossibles pour fabriquer tous
les produits possibles".On peut rappeler ici quelques unes des
diffrentes dfinitions de la bioraffinerie : Celle de Jens Borne :
"A biorefinery is an integrated system of interdependent processes,
which converts a set of renewable feedstock most effectively into
the actually most profitable portfolio of value-added products with
a minimal of external energy needs and practically no wastes and
emissions" que lon peut sessayer traduire ainsi : "Une
bioraffinerie est un systme intgr de procds interdpendants qui
convertit un ensemble de matires premires renouvelables, de la faon
plus efficace, en une gamme de produits valeur ajoute, avec un
minimum de besoins nergtiques externes et pratiquement aucun dchet
ni mission". Nous discuterons plus loin de lobjectif annonc de
minimiser les besoins en nergie externe qui nous parat parfois
porteur dune vision simpliste. Dans ltat des savoir faire actuels,
il semble pertinent dutiliser des bagasses de canne sucre ou des
liqueurs noires dusine de pate papier pour produire de lnergie.
Faut-il galement brler des pulpes de betteraves, des tourteaux de
colza ou des drches de bl pour viter tout prix dutiliser de lnergie
"extrieure" ou est-il plus pertinent de valoriser ces coproduits,
tous trs nutritifs, en alimentation animale ? La dfinition de J.
Sanders, adopte au sein du projet europen Biopol traite en ralit de
bioraffinage et non de bioraffinerie: "Biorefinery is the
sustainable processing of biomass into spectrum of marketable
products and energy". Elle peut sexprimer comme "la transformation
soutenable (ou "durable") de la biomasse en un ensemble de produits
commercialisables et en nergie".ADEME 9
10. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010 Celle
de W. Soetaert, qui nous parat la plus satisfaisante, a t adopte
dans le projet europen Euroview : "Integrated bio-based industries,
using a variety of different technologies to produce chemicals,
biofuels, food and feed ingredients, biomaterials (including
fibers) and power from biomass raw materials" : "des bio-industries
intgres, mettant en uvre diffrentes technologies pour fabriquer des
produits chimiques, des biocarburants, des produits alimentaires
pour lhomme et les animaux, des biomatriaux (y compris des fibres)
et de lnergie partir de matires premires de la biomasse".De lexamen
des autres dfinitions disponibles, nous retiendrons seulement
quelquefoisconcepts complmentaires : Celui de "cluster industriel"
autrement dit, la runion sur un mme site dindustries pouvant tre de
nature diffrente, selon les procds quelles mettent en uvre et les
produits quelles fabriquent. On parlera parfois dcosystme
industriel, les diverses entreprises prsentes sur le site se
fournissant de lune lautre en produits semi transforms ou en nergie
et mettant en commun des moyens de traitement des effluents. Un
exemple frappant en France est celui du site de Pomacle-Bazancourt.
Lanalyse particulire du groupe ptrolier Shell de 2007, qui
considrait - cette poque - la bioraffinerie comme la (simple)
addition dun atelier traitant la biomasse dans les raffineries de
ptrole !Les projets europens Biopol, Biorefinery Euroview et, plus
rcemment, Star Colibri, se sontattachs lister, cartographier et
classer les bioraffineries europennes et nord-amricaines.Nous ne
reconduirons pas ici lexercice qui est trs largement document. Une
vritabletaxonomie des bioraffineries a t dveloppe, en fonction des
matires premires quellesvalorisent. On distingue ainsi : La
bioraffinerie de crales (cereal biorefinery) qui valorise les
grains de crales et donc principalement leur amidon. Elle pourra
dans lavenir utiliser ventuellement la plante entire, devenant pour
certains une bioraffinerie de la plante entire (whole crop
biorefinery). La bioraffinerie des olagineux (oilseed biorefinery).
La bioraffinerie "verte" (green biorefinery) qui valorise des
matires premires riches en eau, de la betterave la pomme de terre
et au manioc mais aussi pour certains jusquaux plantes
originellement "fourragres". Ce "taxon" ne semble pas faire
lunanimit. Si les prtraitements de matire humide sont effectivement
particuliers, la pomme de terre et le manioc restent des cultures
amidonnires et la betterave ou la canne sucre des plante sucrires.
La bioraffinerie de matires lignocellulosiques (lignocellulosic
feedstock biorefinery), en prcisant si elle valorise des produits
forestiers (forest based) ou galement des pailles et des rafles de
crales, de rcoltes de cultures nergtiques et des dchets riches en
lignocellulose. La bioraffinerie de gaz de synthse (syngas) est
rattache un des taxons prcdents, suivant les matires premires
quelle utilise. Au-del du procd de Fischer Tropsch pour produire
des hydrocarbures partir de gaz de synthse, nous verrons que
quelques entreprises dveloppent des productions de biocarburants ou
dintermdiaires chimiques par fermentation microbienne de ces mmes
gaz.ADEME 10
11. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010I.3
PRINCIPALES CONCLUSIONS DE LETUDE MENEE EN 2005A lissue de ltude
prcdente, des conclusions avaient t nonces pour chaque filire.
Onpeut en prsenter ici une brve synthse, assortie de quelques
commentaires sur leur actualit,au risque de dflorer partiellement
ce qui va suivre : La grande rfrence prospective en chimie du vgtal
tait alors ltude 2004 de lUS DOE qui avait list 12 molcules
plateformes davenir. Un chapitre particulier (IV.1) sera consacr
commenter cette dmarche prospective et celles qui lui ont succd.
Les grands projets industriels de chimie du vgtal taient, lpoque,
peu nombreux. On citait alors surtout celui de Cargill (sur le PLA)
et celui de DuPont Tate and Lyle (sur re le 1,3 propanediol) comme
des aventures audacieuses. Les biocarburants de 1 gnration taient
pour leur part en plein dveloppement. On apprciait alors
unanimement leurs vertus. PLA et PDO biosourc se sont effectivement
dvelopps et semble offrir un rel potentiel de croissance sur leurs
marchs. La concurrence se met en place. Des filires industrielles
solides de production de biocarburants de 1re gnration se sont
construites et sont un des socles des autres gnrations de
bioraffineries venir. Les liens entre les grands chimistes franais
et lagro-industrie taient rduits. Si le dialogue a beaucoup
progress avec la cration de lAssociation de la Chimie du Vgtal, les
projets communs restent limits. Plusieurs partenariats se sont mis
en place entre notre agro-industrie et des industriels de la chimie
dautres nationalits. Nos filires cralires taient (et demeurent !)
solides, il leur manquait alors des projets industriels autour de
la production de molcules comme lacide lactique, succinique ou
levulinique. Si lacide lactique reste produit hors de France, notre
ptrolier Total investi sur ses drivs en Belgique. Deux entreprises
franaises abordent cette anne les productions commerciales dacide
succinique. Lacide levulinique reste en revanche une molcule
"gardant son avenir devant elle" mais sans encore rien de trs
visible, ni en France, ni ailleurs La sucrochimie paraissait alors
une science jeune, mritant dtre encourage. Les progrs des
biotechnologies ont modifi le paysage et fait merger de nouvelles
molcules plateformes comme lthanol ! Le saccharose apparat dsormais
plutt comme un substrat pour des fermentations quune molcule pour
les chimistes. Un grand nombre dtudes avaient t ralises sur la
valorisation des pulpes de betterave qui restaient prfrentiellement
utilises en alimentation animale. La situation a peu volu ce jour.
Le glycrol retenait lattention, car la France allait en devenir un
gros producteur. Il convenait damplifier les travaux sur la cration
de nouveaux dbouchs.ADEME 11
12. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010 La
France est effectivement devenue un gros producteur de glycrol. Les
dbouchs mergents en 2010 ne sont pas toujours ceux qui taient
envisags en 2005 mais le produit trouve ses marchs et ses drivs. Le
dveloppement dun biodiesel entirement dorigine vgtale, base desters
thyliques, semblait conceptuellement sduisant mais ntait en 2005
gure lordre du jour. Le dfi technologique reste important mais un
projet mobilisant toute la filire est engag. La filire papetire
franaise offrait de grandes ressources en savoir faire industriel
mais souffrait de la concurrence dautres continents. Le
dveloppement de la chimie de la cellulose paraissait porteur
davenir. Notre filire papetire souffre toujours. Elle est
majoritairement proprit de groupes trangers dont la recherche est
le plus souvent localise loin de France. Diffrents projets ont t
toutefois lancs dans notre pays sur la valorisation de la biomasse
lignocellulosique. Les marchs des drivs terpniques se dveloppent
mais la ressource franaise est insuffisante et doit tre complte.I.4
LEVOLUTION DU CONTEXTE GENERAL DEPUIS 2005En cinq ans, beaucoup
dvnements ont boulevers le paysage dans lequel sinscrit
ledveloppement des bioraffineries et de la chimie du vgtal.Les
politiques publiques en faveur de la lutte contre le changement
climatique se renforcentbien quelles naient pas encore trouv un
consensus international formel. La contribution larduction des
missions de gaz effet de serre est devenue une base de promotion de
toutprojet industriel dans la chimie du vgtal.Les cours de toutes
les matires premires ont montr ces dernires annes des
volatilitsextrmes, y compris en ce qui concerne les denres
agricoles.Lvolution chaotique des cours du ptrole a relanc lternel
dbat sur le "peak oil" sansencore permettre de le localiser
prcisment. Au del des difficults produire des prvisionsprcises, la
tendance lourde la hausse des cours se maintient.Les meutes de la
faim ont t gnre par la hausse brutale de matires alimentaires, le
plussouvent dimportation. Les conclusions qui ont suivi sont
parfois simplistes. Toute parcelleagricole du Nord emblave dune
culture non alimentaire contribuerait ainsi affamer lespopulations
du Sud quil faudrait continuellement approvisionner en bl et mas,
europen ou renord amricain, et en riz thalandais. Les biocarburants
de 1 gnration, prcdemmentencenss, ont t alors accuss dtre les seuls
coupables de la hausse des cours du mas etdu bl. Lintrt sest alors
dplac sur ce qui nexiste pas encore et quil donc est ais de
parerdonc de toutes les vertus : les biocarburants de seconde et
mme de troisimegnration !LEurope reste toujours aussi ferme au
dveloppement des OGM vgtaux alors que lessurfaces ensemences en
plantes gntiquement modifies dans le monde dpassent 7 fois
lasurface agricole de la France ! Les biotechnologies blanches pour
leur part connaissentdes dveloppements spectaculaires, sans
susciter dapprhension particulire.La crise conomique actuelle a des
consquences multiples : des entreprise souffrent etdiffrent ou
annulent des projets de dveloppement, y compris dans le domaine de
la chimie duvgtal. A linverse, les subsides publics se sont jusqu
maintenant massivement dversssur les projets connotation "verte",
incluant largement le dveloppement de biocarburants deADEME 12
13. Bioraffineries : panorama et dveloppement
19/10/2010nouvelle gnration. Des budgets de soutien colossaux ont
ainsi t mobiliss aux Etats-Unis.La nature et labondance des
informations disponibles ont fortement volu. La floraisondes
newsletters, des blogs et des documents mis en ligne la suite de
confrences a entrainune multiplication considrable des documents
accessibles en ligne, leur qualit et leur fiabilitrestant ingales.
En 2005, les projets taient encore majoritairement dans leur tape
conceptuelle. Les entreprises livraient volontiers leur vision
gnrale des pistes suivre. Aujourdhui, les investissements sont
engags, la concurrence est aux aguets et les industriels naiment
gure donner de dtails sur leurs travaux en cours. Les interviews
peuvent tre ainsi frustrantes mais souvent suivies par
lidentification en accs libre de plusieurs prsentations des mmes
interlocuteurs des congrs, des sminaires ou des sessions de
formation dtudiants. Leur contenu peut se rvler plus riche et plus
prcis que ce quils avaient accept dexpliquer lors dentretiens en
face face ou au tlphone. Tout cela nest en ralit que peu tonnant :
il est plus facile de dfinir la part de linformation que lon
accepte de diffuser et celle restant sous silence quand on prpare
et relit un PowerPoint, que lorsque lon rpond, " chaud" des
questions pouvant devenir indiscrtes.Si linformation qualitative
disponible sur Internet est toujours plus abondante,
linformationquantifie fiable est en revanche devenue
systmatiquement payante, des tarifs prohibitifspour les besoins
ponctuels dune tude comme celle-ci. Cette dernire comporte donc
moins dedonnes quantitatives sur les marchs et sur les prix que
celle de 2005. Quand les sources desinformations concernant les
prix et volumes ne sont pas indiques, cest que ces dernires sontle
fruit dun travail de recoupement et quelles sont assumes comme des
estimations parlauteur de cette tude.ADEME 13
14. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010II -
ANALYSE PAR FILIERENous tudierons successivement : Les filires de
lamidon, autrement dit celles issues du bl, du mas et des autres
plantes amylaces. Celles du sucre et donc de la betterave et de la
canne sucre. Celles des huiles vgtales issues des plantes
olagineuses. Les filires lignocellulosiques en y incluant les
coproduits de lindustrie de la pte papier.II.1 - LES FILIERES DE
LAMIDONLamidon est un polymre de glucose. Il est prsent dans les
organes de rserve denombreuses plantes, que ce soit dans leurs
graines (crales, mais aussi protagineux) ouleurs organes
souterrains, quils aient un statut de tige (tubercules de pomme de
terre) ou deracine (manioc, taro, patate douce, etc.).Lamidon
exploit par lindustrie amidonnire provient principalement du mas,
du bl, de lapomme de terre en France et dans les rgions tempres. Le
riz et le manioc sont les sourcesimportantes dans les rgions
tropicales.II.1.1 - ESPECES BOTANIQUES, ORIGINES ET VARIETES
CULTIVEESLes espces vgtales concernes prsentes en Europe sont donc
principalement le bl, lemas et la pomme de terre. Le pois a une
moindre importance.Le bl tendre (Triticum aestivum ; soft wheat en
anglais) est une gramine hexaplode, aumtabolisme photosynthtique en
C3 qui a t domestique au Proche Orient. Craleautogame, les varits
de bl sont gnralement des lignes pures. Des bls hybrides ont
tdvelopps mais leur utilisation ne progresse que lentement.
Signalons que le bl dur, utilispour la production de ptes ou de
semoule, est une autre espce (Triticum durum ; hard wheat)au gnome
ttraplode.Le bl existe sous forme de varits dhiver qui sont semes
lautomne et moissonnes ltsuivant et des varits de printemps, semes
cette mme saison et rcoltes quelques moisaprs. En France, les
varits de printemps, beaucoup moins productives, sont tout
faitmarginales mais elles peuvent dominer dans des pays lhiver
rigoureux comme le Canada oaussi dans certaines rgions
subtropicales, sans hiver suffisamment marque. Il existe en France
plusieurs centaines de varits inscrites au catalogue. Des 244
varits de bl tendre en multiplication en France en 2009, une
dizaine reprsente prs de 50 % des surfaces cultives. En dpit dune
slection active et performante qui permet aux varits rcentes de
dominer le march, la dure de vie de certaines varits peut tre trs
longue. En 2009, la varit Apache, inscrite en 1998 tait ainsi la
plus cultive alors que Soissons, inscrite en 1988, gardait encore
une place significative. Les semenciers leaders du march franais
sont les groupes Limagrain, RAGT, CC. Benoist, Florimond Desprez...
Le taux de renouvellement des semences de bl tendre naurait pas
dpass 49 % pour la campagne 2009-2010, plus de 50 % des semis tant
donc ralis partir des semences reproduites sur la ferme (dans les
annes 2000, le taux de renouvellement tait denviron 60 %).Le mas,
Zea mays (corn ou maize, en anglais) est une gramine diplode au
mtabolismephotosynthtique en C4, domestique au Mexique partir de la
tosinte. Cest une espcemonoque (= fleurs mles et femelles spares
sur la mme plante), pollinisationADEME 14
15. Bioraffineries : panorama et dveloppement
19/10/2010anmophile. Le mas est cultiv sous forme de varits
hybrides. Cest une plante annuelle,seme au printemps et rcolte
lautomne. Il existe de nombreuses classes de prcocit demas
permettant leur culture dans des conditions climatiques varies. Le
march des semences de mas est servi en France par le groupe
Limagrain (marques LG et Advanta), 19 % de parts de march en
2008-2009 ; Pioneer Semences (filiale de DuPont), 15.5 % pdm ;
Semences Dekalb (groupe Monsanto) 13.5 % pdm ; RAGT, 10.4 % pdm,
Caussade, 9.8 % pdm et une dizaine dautres socits. Loffre est
segmente et dynamique : 960 varits franaises et europennes sont
inscrites au catalogue dans notre pays, classes en 7 groupes de
prcocit ! Plusieurs varits waxy (= lamidon trs riche en
amylopectine) sont proposes la culture en France ainsi que des
varits "vuir" (= usage industriel spcifique, qui ne sont pas
commercialises mais rserves des productions contractuelles). Le mas
est une espce qui a fait lobjet de nombreuses modifications
gntiques (85 % des mas cultives aux USA sont OGM !).La pomme de
terre, Solanum tuberosum (potato en anglais) appartient la famille
dessolanaces, comme la tomate et laubergine. Elle a t domestique en
Amrique andine. Cestune plante ttraplode au mtabolisme
photosynthtique en C3 dont les tubercules permettentla
multiplication vgtative. Les varits commerciales sont des clones.
Ce sont les varits dites fculires qui sont utilises pour la
production damidon. Elles sont 17 commercialises en France en 2009,
principalement cultives dans le Nord et lEst de notre pays. La
transgnse a permis de dvelopper des varits rsistantes aux
herbicides et aux maladies et, plus important dans le cadre de
cette tude, de modifier la composition de lamidon (cf. II.1.2).Le
pois, Pisum sativum, (Pea en anglais) est une fabace, diplode et
autogame, probablementdomestique au Proche Orient et multiplie par
graines. Le pois est un protagineux et lecontenu de sa graine est
riche en amidon mais aussi en protines (23 % de la matire sche).Les
varits sont des lignes. Les surfaces en Pois franaises ont atteint
700 000 ha en 1993, la suite dune politique de soutien active de la
culture, dans le cadre de la PAC, pour diminuer la dpendance
europenne en tourteaux de soja dimportation pour lalimentation du
btail. Elles ont fortement baiss depuis, faute du maintien
dincitations suffisantes mais aussi en raison de problmes rcurrents
avec un champignon phytopathogne des racines. Mtabolisme
photosynthtique en C3 et C4 Pour chaque espce botanique brivement
dcrite, son mtabolisme photosynthtique estprcis. Le code C3 ou C4
dsigne le nombre de carbones du tout premier produit de la fixation
du CO 2mais, au-del de ce dtail biochimique, il indique une
performance de photosynthse et donc decroissance particulire. La
majorit des plantes fleurs ont un mtabolisme de photosynthse dit en
C3. La molcule deCO2 atmosphrique ragit avec un sucre en C5 pour
former deux molcules en C3 (3-P-Glycrate) quiseront par la suite
transformes en fructose (C6). Les tissus photosynthtiques et les
chloroplastes desfeuilles des plantes en C3 sont homognes. Dans les
plantes dites en C4, la fixation du CO2 atmosphrique se ralise dans
les cellulespriphriques des feuilles et produit de loxaloactate en
C4. Transform en malate, celui-ci migre vers lescellules plus
internes la feuille o il est convertit en pyruvate et en CO2 qui
alimente alors le cycle en C3classique. Ltape supplmentaire du
mtabolisme en C4 permet une plus grande performancedensemble de la
photosynthse par la compartimentation des ractions et la diminution
associe de laraction inverse quest la photorespiration. En
conditions favorables, les plantes en C4 ont des croissancesplus
rapides. Le mtabolisme C4 nest pas associ un groupe botanique
particulier mais on le retrouvechez plusieurs plantes cultives
(mas, sorgho, canne sucre, chanvre, Miscanthus) ou chez
desmauvaises herbes particulirement envahissantes (staires, panics,
digitaires, amaranthes). 13 A noter galement que la fixation de
lisotope de carbone C nest pas identique chez les plantesen C3 ou
C4, ce dont il faut tenir compte pour le suivi du carbone biosourc
dans les produits des filires 13correspondantes. Le sucre de canne
contient ainsi plus de C que celui de betterave.ADEME 15
16. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010Les
espces tropicales utilises pour la production damidon sont hormis
le mas -principalement le riz et le manioc.Le riz, Oryza sativa
(rice en anglais), est une gramine diplode
mtabolismephotosynthtique en C3, qui a t domestique en Extrme
Orient. Il est cultiv dans toutes lesrgions tropicales et une
partie des rgions tempres. Le riz est autogame. Les varits
sontgnralement des lignes pures mais plusieurs semenciers ont
dvelopp des varits hybridesF1, obtenues en valorisant un systme de
strilit mle cytoplasmique. Le gnie gntique est oprationnel sur le
riz depuis la fin des annes 1980 mais avec des applications grande
chelle encore limites. Le riz constitue une filire mineure en
France mais la socit Semences de Provence y commercialise 8
varits.Le manioc, Manihot esculenta, (cassava en anglais) est une
euphorbiace qui a tdomestique au Brsil. Ce sont les racines
tubrises qui sont riches en amidon. Le manioc est memultipli par
voie vgtative. Il a t introduit en Afrique ds le 16 sicle. Il sest
galementrpandu en Asie et constitue une des bases de lalimentation
traditionnelle dans de nombreusesrgions de la ceinture tropicale.
La farine de manioc, riche en amidon, est appele tapioca.II.1.2
COMPOSITION DES RECOLTESChez le mas, le bl et le riz, lorgane de
conservation est le grain. Celui-ci comprend un trspetit germe
riche en huile et en activits enzymatiques, des enveloppes fort
taux de celluloseet de protines et un tissu de rserve, lalbumen,
constitu majoritairement damidon.Lamidon des varits classiques de
bl ou de mas est compos 75 % damylopectine et 25 % damylose. Des
bls "waxy" 100 % damylopectine ont t dvelopps par lesslectionneurs
mais restent dune utilisation marginale. Les protines de lalbumen
de bl,gliadines et glutnines, ont des proprits dlasticit qui
permettent aux ptes de bl tendre delever lors de la panification.Il
existe des mas waxy rgulirement cultivs en France. Les
slectionneurs ont galementdvelopp des mas riches en amylose (avec
60 % damylose). Signalons galement les masriches en huile (8 % de
la matire sche) qui nont jamais connu de rel succs commercial.
Composition du bl, du mas et de quelques sous-produitsTeneurs Bl
mas Son Drches de "Corn Gluten Drches &en % du brut tendre de
distillerie de bl gluten de mas solubles de bl feed" distillerie de
mas < 7% > 7% amidon amidonHumidit 13.2 13.6 12.9 10 8.6 12.0
10.5 11.8Protines brutes 10.5 8.1 14.8 33.8 28.9 19.3 60.6
24.6Cellulose brute 2.2 2.2 9.2 9.2 5.6 7.5 1.1 7.3NDF* 12.4 10.4
39.6 37.9 25.3 33.8 2.3 31.4Matires grasses 1.5 3.7 3.4 6.5 5.1 2.7
2.5 3.9Cendres brutes 1.6 1.2 5 3.6 4.7 6.1 1.8 6.0Amidon 60.5 64.1
19.8 3.8 12.6 18.0 17.2 11.5Source : tables INRA de composition et
de valeur nutritive des matires premires*: le NDF (Neutral
Detergent Fiber) est un paramtre classique de mesure du taux de
fibres (lignine +cellulose + hmicelluloses + une partie des
pectines)ADEME 16
17. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010Les
tubercules de pommes de terre de varits fculires ont un contenu de
16 27 % dematire sche (dont 75 80 % est de lamidon).Les racines de
manioc ont typiquement la composition suivante : 70 % deau, 22 %
damidon,5 % de sucres, 1 % de protines, 1 % de fibres. Les
variations sont toutefois nombreusessuivant les varits et les
conditions de culture.II.1.3 IMPORTANCE AGRICOLE ET PRINCIPAUX PAYS
PRODUCTEURSII.1.3.1 - LE CLASSEMENT DES PAYS PRODUCTEURSPlante
rendement lev, pouvant tre cultiv dans les rgions tropicales comme
tempres,le mas est la crale dont la production mondiale est la plus
leve (820 Mt en 2008). LesEtats-Unis totalisent plus dun tiers des
rcoltes, la Chine un cinquime, suivie de loin parlUnion europenne
et le Brsil. Le bl et le riz suivent, quasiment galit de
tonnages.LUnion europenne est le premier producteur mondial de bl,
devant la Chine et lInde. Le rizreste une plante trs
majoritairement cultive en Asie, la Chine et lInde tant les
principauxproducteurs. Production de bl (tendre et dur), de mas
grain et de riz en 2005 et 2008 (Millions de tonnes) Bl Mas Riz
2005 2008 2005 2008 2005 2008 UE 27 135.4 150.3 63.2 62.5 2.7 2.6
Chine 97.4 112.5 139.4 166.0 180.6 191.9 Inde 68.6 78.6 14.7 19.3
137.7 148.3 USA 57.3 68.0 282.3 307.4 10.1 9.2 Russie 47.7 63.8 3.2
6.7 0.6 0.7 Canada 25.7 28.6 9.3 10.6 - - Ukraine 18.7 26.0 7.2
11.5 0.1 0.1 Australie 25.2 21.4 0.4 0.4 0.3 0 Pakistan 21.6 21.0
3.1 4.0 8.3 10.4 Turquie 21.5 17.8 4.2 4.3 0.6 0.8 Kazakhstan 11.2
12.5 0.4 0.4 0.3 0.3 Argentine 12.7 8.3 20.5 22.0 1.0 1.2 Egypte
8.1 8.0 7.1 6.5 6.1 7.3 Brsil 4.7 5.9 35.1 59.0 13.2 12.1 Thalande
0 0 3.9 3.8 30.3 30.5 Indonsie - - 12.5 16.3 54.2 60.3 Benglades
1.0 0.8 0.4 1.3 39.8 46.9h Vietnam - - 3.8 4.5 30.3 30.5 Monde
626.9 690.0 713.9 822.8 634.5 685.0 France 36.9 39.0 13.7 15.8 0.1
0.09 RFA 23.7 26.0 4.1 5.1 - - Italie 7.7 8.9 10.4 9.5 1.4 1.4 UK
14.9 17.2 - - - -Source : FAO - les pays sont classs suivant
limportance dcroissante de leur production de bl de 2008.ADEME
17
18. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010La
France est le premier producteur de bl et de mas de lUnion
europenne. Elle est suivie parlAllemagne pour le bl et par lItalie
en ce qui concerne le mas.ADEME 18
19. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010 Bl,
mas grain et riz dans quelques grands pays producteurs en 2008 .
Surfaces (millions dha) Production (millions t) Rendement (qx/ha)
bl mas riz bl mas riz bl mas rizFrance 5.5 1.7 0 39.0 15.8 0.1 71.0
92.9 54.3Italie 2.3 1.1 0.2 8.9 9.5 1.4 38.7 90.1 62.4RFA 3.2 0.5 -
26.0 5.1 - 80.9 98.1 -UK 2.1 - - 17.2 - - 82.8 - -Espagne 0.4 0.1
6.7 3.6 0.7 99.0 69.2Hongrie 1.1 1.2 0 5.7 9.0 0.0 50.2 74.7
43.5Pologne 2.3 0.3 - 9.3 1.8 - 40.7 58.1 -Roumanie 2.1 2.4 0 7.2
7.8 0.0 34.2 32.3 49.3UE 26.5 8.9 0.4 150.0 62.5 1.8 40.3 70.8Chine
23.6 29.9 29.5 112.5 165.5 193.3 47.6 55.6 65.6Inde 28.0 8.3 44.0
78.4 19.3 148.3 28.0 23.2 33.7USA 22.5 31.8 68.0 307.4 9.3 30.2
96.6Russie 26.1 1.7 0.2 63.8 6.7 0.8 24.5 38.6 46.0Canada 10.0 1.2
- 28.6 10.6 - 28.5 90.6 -Ukraine 7.1 2.4 0 25.9 11.4 0.1 36.7 46.9
NsAustralie 13.6 0.0 0.0 21.4 0.6 - 15.8 56.9 NsPakistan 8.5 1.1
3.0 21.8 3.2 12.1 24.5 36.1 35.2Turquie 7.6 0.6 17.8 4.3 0.8 23.5
72.0 75.7Kazakhstan 12.9 0.1 0.1 12.5 - 0.2 9.7 55.5 33.7Argentine
4.3 3.4 0.2 8.3 22.0 1.3 19.7 64.5 68.2Egypte 1.2 0.8 0.8 8.0 6.5
7.3 65.0 79.8 97.3Brsil 2.4 14.4 2.9 5.9 59.0 8.1 24.8 40.9
42.3Mexique 0.8 7.4 0 4.0 24.3 0.2 50.1 33.1 44.6Afrique du Sud 0.8
2.8 0.1 2.3 11.6 0.0 30.6 41.4 22.9Thalande - 1.0 10.2 0 3.8 30.5
10.0 39.3 29.8Indonsie - 4.0 12.3 - 16.3 60.3 - 40.8 49.0Monde
223.6 161.0 159.0 690.0 822.8 685.0 30.9 51.1 43.0Source : FAO Hors
UE, les pays sont classs suivant limportance dcroissante de leur
production en bl.Ces donnes peuvent diffrer de statistiques
nationales plus prcises car elles runissent les diffrentesespces et
types varitaux de bl (bl tendre, bl dur, dhiver, de
printemps).Pomme de terreLa rcolte mondiale de pomme de terre a t
de 314 millions de tonnes sur 18 millionsdhectares en 2008 (325 Mt
en 2005). LUnion Europenne est le plus gros producteur (61.6Mt),
suivie par la Chine (57 Mt), lInde (34.5 Mt), la Russie (29 Mt),
lUkraine (19.5 Mt) et lesUSA (18.7 Mt). En Europe, lAllemagne (11.4
Mt) devance la Pologne (10.5 Mt), les Pays Bas(6.9 Mt) et la France
(6.8 Mt).Le rendement moyen mondial est de 17.3 t/ha, de 13 t/ha en
Chine et de 28.9 t/ha pour lUnionEuropenne avec des valeurs plus
leves pour des pays comme lAllemagne et la France(44 t/ha). Ces
donnes de production ne doivent pas tre compares avec celles des
crales prsentes prcdemment : la teneur en matire sche des pommes de
terre varie en effet de 16 27 % en France alors quelle est de
lordre de 86-87 % pour une crale bien rcolte.Les surfaces de pomme
de terre en France sont denviron 150 000 ha et plutt stables.
Enrevanche, celles spcifiquement cultives avec des varits fculires
sont en baisse (27 000ha en 2005, 22 000 ha en 2009). Les
rendements de ces dernires restent bons 44 t par haen moyenne. 251
000 tonnes de fcule ont t fabriques en 2009. La crise des secteurs
dupapier et de la colle, utilisateurs damidon de pomme de terre
mais aussi la concurrence entreles amidons de bl et de pomme de
terre ont une incidence directe sur les surfacescontractualises
pour la production de varits fculires.ADEME 19
20. Bioraffineries : panorama et dveloppement
19/10/2010ManiocLes principaux pays producteurs de manioc sont le
Nigeria (45 Mt), la Thalande (28 Mt), leBrsil (27 Mt), lIndonsie
(22 Mt) et la Rpublique dmocratique du Congo (15 Mt), suivies parle
Ghana, le Vietnam, lInde, lAngola, etc. La production mondiale a t
en 2008 denviron 230millions de tonnes selon la FAO (pour une
surface totale de 18.7 millions dhectares). Lesrendements moyens
sont de 23.3 t brut/ha pour la Thalande, 17 t/ha pour le Vietnam,
14 t/hapour le Brsil et seulement 11.8 t/ha pour le Nigeria et 8
t/ha pour la RDC, avec une moyennemondiale de 12.5 t/ha. Ces
derniers chiffres sont peu significatifs car ils rassemblent
lesperformances de petites cultures vivrires et celles
dexploitations organises pour alimenter lesindustries de
transformation. Peu des pays producteurs de manioc se sont dots
dune filire et dune industrie amidonnire performante. Lindustrie
dextraction de lamidon est quasiment inexistante en Afrique, en
dehors du Nigeria et de lAfrique du Sud. En Amrique latine,
lextraction damidon reprsente une part minime de la production
totale de manioc (alors que la production damidon de mas y est
importante). En revanche, ds 2006, la Thalande utilisait 50 % de sa
production annuelle de racines de manioc pour en extraire quelque 2
millions de tonnes damidon dont la moiti tait export vers le Japon
et Taiwan. Les chiffres ont augment depuis.Les rcoltes des
diffrentes cultures prsentes ont des teneurs en matire sche et en
amidontrs diffrentes. Pour mieux apprcier les gisements potentiels
damidon que reprsententchacune des cultures prsentes, on peut se
livrer au calcul simple prsent dans les deuxtableaux ci-dessous
(qui ne tiennent pas compte des rendements dextraction) : Calcul
thorique de la production vgtale damidon suivant les espces %
Amidon Rcolte Monde Equivalent Rcolte Equivalent sur brut 2008 Mt
amidon Mt France 2008 Mt amidon MtBl 55-60 690 380-417 39
21.5-23.6Mas 62-64 823 510-527 15.8 9.8-10.1Riz 76 685 521 0.09
0.1Pomme de terre 18 314 57 6.8 1.2Manioc 22 230 51 0 0 Calcul
thorique de la production moyenne damidon lhectare % Amidon
Rendement brut t t amidon Rendement t t amidon sur brut moyen/ha -
monde / ha brut/ha France* / haBl 55-60 3.1 1.7-1.9 7.5 4.1-4.5Mas
62-64 5.1 3.2-3.3 9 5.6-5.8Riz 76 4.3 3.3 6 4.6Pomme de terre 18
17.3 3.1 4.4 7.9Manioc 22 12.5 2.8 - -* : donnes France dans des
scnarii de rendements plutt favorables.Ces rsultats sont indicatifs
et il faut se garder den tirer des conclusions htives car ils sont
lesmoyennes de donnes disparates. Ils montrent toutefois que le
gisement global est du mmeordre de grandeur pour les trois grandes
crales et trs infrieur pour le manioc ou la pommede terre.Avec un
rendement de 20 t/ha, une rcolte de manioc "contient" 4.4 tonnes
damidon. Lapomme de terre et le manioc offrent donc des bons
potentiels lhectare mais la rcolte, trsriche en eau, ne peut gure
voyager et se conserve mal. Elle doit donc tre traite
proximitimmdiate des zones de culture.ADEME 20
21. Bioraffineries : panorama et dveloppement
19/10/2010II.1.3.2 - LEVOLUTION DE LA CULTURE DU BLE ET DU MAS SUR
LE TERRITOIREFRANAISLes surfaces de bl et de mas grain ne montrent
gure dvolution ces dernires annes enFrance. Celles de bl varient
entre 4.5 et 5 millions dhectares alors que celles de mas grain
sepositionnent entre 1.3 1.4 millions dhectares, le total des
surfaces en mas atteignant entre2.85 et 3.2 millions dhectares
lorsque lon y inclut les surfaces de mas fourrage. Evolution rcente
des surfaces de bl tendre et de mas grain en France x 1000 ha 5 500
Bl tendre 5 000 4 500 4 000 3 500 3 000 2 500 Mas grain 2 000 1 500
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Source : Agreste Semences et ProgrsLes rendements moyens du mas
oscillent entre 85 et 95 quintaux par hectare, hors
accidentclimatique (anne 2003). En 2009, le rendement du bl a t de
77 quintaux par hectare. Lesdisparits rgionales restent trs
importantes (des maxima de 120 quintaux par hectare ont tatteints
dans le Bassin Parisien, alors que la rcolte a t dcevante dans le
Sud Ouest, entre45 et 70 quintaux par hectare).Les rendements de
ces deux cultures ne montrent plus dvolution rcente marque alors
quilsavaient rgulirement progress pendant de trs longues annes. On
considrait mme quetoutes les grandes cultures avaient, en tendance
lourde, des progressions linaires derendement dans notre pays.ADEME
21
22. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010
Evolution rcente des rendements de bl et de mas grain en France 100
Quintaux/ha Mas grain 95 90 85 80 75 Bl 70 65 60 1998 1999 2000
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Source : Agreste
Semences et ProgrsDes analyses rcentes de lvolution du rendement
des grandes cultures en France(prsentations lacadmie dagriculture
du 5 mai 2010) apportent les conclusions suivantes : La progression
moyen terme du rendement du mas se poursuit normalement selon les
chercheurs, en dpit de rsultats annuels en dents de scie, fonction
des conditions climatiques. Le rendement moyen du bl progresse en
revanche moins vite que "prvu". Les rendements actuels "devraient"
tre de 14 q/ha plus levs que ceux observs. Le progrs gntique se
poursuit toutefois mais on observe une baisse rgulire depuis 20 ans
des rendements des tmoins qui semble lie principalement deux
paramtres : Lvolution des itinraires techniques, sous la pression
de la PAC, avec la rduction des intrants (fumure azote, pesticides)
et lutilisation plus importantes de semences de ferme. Le
rchauffement des tempratures, dfavorable aux cultures dhiver alors
quil permettrait des amliorations de rendement des cultures de
printemps. Le bl dhiver serait donc une "victime" du rchauffement
climatique.ADEME 22
23. Bioraffineries : panorama et dveloppement
19/10/2010II.1.3.3 LES PERSPECTIVES DEVOLUTION FUTURE DES
PRODUCTIONS ETRENDEMENTS DU BLE ET DU MASA une chelle plus globale,
il est intressant dexaminer les volutions de la production de bl
etde mas. Laugmentation historique de la production mondiale de bl
avec la demande Source : Tereos Expos B. Chaud Colloque Panorama
IFP 2010 Daprs Merryl Linch, USDALa production mondiale de bl
poursuit sa progression alors que les surfaces emblaves
sontstables. Cest lintensification de la culture qui permet cette
croissance forte des rendements.Les prospectives ralises par les
nord-amricains propos du mas permettent de poser unautre regard sur
lavenir. Au del des progrs des pratiques agricoles et de la
slectionsemencire classique, des ruptures technologiques
peuvent-elles tre attendues quirepousseront le fameux "potentiel
agronomique" dune espce ? Evolution historique du rendement du mas
aux USA (en boisseaux par ha) Source : Tereos Expos B. Chaud au
Colloque Panorama IFP 2010 Daprs Accenture.ADEME 23
24. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010Les
nord-amricains rpondent sans hsitation cette question : il y aura
poursuite des progrset les ruptures technologiques viendront du
gnie gntique vgtal. Les premiers mas OGMtaient porteurs de
rsistances aux herbicides. Celles-ci ne permettent pas
damliorationdirecte des rendements mais facilitent les pratiques
culturales. Les rsistances aux insectes ontsuivi. Il est ds
maintenant, difficile de commercialiser une semence de mas aux
Etats-Unissans quelle soit porteuse de 2 ou 3 vnements de
transformation (un de rsistance unherbicide, un ou deux de
rsistance aux insectes). Ceci nest encore que lmergence
dunetechnologie qui pourra peu peu permettre de remodeler
significativement le mtabolisme desplantes cultives pour amliorer
notamment leur utilisation de leau et de lazote.En France et dans
une partie de lEurope, nous restons absents de ces
dveloppementstechnologiques et condamnons ainsi moyen terme la
comptitivit de notre agriculture parrapport celle des autres
continents. )Et les perspectives de progression que lui voit encore
lUSDA avec le dveloppement des biotechnologies : Source :
USDA.Notre agriculture vit une tape o elle se rationalise tant dun
point de vue environnementalquconomique. Cela est ncessaire mais il
faut se garder de sombrer dans lexcs, endiabolisant la productivit
(recherche dans tout secteur dactivit), rebaptise pour se
faire"productivisme".Il est en revanche trs risqu de pas explorer
les pistes biotechnologiques qui permettront unenouvelle croissance
des rendements, tout particulirement dans un contexte de
changementclimatique, pour faire produire plus des terres agricoles
plus rares (leurs surfaces diminuenttrs significativement chaque
anne dans notre pays, pour construire des btiments, des routeset
des parkings).ADEME 24
25. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010II.1.4
DESCRIPTION DES FILIERES AMIDONII.1.4.1 - SCHEMA GENERAL (voir
schma en annexe)Le schma gnral, focalisant sur les filires bl et
mas, est prsent en annexe 1. Les filiresbl, mas ou pomme de terre
non alimentaires sont historiquement des filires amidon,
partirdesquelles on peut obtenir du glucose et tous ses drivs. La
production de biothanol decrales se positionne part mais reste le
plus souvent dveloppe par des amidonniers.Les molcules produites ou
pouvant tre produites partir de lamidon sont extrmementnombreuses.
Le schma prsent est donc forcment simplifi et rducteur.II.1.4.2
EXTRACTION DE LAMIDONChaque espce vgtale est traite selon des
procds diffrents dont on peut rapporter iciquelques lments : Les
grains de bl sont tout dabord nettoys puis rduit en farine, comme
dans les procds de meunerie. Les coproduits de cette premire tape
sont les sons et les germes, ainsi spars sec. La farine est
humidifie et la pte obtenue est lave pour en extraire le gluten -
riche en protines - et les solubles de bl. Le mas, en revanche, est
trait par voie humide. Les grains nettoys sont mis tremper dans de
leau chaude contenant de lanhydride sulfureux pour tre ramollis.
Les eaux de trempage, riches en substances solubles (jusqu 60 g/l)
sont rcupres et destines soit la fermentation (on parle de "corn
steep"), soit enrichir les drches destines lalimentation animale.
Au trempage, succdent un premier broyage grossier et le dgermage.
Survient alors un broyage fin, suivi dun tamisage (sparation des
drches) et dune centrifugation qui permet dobtenir le lait damidon
dune part, les protines sous forme de gluten dautre part. Germes de
bl et de mas sont riches en huiles de qualit, valorises dans
lagroalimentaire. Les tourteaux associs lextraction de lhuile sont
utiliss en alimentation animale. La fcule de pomme de terre. Les
tubercules rceptionns et stocks sont lavs, rps et broys dans de
leau en prsence danhydride sulfureux. Une dcantation permet
dextraire les solubles et les protines. La pure damidon est alors
tamise, ce qui permet de sparer les pulpes. Le raffinage permet
dobtenir un lait de fcule partir duquel sont produites puis sches
des fcules natives ou modifies.II.1.4.3 LES GRANDS PRODUITS DES
FILIERES AMIDONOn peut ordonner les principaux produits de la faon
suivante : Les coproduits de lobtention de lamidon, issus des
organes et tissus de la plante et du grain ne contenant pas
damidon. Ce sont, pour le bl : les pailles du bl, riches en
lignocellulose, les sons, concentrs en fibres et en protines, les
glutens de bls, riches en protines.ADEME 25
26. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010 Pour
le mas, les coproduits sont : les pailles et rafles de mas, les
drches = corn gluten feed (coproduit dshydrat de lextraction de
lamidon par voie humide), le gluten de mas (corn gluten meal). Pour
la pomme de terre, les coproduits (80 000 t/an en France) sont :
des pulpes humides, surpresses ou dshydrates, des concentrs
protiques de pomme de terre, pouvant titrer 78 % de protines. Le
biothanol. Il est obtenu par une fermentation suivie dune
distillation dans des units industrielles spcifiques. Cette filire,
indpendante mais souvent mise en uvre par des amidonniers, fournit
les marchs de masse des carburants. Les coproduits de la production
de biothanol sont les drches de distillerie. Pour le mas, on
parlera de corn distillers, de solubles de mas ou de drches et
solubles de distillerie de mas. Il sagit des grains puiss auxquels
sont ajouts des solubles en quantits variables. Les amidons. Natifs
ou modifis chimiquement, ils ont de nombreuses applications
industrielles. Les drivs du glucose. Ils peuvent tre obtenus en une
ou plusieurs tapes, selon des transformations chimiques ou par
fermentation. Dans cette famille de produits, lorigine de lamidon
hydrolys en glucose (bl, mas ou pomme de terre) na plus aucune
consquence. Source : SyralII.1.4.4 INDUSTRIES CONCERNEESLa
transformation ou du mas du bl en molcules dintrt pour lindustrie
non alimentaire esteffectue par diffrentes industries :Les
amidonniers ont une activit ancienne de "bio raffinerie". Ils
savent extraire lamidon dubl, du mas ou de la pomme de terre et
valoriser ses coproduits. La grande majorit desamidonniers associe
une glucoserie lamidonnerie. Certains industriels ne transforment
pas leglucose tandis que dautres lui font subir des conversions par
ractions chimiques oubiologiques pour obtenir une gamme de molcules
plus ou moins diversifies.En France, les socits suivantes
exploitent des amidonneries ou des fculeries : er Cargill
(Haubourdin, Nord mas), groupe nord-amricain et 1 amidonnier
europen.ADEME 26
27. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010
Chamtor (Bazancourt, Marne bl). Fculerie Haussimont (Haussimont,
Marne - pomme de terre) dtenue majoritairement par le groupe
demballages familial franais Sphre. Roquette Frres (Beinheim, Bas
Rhin bl, mas ; Lestrem, Pas de Calais - bl, mas ; Vcquemont, Somme
pomme de terre ; Vic-sur-Aisne, Aisne - pois). Roquette me est le 2
amidonnier europen derrire Cargill. Syral - groupe Tereos
(Marckolsheim, Bas-Rhin - bl, mas ; Nesle, Somme - bl). me Syral
est le 3 amidonnier europen.Parmi les grands mondiaux du secteur,
on retrouve galement :ADM = Archer-Daniels-Midland Company (USA et
international), AVEBE (groupe hollandais,spcialiss dans lamidon de
pomme de terre), BENEO-Remy NV (Belgique spcialiste du rizet
filiale de lAllemand Sdzucker), Chemstar Products Company (USA),
China EssenceGroup Ltd. (Chine), China Sun Bio-Chem Technology
Group Co Ltd (Chine), GrainProcessing Corporation (USA), National
Starch (USA ,mais filiale du chimiste nerlandaisAkzo Nobel),
Penford Corporation, Riddhi Siddhi Gluco Biols Ltd. = RSGB (leader
en Inde,avec 25 % du march national Roquette a acquis 15 % de son
capital) et Tate and LylePlc.(UK).Les producteurs dthanol. Le
dveloppement de lthanol biocarburant a permis de fairecrotre une
industrie spcifique, qui se retrouve rattache des groupes sucriers
mais aussi des amidonniers. Les producteurs dalcool ou dthanol de
bl et de mas sont en France : Abengoa Bioenergy France qui
rassemble lespagnol Abengoa, des organismes collecteurs et la
filire mas (site de Lacq (64) - 120 000 t dagrments production de
200 000 t dthanol dont 160 000 tonnes partir de 500 000 t de mas,
les 40 000 t restantes tant dorigine vinique. Coproduit : 150 000 t
de drches). Brie Champagne Ethanol (Provins), une unit ancienne
encore en fonctionnement. Cristal Union, dans une unit mixte
crales-betteraves Bazancourt, dune capacit de 280 000 t (167 500 t
dagrments). Roquette (Site de Beinheim 95 Kt dagrments pour 160 Kt
de capacit de production). Tereos (Site de Lillebonne - agrments de
160 000 tonnes en 2010, pour une capacit de production de 240 Kt ;
site de Nesle).Les principales socits fabriquant des produits de
fermentation issus de la transformationchimique du glucose seront
cites lors de lexamen des molcules concernes. Il en sera demme des
socits fabriquant des bioplastiques base damidon,II.1.4.5 ECONOMIE
DE LA FILIEREII.1.4.5.1 Les paramtres de conversion standard
Production damidon : 1 t de bl 550 kg damidon + 200-230 kg dissues
+ 100 kg des solubles + 80 kg de gluten 1ha de bl 75 qx de grain
4.125 t damidon 1 t de mas 620-630 kg damidon + 40-50 kg de gluten
de mas (gluten meal) + 60-70 kg de germes + 190-200 kg de drches
"corn gluten feed". 1 ha de mas 90 qx de grain 5.625 t damidonADEME
27
28. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010
Production dthanol : 1 t = 12.65 hl 1 hl = 79.05 kg 1 t de bl 355 l
= 280 kg dthanol Pour le rendement moyen franais de 75 qx/ha : 1 ha
de bl = 26.5 hl = 2.1 t dthanol + 1.3 t de drches Pour un rendement
de 100 qx/ha : 1 ha de bl = 35.5 hl = 2.8 t dthanol + 1.7 t de
drches 1 t de mas 370 l = 290 kg dthanol Pour le rendement moyen
franais de 90 qx/ha : 1 ha de mas = 33 hl = 2.65 t dthanol + 2.75 t
de drches Pour un rendement de 100 qx/ha : 1 ha de mas 37 hl = 2.9
t dthanolII.1.4.5.2 Le march des cralesLe devenir des rcoltes
franaisesLa France est un important exportateur de bl et de mas,
sur des marchs o la concurrenceest forte. Parmi les consommations
intrieures, lalimentation animale reste le premierdbouch,
particulirement pour le mas. Bilan simplifi du march franais du bl
tendre 2008-2009 et prvisions 2009-2010 2008-2009 2009-2010Usages
Mt % Mt %Export grains 16,5 44 15,5 43 dont export grains vers pays
tiers 9,6 26 8,5 24 dont Export grains vers UE 6,8 18 6,9 19Export
farine 1,0 3 0,9 3Alimentation animale 5,2 14 5,4 15Panification
3,0 8 2,9 8Amidonnerie 2,6 7 2,8 8Biscuiterie 1,1 3 1,1 3Bio
carburant 0,8 2 1,2 3Malterie-ptisserie 0,9 2 0,9 2Divers et
reports 6,2 17 5,4 15Total production 37,1 100 36,1 100 Source :
FranceAgriMer, janvier 2010La part de lamidonnerie et du biothanol
dans les dbouchs du bl franais est passe de9 % en 2008-2009 (3.4
millions de tonnes) 11 % (4 millions de tonnes) en 2009-2010.Des 13
16 millions de tonnes de mas grain rcoltes en France chaque anne, 2
millionsenviron sont utilises par lamidonnerie et 500 000 t pour la
production de biothanol.Commerce mondial des cralesIl schange
environ 220 230 millions de tonnes de crales sur les marchs
internationauxmonde dont 110 140 millions de tonnes de bl (touts
types confondus).ADEME 28
29. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010En
2008-2009, les changes mondiaux de bl tendre ont atteint 117.7
millions de tonnes, lesUSA restant le premier exportateur (24.5
Mt), suivis par la Russie (19 Mt), lUnion Europenne(18 Mt), le
Canada (17.2 Mt), lAustralie (13.5 Mt) et lUkraine (8.2 Mt). Les
changes de mastraditionnellement moins importants, se sont
rapprochs de ceux du bl en 2007 (101 millionsde tonnes) avant de
rgresser en 2008 84 millions de tonnes. On attend entre 85 et
90millions de tonnes cette anne. Les principaux exportateurs sont
les USA (45 60 Mt selon lesannes), lArgentine (12 15 Mt) et le
Brsil (7 11 Mt). Source : AGPMLes prix du bl et du mas ont connu
des fortes variations ces dernires annes avec un picentre les ts
2007 et 2008. On est revenu, depuis fin 2008, dans des intervalles
de variationsprix plus habituels, entre 100 et 140 /t pour des
rcoltes rendues des ports franais. Evolution du prix des crales en
Europe Source : Tereos rapport annuel 2008-2009ADEME 29
30. Bioraffineries : panorama et dveloppement 19/10/2010 Source
: FOPEn dpit des hausses brutales de ces dernires annes, le prix du
bl (hors inflation) resteraitstructurellement la baisse, linverse
de celui du ptrole, ce qui est essentiel considrerpour les
applications dans la chimie des matires premires vgtales. Il
convient cependant derester prudent en ce qui concerne lavenir, la
hausse de la consommation en crales desgrands pays en dveloppement
et le dveloppement massif dusages non alimentaires pouvantmodifier
les quilibres tablis. Evolution compare des prix du ptrole et du
prix du bl Source : Tereos Expos B. Chaud aux journes IFP 2010
Daprs Morgan StanleyII.1.4.5.3 Les donnes spcifiques au secteur
amidonnierLa production mondiale damidon ou dquivalent amidon (pour
les produits directementtransforms dans les amidonneries) a t de 70
millions de tonnes en 2008, dont 75 % issu demas. Les Etats-Unis
dominent encore le march mais cest en Asie que les croissances
deloffre et de la demande sont les plus fortes.ADEME 30
