Le bois est souvent cité comme exemple d'utilisation en cascade de la biomasse. Il est utilisé de manière séquentielle dans une série d'applications différentes avant d'être transformé en énergie.
Photo: FAO/ P. Johnson

Améliorer l'efficacité des ressources par une utilisation en cascade de la biomasse

La biomasse est une ressource naturelle qui possède de multiples usages concurrents : alimentation humaine, alimentation animale, matériaux et énergie. Les demandes d'une population mondiale en augmentation constante ne pourront jamais être satisfaites si cette ressource essentielle n'est pas utilisée de manière plus efficace et plus durable. De nombreux experts estiment dorénavant que la biomasse doit être exploitée par étapes séquentielles chronologiques d'utilisations matérielles. La fréquence et l'efficacité de ces étapes doivent ensuite être maximisées, l'étape finale (de récupération d'énergie) se produisant à la toute fin du cycle de vie du produit. Ce principe est appelé « utilisation en cascade ».

Qu'elle soit d'origine végétale, animale ou microbienne, la biomasse est basée sur la production primaire par photosynthèse. Dans ses applications matérielles, la biomasse peut servir soit de matière première pour la production de biens de toutes sortes, soit de composant direct dans les produits eux-mêmes. Cette contribution est ce qui distingue l'utilisation matérielle de la récupération d'énergie (au cours de laquelle la biomasse sert uniquement de source d'énergie) mais aussi de l'utilisation de la biomasse pour l'alimentation humaine ou animale. Il existe de nombreuses théories et de nombreux concepts traitant de l'utilisation en cascade de la biomasse. Ils sont généralement basés sur des interprétations différentes du mot « cascade ». Ces concepts couvrent de multiples aspects, qui vont des produits réparables et d'occasion à des combinaisons complexes de produits principaux, dérivés et accessoires, dans le cadre de ce que l'on appelle des cascades primaires et secondaires. Ce processus présente des points communs avec d'autres approches telles que l'économie circulaire ou le recyclage. Le terme « en cascade » peut également avoir des significations différentes selon le contexte. Tous ces concepts ont cependant un point commun : à un moment quelconque de leur déroulement, un produit au moins est utilisé comme matériau.

Définition de l'utilisation en cascade de la biomasse

La définition suivante de l'utilisation en cascade au niveau du produit a pour but de clarifier l'origine même des théories et des concepts existants :

  • La biomasse est utilisée en cascade lorsqu'elle est transformée en un bioproduit final et que ce produit final est utilisé au moins une fois de plus, que ce soit comme matériau ou pour produire de l'énergie.
  • L'utilisation en cascade de la biomasse est dite « à une étape » lorsque le bioproduit final est utilisé directement pour la production d'énergie.
  • L'utilisation en cascade de la biomasse est dite « à plusieurs étapes » lorsque la biomasse est transformée en un bioproduit final et que ce produit final est utilisé au moins une fois de plus sous forme de matériau. La récupération d'énergie n'est autorisée qu'après au moins deux utilisations matérielles.

La figure montre les flux associés aux utilisations en cascade à une étape et à plusieurs étapes.



L'utilisation en cascade à une étape constitue déjà une amélioration significative de l'efficacité par rapport à l'utilisation énergétique directe et peut être appliquée à de nombreuses chaînes de valeur biologiques existantes. L'utilisation en cascade à plusieurs étapes engendre des gains d'efficacité encore plus importants. Elle n'est toutefois utilisée pour l'instant que pour de très rares sources de biomasse et n'a pu être appliquée qu'à un nombre limité de chaînes de valeur.

Le Sud fait déjà largement appel à l'utilisation en cascade dans le cas de la production de papier. Utilisé au départ comme matière première, le bois est converti en cellulose, qui sert à fabriquer du papier. Ce papier peut ensuite être récupéré, transformé en papier recyclé et utilisé soit comme papier, soit comme carton. De nombreux autres types de biomasse pourraient être utilisés comme matériau, un potentiel qui reste, pour l'instant, largement inexploité. C'est notamment le cas des fibres végétales (jute, sisal, coton, chanvre et autres) et des bioplastiques. Les fibres naturelles pourraient servir à fabriquer des textiles qui pourraient être récupérés après première utilisation, être réutilisés une fois encore comme textiles, avant d'être transformés en matériaux isolants ou en matériaux composites. La même cascade peut être appliquée aux fibres de cellulose, le bois étant alors utilisé comme matière première pour la production de textiles.

Les bioplastiques, quant à eux, peuvent être fabriqués à partir de plantes contenant de l'amidon et du sucre, comme le maïs et la canne à sucre. Dans ce cas, l'utilisation en cascade commence par la production de polyéthylène téréphtalate (PET) d'origine biologique qui servira à la fabrication de bouteilles. Après avoir utilisées et réutilisées à maintes reprises, ces bouteilles peuvent être transformées en textiles polyester. Dans le domaine des bioplastiques, il est également possible de produire de l'acide polylactique (PLA) à partir du maïs. Le PLA peut d'abord être utilisé comme textile, puis comme matériau d'emballage à usage multiple.

Évaluation écologique : le cas de l'utilisation en cascade du bois

Le bois est souvent cité comme exemple d'utilisation en cascade de la biomasse. En effet, le bois solide est utilisé pour créer des meubles ; ceux-ci servent ensuite de matière première pour la fabrication de contre-plaqué ; puis les planches de contre-plaqué sont recyclées avant d'être enfin incinérées. Ce processus décrit parfaitement le fonctionnement de l'utilisation en cascade et la manière dont elle améliore l'efficacité des ressources en limitant l'apport de bois comme matière première pour un résultat identique en termes de produits. En d'autres termes, le bois est utilisé de manière séquentielle dans une série d'applications différentes avant d'être transformé en énergie. Au cours de ce processus, il franchit des « cascades d'utilisation » dont la valeur ajoutée diminue progressivement. En outre, la biomasse déployée agit comme un puits de carbone dans la mesure où elle prolonge le délai avant la libération dans l'atmosphère des gaz à effet de serre nocifs qui résultent de l'utilisation directe du bois à des fins de récupération d'énergie. Dans la plupart des cas, il est possible de dire que plus le nombre d'étapes d'utilisation matérielle de la biomasse – à la plus grande valeur possible – avant son utilisation énergétique finale est élevé, plus l'impact environnemental diminue. D'un point de vue écologique, les utilisations matérielles sont donc préférables à une utilisation énergétique directe.

Obstacles à l'utilisation en cascade de la biomasse

À ce jour, seuls quelques exemples d'utilisation en cascade de la biomasse ont été concrétisés en Europe. Les raisons en sont multiples. Bien que le recyclage ait priorité sur la récupération d'énergie dans la hiérarchie des déchets de la Directive-cadre européenne sur les déchets, il est rare de voir un flux de biomasse franchir plusieurs étapes d'utilisation matérielle. En outre, l'environnement politique et le système réglementaire qui prévalent en Europe favorisent l'utilisation directe pour la production d'énergie. Parmi les autres obstacles à la mise en place d'une utilisation en cascade, on peut citer des volumes insuffisants, une qualité inférieure et la contamination du flux de biomasse, sans compter les problèmes de viabilité commerciale de la chaîne d'approvisionnement et de l'étape de retransformation, ainsi que la diminution des propriétés techniques des produits. Les produits fabriqués à base de matériaux « recyclés et prétendument inférieurs » ont souvent une image négative, une autre cause probable du faible nombre d'utilisations en cascade.

Opportunités d'utilisation en cascade dans les régions rurales

Outre la demande de denrées alimentaires et d'aliments pour animaux, la biomasse répond à d'autres besoins quotidiens de la population. Dérivés de bois, fibres naturelles, produits chimiques et médicaments ne sont que quelques exemples des multiples possibilités qu'offre l'utilisation matérielle de la biomasse. Avec le développement de la bioéconomie, la recherche va se pencher sur une multitude d'autres applications potentielles de la biomasse sous forme de bioproduits novateurs. Dans ce contexte, la stratégie d'utilisation en cascade de la biomasse peut contribuer de manière décisive à l'amélioration de l'efficacité des ressources. Ceci vaut également pour les zones rurales qui disposent de structures favorables à l'exploitation du vaste potentiel de la biomasse. Il n'est pas uniquement question ici de la biomasse cultivé et récolté, mais aussi des sous-produits de la récolte, de la biomasse des prairies et de la transformation biogène des déchets. Toute forme d'utilisation matérielle peut servir de point de départ à une utilisation en cascade, avec tous les bénéfices potentiels qu'il est possible d'en tirer pour l'environnement et pour l'emploi, même si les nouvelles cascades ne sont pas immédiatement « à plusieurs étapes ». Le seul principe valable est le suivant : on ne peut incinérer qu'une seule fois !

Les utilisations en cascade font actuellement l'objet d'un projet de recherche intitulé « Augmentation de l'efficacité des ressources par une utilisation en cascade de la biomasse – de la théorie à la pratique ». Ce projet est financé par le ministère allemand de l'Environnement, de la Protection de la nature, de la Construction et de la Sécurité nucléaire (BMUB) et supervisé par l'Office fédéral de l'environnement (Umweltbundesamt). Pour plus d'informations (en allemand) : www.biomassekaskaden.de

Roland Essel
Michael Carus