Le secteur aérien se décarbone grâce à la biomasse

À l’heure où le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) tire le signal d’alarme face à l’urgence climatique et la nécessité de réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES), le transport aérien cherche de nouvelles solutions pour sa décarbonation. Dans tous les scénarios étudiés parle groupe d’experts, pour limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C – par rapport à l’ère préindustrielle – il est nécessaire de prendre des mesures drastiques. Cela «implique des réductions des GES rapides, profondes et la plupart du temps immédiates dans tous les secteurs », insiste le GIEC. Et le secteur du transport aérien, bien que responsable de « seulement » 2,8 % des émissions mondiales de carbone (soit de l’ordre de 13 % des émissions du secteur des transports), ne déroge pas à la règle.

Avion à hydrogène, avion électrique, carburants d'aviation durables, amélioration de l'efficacité énergétique des appareils… les acteurs du secteur cherchent les meilleures solutions pour participer à l'effort climatique. «Les solutions pour décarboner l'aérien sont peu nombreuses pour l'instant. L'avion électrique et l'avion à hydrogène ne sont pas encore envisageables », constate Jean-Christophe Viguié, responsable du programme «Biomasse vers Carburant » à l'IFP Énergies nouvelles. «Pour l'aviation, pour le moment, il n'y a pas d'alternative. Aujourd'hui, on ne sait pas décarboner l'aviation sans les carburants durables (SAF - Sustainable Aviation Fuels) », ajoute Pascal Pénicaud, président d'Elyse Energy, société spécialisée dans la production de molécules bas-carbone pour la mobilité lourde et l'industrie. Et si les espoirs d'une décarbonation à court terme se basent sur ces carburants, c'est parce que les émissions de CO2 sont bien plus faibles avec des produits biosourcés. «La production d'un kilo de kérosène émet 3,5 kg de CO2. Alors que la production de biocarburant en émet trois fois moins », détaille Marc Delcourt, directeur général de Global Bioenergies.

Le carburant d'aviation -ou kérosène - correspond à une coupe spécifique de la distillation du pétrole, tout comme l'essence et le diesel. «Il faut imaginer un alambic : pendant la distillation, on obtient plusieurs fractions qui correspondent à différents produits. Il s'avère que le kérosène a un point d'ébullition compris entre celui de l'essence et celui du diesel », détaille Jean-Christophe Viguié (IFPEN). Concrètement, la différence entre ces carburants se fait au niveau de la longueur de la chaîne carbonée.

« L'essence est une molécule à huit carbones, le diesel possède 16 carbones et le kérosène 12 », explique Marc Delcourt, directeur général de Global Bioenergies. Cette société spécialisée dans l'isobutène biosourcé, monomère de l'isododécane - molécule à 12 carbones -, s'intéresse depuis ses débuts aux biocarburants. Bien qu'aujourd'hui, elle produise sa molécule principalement pour le marché de la cosmétique, la start-up a fait voler, en juin 2021, un avion entre les villes de Sarrebruck (Allemagne) et de Reims (Marne), avec un réservoir contenant 97 % de biocarburants.

Tous les indices

Différentes voies de production

Malgré l'intérêt des plus grands noms du secteur aéronautique pour les SAF, il existe peu de technologies permettant la production de SAF certifiées par l'ASTM International, organisme de normalisation qui rédige et produit les normes techniques concernant notamment les matériaux, les produits, les systèmes et les services. «Il existe plusieurs types de SAF : le biokérosène et les carburants de synthèse, ou e-SAF », explique Pascal Pénicaud (Elyse Energy). Le biokérosène est obtenu à partir d'une transformation de la biomasse, le plus souvent végétale. «Pour obtenir des SAF, il y a différentes voies de production : le Power-to-Liquide (ou e-SAF, N.D.L.R.); la gazéification de la biomasse, selon le procédé Fischer-Tropsch; les huiles végétales hydrotraitées ( HVO); et les différentes voies de fermentation qui regroupent les technologies à base de farnésène, d'isobutanol et d'éthanol », énumère Marc Delcourt. Avant de préciser : «Aujourd'hui, Global Bioenergies cherche à faire certifier son procédé de production de SAF par voie fermentaire à partir de sucre de betterave ». Dans la catégorie des voies fermentaires, les technologies se basant sur le farnésène (principalement employées par la société américaine Amyris) ne sont plus utilisées. Elles n’étaient pas viables d’un point de vue économique. À l’heure actuelle, les technologies HVO et le Biomass-to-Liquid, qui passent par la gazéification et la synthèse Fischer-Tropsch, sont les plus prometteuses. «La voie HVO est celle qui pourra fournir le plus rapidement des produits», estime Jean-Christophe Viguié (IFPEN). «Actuellement, TotalEnergies est en capacité de produire 80 000 tonnes de SAF par an à partir d’huiles de cuisson usagées. Selon TotalEnergies, après les huiles, c’est la fermentation qui pourrait être gagnante dans ce domaine», estime Marc Delcourt (Global Bioenergies). Mais là encore, les unités de grandes capacités de production à partir d’huiles sont rares, surtout en France et en Europe, et il n’y aucune unité de fermentation.

Le e-SAF, quant à lui, est obtenu à partir de dioxyde de carbone recyclé (CO2) et d’électricité renouvelable. Pour produire des carburants de synthèse, il y a une première étape d’électrolyse de l’eau nécessaire à la production d’hydrogène bas carbone. Il est, par la suite, combiné au CO2 dans un réacteur thermocatalytique, permettant ainsi la synthèse de carburant.

«Cependant, la production d’un e-SAF est complexe, il faut recréer la chaîne moléculaire, ce qui est très énergivore. Il s’agit d’une solution d’ultime recours, quand il n’existe pas de solution de décarbonation plus efficace, comme l’électrification ou les usages directs de l’hydrogène », pointe Pascal Pénicaud. Les constructeurs aéronautiques comme Airbus, Boeing ou Safran, par exemple, ont fait part de leur intention d’obtenir des certifications pour des avions volant avec 100 % de biocarburants d’ici à 2030. Et ils ne sont pas les seuls à prendre cette voie en considération. Lufthansa, Virgin Atlantic ou encore Air France, les compagnies aériennes réalisant des vols de démonstration avec des biocarburants sont nombreuses. «Au total, ce sont plus de 100 000 vols tests qui ont été réalisés dans le monde », dénombre Jean Christophe Viguié (IFPEN).

ELYSE ENERGY, PRODUCTEUR DE CARBURANTS DE SYNTHÈSE

« Elyse Energy a été créée par Falkor, le groupe Vol-v et deux autres associés sur la thématique des molécules bas carbone pour l'industrie et la mobilité lourde », rappelle Pascal Pénicaud, président de Falkor. Cette filiale a pour objectif de participer à la construction d'une véritable filière de production de carburants d'aviation durables en France. Pour ce faire, elle porte plusieurs projets de production de carburants permettant une montée à l'échelle des volumes produits et une industrialisation des procédés. «Les carburants durables sont une filière qui n'est pas encore émergente, et pourtant, les technologies sont disponibles. Tout l'enjeu est de réussir à produire ces molécules à l'échelle industrielle et dans des conditions économiques viables », pointe Pascal Pénicaud. Cette société se place donc sur les deux filières possibles de carburants durables : les SAF et les e-SAF. Si dans le cas des biokérosènes, c'est le passage à l'échelle qui est difficile, notamment en raison des financements et de la réglementation, c'est la technologie qui bloque le développement des e-SAF. Mais Pascal Pénicaud reste confiant sur l'émergence d'une filière de production nationale. « La France ales moyens de répondre à une grande partie de ses besoins. Cependant, pour que l'aéronautique française prenne les devants pour sa décarbonation, il faut l'implication de tous les acteurs et une volonté politique forte », constate-t-il.

Faire sauter les verrous

C'est justement cette montée en échelle qui présente un gros défi. «Les carburants d'aviation durables représentent 0,1 % de la consommation mondiale de carburants aériens. En 2050, cette proportion sera supérieure à 60 % en Europe », alerte Pascal Pénicaud (Elyse Energy). À l'échelle de la France, ce sont huit millions de tonnes de carburants aériens qui sont consommées tous les ans. Sur ce volume, seulement 8 000 tonnes sont renouvelables et/ou biosourcées. Selon Pascal Pénicaud, «il est nécessaire de réaliser une forte montée en puissance dans les 25 ans » afin de réduire les émissions de GES du secteur du transport aérien. Mais alors, si les technologies existent et qu'elles sont éprouvées, pourquoi stagne-t-on au stade du démonstrateur ?

L'un des premiers freins au développement de ces technologies pourrait être la disponibilité des matières premières. « En termes de maturité technologique, les biocarburants sont les plus avancés. Il y a suffisamment de biomasse disponible aujourd'hui pour les premiers projets à échelle industrielle, mais il n'y en aura pas assez pour couvrir les volumes attendus en 2050 », pointe Pascal Pénicaud. Ce à quoi Marc Delcourt (Global Bioenergies) ajoute : « TotalEnergies utilise des huiles de cuisson. Mais s'il avait recours à des huiles vierges, cela nécessiterait des cultures dédiées. En milieu tempéré, cela ne serait pas compétitif car le rendement est trop faible (une tonne d'huile pour un hectare). Et en milieu tropical, le rendement peut atteindre 5 t/ha dans le cas de l'huile de palme, mais les cultures de palmiers à huile ne peuvent se faire qu'au prix de la destruction de la forêt primaire ». C'est pourquoi certains, comme Global Bioenergies, étudient d'autres voies de production telles que la fermentation. Pour obtenir son isobutène biosourcé, cette société a mis au point un procédé de conversion des sucres de betterave à l'aide de bactéries. «Un hectare de betteraves permet de produire jusqu'à 20 tonnes de sucre », pointe Marc Delcourt. Avant de poursuivre : «Ces vingt tonnes de sucres pourront à l'avenir être converties en cinq tonnes de biokérosène, soit bien plus que les filières huiles ».

Il y a également des obstacles technologiques à franchir, dont l'universalité du carburant d'aviation. En effet, ces carburants doivent être interchangeables et pouvoir être utilisés par tous les avions, n'importe où dans le monde. L'absence de molécules aromatiques dans la quasi totalité des biocarburants est également un point de blocage. En effet, ceci peut entraîner un déficit de l'étanchéité des joints élastomères des circuits de carburant des avions actuels. «Le kérosène doit obligatoirement contenir 8 % de molécules aromatiques », rappelle Marc Delcourt (Global Bioenergies). Les hydrocarbures conventionnels contiennent entre 15 et 20 % de ces molécules. Ces deux points technologiques font qu'il est, pour l'instant, impossible de dépasser 50 % d'incorporation de biocarburants dans les carburants classiques.

TOUTES LES MATIÈRES PREMIÈRES NE SONT PAS DURABLES

Tous les biocarburants ne sont pas durables. Et pour déterminer la durabilité de ceux-ci, il faut s’intéresser à la matière première. «Pour être qualifié de carburant d’aviation durable (SAF), la ressource doit être inscrite sur l’annexe IX.A ou IX.B de la directive RED II (deuxième directive européenne sur les énergies renouvelables, N.D.L.R.) », rappelle Jean-Christophe viguié, responsable du programme «Biomasse vers Carburant » à l’IFP Énergies nouvelles. Les ressources inscrites sont : les algues, à conditions qu’elles soient cultivées à terre; la fraction de la biomasse correspondant aux déchets industriels impropres à un usage dans la chaîne alimentaire, humaine ou animale; les coproduits de l’agriculture (fumier, marcs de raisin, paille… ) ; les coproduits de l’industrie forestière et autres matières cellulosiques; ainsi que les huiles de cuisson usagées et les graisses animales. Ces produits ont la particularité de ne pas entrer en concurrence avec l’agriculture à destination alimentaire. L’huile de palme ne figure pas sur cette liste – ni les PFAD, coproduits du raffinage de l’huile de palme – car la culture du palmier à huile est considérée comme responsable de la déforestation et de la destruction d’habitats dans certaines régions du globe.

Faire évoluer la réglementation

« Actuellement, la seule raison pour acheter du kérosène biosourcé est de le rendre obligatoire. Le développement des biocarburants se fait au gré des décisions politiques », fait remarquer Marc Delcourt. Il s'avère que le kérosène, de par sa nécessité à être interchangeable, n'est soumis à aucune taxe, alors que les carburants routiers le sont. «Les carburants routiers sont soumis à une spécification nationale voire régionale (au niveau européen, par exemple). De plus, leur fiscalité est gérée au plan national; par conséquent, quand vous achetez de l'essence, un tiers du prix est la valeur du produit, et les deux tiers restants sont des taxes. Le carburant aérien est soumis à une réglementation mondiale. Par conséquent, il n'est pas taxé », explique Jean-Christophe Viguié (IFPEN). Et pourtant, ce sont bien les obligations d'incorporation de biocarburants dans les carburants routiers, motivés par une défiscalisation, qui ont permis le développement de ces combustibles. «La convention de Chicago, signée en 1947, engageait les Etats signataires à ne pas taxer le kérosène pour promouvoir l'aviation civile, alors naissante. C'était une bonne chose. Mais au fil du temps, alors que l'aviation se développait effectivement et que la planète se mettait à chauffer, cette «aide au démarrage » est devenue délétère au niveau environnemental, et injuste : on n'est pas taxés lorsqu'on prend l'avion pour aller en vacances, alors qu'on l'est lorsqu'on prend sa voiture pour aller travailler », déplore Marc Delcourt (Global Bioenergies). Certains pays, la France en tête, commencent à se pencher sur le sujet des mandats d'incorporation. «En France, depuis le 1er janvier 2022, il est obligatoire d'incorporer 1 % de SAF dans les réservoirs des avions. Ce mandat devrait passer à 2 % en 2025. Et le pourcentage devrait augmenter dans le temps », précise Pascal Pénicaud (Elyse Energy). Le projet de la Commission européenne «Fit for 55 » prévoit la mise en place de ces mandats, avec une part dédiée aux carburants de synthèse. Cependant, une législation internationale contraignante semble difficile à obtenir. Elle nécessiterait une approbation par tous les pays de l'Organisation de l'aviation civile internationale.

Or certains États comme la Russie ou la Chine ne semblent pas intéressés. « Il faudrait une véritable politique industrielle pour aider les investissements dans ce domaine. Ce sont des montants qui s'établiraient aux alentours de centaines de millions d'euros », évoque Jean-Christophe Viguié (IFPEN). C'est pourquoi le gouvernement français a mis en place un plan d'accélération dédié aux « Produits biosourcés et biotechnologies industrielles » associé aux «Carburants durables ». Doté d'un budget total de 420 M€, ce plan d'accélération fait la part belle aux biocarburants et SAF en allouant plus de 200 M€ pour le secteur des transports. «L'aéronautique est une filière qui reste très implantée en Europe. La France a une filière d'excellence sur l'ensemble de l'écosystème : centres de recherche, équipementiers, avionneurs, motoristes, ingénieurs, gestionnaires d'infrastructures, compagnies aériennes, fournisseurs de technologies… », précise tout de même Pascal Pénicaud (Elyse Energy). Avant de conclure : «Les SAF n'exonéreront personne à repenser la sobriété. Simplement, la transition, ou on la choisit ou on la subit. Il faut aller vite et fort».

Le secteur aérien se décarbone grâce à la biomasse

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