Le développement de la filière biodiesel de colza en France :
Résumé
Over the last decade, the rapid development of first generation biofuels in Europe created an additional market for agricultural commodities and contributed to stimulate regional development. The expansion of these chains and the viability of their short and mid-term activities are however conditioned by the certification of an environmental balance complying with the sustainability criteria outlined in the latest European Directive on renewable energy published in 2009. From 2017, the substitution of fossil fuels with biofuels should allow reducing greenhouse gas (GHG) emissions by at least 50%. Emissions related to feedstock production and land use changes are the main sources of variability and uncertainty around existing assessments of the environmental performance of biofuels. The objective of this thesis was to ameliorate the robustness of the estimation of these emissions and thus to contribute to researches aiming at improving the quality of environmental balance of biofuels, in the context of biodiesel from winter oilseed rape (WOSR) produced in France. Fertilization management plays a key role in determining crop yields and the gaseous emissions of reactive nitrogen (Nr), particularly for nitrous oxide (N2O). We used survey data to identify the main fertilization practices currently adopted by WOSR farmers. This information on fertilization practices were subsequently used to parameterize the agroecosystem model CERES-EGC, which was run in a spatially-explicit mode to simulate yields and Nr emissions from WOSR farming, while taking into account the variability of local conditions. The obtained results allowed assessing the potential environmental impacts of biodiesel from WOSR in the main French production regions, according to the standardized method of life cycle assessment (LCA). In parallel, we assumed the generalization of the use of a decision support system to determine the recommended fertilization practices and assess the consequence of adopting such practices on the LCA impact indicators. After reviewing the methods currently used to quantify the effects of biofuels deployment on direct and indirect land use changes, we chose to adapt and run the partial economic equilibrium model Nexus Land-Use to estimate, under several scenarios, the consequences of increased biodiesel production in France on land use worldwide. The analysis of survey data evidenced a large inter and intra-regional variability in fertilization practices currently adopted by WOSR farmers. The generalization of the use of decision support systems would save 10 to 56 kg of nitrogen per hectare and consequently would reduce GHG emissions related to WOSR production by about 24%. The attributional LCA results showed that the global warming potential of the whole biodiesel chain would range from 21.6 to 40.3 g CO2 eq MJ-1 according to regions and assumptions on future climate conditions. The adoption of recommended fertilization practices would mitigate the LCA impacts indicators by 3 to 10%. Emissions from land use change would also vary from 27 to 71 g CO2 eq MJ-1.
Le développement des filières biocarburants de première génération, constaté tout au long de la dernière décennie en Europe, a créé un débouché supplémentaire pour les produits agricoles et a contribué à la stimulation du développement régional. L’expansion de ces filières et la pérennisation de leurs activités à court et moyen terme sont cependant conditionnées par l’attestation d’un bilan environnemental respectant les critères de durabilité parus en 2009 dans la dernière directive européenne sur les énergies renouvelables. A partir de l’année 2017, la substitution des carburants fossiles par des biocarburants doit permettre de réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) d’au moins 50%. Les émissions associées à la production de matière première et aux changements d’affectation des sols sont les principales sources de variabilité et d’incertitude autour des évaluations actuelles de la performance environnementale des carburants issus de produits agricoles. L’objectif de cette thèse était d’améliorer la robustesse de l’estimation de ces émissions, et donc de contribuer aux travaux de recherche visant l’amélioration de la qualité des bilans environnementaux des biocarburants, dans le contexte du biodiesel de colza produit en France. Jouant un rôle indiscutable dans la détermination des rendements et des émissions gazeuses d’azote réactif (Nr), en particulier du protoxyde d’azote (N2O), les principales pratiques de fertilisation azotée actuellement adoptées par les producteurs de colza ont été identifiées en se basant sur des données d’enquête réalisées auprès des agriculteurs. Ces informations sur les pratiques ont ensuite été utilisées dans le paramétrage du modèle d’agro-écosystème CERES-EGC, qui a été utilisé dans sa version spatialisée pour simuler les rendements et les émissions liées à la culture du colza tout en tenant compte de la variabilité des conditions locales. Les résultats obtenus ont permis de produire des évaluations de la performance environnementale du biodiesel de colza à l’échelle des principales régions de production en France, selon la méthode normalisée d’analyse de cycle de vie (ACV). En parallèle, nous nous sommes basés sur la généralisation de l’utilisation d’un outil d’aide à la décision pour déterminer des pratiques de fertilisation conseillées et estimer les impacts de l’adoption de ces pratiques sur les résultats de l’ACV. Après une revue des principales méthodes utilisées pour quantifier les effets du déploiement des biocarburants sur les changements directs et indirects d’affectation des sols, nous avons choisi d’adapter et d’utiliser le modèle économique d’équilibre partiel Nexus Land-Use pour estimer, sous plusieurs scénarios, les conséquences du déploiement du biodiesel de colza en France sur l’usage des sols à l’échelle globale. L’analyse des données d’enquête a permis de mettre l’accent sur la variabilité inter et intra régionale des pratiques de fertilisation actuellement adoptées par les producteurs de colza. La généralisation de l’utilisation d’outils d’aide à la décision permettrait d’économiser 10 à 56 kg d’azote par hectare. Cela se traduit par une réduction des émissions de GES associés à la production de colza d’environ 24%. Les résultats d’ACV attributionnelle de la filière biodiesel de colza montrent que le pouvoir de réchauffement global varierait de 21,6 à 40,3 g CO2 MJ-1 selon les régions et les projections sur les conditions climatiques. Par l’adoption de pratiques de fertilisation recommandées, les impacts environnementaux seraient atténués de 3 à 10%. Les émissions dues au changement d’affectation des sols varieraient quant à elles de 27 à 71 g CO2 eq MJ-1