Greenhouse gas emissions of biofuels, improving Life Cycle Assessments by taking into account local production factors - INRAE - Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement Access content directly
Theses Year : 2009

Greenhouse gas emissions of biofuels, improving Life Cycle Assessments by taking into account local production factors

Cécile Bessou

Abstract

Les biocarburants sont produits à partir de biomasse qui peut être renouvelée à des échelles de temps beaucoup plus courtes que les carburants fossiles; ils sont ainsi une source secondaire d’énergie renouvelable. Parmi les énergies renouvelables, l’accent politique a notamment été porté sur l’utilisation des biocarburants dans les transports car ce domaine constitue l’une des sources majeures croissantes de gaz à effet de serre à l’échelle mondiale. Comparés aux carburants fossiles, les biocarburants émettent moins de gaz à effet de serre, à condition que les économies de CO2 grâce à la fixation photosynthétique des plantes ne soient pas enrayées par les émissions de gaz à effet de serre tout au long du cycle de vie du carburant. Une Analyse de Cycle de Vie (ACV) est donc nécessaire pour comptabiliser l’ensemble des émissions depuis la production jusqu’à la combustion du biocarburant. Cependant les facteurs d’émissions utilisés dans les ACVs ne permettent d’obtenir que des estimations moyennes des émissions ne prenant en compte aucune spécificité locale. Il est pourtant crucial d’estimer avec plus de précision les émissions agricoles et notamment celles de N2O. En effet ce gaz a un pouvoir de réchauffement 298 fois supérieur à celui du CO2 et l’agriculture est la principale source de N2O anthropique. Notre compréhension du déterminisme de ces émissions au champ reste cependant limitée, notamment concernant les impacts du changement de structure du sol sur ces émissions. Dans un premier temps, notre objectif fut d’approfondir notre connaissance des effets du tassement du sol sur la dynamique des émissions de N2O et de mieux caractériser ces effets en combinant expérimentation au champ et modélisation. À l’aide de chambres automatiques en Picardie sur des parcelles tassées et non tassées de betterave, nous avons mesuré en 2007-2008 des émissions cumulées de 944-977 g N-N2O ha-1 en non tassé et de 1,448- 1,382 g N-N2O ha-1 en tassé. Les émissions plus importantes dans les parcelles tassées furent liées en grande partie à des conditions anoxiques propices à la dénitrification. Ces émissions ne varièrent que peu d’une année sur l’autre malgré des doses d’engrais azoté très différentes (100 et 150 kg N ha-1). Nous avons modifié le modèle d’émissions de N2O (NOE Hénault et al., 2005) grâce à des données publiées pour mieux simuler la nitrification et tenir compte des variations des fractions de N2O sur les produits totaux de la dénitrification et de la nitrification en fonction des teneurs en eau et nitrates du sol. D’autre part le modèle modifié (NOE2) permit de simuler l’influence des facteurs locaux pedo climatiques et la distribution de l’engrais selon une discrétisation fine dans le profil vertical du sol (1 cm). Malgré une amélioration par rapport à NOE dans la prédiction du taux de nitrification et des flux après l’apport d’engrais, NOE2 sous-estima les émissions totales. La sévère sous-estimation des pics d’émission en été a illustré que les cycles sec-humides du sol peuvent entraîner de fortes émissions dont le déterminisme doit encore être élucidé et modélisé. Dans un deuxième temps, nous avons alors utilisé un modèle d’agro-écosystème (CERES-EGC) couplé à NOE2 pour produire les données d’inventaire locales pour nos ACV comparées d’éthanol de betterave et de Miscanthus. Les ACVs indiquent que l’éthanol de Miscanthus produit en Picardie entraîne potentiellement beaucoup moins d’impacts sur l’environnement comparé à celui de betterave. Comparés à l’essence, l’éthanol de Miscanthus permettrait une réduction de gaz à effet de serre de 82-85% par MJ, celui de betterave une réduction de 28-42% par MJ. Ce dernier éventail de réduction illustre combien les résultats de l’ACV s’avérèrent sensibles aux variations des facteurs de production locaux. Ce fut aussi déterminant pour les catégories d’impact acidification ou eutrophication, auxquelles les émissions au champ contribuent pour une grande part. L’identification de systèmes de production optimum nécessite de trouver les facteurs de production locaux aboutissant au difficile compromis entre de forts rendements à l’hectare et des faibles impacts environnementaux. Une analyse qualitative des impacts sur le sol en tant que ressource devrait compléter ces ACVs locales pour servir d’outil d’aide à la décision. Enfin, de plus amples modifications du modèle CERES sont nécessaires pour mieux simuler la production de Miscanthus et mieux reproduire les multiples aspects des diverses pratiques culturales.
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Dates and versions

tel-02824681 , version 1 (06-06-2020)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02824681 , version 1
  • PRODINRA : 39678

Cite

Cécile Bessou. Greenhouse gas emissions of biofuels, improving Life Cycle Assessments by taking into account local production factors. Life Sciences [q-bio]. Ecole Doctorale Agriculture Alimentation Biologie Environnement Santé; AgroParisTech, 2009. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02824681⟩
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