La G@zette Nucléaire sur le Net!
N°18 
LA BIOMASSE
ENCARTS

ENCART 1
LA PHOTOSYNTHESE
(dossier RESOSOL)

     La photosynthèse est un phénomène extrêmement complexe,  encore incomplètement connu et qu’il est difficile d'expliquer en peu de mots sans simplifier outrageusement. Nous allons néanmoins essayer de le faire en renvoyant le lecteur curieux de plus de détails dans La Recherche (ndlr: le N°375 de mai 2004, le plus récent sur ce sujet, a comme résumé: la structure d'un complexe moléculaire essentiel pour la photosynthèse vient d'être révélée avec une précision inégalée. Ces données devraient permettre de mieux comprendre son fonctionnement.).
     Le chloroplaste est une enceinte fermée microscopique (il y en a cinq cent millions dans un gramme de feuille d'épinard) qui se comporte comme un condensateur électrique et au sein de laquelle se déroule un certain nombre de réactions électrochimiques. L'agent  générateur d'électricité est la chlorophylle, présente dans l'enceinte du chloroplaste et susceptible, en absorbant de la lumière (650 à 705 nanomètres) de passer. dans un état excité et de créer une différence de potentiel. Il existe toute une gamme de chlorophylles passives qui se contentent de transférer leur énergie d'excitation à la molécule voisine et deux types de chlorophylles actives qui proyoquent le déclenchement de deux séries de réactions en chaîne.
     C'est le bilan de la deuxième série de réactions qui est le plus simple et le plus spectaculaire:

eau + lumière Þ hydrogène + oxygène

de façon plus précise:

2 H2O + 4 photons (à 685 nm) Þ 4 H+ + 4 e- + O2

     L'oxygène est libéré dans l'atmosphère tandis que l'hydrogène est récupé par la première série de réactions qui absorbe d'autre part du gaz carbonique. Cette série de réactions met en jeu un certain nombre de phosphates qui circulent dans toute la plante et c'est en dehors du chloroplaste que se forment les constituants majeurs de la plante que sont le saccharose, l'amidon ou la cellulose. Ces trois corps sont des polymères plus ou moins déshydratés d'un même élément de base:  le glucose, de formule C6H12O6  =  (CHOH)6. On peut donc dans un raccourci hardi résumer les réactions du premier type, par la formule:

CO2 + 4 H+ + 4 e- + 4 photons (à 750 nm)  Þ CHOH + H2O

et le bilan global des deux séries de réactions se résume en:

CO2 + H2O + 8 photons Þ CHOH + O2
suite:
ou encore plus généralement:
n(CO2+H2O) + hv (Energie lum) Þ  (CH2O)n + nO2


image "Wikipedia"

     On aurait pu se contenter de vous donner ce bilan global, mais l'intérêt de distinguer les deux séries de réactions est de montrer que la dialyse de l'eau (c'est-à-dire la séparation de ses constituants hydrogène et oxygène) est faisable dans des conditions «douces». D'ailleurs certaines algues possèdent un enzyme, l'hydroénnase, qui leur permet de libérer effectivement une partie de l'hydrogène formé au cours de la deuxième série de réactions On parle beaucoup de l'hydrogène en ce moment. On sait que moyennant quelques précautions de manipulation, c'est le combustible idéal puisque non polluant (le produit de la combustion est de l'eau). Quelques chercheurs se préocccupent d'imiter la nature et de mettre au point un procédé industriel de décomposition de l'eau par captation de l'énergie solaire. On est étonné de la modestie de leurs crédits comparés à ceux accordés à l'énergie de fusion par exemple, alors que faire? Cette dernière paraît beaucoup moins assurée et sa réalisation beaucoup plus dangereuse.
     Il faut préciser pour terminer que la plupart des recherches sur la photosynthèse ont été faites sur l'épinard. Mais on s'est aperçu, il y a une dizaine d'années, que quelques plantes fixaient le gaz carbonique d'une manière différente et plus efficace que l'épinard. Il est difficile d'expliquer simplement cette différence. Disons qu'il y a moins de phosphates intermédiaires et corrélativement moins de perte de CO2 par photorespiration (voir encart 3). Ces plantes sont dites du type C4 alors que l'épinard et la majorité des autres plantes sont de type C3. A l'opposé, quelques plantes de mauvais rendement énergétiques, tel que l'ananas, sont de type CAM, avec un cycle photosynthétique moins efficace que celui de l'épinard.
     Les  principales  plantes  du  type C4 sont la canne à sucre, le sorgho et le maïs dont les hauts rendements étaient connus des agronomes bien avant la découverte de leur particularité photosynthétique.

p.9a

ENCART 2
L'ÉTAT FRANÇAIS ET LES EXCÉDENTS D'ALCOOL

     La production d'alcool à partir de la biomasse est un procédé bien connu dans un pays comme la France qui détient le triste privilège du record mondial de l'alcoolisme. Ce sont d'ailleurs les Français Gay-Lussac et Pasteur qui ont élucidé le mécanisme de la fermentation alcoolique.
     Mais à côté des alcools «nobles»,destinés à la consommation, il s'est établi depuis plus d'un siècle une production chroniquement excédentaire d'alcool industriel, volontairement «dénaturé» par adjonction de méthylène[1] pour le 'rendre impropre à la consommation et qui n'avait pas d'autre justification économique que la résorption des excédents agricoles. Lesquels excédents étaient dûs pour partie aux aléas climatiques, mais pour partie aussi aux incohérences de la politique agricole. S'il est arrivé que l'on distille le blé, ce ne fut qu'un accident, le gros du contingent a toujours été fourni par la betterave à sucre et les vins de mauvaise qualité, la pomme à cidre venant en troisième position, étant donné que les prix garantis aux agriculteurs, cette production d'alcool n'a jamais été rentable, le prix de revient étant constamment supérieur au cours mondial. La tentative de l'incorporer au "super-carburant" s'est soldée par un échec parce qu'on a voulu n'y voir qu'un palliatif destiné à réduire des stocks devenus «momentanément» excédentaires.

     Si l'on avait bien voulu admettre que la résorption des excédents agricoles était un problème quasi-permanent, on aurait pu apporter aux constructeurs d'automobiles des garanties qui les auraient incités à construire des moteurs adaptés à un super-carburant à base d'alcool. Maintenant que le Brésil a donné l'exemple, peut-être la France suivra-telle?
     Peut-être en parlant de l'alcool comme nous venons de le faire aurons-nous choqué quelques-uns de nos lecteurs. L'alcool est un sujet dont la grande presse parle peu et toujours pour présenter quelques cas limites considérés comme exceptionnels. Le manque d'information du public a été cause, à l'automne 1975 et à nouveau à l'automne 1976 de paniques provoquant la rupture de stocks de sucre. De tels événements, suscités par une campagne de bouche à oreille déclenchée par des spéculateurs visant la hausse des cours mondiaux, ne doivent plus se reproduire. Il faut dire et répéter que, sauf pendant les 2 guerres mondiales, la production française de sucre a été presque constamment excédentaire, que les gouvernements successifs ont toujours été d'une faiblesse coupable à l'égard des planteurs de betteraves et que des millions d'hectolitres d'alcool ont été fabriqués pour le seul profit de ces derniers.
[1] Le méthylène est un mélange d'alcool de bois, non purifié et d'acétone. Le premier produit confère au mélange sa toxicité, le second rend son odeur discernable de celle de l'alcool de bouche.
p.9b

ENCART 3
LE GAZ CARBONIQUE DANS L'ATMOSPHERE
     On sait que l'atmosphère est essentiellement composée d'oxygène et d'azote. Le gaz carbonique est présent en faible quantité, mais sa teneur est un paramètre écologique important puisqu'il témoigne de l'équilibre ou du déséquilibre entre les phénomènes de combustion et de respiration d'une part, de photosynthèse d'autre part. On ne s'étonnera pas d'apprendre que, en zone tempérée, la teneur en CO2 varie localement avec la saison: elle est maximale en hiver où la photosynthèse est très faible et minimale en été.
     Moins évident et quelque peu inquiétant est l'accroissement continu de la teneur moyenne annuelle depuis 1850. Ceci témoigne d'un déséquilibre croissant, la photosynthèse réussissant de moins en mons à compenser la combustion et la respiration. De nombreuses tentatives de bilan ont été faites, elles sont difficiles et toujours sujettes à controverses.
     D'autant plus difficiles qu'une partie du gaz carbonique de la planète est dissous dans l'eau et peut se composer avec divers corps pour donner des carbonates insolubles qui précipitent au fond de l'océan (le plus courant est le calcaire ou carbonate de calcium).
     On a évidemment établi un rapprochement entre l'accroissement de la teneur en gaz carbonique et celui de la consommation de combustibles fossiles. Mais là, une évaluation assez précise des quantités brûlées depuis 1850 est plus aisée et montre que les combustibles fossiles n'expliquent qu'une partie de l'accroissement constaté.
     Dans ces conditions, celui-ci est sans doute dû aussi à une réduction constante du règne végétal par rapport au règne animal: l'augmentation des terres cultivées aurait donc été loin de compenser la réduction constante des forêt; ou faut-il incriminer la croissance démographique de l'homme et des autres animaux domestiques?
     Il se pourrait aussi que de l'homme ait modifié le milieu marin de telle façon que l'absorption de gaz carbonique par l'océan se fasse maintenant plus difficilement.
p.10

ENCART 4
Le commerce mondial des grains (doc. CIA)

On a conservé la répartition géopolitique adoptée par la CIA bien qu'elle soit peu conforme à nos habitudes

Suite encart 3
     Mais donnons des chiffres: ce sont des parties par million. De 1850 à 1975, on est passé de 290 à 330[1]. En valeur absolue, ceci peut paraître extrêmement faible, mais certains estiment que le maintien de la tendance actuelle pourrait avoir des conséquences climatiques importante en raison de ce qu'il est convenu d’appeler «l'effet de serre». Comme le verre, utilisé par les jardiniers dans leurs serres, le gaz carbonique laisse passer le rayonnement visible, mais s'oppose au passage des radiations infra-rouges. Or ce qui assure l’équilibre thermique de la planète, c'est que la terre émet des radiations infra-rouges[2] qui équilibrent au point de vue énergétique, le rayonnement du soleil. Une augmentation de la teneur en gaz carbonique devrait donc augmenter la température moyenne de la terre avec, à la limite, fusion des glaciers de l'antarctique et élévation du niveau moyen des mers pouvant atteindre 80m.
     Cependant l'accroissement de la teneur en poussières de l'atmosphère, due à l'activité industrielle de l'homme pourrait contrebalancer l'effet de serre en réduisant le rayonnement reçu du soleil. Certains experts pensent que ce second effet serait prépondérant[3] et que la terre aurait plutôt désormais tendance à se refroidir[4], ce qui ne serait pas non plus sans conséquences dommageables.
     Le débat reste ouvert... mais dans un sens comme dans l'autre, les conséquences prévisibles de déséquilibres créés par le développement industriel risquent d'être hors de portée d'une action humaine correctrice.

1. Il y a une certaine accélération: 315 à 330 de 1957 à 1975
2. Entre 10 et 30 micromètres.
3. Les aérosols produits annuellement par l'activité humaine représentent un dixième environ des aérosols naturels
4. Après s'être réchauffé de 1/2 degré entre 1850 et 1940. Mais pour être très affirmatif dans ce domaine, il faudrait disposer de longues séries de mesures en de nombreux points, ce qui n'est pas le cas.

Sur ce thème, deux sites via resosol.org (qui héberge la Gazette):
1) Controverses Energétiques
2) SEBES (université de Genève)
p.11a
ENCART 5
LE MAIS EN FRANCE


     Originaire des pays tropicaux, le maïs, grâce à la recherche de nouvelles variétés, s'est progressivement adapté à des climats plus rudes. Il y a trente ans, il n'était guère cultivé que dans la région aquitaine, couvrant 300.000 hectares. Mais il a progressivement remonté vers le nord et occupe maintenant 2.000.000 d'hectares. Dans le même temps, le rendiment moyen est passé de 15 quintaux par hectare à 50. Les rendements varient suivant les régions et les disponibilités en eau. Le tableau qui suit est relatif à la région de Toulouse, particulièrement favorable.
p.11b

ENCART 6
LE BIOGAZ EN INDE
     L'Inde est très dépendante de l'extérieur au point de vue énergétique. Les
ressources locales représentent moins de 50% des besoins. Le charbon autochtone est de qualité moyenne[1] et les poêles à usage domestique, en général vétustes ont un assez mauvais rendement. Le bois de chauffage est encore utilisé à raison de 80 kg par personne en moyenne, chiffre qui peut paraître faible mais qui, multiplié par plusieurs centaines de millions, représente une atteinte grave au patrimoine forestier. Ceci a incité le gouvernement indien à encourager les installations de biogaz dans les villages. Le chauffage ou la cuisson des aliments avec des appareils modernes utilisant le méthane apporte un progrès considérable dans les rendements énergétiques par rapport aux installations antérieures au charbon de bois.
     Il y a actuellement en Inde plus de 2.000 installations de biogaz, quelques-unes individuelles, la plupart collectives de village. Les installations collectives de village sont munies de stations de compression permettant la fourniture aux villageois de gaz en bouteille.
     Pour une village type de 500 personnes, on évalue la production de fumier à
500 kg par jour. La production résultante de biogaz varie de 85 m3 par jour. en hiver à 221  m3 par jour en été (moyenne 157 m3/j). On pourrait améliorer la production hivernale, soit par un chauffage de l'installation (ce qui consommerait une partie de la production supplémentaire)  soit par une meilleure isolation thermique.
     Quand on confronte la production moyenne de 157 m3/j aux besoins pour la cuisson des aliments évalués à 0,34 m3 par jour et par personne, soit 170 m3
pour 500 personnes, les résultats actuels paraissent  insuffisants (les besoins en éclairage et force motrice ne sont pas satisfaits), mais des améliorations sont possibles, la plupart des installations étant très sommaires.
1. 5.000 kcal/kg contre 7.000 pour le charbon américain.
 p.12

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