Innovation verte - Garder les avions dans les airs, mais pas le carbone

Qu’un simple arbuste nommé jatropha curcas et d’humbles algues puissent offrir une solution viable pour remplacer le pétrole, cet or noir dont nous sommes devenus si dépendants, voilà qui peut sembler difficile à imaginer, voire inconcevable. Et pourtant, dans quelques années, cela pourrait bien être une réalité dans le secteur du transport aérien. Face à l’instabilité des marchés énergétiques et au besoin urgent de réduire les émissions de gaz à effet de serre, cette industrie s’est en effet engagée résolument dans la recherche d’alternatives viables au pétrole, et l’on s’attend généralement à ce que ses efforts aboutissent à la mise en service de carburants à base de jatropha dans trois à cinq ans et, dans 10 ans, de carburants à base d’algues.

Le transport aérien offre l’exemple intéressant d’une industrie qui s’investit dans l’innovation en matière de technologie et de conception pour s’assurer un avenir économiquement durable et sans carbone.

Une démarche unie

Le transport aérien est essentiel pour le système commercial mondial : il voit transiter 35% (en valeur) des marchandises du commerce international, et plus de 40% des flux touristiques internationaux. Employeur à l’échelle de la planète, il génère 5,5 millions d’emplois directs et contribue à hauteur de 408 milliards de dollars au PIB mondial. L’aviation est actuellement responsable d’environ 13% des émissions globales dues au transport, ce qui équivaut à 2% des émissions globales de dioxyde de carbone (CO2).

Selon Giovanni Bisignani, directeur général de l’Association du transport aérien international (IATA), “aucune autre industrie n’est aussi unie dans sa démarche” en faveur de la réduction des émissions. Pour cette industrie “fermement et fortement” attachée à la responsabilité environnementale, l’IATA vise, dans un premier temps, une croissance neutre en carbone et un avenir sans carbone d’ici à 2050. Le secteur de l’aviation, premier au monde, dans le domaine des transports, à essayer de comprendre l’impact environnemental de son activité, a notamment commandé au Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), en 1999, un rapport spécial sur l’aviation et l’atmosphère mondiale.

Les mesures prises par l’industrie pour réduire son empreinte environnementale ont déjà généré une réduction significative des émissions et se sont traduites par des économies d’échelle mesurables. Depuis 2004, l’industrie dans sa globalité a économisé environ 59 millions de tonnes de CO2, ce qui équivaut à 12,2 milliards de dollars É.-U. en coûts de carburant. Pour l’année 2008 seulement, 15 millions de tonnes de CO2 ont été économisées.

Vols d’essai au biocarburant

L’accès à un carburant abordable, propre et efficace est un élément important pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre. L’industrie ne ménage pas ses efforts pour découvrir et mettre au point des alternatives viables aussi efficaces, sinon plus, que le kérosène d’aviation standard, renouvelables et ayant une incidence minimale sur la biodiversité. L’IATA est résolue à utiliser 10% de carburants alternatifs d’ici à 2017 et pense que la solution la plus prometteuse en matière de réduction des émissions de carbone de l’aviation se situe du côté des biocarburants.

En décembre 2008, la compagnie Air New Zealand est entrée dans l’histoire de l’aviation en faisant voler un avion pour le transport de passagers propulsé par un mélange de carburant standard et d’un carburant dérivé d’un fruit de la taille d’une prune, celui du jatropha. En janvier 2009, Continental Airlines et Japan AirLines ont également effectué des vols d’essai avec des biocarburants à base de jatropha. Ces essais s’inscrivent dans un effort concerté mené par l’industrie, sous l’égide du Groupement des utilisateurs de carburant durable pour l’aviation, pour accélérer le développement et démontrer la viabilité des biocarburants durables.

Le procédé permettant la conversion des huiles végétales en carburant a été mis au point par Universal Oil Products (UOP), une filiale de Honeywell. Cela fait 95 ans que la société UOP développe des technologies pour produire du carburant, et elle est titulaire de plus de 2600 brevets. Elle utilise le système de dépôt du Traité de coopération en matière de brevets (PCT) pour protéger sa technologie à l’international. La technologie de conversion des biocarburants est basée sur les procédés traditionnels d’hydroraffinage, utilisés dans les raffineries du monde entier depuis plus de 40 ans. Cela signifie que son intégration dans les raffineries existantes sera rapide, simple et peu coûteuse. UOP veut commencer à concéder des licences sur sa technologie aux producteurs de carburants au cours du premier semestre 2009, afin de rapprocher un peu plus la production commerciale de la réalité.

Les avantages du biocarburant au jatropha

L’efficacité énergétique plus élevée de ce biocarburant permettra de réduire la consommation des avions, et sa densité plus faible le rend supérieur à de nombreux carburants actuellement utilisés dans ce domaine. Il représente un excellent produit de substitution pour le kérosène standard, car il ne nécessite pas de modifications coûteuses de la flotte existante.

Ces biocarburants à base végétale de seconde génération ne mettent pas en péril la production de nourriture ni les ressources en eau potable et ne contribuent pas non plus à la déforestation. À l’inverse des cultures destinées aux biocarburants comme le soja et le maïs, le jatropha a besoin de peu d’eau et d’engrais, peut être cultivé dans un environnement difficile et peu fertile, et il est résistant à la sécheresse et aux insectes nuisibles. Chaque graine produisant de 30% à 40% de sa masse en huile, le jatropha a donc un rendement plus élevé à l’hectare que de nombreuses autres huiles végétales (un hectare de jatropha produit environ 600 gallons d’huile). On considère que ces carburants à base végétale sont neutres en carbone, car les émissions découlant de leur production et de leur utilisation sont compensées par la quantité de CO2 absorbée par les plantes au cours de leur croissance.

Des tests ont démontré qu’un mélange 50/50 de kérosène standard et de carburant à base de jatropha ou d’autres huiles végétales répond aux spécifications techniques de l’industrie, et parfois même est plus performant. Selon UOP, “le carburant produit par notre technologie est quasiment indifférenciable d’un carburant à base de kérosène. Les deux sont des hydrocarbures. La seule différence est la source dont ils proviennent”. L’objectif de l’UOP est de produire des carburants aussi performants, voire plus, que les produits pétroliers, mais permettant en même temps d’utiliser les infrastructures de ravitaillement et la technologie des flottes actuelles, de manière à limiter les dépenses en capital et simplifier leur adoption. L’UOP prévoit que la production annuelle de biocarburants se situera dans les centaines de millions de gallons d’ici à 2012.

Améliorer l’espèce végétale

Des bassins de production d’algues de Carbon Capture Corporation. Cette société estime que les avancées technologiques dans la conception de bassins efficaces et les méthodes de traitement feront baisser les coûts de production. (Photo: CCC)

L’huile de jatropha utilisée pour le vol d’essai de Continental Airlines provenait de la société Terasol Energy de New-York, dont le président, M. Sanjay Pingle, pense que la recherche n’en est encore qu’à ses débuts : “Il reste beaucoup de travail à faire pour améliorer les rendements ainsi que la résistance aux maladies et la synchronisation de la floraison et de la production des fruits”. M. Pingle est également conscient que “les plantes destinées à la production de carburant doivent être cultivées de façon durable. Nous ne pouvons pas permettre qu’elles soient cultivées dans des zones réservées à la nourriture ou qu’elles soient une cause de déforestation”.

La société Terasol Energy travaille avec des obtenteurs à l’élaboration de variétés de semences susceptibles d’être adaptées selon ses besoins. Selon M. Pingle, “avec le temps, si les essais sont concluants, nous enregistrerons de nouvelles variétés de jatropha que nous pourrons développer sous le nom de Terasol”. Actuellement, environ 1000 hectares de jatropha sont cultivés au Brésil, sur des terres qui autrement, ne seraient pas utilisées à des fins de production agricole.

La propriété intellectuelle est une composante importante de la stratégie commerciale de Terasol Energy. “Nous devons nous assurer que les plantes sur lesquelles nous prenons des licences sont les meilleures possibles, poursuit M. Pingle. Cela serait difficile si les obtenteurs n’avaient pas eux-mêmes des droits de propriété intellectuelle bien protégés. Il est important que nous conservions par la suite un avantage compétitif grâce à la propriété intellectuelle générée à mesure que nous adaptons ces plantes et les développons pour la culture”. Terasol Energy met surtout l’accent, en matière de propriété intellectuelle, sur “les variétés et les hybrides des plantes utilisées et des procédés élaborés pour les cultiver d’une manière durable mais efficace”.

M. Pingle pense que l’huile de jatropha a le potentiel nécessaire pour changer radicalement le paysage de l’énergie et constitue une solution gagnante à tous les égards, qui peut contribuer à contrer le changement climatique, réduire la dépendance aux carburants fossiles et générer des bénéfices économiques et sociaux. “Nous sommes dans une bataille de plus en plus difficile pour combattre le changement climatique. Il n’y a pas de solution miracle, mais tous nos efforts pour réduire nos émissions de gaz à effet de serre peuvent nous aider à stabiliser la qualité de notre environnement. Développer des sources de carburant végétales cultivées de façon durable aura non seulement un impact sur la consommation de carburants fossiles, mais aussi sur les économies des pays en développement, en leur fournissant de nouvelles possibilités d’emploi dans les zones rurales et en réduisant leur dépendance aux importations”.

Les algues comme carburant écologique

Les algues représentent une autre source prometteuse de carburant alternatif. Bernard Raemy, vice-président et directeur général de Carbon Capture Corporation (CCC), est convaincu que dans dix ans, les biocarburants à base d’algues pourraient occuper une place de premier plan parmi les carburants utilisés dans les transports, et notamment l’aviation.

Les algues peuvent produire cent fois plus d’huile végétale par hectare et par an que le soja, et dix fois plus que le palmier à huile. (Photo: CCC)

Les algues laissent entrevoir un énorme potentiel comme source de biocarburant. On estime à 100 000 le nombre d’espèces d’algues connues à travers le monde, et des centaines de nouvelles espèces sont identifiées chaque année. Produisant la moitié de l’oxygène de notre planète, elles sont aussi considérées comme ses organismes les plus efficaces, en raison de leur croissance rapide (certaines espèces peuvent doubler leur biomasse en une journée) et de leur haute teneur en huile qui, chez certaines espèces, peut atteindre 50% de leur masse. “Les algues sont capables de produire plus de biomasse et plus de molécules de biocarburant, et cela de façon bien plus efficace, en fait de temps et d’espace, que n’importe quelle plante terrestre”, explique Greg Mitchell de l’Institut d’océanographie Scripps de l’université de Californie à San Diego (UCSD). “Par exemple, les algues peuvent produire cent fois plus d’huile végétale par acre et par an que le soja, et dix fois plus que le palmier à huile”.

Selon une étude¹ commandée par le CCC, qui cultive des algues dans des bassins dans le désert californien de l’Imperial Valley aux fins de la recherche sur les biocarburants, “la production de biomasse microalgale offre de nombreux avantages par rapport aux technologies de production de biomasse conventionnelles, dont notamment de meilleurs rendements, l’utilisation de terres autrement improductives, la réutilisation et la récupération de nutriments rejetés, l’utilisation d’eaux salines ou saumâtres et la réutilisation du CO2... et en plus, elle présente un potentiel d’évitement des gaz à effet de serre”.

M. Raemy reconnaît qu’il reste de nombreux obstacles à surmonter “en ce qui concerne la récolte des algues, la réduction du taux d’humidité, le séchage, l’extraction des lipides et la conversion” et que “des efforts de recherche coordonnés [...] sont nécessaires pour pouvoir passer du laboratoire au terrain”. Il ne doute pas que les avancées technologiques dans la conception efficace des bassins et les méthodes de traitement feront baisser les coûts de production. La protection des droits de propriété intellectuelle devrait prendre une place de plus en plus importante dans la stratégie commerciale de sa société : “Jusqu’à présent, nous avons choisi d’être très ouverts concernant nos efforts et nous n’avons déposé qu’un nombre limité de brevets. Nous avons l’intention de faire, à l’avenir, une plus grande place à l’acquisition de droits de propriété intellectuelle comme moyen de créer de la valeur”. C’est ce qui permettra à CCC d’obtenir les investissements qui lui sont nécessaires pour continuer ses recherches sur les biocarburants.

Faire face au défi

Bien que la production mondiale de biocarburants ait triplé entre 2000 et 2007 - de 4,8 à environ 16 milliards de gallons - elle ne représente encore que moins de 3% de l’offre globale de carburants pour le transport. Il reste donc beaucoup à faire avant que les carburants “verts” deviennent une option courante, mais l’énorme intérêt manifesté pour la recherche, le développement et l’essai de telles solutions de remplacement démontre une volonté croissante d’atténuer les causes du changement climatique.

La recherche a besoin d’investissements considérables pour réaliser les avancées technologiques qui feront des biocarburants à base de plantes une réalité commerciale. Un système de propriété intellectuelle équilibré constitue un outil éprouvé et pratique, susceptible de contribuer d’une manière importante à permettre les avancées technologiques et les investissements nécessaires à la recherche et au développement des biocarburants, et à faciliter une large diffusion de ces technologies.

Le changement climatique et ses incidences sur la société humaine représentent sans doute le plus gros défi du XXIe siècle, et la technologie, l’innovation et la créativité joueront un rôle déterminant dans notre capacité à le gérer efficacement. La réponse du secteur de l’aviation, son attachement à l’innovation et sa volonté de réduire les émissions de gaz à effet de serre et d’atteindre la neutralité en carbone sont un exemple encourageant de ce qui se fait et de ce que l’on peut espérer pour l’avenir.

Cathy Jewell, Section des relations avec les médias et le public de l’OMPI

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1.  Auteurs : D. E. Brune (université Clemson), T. J. Lundquist (CalPoly), J. R. Benemann (Benemann and associates).