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biomasse

Masse totale de l'ensemble des êtres vivants occupant, à un moment donné, un biotope bien défini. (Ainsi conçue, la biomasse d'une forêt comprend aussi bien les arbres, leurs oiseaux et leurs insectes que le sous-bois ou la faune microscopique du sol ; le climax d'un lieu est en général la biocénose ayant la plus forte biomasse possible.)

Mesure de la biomasse

On peut évaluer la biomasse en poids frais, avec l'eau de constitution, ou en poids sec, ce dernier ne dépassant guère 20 % du poids frais. On peut compter ou non les feuilles mortes, cadavres animaux, etc., plus souvent mis à part sous le nom de thanatomasse. Il ne faut pas confondre ce capital avec son revenu annuel, le gain de masse en un an, tel que la masse de poissons que l'on peut pêcher annuellement sans dépeupler le lieu de pêche. Cette « biomasse annuelle » est de l'ordre de 160 milliards de tonnes de matière sèche pour le globe, dont 50 % provient des forêts et 36 % des océans. La toundra en produit, à surface égale, cent fois moins que la forêt équatoriale. Un autre mode d'évaluation ne considère que l'énergie pouvant être obtenue à partir de la biomasse, et exprime celle-ci en tep (tonnes d'équivalent-pétrole) ou en joules.

Utilisation de la biomasse

La forêt française fournit annuellement 250 000 tep pour le chauffage des habitations. Ce chiffre pourrait être doublé par une utilisation rationnelle des broussailles et débris. On envisage aussi des cultures énergétiques de plantes combustibles à croissance rapide, terrestres (betterave) ou, mieux, aquatiques (jacinthe d'eau, algues telles que le Botryococcus, qui produit directement des hydrocarbures).

Méthodes de conversion de la biomasse

On libère l'énergie de la biomasse par combustion complète (chauffage), par pyrolyse à l'abri de l'air, à 500 °C ou à 1 000 °C, dans des gazogènes, donnant un gaz pauvre, par fermentation biologique à l'aide de levures pour obtenir de l'éthanol, mélangé à l'essence (gazohol).

Plus remarquable est l'exploitation de la cellulose humide dans des digesteurs à 30-35 °C, qui fournit un gaz contenant 40 % de méthane. C'est une excellente utilisation de toutes sortes de déchets agricoles et les pays d'agriculture traditionnelle (Chine) y recourent massivement. Renouvelable, aisée à stocker mais onéreuse à transporter, l'énergie issue de la biomasse n'a qu'un faible rendement.

La biomasse végétale

La biomasse végétale des milieux terrestre et aquatique est élaborée par photosynthèse sous l'action du soleil. Environ 5 % de l'énergie solaire incidente est convertie en biomasse végétale. Celle-ci représente plus de 10 000 g de matière sèche par mètre carré dans une forêt et environ 5 g au mètre carré dans un lac. À masse égale, le métabolisme des micro-organismes présents dans les milieux aquatiques est beaucoup plus élevé que celui des plantes terrestres. Ainsi, les feuilles d'une forêt, actives lors de la photosynthèse, équivalent à 1 %-5 % seulement de la biomasse végétale totale. C'est la raison pour laquelle la durée de renouvellement de la biomasse d'une forêt se mesure en années (5 à 20 ans), alors que celle d'un lac se mesure en jours.

Conversion de la biomasse végétale

L'énergie contenue dans la biomasse végétale est en moyenne de 19 kJ/g de matière sèche contre 42 kJ/g pour le pétrole et 120 kJ/g pour l'hydrogène. La biomasse végétale est moins riche que la biomasse animale, où abondent les graisses et dont la valeur énergétique (en moyenne 23 kJ/g) atteint chez certains animaux migrateurs ou hibernants 30 kJ/g. Cependant, certaines graines d'oléagineux peuvent fournir plus de 30 kJ/g.

Cette énergie est récupérable par voie thermochimique et en faisant appel à des biotechnologies. Le bois des forêts représente, en tant que source d'énergie, 5,4 % de l'énergie totale utilisée dans le monde : 0,7 % dans les pays industrialisés et 20 % dans les pays en développement ; mais certains pays de la zone sahélienne dépendent à 95 % du bois. On peut améliorer le rendement en transformant en charbon de bois des plantes herbacées annuelles, inutilisables autrement, par calcination et agglomération ; on peut également développer les plantations à rotation rapide. Mais il existe un autre voie d'utilisation énergétique du bois : sa transformation en combustibles liquides.

La biomasse végétale aquatique

Le milieu aqueux, non destiné a priori aux productions alimentaires et donc entièrement disponible au développement et à l'utilisation d'une biomasse, se prête, par ailleurs, à des rendements extraordinaires en raison de la stabilité de la température et de la facilité de migration vers la plante des éléments nutritifs indispensables.

En réalité, la prolifération des plantes aquatiques constitue souvent une catastrophe tant pour la navigation que pour l'irrigation (canaux obstrués). Ainsi le fleuve Congo a-t-il été, en quelques années, envahi par la jacinthe d'eau (Eichhornia crassipes), dont la production peut dépasser 15 t à l'hectare par mois. Encore faut-il évaluer, outre l'élimination (difficile à calculer), la perte sous-jacente en plancton, donc en poisson. De plus, cette plante concentre certaines pollutions. Quant à la biomasse des grandes algues marines telles que les laminaires, les agars, les laitues de mer, elle présente un réel potentiel de production (10 t à l'hectare), mais leur récolte présente des risques, car le plancton végétal ne peut vivre sans leur ombrage.

Problème plus aigu : que faire de cette énorme biomasse ? La transformation en méthane paraît être la voie la plus logique, mais elle n'est pas, jusqu'à présent, réalisable. Il faut toutefois souligner que l'étude des plantes marines a mis en évidence l'existence d'une grande quantité de molécules chimiques dont les spécificités sont remarquables : acides à longue chaîne, dérivés bromés, terpènes spéciaux, etc.

La biomasse des micro-organismes

La biomasse des micro-organismes constitue, si étonnant que cela paraisse, 20 % de la biomasse totale : elle équivaut à peu près à la biomasse animale. Son premier avantage est qu'on peut la produire en grandes quantités dans des espaces restreints. Très diversifiée, elle est utilisable à des fins alimentaires en tant que source de protéines. Les protéines d'organismes unicellulaires (POU) sont ou peuvent être obtenues à partir de bactéries (Bacillus subtilis, sur substrat glucidique, Micrococcus cerificam, sur support pétrolier), de très nombreuses levures (Saccharomyces cerevisiae, la levure de bière), de champignons filamenteux (Aspergillus, etc.) ou d'algues unicellulaires.

L'intérêt de ces micro-organismes ne se borne pas à la production de protéines qui composent leur substance même ; beaucoup sont connus grâce au caractère antibiotique des produits de leur métabolisme. Les progrès du génie génétique les font entrer dans l'élaboration de composés d'une très haute valeur biologique (insuline, interféron, etc.) ou industriel (colorants anthocyanés). Il faut noter également que certaines algues unicellulaires (Botryococcus braunii, par ex.) accumulent des hydrocarbures dans leurs parois sous forme de gouttelettes : les travaux en cours permettent d'envisager un rendement annuel de plus de 20 t à l'hectare. D'autres produisent des lipides. Enfin, des études se poursuivent activement afin d'obtenir des micro-organismes qui fixeraient l'azote de l'air et le mettraient à la disposition des cultures.