Résumé court pour le grand public

Comment les résidus agricoles et forestiers peuvent-ils contribuer à réduire l’empreinte climatique de l’industrie en France ? Cette thèse explore l’usage de ces ressources pour produire des molécules et matériaux biosourcés. Elle a identifié l’éthylène et le propylène, deux composants clés des plastiques, comme des cibles à bio-sourcer. Deux voies de transformation de la paille de blé, produite en large quantité, ont été comparées via une analyse du cycle de vie (ACV). Elle a montré que la voie biotechnologique et la voie thermochimique peuvent toutes réduire l’empreinte carbone comparée à la production pétrochimique. Cependant, cela implique des compromis par la hausse d’autres impacts environnementaux. Enfin, cette thèse compare ces procédés à un usage plus simple de la paille : l’isolation des bâtiments. Les résultats montrent que cet usage direct peut offrir des bénéfices climatiques encore plus importants, en nécessitant moins de transformations.

Résumé plus détaillé

La pétrochimie et les industries manufacturières dépendent largement des ressources fossiles et contribuent ainsi au changement climatique. En alternative, la bioéconomie vise à substituer les ressources fossiles par de la biomasse. Les résidus agricoles et forestiers peuvent ainsi être transformés en produits biosourcés sans nécessiter de cultures dédiées, mais les ressources disponibles font l’objet d’usages concurrents. L’analyse du cycle de vie (ACV) permet d’estimer les impacts environnementaux et les potentiels transferts des productions biosourcées. Pourtant, les modèles d’ACV comparant plusieurs voies de valorisation des biomasses résiduelles de manière cohérente restent rares. Or, réaliser une ACV robuste et transparente requiert beaucoup de temps et de données, ce qui freine la prise de décision tandis que l’urgence climatique pousse à des changements rapides.

Ainsi, les questions de recherche de cette thèse sont : Quelles voies de transformation des biomasses résiduelles en produits biosourcés (molécules et matériaux) présentent un fort potentiel d’atténuation du changement climatique en France ? Parmi elles, quelles sont les conditions de production, les compromis environnementaux et les incertitudes ?

Pour répondre à cela, la thèse propose une nouvelle approche pour sélectionner les études de cas en ACV, nommée « SCREEN-LCA ». C’est une méthode par étape et reproductible visant à identifier les produits à forte empreinte carbone et leurs alternatives concrètes. Cette démarche a permis d’identifier comme prioritaires l’éthylène et le propylène, deux monomères importants pour les plastiques, ainsi que le PLA quand il peut remplacer le PET. De plus, une base de données recensant des alternatives biosourcées pour cinquante produits à forte empreinte carbone et des outils ont été produits lors de ce travail.

Les cas d’étude ainsi sélectionnés ont été modélisés et évalués via l’ACV conséquentielle pour répondre à la seconde question. Les deux voies de production d’éthylène à partir de paille ainsi retenues sont la fermentation et la conversion thermochimique. La première implique la fermentation et la déshydratation de l’éthanol en éthylène. La seconde produit de l’éthylène et du propylène via la gazéification et la conversion du méthanol. La modélisation considère les émissions et les procédés de la récolte au produit final et inclus la gestion des co-produits. Les deux voies montrent un potentiel de réduction de l’empreinte carbone comparé à l’éthylène pétrosourcé, mais des transferts d’impacts environnementaux ont été révélés. La sensibilité des résultats et les incertitudes ont été documentées. L’analyse de Monte-Carlo confirme la robustesse des conclusions pour la plupart des indicateurs environnementaux. Cette étude enrichit les travaux existants grâce à une ACV conséquentielle, des données actualisées et des modèles de procédés détaillés, paramétrés et transparents.

Enfin, la thèse élargit la réflexion en comparant ces voies de transformation à un usage direct de la paille de blé comme matériau isolant dans le bâtiment. L’utilisation de bottes de paille comme isolant nécessite peu de transformation et présente un potentiel de réduction des émissions de gaz à effet de serre supérieur à celui des voies chimiques. Cette comparaison souligne l’intérêt environnemental d’approches « low-tech » dans la valorisation des biomasses résiduelles.

En guise de perspectives, de futurs travaux pourraient étendre SCREEN-LCA à des analyses multicritères. L’intégration des dimensions sociales et économiques permettrait de compléter l’évaluation environnementale. De futurs travaux pourraient également étudier d’autres produits biosourcés prioritaires et explorer des variantes de procédés, notamment l’électrolyse et différents prétraitements.