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Le bois : une source inépuisable d’énergie et un matériau d’avenir

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Edito : Le bois : une source inépuisable d’énergie et un matériau d’avenir

Jeudi, 12/04/2018 - 23:00 0 commentaire
Le bois : une source inépuisable d’énergie et un matériau d’avenir zoom

Il y a sans doute près de 800 000 ans que nos lointains ancêtres ont appris à maîtriser et à utiliser le feu de manière continue, au Proche Orient. Dès ce moment, capital dans l’histoire de l’évolution humaine, le bois est devenu jusqu’à la révolution industrielle la source principale, irremplaçable et vitale d’énergie pour l’homme, et si celui-ci a pu survivre dans des environnements très rudes et affronter plusieurs périodes glaciaires, c’est parce qu’il a pu se chauffer et cuire ses aliments avec le bois qu’il trouvait sur ses lieux de vie.

On aurait pu croire qu’après plus de deux siècles de révolution industrielle et énergétique, et l’arrivée successive du charbon, du pétrole, du gaz, de l’électricité et de l’énergie nucléaire, le bois, comme source d’énergie, serait définitivement renvoyé aux oubliettes de l’histoire : il n’en est rien ! La part du bois dans le mix énergétique primaire mondial est de l’ordre de 10 %, devant l’hydraulique et le nucléaire. En France, le bois représente plus de 45 % des énergies renouvelables, loin devant l’hydraulique, l’éolien et le solaire.

Dans notre pays, le bois-énergie est déjà la première des énergies renouvelables en France (4 % de la consommation totale d’énergie), avec plus de 10 millions de tonnes équivalent pétrole (MTep), tonnes de bois utilisées pour l’énergie chaque année et 8 millions de foyers qui possèdent un système de chauffage au bois. Pourtant, la consommation de bois reste nettement inférieure à l’accroissement naturel de la forêt. Avec une surface forestière qui a doublé en deux siècles et atteint aujourd’hui 31 % du territoire (169 000 km2), la récolte forestière est évaluée à près de 42 millions de m3/an alors que la ressource en bois représente un potentiel estimé de plus de 86 millions de m3. La ressource en bois est donc en France largement sous- exploitée, notamment comme gisement d’énergie renouvelable et neutre en émissions carbone et on estime que d’ici 2020, 20 millions de m3 de bois supplémentaires pourraient être mobilisables.

Selon plusieurs études prospectives convergentes, il serait tout à fait possible de produire 25 Mteps d’énergie à partir du bois, d’ici 2050, soit plus de 10 % de la consommation totale d’énergie de notre pays, sans porter atteinte à la capacité de renouvellement naturel de la forêt et en généralisant les installations individuelles et collectives informatisées, à haut rendement et équipées de filtres anti-particules très performants. Cette source renouvelable d’énergie présente en outre l’avantage d’être peu émettrice de CO2 : en chauffage domestique, en France, avec l’hypothèse que le carbone émis à la combustion est compensé par du CO2 capté lors de la croissance des plantes, il émet 11 fois moins de CO2 que le fioul, 4 fois moins que l’électricité et 5 fois moins que le gaz.

Après avoir conquis plus du tiers des ménages, le bois s’impose peu à peu, au niveau des collectivités locales, comme solution écologique et économique de chauffage collectif. Partout en France les projets se multiplient : à Colmar, l’équivalent de 18.000 foyers sont raccordés au réseau de chauffage urbain de la ville, alimenté par du bois de provenance local. Le coût pour un MWh produit est de 54,30 € TTC pour le chauffage urbain colmarien contre 57 € pour le gaz.

A Briançon, le système de chauffage urbain mis en service en 2015 pour les bâtiments municipaux s'apparente à un chauffage central au bois à l'échelle du territoire communal. Ce réseau de chaleur comprend une chaufferie bois qui réchauffe un fluide caloporteur circulant dans les conduites jusqu'aux différents points de livraison. Via un échangeur thermique, cette chaleur est ensuite transmise à deux circuits secondaires : un pour le chauffage et un pour l'eau chaude sanitaire.

A Nantes, la Métropole a réalisé l'extension des deux réseaux de chauffage urbain entre 2012 et 2017. Ces réseaux sont alimentés à hauteur de 84 % par des énergies renouvelables, dont 43 % par du bois de chauffage. Nantes peut ainsi produire 390.000 MWh par an et assure le chauffage de 41.000 logements, soit la moitié de la population nantaise, tout en réduisant de 60.000 tonnes ses émissions annuelles de CO2.

A Aurillac, un nouveau système de chauffage urbain, plus propre et moins coûteux, à base de bois et d’eau chauffée, sera distribué dans la ville, d’ici novembre 2019. Grâce à une énergie propre, locale et renouvelable, 3.500 logements aurillacois bénéficieront de ce nouveau mode de chauffage, et une quinzaine de bâtiments de la ville seront également approvisionnés.

Depuis la fin 2017, la Ville de Bayonne a réalisé un réseau de chaleur alimenté par une chaufferie biomasse dans le quartier des Hauts de Bayonne. Cette nouvelle installation permet de couvrir les besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire de près de 10 % de la population bayonnaise. Le bois est issu de forêts locales gérées durablement et remplace à présent le gaz naturel. Le réseau de chaleur permet aux usagers de bénéficier d’un prix compétitif et stable à long terme. Cette nouvelle installation, optimisée par un système innovant d’hydro accumulation, permet de couvrir les besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire de 4 000 équivalents logements.

La ville de Nevers s’est également dotée en juin 2017 d’une chaufferie biomasse, couplée avec la récupération de chaleur, qui permettra, grâce à un réseau de 30 km de long, de chauffer, à terme, l’équivalent de 8 000 logements.

Dijon a également inauguré fin 2014 son réseau de chaleur. Celui-ci intègre trois chaudières biomasse de 9,5 MW, qui sont alimentées par environ 50 000 tonnes de bois énergie provenant des forêts privées et publiques de Bourgogne ; ce réseau permet de fournir de l’énergie à l’équivalent de 20 000 logements.

Mais c’est peut-être la nouvelle centrale de trigénération de Montpellier, inaugurée en avril 2015, qui montre la voie du futur pour le bois, en tant que source d’énergies combinées. Cette installation remarquable est la première du genre à être capable, uniquement à partir de bois, de produire en même temps de la chaleur, du froid et de l’électricité. Alimentant 5.200 logements et plus de 600.000 mètres carrés de bureaux, commerces et bâtiments publics, cette centrale high tech permet de valoriser chaque année plus de 11.700 tonnes de bois régional.

Concrètement, ce dispositif de tri-génération produit, grâce à une chaufferie au bois de 8,5 MW, de l’électricité et de l’eau chaude de manière centralisée, ainsi que du froid de manière décentralisée (grâce à des machines à absorption à eau préalablement installées dans les immeubles raccordés). L’énergie thermique permet de couvrir les besoins en chauffage et en rafraichissement des quartiers environnants via un réseau de canalisation enterré sous la voie publique. La grande innovation de cette centrale réside dans l’utilisation d’un Cycle Organique de Rankine, un procédé thermodynamique qui permet de produire de l’électricité à partir de sources de chaleur à basse température (inférieur à 300°C).

Grâce aux progrès technologiques en matière de cogénération, il est réaliste d’imaginer que, d’ici quelques années, la plupart de villes moyennes, mais également des grandes métropoles, se dotent de centrales de nouvelle génération, à haut rendement, capables, à partir du bois et des déchets végétaux, de fournir à un coût plus compétitif que les énergies fossiles, chaleur, froid et électricité et connectées à de vastes réseaux locaux desservant bâtiments publics et logements individuels.

Mais si le bois est, avec la force animale, la plus ancienne source d’énergie utilisée par l’homme, il est également un matériau renouvelable aux propriétés extraordinaires et à la polyvalence irremplaçable. S’agissant de la production mondiale de bois, elle a retrouvé, selon les chiffres de la FAO, son niveau de la fin du siècle dernier, avec environ 1 818 millions de m3 en 2015, soit une hausse de 4,4 % sur les cinq dernières années. Quant au marché mondial du bois, il est passé de 267 milliards de dollars en 2014 à 236 milliards en 2015, en raison de la baisse mondiale des prix. L’ensemble Europe-Russie, avec 572 millions de m3, reste de loin le premier producteur de bois de la planète avec 31,5 % de la production mondiale.

Rappelons que, selon les derniers rapports de la FAO, les forêts qui couvraient environ 4 milliards 128 millions d'hectares en 1990 (31,6 % de la superficie mondiale des terres), n’en couvraient plus que 3, 99 milliards d'hectares en 2015 (30,6 % des terres). La FAO constate cependant avec satisfaction que le taux annuel net de pertes de forêts s'est sensiblement ralenti, passant de 0,18 pour cent dans les années 1990 à 0,08 pour cent au cours de la période 2010-2015. Sur les 25 dernières années, la FAO estime même que le taux de déforestation net mondial a ralenti de plus de 50 %. Néanmoins, cette agence mondiale de l’ONU rappelle que cet effort reste insuffisant et qu’il est vital pour la planète de parvenir à inverser la tendance et à faire en sorte que le reboisement soit plus rapide que la déforestation, si nous voulons lutter efficacement contre le changement climatique.

Heureusement, une prise de conscience mondiale semble enfin émerger et plusieurs vastes programmes de reboisement sont à l’œuvre. Parmi ceux-ci, il faut citer celui de la Chine qui vient d’annoncer il y a quelques jours qu’elle allait accélérer son reboisement, de façon à faire passer sa surface forestière de 21,7 à 23 % d’ici 2023. Sur la seule année 2018, le gouvernement de Pékin a d’ailleurs décidé de reboiser 6,6 millions d’hectares. Le Brésil s’est engagé pour sa part à reboiser 12 millions d’hectares en Amazonie d’ici 2030. Mais c’est l’Inde qui a annoncé l’effort le plus ambitieux en la matière puisque ce pays s’est formellement engagé à reboiser 95 millions d’hectares d’ici 2030.

En septembre 2015, une vaste étude internationale, menée par Thomas Crowther de l’Université de Yale, a permis pour la première fois de calculer avec une précision inégalée le nombre total d’arbres sur Terre, en combinant plusieurs sources d’informations (images satellitaires, photos aériennes et mesures réalisées sur le terrain sur plus de 400.000 sites). Les résultats de ce travail pharaonique sont plutôt encourageants : il y aurait sur Terre environ 3.040 milliards d'arbres, soit 422 par habitant, environ 7 fois plus que les estimations précédentes.

En mai 2017, une autre étude tout à fait intéressante, réalisée sous la direction de Jean-François Bastin, chercheur à l’université libre de Belgique, a montré pour sa part que la surface forestière mondiale était plus étendue que celle évaluée jusqu’à présent. Une forte sous-estimation de la couverture forestière des régions sèches est à l’origine de cet oubli (Voir Science). Selon ces travaux, la couverture forestière des régions sèches aurait ainsi été sous-estimée d’au moins 40 %. De ce fait, la couverture forestière mondiale serait de 4 357 millions d’hectares, soit 11 % de plus qu’on ne le pensait. Ressource renouvelable par nature, le bois n’est donc pas menacé à court terme, ni en tant que source d’énergie, ni en tant que matériau, à la condition toutefois que l’effort réel de reboisement entrepris au cours de ces dernières années par la communauté internationale et l’effort de meilleure gestion des forêts se poursuivent au niveau planétaire.

En outre, un nouveau matériau prometteur est venu s’ajouter au bois naturel et ne cesse de trouver de nouvelles applications, tant dans la construction que l’ameublement : le bois composite. Apparu il y a une trentaine d’années, les bois composites sont des produits fabriqués à partir de particules de bois recyclées, mélangées avec des résines polymères. Ces bois composites, qui ont fait des progrès remarquables au cours de ces dernières années, présentent maintenant des qualités exceptionnelles de longévité, de flexibilité et de multirésistance (aux chocs, aux intempéries, aux insectes). L'effort d'innovation a notamment permis de concevoir des mélanges parfaitement maîtrisés, combinant poudre de polymères et poudre de bois.

Récemment, de nouvelles innovations techniques sont venues rendre le bois encore plus attractif dans de nombreux secteurs d’activités. Parmi celles-ci, il faut citer Wood Protect, mise au point par le Laboratoire de Chimie Agroindustrielle (LCA) de Toulouse en association avec Lapeyre. Cette méthode totalement écologique consiste à imprégner le bois à cœur par une substance dérivée d'huiles végétales. Ce traitement confère au bois ordinaire une durée de vie d’au moins trente ans, équivalente de celle des bois exotiques. "Notre traitement naturel du bois permet donc de réduire la déforestation en Asie ou en Afrique", précise Elizabeth Borredon, directrice du LCA.

Des chercheurs de l’Université du Maryland aux États-Unis viennent pour leur part de créer un « super bois », 12 fois plus résistant et 10 fois plus dur que le bois naturel. Ce nouveau bois est le résultat d’un nouveau procédé (voir Nature) qui consiste à faire bouillir le bois  dans un mélange de sulfite de sodium et d’hydroxyde de sodium, puis à presser ce bois à une température de 100° Celsius. Ainsi transformé, le « super-bois » obtenu présente une structure très dense, constituée de nanofibres de cellulose bien ordonnés. Ce matériau devient alors aussi résistant que le métal, tout en restant bien plus léger, et surtout bien moins coûteux à produire que les matériaux présentant des propriétés équivalentes, comme la fibre de carbone.

Cette nouvelle technique de transformation du bois est d’autant plus prometteuse qu’elle permet d’ouvrir à l’exploitation forestière de nouvelles espèces d’arbres et qu’elle ouvre à ce « super-bois » de multiples domaines d’application : industrie, automobile, médecine, robotique, construction…

Dans cette course scientifique et technologique, la France est également très bien placée. La jeune entreprise française Woodoo a ainsi mis au point un bois composite imputrescible, à base de polymères, trois fois plus rigide que le bois classique, bien plus résistant au feu et de surcroît translucide, ce qui a valu à Timothée Boitouzet, son fondateur, d’être récompensé par le prix MIT des Innovateurs de moins de 35 ans. Ce bois-composite à longue durée de vie est déjà employé pour créer des meubles contemporains mais, d’ici trois ans, il devrait permettre la commercialisation d’éléments structurels porteurs destinés au bâtiment…

Il faut également évoquer le procédé baptisé Wblock, mis au point par Stephan Vogel, lauréat du prix ESTP (École supérieure des travaux publics et du bâtiment) du concours Lépine. Cette innovation consiste en un bloc à maçonner composé de 10 % de ciment et de 90 % de déchets de bois non traités. Le bloc ainsi obtenu est aussi résistant qu’un bloc béton traditionnel mais plus léger et plus isolant.

Mais en attendant que ces bois-composites à très hautes performances arrivent en masse sur le marché, il est déjà possible, en utilisant les techniques et bois actuels, de réaliser en toute sécurité des immeubles de grande hauteur en bois. Actuellement, la résidence étudiante de Brock Commons à Vancouver, qui culmine à 53 mètres, est la tour en bois la plus haute du monde. Mais cet immeuble sera détrôné dès l’an prochain par la tour Mjosa (80 m – 18 étages de bureaux d’appartements et un hôtel), en cours de construction en Norvège.

Charpente Concept, un bureau d’études genevois spécialisé dans l’ingénierie bois, compte pour sa part réaliser deux immeubles de logements en bois de neuf niveaux à Strasbourg, et veut également construire en plein Paris un immeuble en bois mixant bureaux, hôtels et commerces de neuf étages.

Mais ce n’est rien face au projet particulièrement ambitieux annoncé il y a quelques jours par le promoteur immobilier japonais Sumitomo Forestry. Celui-ci veut en effet construire une tour en bois de 350 m et de 70 étages. Du nom de W350 project, l’immeuble hébergera des logements, des bureaux mais aussi des commerces ainsi qu’un hôtel. L’édifice qui sera composé de 90 % de bois pour 10 % d’acier devra être capable de résister au vent et aux séismes, des phénomènes naturels récurrents au Japon. Au total, 185 000 m3 de bois seront nécessaires pour assembler cette tour « kapla » géante. L’immeuble sera édifié à Marunouchi, un quartier populaire de Tokyo dans lequel se situe le palais impérial.

Après le XIXème siècle, qui fut celui de l’acier, et le XXème, qui vit l’essor du béton et des matières plastiques, le XXIème siècle pourrait bien, grâce aux avancées des biotechnologies et des sciences de la matière, voir le retour triomphal du bois, tant comme source propre et renouvelable d’énergie que comme matériau polyvalent, écologique et recyclable, utilisable sous une multitude de formes nouvelles dans l’ensemble des domaines d’activités humaines, des nanotechnologies à l’industrie en passant par les transports et la construction. La France qui a la chance de posséder une surface forestière très vaste et diversifiée, mais encore très largement sous-exploitée, ne doit pas rater cette nouvelle révolution technologique qui ne fait que commencer.

René TRÉGOUËT

Sénateur honoraire

Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat

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