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1 CMA - Centre de Mathématiques Appliquées

Abstract : French bioenergy consumption increased by 35 % over the last decade. It reached an 8.1% share in final energy demand by 2012. Bioenergy has been fostered for its many benefits as it is a renewable energy source that increases energy supply independence and that reduces greenhouse gases GHG emissions. This sector also maintains and provides job at local level and promotes agricultural and forestry economic development.But the sustainability of this development is now subject to uncertainties: economic performance in comparison to fossil fuels, biomass availability, technological choices, and level of incentives. In addition, it faces several controversial points. Firstly, rise in global biomass demand has implied a rise in prices and it has threatened existing uses, such as wood panel manufacturing in the French building sector and food supply at a world scale. Secondly, environmental performance has been criticized: biomass combustion could emit fine particulate matter and GHG emissions of current biofuel processes may be higher than initially assessed. Consequently, new bioenergy pathways, avoiding these controversies, could be promoted by the policy maker.This PhD thesis aims at assessing these uncertainties to elaborate technological and regulatory strategies for French bioenergy sector. So, we created a prospective model which precisely describes this sector and its current and future conversion pathways. It relies on linear programming optimization paradigm that calculates least cost technological trajectories, from 2010 to 2050. Bioenergy sector is modelled by a large number of constraints: availability and cost of biomass, technical, economic and environmental parameters of transformation processes, etc.In the first part, we describe the prospective approach. It consists in analysing precisely bioenergy pathways: the current structure, the controversial points and the promising processes. Then, we explicit the conception of the prospective model: its data and its assumptions.In the second part, four main strategic points of bioenergy sector are discussed. Firstly, we assess the level of demand that could be fulfilled according to two contrasting scenarios of French biomass availability. Technological mix is then analysed. Secondly, we investigate the consequences of a change in biofuel regulatory context and a reconsideration of their environmental benefits. Thirdly, bio-based chemistry development impact on bioenergy production is evaluated. Finally, biofuel technological strategies are studied with a Monte Carlo approach to enhance the comprehension of the economic and environmental conditions of technology deployment.

Résumé : En France, la consommation d-énergie finale de bioénergies a crû de 35 % lors de la dernière décennie pour atteindre une part de 8,1 % de la demande finale en 2012. Leur développement a été incité car elles sont une source d-énergie renouvelable, elles permettent de réduire la dépendance aux importations d-énergies fossiles et de diminuer les émissions de gaz à effet de serre GES. Elles sont aussi un moyen de dynamiser les secteurs agricoles et sylvicoles et de maintenir et de créer des emplois non délocalisables.Mais ce développement est soumis à des incertitudes : compétitivité économique vis-à-vis des ressources fossiles et d-autres alternatives renouvelables, disponibilité de la biomasse, choix technologiques, et mécanismes incitatifs. De plus, il est confronté à des controverses. L-accroissement de la demande en ressources biomasse a créé de la tension sur leurs prix et menacé les usages existants, comme le secteur des panneaux bois pour la construction au niveau français et le secteur de l-alimentation à l-échelle mondiale. Leur bénéfice environnemental a aussi été remis en cause, en termes d-émissions de particules fines pour la valorisation chaleur et électricité et en termes d-émissions de GES pour les biocarburants. De nouveaux procédés de valorisation, ne suscitant pas ces controverses, pourraient être privilégiés par le législateur au détriment des procédés actuels.Le but de cette thèse est de baliser un certain nombre de ces incertitudes afin de proposer des stratégies technologique et réglementaire pour les filières bioénergies françaises. Pour cela, nous avons développé un modèle de prospective qui décrit de façon détaillée le secteur des bioénergies et ses technologies de conversion actuelles et futures. Il est basé sur un paradigme d-optimisation qui permet de calculer les trajectoires technologiques de moindre coût, de 2010 à 2050, selon un grand nombre de contraintes qui représentent les spécificités du secteur : disponibilité et coût des ressources, paramètres techniques, économiques et environnementaux des procédés de conversion, etc.Dans une première partie, la démarche prospective est décrite. Elle consiste à analyser dans le détail les filières bioénergies : leur structure actuelle, les points de controverse et les systèmes techniques prometteurs, puis à développer un modèle de réflexion prospective basé sur ces données.Quatre questions d-intérêt stratégique pour la filière sont discutées dans la suite du document. Premièrement, la question du niveau de la demande à laquelle pourrait répondre le secteur selon deux scénarios contrastés de disponibilité de ressources métropolitaines est envisagée. Les trajectoires technologiques sont aussi analysées. Deuxièmement, l-impact d-une évolution du contexte réglementaire ainsi que les bénéfices environnementaux des biocarburants sont appréhendés. La troisième question est celle de l-impact de l-essor de la chimie du végétal sur les bioénergies. Enfin, les stratégies technologiques des biocarburants sont étudiées à l-aide d-une méthode Monte Carlo afin de comprendre les conditions du déploiement des diverses technologies disponibles.

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Keywords : Biofuels Bioenergy Outlook

Mots-clés : Biocarburants Prospective Bioénergies





Author: Paul Hugues -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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