Project exploratoire EDIFICE (2022 - 2023)

EDIFICE : Evaluation de bioraffineries pour la valorisation des déchets verts de maraîchage dans la région nantaise

L’objectif du projet Edifice consiste à développer une méthode et des outils pour l’analyse de scénarios « What if », qui permettraient de répondre à la question : « Et si cette biomasse était traitée dans ce type de bioraffinerie, quelles seraient les conséquences sur la durabilité du territoire ? »

Contexte et enjeux

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Les bioraffineries sont souvent présentées comme des éléments majeurs de la bioéconomie pour accompagner la transition écologique et énergétique des territoires. Les revues scientifiques montrent que la conception de bioraffinerie est guidée principalement par des approches de recherche opérationnelle (optimisation) et de génie industrielle chimique ou de bioprocédés. Les travaux se concentrent généralement sur le processus de bioraffinerie, l'unité de production ou la chaîne d'approvisionnement, et évaluent des performances technico-économiques (coût, profit, consommation d'énergie, consommation d'eau,…) et des indicateurs environnementaux ayant un impact global que l’on retrouve dans les ACV (réchauffement climatique, eutrophisation, acidification…). Parallèlement il existe assez peu de bioraffineries opérationnelles, et leur diversité est réduite comme nous avons pu le constater à l’occasion d’un travail récent (Ait Sair et al., 2021). De la même manière, la production de biocarburant « cellulosique » peine à prendre de l’ampleur, malgré les importants progrès technologiques notamment sur la biocatalyse (Dale, 2018). Des travaux de différentes disciplines ont relié le faible développement des bioraffineries  à une intégration inadéquate à la bioéconomie du territoire, ce qui se traduit, par exemple, par une faible implication des agriculteurs au projet (Dale, 2018 ; Gobert, 2018 ; Wohlfahrt et al, 2019). L’enjeu est donc une meilleure prise en compte des spécificités et des problématiques d’un territoire lors de l’évaluation d’un projet de bioraffinerie. Le défi scientifique est associé au faible nombre de travaux portant sur ce problème fortement interdisciplinaire et donc à un manque de méthodologies disponibles pour réaliser ce type d’évaluation.

Objectifs

L’objectif du projet EDIFICE consiste à développer une méthode et des outils pour l’analyse de scénarios « What if », qui permettraient de répondre à la question : « Et si cette biomasse était traitée dans ce type de bioraffinerie, quelles seraient les conséquences sur la durabilité du territoire ? »
Le projet vise également à développer une application à un cas d’étude concret permettant de démontrer la pertinence de la méthode. 
L’approche choisie consistera à travailler sur la production maraichère dans la région péri-urbaine de Nantes. Compte tenu de la complexité des systèmes de production le projet EDIFICE se concentrera sur les développements méthodologiques et des outils au détriment de l’exhaustivité des types de biomasses maraichères, des types de bioraffinerie et des voies de valorisation possibles. Ainsi le cas d’étude concernera spécifiquement la gestion des déchets de tomate ou concombre produits sous serre. EDIFICE suivra une approche intégrée et interdisciplinaire d’analyse de scénarios, associant des travaux expérimentaux et de modélisation ainsi que des actions pour associer des acteurs du secteur de la production et des preneurs de décision.

Avancée et résultats

Le projet EDIFICE s’est appuyé sur les précédents travaux de FLEXIBI (cas d’étude les déchets verts issus des serres de tomate de la région nantaise) dont l’ hypothèse initiale était la viabilité de l’extraction de protéines végétales à partir de feuilles et de tiges de tomate.

  • à récolter les informations disponibles sur les différentes biomasses résiduaires disponibles sur le territoire nantais, (volumes, localisations, compositions (voire d’autres propriétés fonctionnelles). Ces informations sont de véritables « données d’entrées », indispensables pour évaluer la pertinence de voies de valorisation possible à l’échelle d’un territoire.
  • à développer une méthode simple et rapide d’analyse quantitative de différentes fractions de la biomasse par FTIR (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier). 
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Les premiers travaux réalisés en 2022 ont montré que les informations sur les gisements de biomasse du territoire nantais, nécessaires pour construire une évaluation prospective et réaliste des solutions de valorisation de biomasse à l’échelle d’un territoire sont à l’heure actuelle largement manquantes ou difficile à exploiter. Il s’agit en particulier des compositions des résidus de cultures dont les valeurs fournies dans la littérature varient significativement. Il est apparu que la collecte des informations sur les gisements de biomasse du territoire considéré constituait un verrou fondamental pour construire des scénarios intégrant une valorisation par la bioraffinerie. Le projet a été réorienté en conséquence pour traiter plus spécifiquement ce verrou suivant deux axes de recherche :

  • La mise au point d’une caractérisation rapide de la biomasse issue de déchets de maraichage afin de guider une valorisation potentielle en bioraffinerie
  • La formalisation de caractéristiques du territoire – localisation de ressources, réseau routier, plateformes de traitement, pratiques de gestion de déchet – pour permettre à terme une modélisation de la logistique et d’approvisionnement d’une bioraffinerie.

La mise au point de la méthode par FTIR est en cours pour quantifier la fraction protéique de diverses biomasses : feuilles de concombre, feuille/tige de tomate, talons d’asperges, marc de pomme, résidus fibreux etc. Des travaux similaires devront être entrepris pour identifier les méthodes de screening et envisager à terme la construction d’une base de données. 
Par ailleurs un travail en commun avec Maelab, start-up basée au Biopole de Colmar émanant du LAE, a été initiée pour intégrer le volet logistique au module filière de l’outil MAELIA, plateforme de modélisation et de simulation dynamiques des territoriales.

Un volet modélisation multi-acteurs, pour développer une approche de modélisation hybride, associant connaissances et données, pour modéliser la dynamique d’un système a aussi été abordé. Cette approche très exploratoire menée lors d’un travail post-doctoral a fait l’objet d’une communication dans le Qualitative Reasoning workshop associé à la conférence ECAI. 

Une modélisation hybride pour favoriser la compréhension des dynamiques d’un système bioéconomique par les acteurs. Ce type de modélisation a pour but de faciliter la prise de décision informée par les diverses connaissances et les différents points de vue, notamment en permettant d’identifier les impacts de scénarios possibles pour améliorer un système bioéconomique. Un travail a porté sur l’application du cadre méthodologique VDA  (Vision Design and Assessment) pour la vision partagée multi-acteurs sur le sujet : « gestion de déchets vert de serre ». Ce travail a permis de tester l’approche en allant jusqu’à la construction d’une « Fuzzy cognitive map » (FCM) à partir d’entretiens de producteurs de tomate, permettant de modéliser qualitativement des scénarios à partir de résultats de simulation (Figure 1).

Le projet EDIFICE a pleinement jouer son rôle d’effet levier inclus dans les missions des métaprogrammes INRA en permettant la rédaction et à participation à des projets plus conséquents en lien avec le sujet, les projets Raffut (programme TETRAE) et le projet Closecycle (programme Interreg).

Bibliographie
Ait Sair, A., Kansou, K., Michaud, F., & Cathala, B. (2021). Multicriteria Definition of Small-Scale Biorefineries Based on a Statistical Classification. Sustainability, 13(13).
Dale, B. (2018). Time to Rethink Cellulosic Biofuels? Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 12(1), 5–7.
Gobert, J. (2018). La bioraffinerie : mythe structurant d’une infrastructure clé de la transition écologique, Tracés. Revue de Sciences humaines [En ligne], 35 | 2018.

Fiches du projet

Acteurs du projet

Coordination :

Kamal Kansou, UR BIA, département TRANSFORMkamal.kansou@inrae.fr

Structures INRAE

Département TRANSFORM
UR BIA

Analyse du territoire nantais, modélisation conceptuelle, évaluation multicritère, approche participative avec les parties prenantes
Procédés de transformation de la biomasse, extraction et caractérisation de la fraction protéique
Caractérisation de la biomasse lignocellulosique, Procédés de transformation de la biomasse

Département ACT
UMR LAEChoix des indicateurs, modélisation et Analyse de scénarios de systèmes bioéconomiques territoriaux
Département AGROECOSYSTEM
UMR LAEPlateforme MAELIA