Greenhouse gas emissions of biofuels: improving Life Cycle Assessments by taking into account local production factors
Résumé
Life Cycle Assessments (LCA) make it possible to check for all polluting emissions and potential environmental impacts of biofuels throughout the product chain. However, LCA emission factors only give an estimate of average potential emissions, notably not considering the local kinetics of N2O emissions, the most important agricultural greenhouse gas. Our objective was first to analyse how soil compaction affects N2O emissions by combining field experiments and modelling. With automatic chambers in sugar beet fields, we measured cumulative N2O emissions of 944-977 g N-N2O ha-1 in uncompacted plots and 1,448-1,382 g N-N2O ha-1 in compacted plots in 2007-2008 respectively. Greater soil compaction led to higher N2O emissions by inducing favourable anoxic conditions for denitrification. We modified the NOE model to better simulate nitrification and account for variations of N2O fractions over total products. The modified model (NOE2) better predicted nitrification rates and N2O emissions post fertilization but still underestimated total emissions. The determinism of dry-wet cycle impacts on N2O emissions should be further investigated. We used the modelled data to produce our local LCA and test the effects of local pedo-climatic conditions and management practices. Miscanthus ethanol had overall much lower potential environmental impacts than gasoline or sugar beet ethanol, allowing for savings of some 82-85% greenhouse gas and around 90% of fossil resources compared to gasoline. Sugar beet ethanol would lead to smaller savings of 28-42% greenhouse gases and 20-28% of fossil resources per MJ compared to gasoline depending on the local production factors during biomass growth.
L'Analyse de Cycle de Vie (ACV) permet de comptabiliser les émissions de la production à la combustion d'un biocarburant mais elle ne prend pas en compte la dynamique locale de ces émissions, notamment celle des émissions de N2O, principal gaz à effet de serre agricole. Notre objectif fut d'abord d'analyse l'effet du tassement du sol sur les émissions de N2O en combinant expérimentation et modélisation. À l'aide de chambres automatiques sur des parcelles de betterave, nous avons mesuré en 2007-2008 des émissions cumulées de 944-977 g N-N2O ha-1 en sol non tassé et 1,448-1,382 g N-N2O ha-1 en sol tassé. Les émissions plus importantes sur le tassé furent surtout dues aux conditions anoxiques propices à la dénitrification. Nous avons modifié le modèle NOE pour mieux simuler la nitrification et la variation des fractions de N2O sur les produits totaux. Malgré une meilleure prédiction de la nitrification et des flux post-fertilisation, le modèle modifié NOE2 sous-estima les émissions totales. La sévère sous-estimation en été montre que les cycles sec-humides peuvent entraîner de fortes émissions dont le déterminisme n'est ni élucidé ni modélisé. Nous avons ensuite utilisé un modèle d'agro-écosystème (CERES-EGC-NOE2) pour produire les données d'inventaire pour nos ACV locales. L'éthanol de Miscanthus produit en Picardie entraîne potentiellement beaucoup moins d'impacts environnementaux que celui de betterave. Comparés à l'essence, l'éthanol de Miscanthus permettrait une réduction de gaz à effet de serre de 82-85% par MJ, celui de betterave une réduction de 28-42% par MJ en fonction des conditions pédo-climatiques et des pratiques agricoles locales.