La biomasse est définie comme la totalité de la matière organique dans une zone ou un volume donné de systèmes aquatiques et terrestres à un moment donné, et elle peut devenir une source d'énergie. Elle varie en fonction des groupes d'espèces et des environnements que nous étudions, et a de nombreuses utilités dans la vie de tous les jours. Dans ce résumé de cours, nous verrons la pyramide de la biomasse, ainsi que les différentes utilisations de la biomasse. Nous présenterons ensuite les avantages et inconvénients de la biomasse et de l'agriculture biologique.
Biomasse au sein de l'écosystème
La biomasse au sein de l'écosystème peut être difficile à mesurer en raison des quantités d'eau variables dans les différents organismes vivants. La quantité de carbone et de matière sèche présente dans l'organisme ne peut être mesurée que lorsque l'organisme est décédé.
La biomasse est mesurée en grammes par mètre carré dans les environnements terrestres tels que les prairies. Le volume échantillonné dans un environnement aquatique est mesuré en grammes par mètre cube.
Tu rencontreras peut-être la biomasse exprimée comme le changement net. L'équation pour cela est la suivante :
Biomasse nette = Augmentation de la biomasse brute - Diminution de la biomasse brute
Pyramide de biomasse
Comme la pyramide alimentaire, la pyramide de biomasse comprendra des producteurs et des consommateurs. Au lieu de montrer le mouvement de l'énergie à travers les niveaux trophiques d'une chaîne alimentaire, la pyramide de la biomasse montre le mouvement de l'énergie dans une zone et un temps donné.
Les producteurs sont des organismes qui génèrent des molécules organiques, comme le glucose, par photosynthèse.
Les consommateurs sont des organismes qui se nourrissent de producteurs primaires (végétaux chlorophylliens et phytoplancton) ou d'autres consommateurs pour obtenir de l'énergie. Des exemples incluent les animaux, comme les vaches et les porcs.
Les pyramides de biomasse indiquent les relations entre les différents niveaux trophiques et leur quantification. L'énergie est calculée à partir de la quantité de matière sèche qui compose les organismes vivants.
Fig. 1 - Pyramide de la biomasse dans un écosystème
Calorimétrie
L'énergie chimique stockée dans la biomasse (matière sèche) peut être estimée à l'aide d'un calorimètre.
La calorimétrie peut être définie comme le processus consistant à mesurer la quantité de chaleur libérée et absorbée pendant une réaction. La calorimétrie peut déterminer si la réaction est endothermique (absorbe de la chaleur) ou exothermique (libère de la chaleur).
Le calorimètre est utilisé pour mesurer la chaleur impliquée dans ce processus. Plus précisément, une bombe calorimétrique sera utilisée pour mesurer la chaleur libérée par un échantillon de biomasse spécifique. La bombe calorimétrique s'utilise selon les étapes suivantes :
un échantillon (liquide ou solide) qui peut être brûlé est pesé ;
l'échantillon est chauffé dans un récipient (la bombe) ;
de l'oxygène est injecté dans le récipient, ce qui enflamme l'échantillon, qui commence alors à brûler ;
l'augmentation de température dans le récipient est mesurée sous forme de pouvoir calorifique (PV). Cette valeur peut être calculée en comparant le résultat avec les valeurs issues de combustions précédentes d'échantillons d'autres substances connues.
Utilisations de la biomasse
Tu rencontreras souvent une définition légèrement différente de la biomasse dans le secteur des carburants renouvelables. La biomasse peut être désignée comme une source de carburant renouvelable et durable dérivée de matières organiques (bois, cultures, déchets animaux, etc.). Cela s'explique par le fait que les composants organiques peuvent être recyclés. Par exemple, les plantes libèrent leurs nutriments dans le sol lorsqu'elles se décomposent.
Le biocarburant peut être défini comme tout carburant dérivé de la biomasse.
Nous utilisons de nombreux types de combustibles issus de la biomasse dans notre vie quotidienne. Le bois est la plus grande ressource.
Fig. 2 - Sources de biomasse dans un écosystème
Résidus forestiers
Les arbres retirés à des fins commerciales laissent généralement des parties indésirables sur les sites d'exploitation. Une éclaircie précommerciale est souvent effectuée. La biomasse utilisée comme combustible comprendra des arbres morts, des arbres commercialement impropres (issus de l'éclaircie) et d'autres parties indésirables comme des branches malades.
L'éclaircie précommerciale enlève certains arbres pour donner à d'autres suffisamment d'espace pour pousser.
L'Écosse possède 1 318 000 hectares de bois, ce qui génère du combustible durable pour environ 250 000 maisons ! Peut-être que ta maison est aussi alimentée par la forêt écossaise si tu vis en Écosse.
Une grande partie de ces déchets sera également utilisée par l'industrie qui les produit.
Cultures énergétiques dédiées
Les cultures peuvent servir à produire non seulement de la nourriture, mais aussi de la biomasse pour le carburant. Il existe deux types de cultures énergétiques dédiées : les herbacées et les ligneuses.
Les cultures herbacées, comme l'agropyre, sont pérennes, ce qui signifie que les plantes vivent généralement plus de trois ans. L'herbe de blé a une biomasse élevée et est classée comme une plante de type C4.
Les plantes ligneuses comprennent les arbres à bois dur à croissance rapide (arbres dicotylédones). Par exemple, les érables, les peupliers et les noyers.
Les plantes de type C4 contiennent l'enzyme PEP carboxylase, utilisée pour la « fixation du carbone ». Ce processus assimile les composés de carbone en des formes plus utilisables pour la plante.
Les plantes de type C4 sont plus efficaces que les plantes de type C3 (qui utilisent l'enzyme RUBISCO) en raison de leur taux élevé de photosynthèse et de leur photorespiration réduite. La photorespiration est une voie de gaspillage où l'enzyme RUBISCO (dans les plantes de type C3) utilise l'oxygène plutôt que le dioxyde de carbone.
Résidus de cultures agricoles et déchets animaux
Les résidus de cultures agricoles comprennent souvent la paille de blé, de riz et les cannes de maïs. Ces résidus sont généralement utilisés pour produire des aliments pour animaux. Les résidus de culture peuvent également minimiser l'érosion du sol par le vent et l'eau, et ils fournissent une protection thermique aux plantes pendant les températures froides.
Les déchets animaux sont souvent utilisés comme engrais naturel dans l'agriculture. Le fumier de bétail peut aussi être utilisé pour produire du carburant. Le combustible peut générer de l'électricité pour le chauffage industriel et domestique, et pour le transport.
Déchets municipaux et eaux usées
Les déchets solides municipaux et les déchets commerciaux peuvent être utilisés pour fabriquer du combustible dérivé des déchets. Les déchets alimentaires collectés avec ton recyclage seront aussi du biocarburant. Tu peux aussi faire ton propre compost à partir de tes déchets alimentaires si tu as un jardin.
Tout d'abord, les eaux usées seront traitées pour produire des boues d'épuration. Suite au traitement, ces boues peuvent être utilisées comme engrais par les agriculteurs. L'eau restante contenant des particules de saleté invisibles subira d'autres traitements pour éliminer les bactéries nocives.
Biomasse : avantages et inconvénients
Nous allons aborder certains avantages et inconvénients de l'utilisation de la biomasse comme ressource en carburant.
Tableau 1 : Avantages et inconvénients de la biomasse comme source d'énergie renouvelable.
| Avantages | Inconvénients |
| Source d'énergie renouvelable | Bien que renouvelable, elle n'est pas complètement propre (elle produira toujours des polluants atmosphériques, mais moins que le combustible fossile) |
| Neutre en carbone | Coût plus élevé que celui d'autres alternatives renouvelables |
| Moins de dépendance aux combustibles fossiles | Déforestation possible |
| Réduit les déchets | Les usines de biomasse ont besoin de beaucoup d'espace |
| Moins cher que les combustibles fossiles | La biomasse n'est pas aussi efficace que les combustibles fossiles |
Bien que la biomasse comporte de nombreux avantages et ait le potentiel d'être une bonne source d'énergie renouvelable, elle n'en est encore qu'à ses débuts par rapport à d'autres sources renouvelables, comme l'énergie éolienne et solaire.
La biomasse utilisée comme carburant est largement freinée par sa faible efficacité, l'espace requis et les coûts associés. Les biocarburants sont souvent mélangés aux carburants conventionnels pour contrer ce problème d'efficacité et améliorer l'économie de carburant. Cependant, il faut encore s'attaquer au problème d'efficacité avant que la biomasse puisse être une alternative totalement viable aux combustibles fossiles.
Agriculture biologique
L'agriculture biologique peut être définie comme un ensemble de pratiques agricoles n'utilisant pas de produits chimiques, ni organismes génétiquement modifiés (OGM). L'agriculture biologique se concentre sur l'amélioration de la microbiologie du sol pour augmenter la croissance des plantes et le rendement des produits.
Pratiques pour augmenter l'efficacité du transfert d'énergie
Pour augmenter l'efficacité, les agriculteurs pourraient :
Réduire les pertes respiratoires des animaux d'élevage, par exemple en réduisant leurs déplacements. Une plus grande quantité d'énergie sera transférée à la chaîne alimentaire humaine.
Simplifier les chaînes alimentaires humaines. Cela entraînera aussi une plus grande efficacité, car moins d'énergie sera perdue par les mauvaises herbes et les parasites. Cela peut être réaliser en utilisant des herbicides et des insecticides.
Avantages de l'agriculture biologique
Nous allons aborder les principaux avantages des pratiques d'agriculture biologique.
Durabilité
L'agriculture biologique vise à favoriser la fertilité du sol à long terme sans utiliser d'engrais artificiels, car leur production nécessite des ressources non renouvelables. On utilise plutôt des engrais organiques, comme le fumier et le compost.
L'agriculture biologique permet au sol de séquestrer le carbone. Diverses pratiques de gestion, comme l'intégration de légumineuses fixatrices d'azote et la rotation des cultures, peuvent augmenter le retour du carbone dans le sol. Cela permet d'atténuer l'effet de serre.
L'effet de serre est un processus qui réchauffe la surface de la Terre.
Tu as très certainement déjà entendu parler du réchauffement climatique. C'est pour une bonne raison ! La plupart de ce que tu as pu entendre concerne la sensibilisation à ce problème, car nous en sommes la cause principale. En brûlant des combustibles fossiles, il y a eu une augmentation des gaz à effet de serre, c'est-à-dire des gaz qui emprisonnent la chaleur dans notre atmosphère. Cela comprend le dioxyde de carbone et d'autres comme l'oxyde nitreux.
La chaleur piégée dans l'atmosphère augmente la température de notre Terre, ce qui nous affecte, mais aussi la diversité des espèces. Dans les zones où les températures ont augmenté plus que ce qu'une espèce peut tolérer, des conséquences telles que la perte d'un habitat approprié et même la mort s'ensuivent. Un bon exemple est le blanchiment des récifs coralliens dû à l'augmentation de la température.
Biodiversité
Au niveau des gènes : les fermes biologiques utilisent des semences traditionnelles et adaptées. Celles-ci sont mieux adaptées pour combattre les maladies et plus résistantes à d'autres facteurs externes (par exemple, le stress climatique).
Au niveau des espèces : les fermes biologiques peuvent servir de lieux de refuge pour les plantes sauvages, empêchant ainsi la perte de biodiversité dans la région.
Au niveau de l'écosystème : d'un point de vue général, l'écosystème d'une ferme biologique produira généralement un rendement plus faible de cultures. Cependant, il aura une plus grande biodiversité d'espèces.
Le sol
En cultivant une combinaison diversifiée de plantes et d'animaux, la teneur du sol est améliorée et les nutriments et l'énergie sont recyclés. Un sol plus structuré réduira l'érosion et offrira un abri aux organismes vivant dans le sol. En n'utilisant pas de pesticides, tu attireras des espèces qui se recoloniseront, notamment des oiseaux, des pollinisateurs et des prédateurs de parasites.
Inconvénients de l'agriculture biologique
L'agriculture biologique présente aussi des inconvénients. En voici quelques exemples :
l'agriculture biologique produira souvent un rendement plus faible ;
la qualité de la récolte fluctuera au cours des différentes années et saisons ;
le coût du produit est plus élevé ;
un travail plus intensif est nécessaire, ainsi qu'une surveillance accrue.
Biomasse - Points clés
- La biomasse peut être définie comme la matière organique totale dans une zone ou un volume donné à un moment donné. La biomasse est une source importante d'énergie renouvelable.
- La biomasse dans l'écosystème peut être difficile à mesurer en raison des quantités variables d'eau dans les organismes vivants. Souvent, les pyramides de biomasse alimentaire permettent de visualiser le mouvement de l'énergie à travers les différents niveaux trophiques.
- Les types de biomasse utilisés dans l'industrie des carburants renouvelables comprennent les résidus de culture, le bois, les déchets municipaux et autres. La biomasse en tant que source d'énergie doit encore être développée, et cette pratique présente des avantages et des inconvénients.
- L'agriculture biologique est un moyen sans produits chimiques de faire pousser des cultures et d'élever des animaux. Elle améliore la biodiversité des plantes et des animaux dans un écosystème.
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