Soutenance de mémoire de fin d’études Pierre AMESLON

1. Soutenance de mémoire de fin d’études Pierre AMESLON Stratégies de production et configurations organisationnelles de l’émergence du biodiesel de seconde génération Le 18/09/2013

2. l’Union européenne ambitionne de porter à une moyenne de 20 % (23% pour la France) la part des énergies renouvelables dans sa consommation finale d’énergie à l’horizon 2020 • Le secteur des transports comme pierre angulaire de cette politique : • Un des principaux secteurs émetteurs de GES • dépend à 98% des énergies fossiles et contribue à 14 % des émissionsde GES dans le monde • L’union européenne ambitionne de porter à 10% la part d’énergies renouvelables dans les transports (3,3% en 2008, soit 10 méga tep) Introduction

3. La biomasse constitue aujourd’hui la première ressource énergétique renouvelable • Elle fournissait en 2008,10% de l’énergie mondiale, La France est le 3èpays européen en termes de volume de bois et doté d’un fort potentiel (recul de l’agriculture) • Les avantages : • Convertible par la voie thermochimique en un biodiesel de haute qualité technique (peu d’impuretés) et environnementale (95% de GES en moins) (répond aux critères de durabilité directive2009/28/CE) • Une production à l’échelle industrielle bientôt envisageable (2015-2025 selon les projets) La production d’un biodiesel à partir de la voie thermochimique constitue l’une des réponses privilégiées par la France et l’Union européenne aux défis énergétiques des transports à l’horizon 2020. Introduction

4. Deux principales contraintes : • Production de biodiesel à partir de bois plus complexe que pour les biodiesels de 1ère génération • La biomasse forestière est une ressource très différente du pétrole • Deux principales approches : • Une approche basée sur les procédés qui se concentre sur la réduction des coûts de production par l’exploitation des économies d’échelle et l’amélioration des procédés • Une approche basée sur les ressources qui vise à sécuriser l’approvisionnement • Deux principaux objectifs nationaux et européens: • 10% de biocarburants pour les transports • La reconquête productive des espaces ruraux questions : Quelle(s) technologie(s)développer et comment déployer l’industrie du biodiesel ? Introduction

5. Aujourd’hui : • Aucun projet ne permet de produire industriellement un biodiesel de seconde génération, • tous sont au stade préindustriel, • et tous sont dominés par la R&D • Ces projets font face à une forte INCERTITUDE qu’ils surmontent grâce à des partenariats qui mobilisent des acteurs spécialisés, publics ou privés. • Questions : • Quelles sont les forces de ces partenariats? • En quoi un partenariat est justifié relativement à l’intégration ou au « tout marché » ? Introduction

6. Première partie : Analyse des stratégies de production • Le rôle des économies de gamme et d’échelle dans le concept de bioraffinerie • L’ approche basée sur les procédés • L’importance des économies d’échelle • L’approche basée sur les ressources • Contraintes d’approvisionnement et stratégies de production • La diversification des papeteries vers la papeterie de biodiesel Plan de présentation

7. 2nde partie : les configurations organisationnelles de l’émergence du biodiesel par la voie thermochimique • Les formes hybrides comme alternatives au marché et à l’intégration : • Un instrument conçu pour faire face à l’incertitude • Une interdépendance acceptée et créatrice de richesse • Partager « le loyer » tout en contrôlant l’opportunisme • Les formes de gouvernances appropriées à la production de biodiesel Plan de présentation

8. 3ème partie : Etudes de cas de 4 différents projets de production de biodiesel par la voie BtL • Les projets de bioraffinerie de biodiesel de type « autonomes » • Le projet Syndièse • Le projet BioTfuel • Les projets de bioraffinerie de biodiesel intégrées à une bioraffinerie : • Le projet NSE Biofuels • Le projet SunPine Plan de présentation

9. Analyse des stratégies de production Première partie

10. Définitions du concept de bioraffinerie : « […] un ensemble industriel, localisé sur un même site, qui traite et raffine des produits issus de la biomasse […] La bioraffinerie, envisagée comme une même entité industrielle, prend toute sa pertinence économique quand sa gamme de produits comprend des commodités et que les économies d'échelles, comme l'optimisation de la logistique et des investissements permis par sa concentration, deviennent des facteurs clés de sa compétitivité. » source : Cherisey (2010) « the efficient use of the entire potential of raw-materials and by-streams of the forest-based sector towards a broad range of high-added value products (by co-operation in and between chains) ». Source : Mensink(2006) Le rôle des économies de gamme et d’échelle dans le concept de bioraffinerie

11. On retrouve : • la notion d’économies d’échelle : « réduction du coût moyen induite par l’augmentation de l’échelle de production » Exemple d’économies d’échelle lors de la diversification d’une papeterie vers le production de biodiesel : • Amortissement du coût du terrain et de l’investissement dans les équipements par une plus grande quantité de biens produits (produits traditionnels de la papeterie + biodiesel) • Amélioration de l’efficacité énergétique et du rendement de conversion de la biomasse en biodiesel Le rôle des économies de gamme et d’échelle dans le concept de bioraffinerie

12. On retrouve aussi : • La notion d’économies de gamme : « There are economies of scope where it is less costly to combine two or more product lines in one firm than to produce them separately ». Autrement dit, « With economies of scope, joint production of two goods by one enterprise is less costly than the combined costs of production of two specialty firms »(Willig 1979) • Exemples d’économies de gamme réalisées lors de la diversification d’une papeterie vers le production de biodiesel : • Mise en commun de la chaine d’approvisionnement (équipements et logistique) auparavant consacrée aux seuls produits traditionnels de la papeterie • La cogénération de chaleur et d’électricité • La valorisation de la liqueur noire (sous-produit de la production de papier Kraft ) sous la forme de biodiesel Le rôle des économies de gamme et d’échelle dans le concept de bioraffinerie

13. Plus généralement le principe de bioraffinerie, par l’exploitation des économies de gamme et d’échelle permet d’optimiser le processus de production. « Cette optimisation économique peut s'accompagner d'une optimisation environnementale, incluant une minimisation des rejets ultimes et des consommations d'énergies et d'autres intrants. Cette dernière est d'autant plus nécessaire que bon nombre des bioraffineries actuelles bénéficient, directement ou indirectement, d'incitations publiques variées et se doivent en conséquence d'être exemplaires en matière d'environnement pour démontrer leur valeur de modèle. » (De Cherisey 2010) Le rôle des économies de gamme et d’échelle dans le concept de bioraffinerie

14. Présentation de la technologie de production de biodiesel par la voie thermochimique L’ensemble des procédés permettant la production d’hydrocarbure à partir d’une ressource par synthèse FT est appelé « X to Liquid » XtL Une technologie bien maitrisée pour le gaz naturel et le charbon (Voie Gtl et CtL), et moins bien pour la biomasse (BtL) ou le rendement énergétique et le rendement de conversion de la biomasse sont plus faibles L’investissement nécessaire pour une unité BtL est 60% plus chère que pour une unité GtL lui correspondant L’approche basée sur les procédés

15. L’approche basée sur les procédés

16. Cette approche se concentre sur la réduction des coûts de production • En améliorant le rendement énergétique et de conversion de la biomasse : • Seleir et al. identifient une centaine de combinaisons technologiques • L’apport d’hydrogène améliore considérablement le rendement massique • En exploitant les économies d’échelle : • Boerrigter (2006) montre que la taille optimale d’une unité de production se situe entre 1000 et 5000MW et montrent que le coût moyen croit rapidement en deçà de 500MW (1 tonne de biomasse humide/an) • Il montre que le coût de conversion de la biomasse diminue fortement quand la taille de l’unité augmente tandis que les coûts de transports restent relativement insensibles. • Il préconise une production de biodiesel en Europe dans quelques grandes centrales situées dans des zones riches en ressources et/ou situées près d’un port pour importer la biomasse L’approche basée sur les procédés

18. Cependant le retour d’expérience du développement des biocarburants de 1ère génération à montré que l’approvisionnement ne peut s’aligner sans contraintes sur la seule capacité de production minimisant les coûts (conflits d’usages et impacts environnementales) et que les efforts ne doivent pas porter que sur les procédés Une approche basée sur les ressources se concentre en premier lieu sur la sécurisation de l’approvisionnement L’approche basée sur les procédés

19. Ressources disponibles – contraintes d’approvisionnement et stratégies de production • Les ressources disponibles : • Les cultures dédiées (à l’étude) • Les résidus d’exploitation du bois (houppier, etc.) • Les coupes d’éclaircie • Les résidus de l’industrie de première transformation (i.e. scieries) et de seconde transformation (menuiserie, panneau de particule) • Chaque année, la forêt française grandit (grâce au recul des surfaces agricoles). L’approche basée sur les ressources

20. Les contraintes d’approvisionnement : • L’acceptabilité du public • Des contraintes techniques d’accès à la ressource • Des ressources inégalement réparties sur le territoire • La concurrence entre les usages du bois par les différentes filières dépendantes de la biomasse forestière (i.e. le déploiement d’unités de cogénération) • L’intégration de la filière exerce déjà une certaine pression sur la biomasse L’approche basée sur les ressources

21. Stratégies de production Au regard des ressources disponibles et des contraintes d’approvisionnement en Europe le rapport Star-COLIBRI décline trois principales tailles d’unité : • Des bioraffineries de tailles importantes (pays du nord et/ou bioraffineries proches de grands ports) • Des bioraffineries de capacités moyennes à importantes (décentralisées ou intégrées, réparties dans toute l’Europe) • Les bioraffineries de capacités moyennes à faibles: se déploieront sous la forme d’unité intégrée dans les zones rurales de l’Europe L’approche basée sur les ressources

22. L’approche basée sur les ressources

23. Tailles appropriées pour la France : • Le déploiement d’unités de taille plutôt moyenne et décentralisées permettra de bénéficier d’avantage des économies d’échelle. • Le déploiement d’unités de taille petite à moyenne et intégrée participera d’avantage à l’objectif de reconquête productive des espaces ruraux (meilleure insertion territoriale) • Rôle majeur des politiques publiques pour encourager le déploiement d’un modèle plutôt qu’un autre. • Arbitrage entre économies d’échelle (efficacité productive) et reconquête productive des espaces ruraux (efficacité sociale). Ambiguïté de l’efficacité environnementale des différentes stratégies L’approche basée sur les ressources

24. La préexistence de l’industrie papetière est une opportunité pour le déploiement le développement de la production de biodiesel • Elle est intégrée dans la chaine d’approvisionnement en ressources forestières • Elle connait parfaitement la matière ligneuse • Les différentes essences • Les techniques de gestion durable des forêts • La bioraffinerie de biodiesel peut soutenir l’industrie papetière : • La valeur de l’énergie connait un renchérissement régulier, tandis que celle de la pâte/papier subit de fortes variations • L’industrie papetière connait une baisse structurelle de la demande L’approche basée sur les ressources

25. Intégration d’une unité de production de biodiesel à partir du talloil Intégration d’une unité de production de biodiesel en plus des activités traditionnelles Production de biodiesel à partir du talloil, résidu de production du papier kraft Avantage: la valorisation du talloil présent dans la liqueur noire) permet de de pas accroitre la pression sur les ressources forestières Inconvénient : la production de biodiesel est contrainte par l’approvisionnement, le talloil est déjà valorisé par d’autres filières (énergie/solvant/etc.) L’unité de production peut s’ajouter à la papeterie et profiter de sa chaine d’approvisionnement Avantage : la production de biodiesel n’est pas dépendante de la production de papier par la papeterie Inconvénient : cette diversification accroit la pression sur les ressources L’approche basée sur les ressources

26. La France ne dispose pas des ressources pour déployer des unités de capacité importante. L’atteinte du double objectif de 10% d’énergies renouvelables dans les transports et de reconquête productive des espaces ruraux dépendra de l’arbitrage des entreprises entre économies d’échelle et reconquête productive des espaces ruraux (soutien public) L’industrie papetière constitue une opportunité pour le développement (valorisation du talloil) et le déploiement (structure d’approvisionnement). Les industries de la filière bois sont particulièrement concentrées et exerce déjà une certaine pression sur les ressources. Le déploiement de l’industrie devra tenir compte de la quantité de ressources forestières disponibles (bois sur pied) mais aussi des conflit d’usages/complémentarités entre filières. Le futur développement des énergies renouvelables devra veiller à ne pas amplifier les conflits d’usage entre-elle et avec les autres usages de la ressource forestière. Conclusion première partie

27. Configuration organisationnelle de la production de biodiesel Seconde partie

28. La dynamique organisationnelle de la filière bois/papier motivée par la conjonction de deux facteurs : • la sécurisation de l’accès aux ressources • et la minimisation des coûts de transaction le long de la chaîne • Ces facteurs ont favorisé un phénomène d’intégration, ou une unique entreprise intervient dans différentes étapes de la production • On observe au contraire l’émergence de projets de production de biodiesel sous la formes de partenariats. dominés par la R&D, une activité couteuse et incertaine, ces projet émergent sous une forme hybrides. Les partenaires partagent certains droit et actif dans une de leur activité tout en restant concurrents dans d’autres Introduction 2nde partie

29. Menard (2011) définit les formes hybrides comme « … arrangements in which two or more partners pool strategic decision rights as well as some property rights, while simultaneously keeping distinct ownership over key assets, so that they require specific devices to coordinate their joint activities and arbitrate the allocation of payoffs » Cette seconde partie permettra d’identifier les forces des organisations hybrides relativement au marché ou à l’intégration et de déterminer les formes organisationnelles les plus appropriées à son émergence Introduction 2nde partie

30. Ménard (2010) détermine 3 principales forces • Un instrument conçu pour faire face à l’incertitude: • les formes hybrides sont plus efficaces pour faire face au changement technologique que le marché. Une technologie plus évoluée requiert une flexibilité que la bureaucratie des firmes intégrées dispense difficilement • Le risque d’appropriabilité aussi bien contrôlé que dans une forme intégrée. Les formes hybrides comme alternatives aux marché et à l’intégration

31. Une interdépendance acceptée et créatrice de richesse : • La taille : Ensemble les partenaires peuvent mettre en œuvre des capacités plus importantes que la somme des deux, pris isolément (investissement dans un démonstrateur) • La complémentarité : « La dépendance mutuelle devient stratégiquement valable lorsque qu’elle sécurise l’offre de ressources existantes, permet l’accès à de nouvelles ressources ou bien facilite la diversification » e.g. papeterie, pétrolier. l’existence de capacités absorptives (Cohen & Levinthal 1990) i.e. de ressources qu’elle ne peuvent développer isolément (e.g. tester les économies d’échelle d’un gazeifieur nécessite l’accès à une grande quantité de ressources) • Les effets d’apprentissage: certains savoir-faire, expériences et compétences ne peuvent être transférés formellement. Leur transfert suppose une relation plus étroite. Certaines connaissances sont difficilement acquises de manière autonome. Les formes hybrides comme alternatives aux marché et à l’intégration

32. Partager « le loyer » tout en contrôlant l’opportunisme : • les parties acceptent la dépendance mutuelle dans la mesure où ils attendent un surplus ex-post qui améliore les incitations ex ante à joindre leurs activités • (1) chaque firme est bénéficiaire en dernier recourt des revenus dégagés par ses propres actifs, • (2) chaque partenaire peut réclamer une part des richesses générées par las actifs joints • (3) chaque partenaire peut bénéficier de l’amélioration de leur image de marque, dans d’autres segments d’activité non liés au partenariat Dans un partenariat, la relation étroite qui lie les partenaires permet de mieux évaluer ces contributions qu’au moyen d’une coordination par les prix, et permet d’éviter les coûts de gouvernance liés à une forme intégrée. Les formes hybrides comme alternatives aux marché et à l’intégration

33. Pour être « soutenable », l’organisation doit se doter d’une autorité adéquate, chargées de discipliner les partis et d’allouer les bénéfices liés au partenariat. L’intensité de cette autorité, dépendra des droits et actifs partagés • (Ménard 2011) propose une typologie des modes de gouvernance hybrides en représentant les arrangements sur un continuum partant du « marché » à la « hiérarchie » • « pure marché » : les parties prenantes sont autonomes vis-à-vis de leurs droits et ressources et se coordonnent de manière décentralisée • La gouvernance hiérarchique : droits et actifs stratégiques unifiés à l’intérieur d’une entité centralisée en charge de leur allocation et de leur contrôle Les formes de gouvernance d’une organisation hybride

35. L’incertitude et la complexité croissantes, la création de valeur par la relation suppose le partage de règles favorisant la cohésion, incarnées par des modes de gouvernances favorisant le partage de ressources stratégiques et des droits (axe horizontal) La soutenabilité d’un arrangement nécessite des instruments de contrôle sur les partenaires désireux de préserver leur autonomie (axe vertical) Les formes de gouvernance d’une organisation hybride

36. Menard distingue alors 3 formes de gouvernance • « information basedmarket » : • une plateforme d’information coordonne l’activité, bien que les actifs restent distincts • Permet de rendre la relation soutenable, en facilitant le contrôle mutuel et en réduisant les coûts de transaction • Un centre stratégique : • Les partenaires mettent partagent des droits et actifs stratégiques, ce qui suppose un risque d’opportunisme important • Un mécanisme de coordination puissant doit être mis en place, le centre stratégique => faible autonomie des partenaires. • Une tierce partie : • Les droits et actifs sont partagés ne sont pas suffisamment stratégiques pour justifier la perte d’autonomie induite par le centre stratégique • Ou bien l’incitation à coopérer provient de l’extérieur de la relation (pole scientifique, parc technologique) • Centre stratégique ou tierce partie appropriées aux projets de biodiesel Les formes de gouvernance d’une organisation hybride

37. Dominance des activités de R&D, incertaines et couteuse • Les formes hybrides permettent de partager ce risque : • En lutant contre l’incertitude • En valorisant l’interdépendance qui unit les partenaires (taille/complémentarité/effet d’apprentissage) • En mettant en œuvre des mécanismes de coordination et de contrôle • Une centre stratégique ou une tierce partie sont plus appropriés aux projets de production de biodiesel Conclusion 2ème partie

38. Etude de cas de différents projets Troisième partie

39. 5 projets retenus • 2 projets de production de biodiesel non intégrés à une papeterie : • Le projet Syndièse • Le projet BioTfuel • 2 projets intégrés à une papeterie : • 1 autonome : Le projet Bio NSE • 1 qui valorisent le talloil: Le projet SunPine => Objectif : identifier les stratégies de production et d’approvisionnement, identifier le soutien de l’Etats et la complémentarité entre les membres du partenariats Introduction 3ème partie

40. Le projet Syndièse : • Démonstrateur préindustriel d’une chaine complète de BtL, commercialisable d’ici 2025 • partenariat entre le CEA et du gazier Air Liquid, issu de leurs projets de R&D respectifs. Intervention des société SNIM et UOP. • Soutien des « Groupements d’intérêt public » (GIP Meuse et GIP Haute-Marne) d’un montant de 30 millions par département, financé par EDF (78%), le CEA (17%) et AREVA (5%). Soutien complémentaire des fonds FEDER Champagne-Ardenne • Objectif de production : • Démonstrateur : 1 tonne/heure 2014 puis 10 tonne/heure 2015-2017 • Projet commercial : 22 000 tonnes de biodiesel avec 75000 tonnes de biomasse sèche • Approvisionnement: locale auprès des acteurs de la filière locale (principalement de plaquettes forestières, de déchets agricoles ou de taillis a courte rotation) • Localisation du site : Bure –Saudron, intégré • Réduction des émission de GES estimée à 75% Les projets non intégrés

41. Le projet BioTfuel : • Démonstrateur préindustriel d’une chaine de production complète intégrant le Co traitement pour l’obtention d’un biodiesel et d’un bio kérosène • partenariat qui regroupe 6 spécialistes SOFIPROTEOL, le CEA, l’IFP, Axens, Total et ThyssenKruppUhde. Création de deux filiales Bionext et bionext G • Soutien : 33,2 M€ financés par le fond démonstrateurs « biocarburants de deuxième génération » pour un budget total de 112,7 M€ • Objectif de production : 200 000 tonnes de biodiesel avec 1M tonnes de biomasse sèche • Approvisionnement : prélèvement local ou décentralisé (résidu agricoles ou forestiers) • Localisation du site (décentralisation): • pilote de prétraitement :site de SOFIPROTEOL à Venette • pilote de gazéification et de synthèse FT sur le site de total à Dunkerque Les projets non intégrés

42. Le projet NSE Biofuels (échec) Démonstrateur préindustriel de production de biodiesel au sein d’une unité associée à une papeterie (14M€) Partenariatentre NesteOil et StoraEnso, avec la collaboration de VTT et de Foster-Wheeler Soutien de l’Etat de Finlande mais non sélectionné par le programme européen NER 300 pour sa mutation à l’échelle commerciale (500 M€) ce qui à contribué à sa faillite. Stratégie : rester maitre des activités pour lesquelles elles sont les plus compétentes, à savoir l’approvisionnement pour la papetière et le raffinage et la distribution pour la pétrolière et création de la Joint-Venture NSE Biofuels, pour mettre en commun leurs efforts dans les étapes pour lesquelles elles n’étaient pas spécialistes, c’est-à-dire, le prétraitement, gazéification et le post-traitement Objectif de production : 100 000 tonnes/an à l’échelle commerciale Approvisionnement : 40 à 50 % de résidus d’exploitation, de 30 à 40% de bois destiné aux marché de l’énergie et reste de résidus industriels (sciures et écorces) Les projets intégrés à une papeterie

44. Le projet SunPine démonstrateur préindustriel de production de biodiesel à partir du taloil (23 M€) Partenariat entre le raffineur preem 20%, le plus grand propriétaire forestier de Suède Sveaskog (20%) and, Södra, une coopératives de 4 grandes papeteries suédoises (20%). Les 40% restant sont détenus par la bioraffinerie KIRAM AB Objectif : capter 2/3 du talloil produit en Scandinavie (concurrence) Les débouchés sont destinés aux marchés présents dans la Mer du Nord. Le projet repose sur l’utilisation des ports pour l’approvisionnement en talloil et la distribution du biodiesel Les projets intégrés à une papeterie

45. La France ne dispose pas des ressources pour déployer des unités de capacité importante. L’atteinte du double objectif de 10% d’énergies renouvelables dans les transports et de reconquête productive des espaces ruraux dépendra du soutien de l’Etat. L’industrie papetière constitue une opportunité pour le développement (valorisation du talloil) et le déploiement (structure d’approvisionnement) Le déploiement de l’industrie devra tenir compte de la quantité de ressources forestières disponibles (bois sur pied) mais aussi de la complémentarité entre filières. Le futur développement des énergies renouvelables devra veiller à ne pas amplifier ces conflits d’usage entre-elle et avec les autres. Conclusion générale

46. Les partenariats permettent de traiter efficacement les risques liés à la R&D. La gouvernance des organisations par un centre stratégique, voire, une tierce partie semble appropriée • L’étude de cas à montré différentes stratégies de production, d’approvisionnement et d’organisation : • Les projets sont cohérents avec les stratégies proposées par le rapport Star-COLIBRI • Le cotraitement est envisagé pour le unité de taille moyenne (BioTfuel) • Aucun démonstrateur intégré au sein d’une papeterie sur le sol Français (et une seule papeterie français : groupe Gascogne Paper) cet axe est a développer • Les passage à l’échelle industrielle est délicat. Le projet ne doit démontrer sa viabilité pour être sélectionné. • Relativement peu d’informations disponibles sur ces projet, bientôt à l’échelle industrielle Conclusion générale