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Benoît Gabrielle : L’énergie du vivant

Portraits de chercheurs Article publié le 07 janvier 2022 , mis à jour le 07 janvier 2022

Benoît Gabrielle est professeur à AgroParisTech et chercheur au laboratoire Écologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (ECOSYS - Univ. Paris-Saclay, INRAE, AgroParisTech), et le directeur de la Graduate School Biosphera de l’Université Paris-Saclay. Centralien de formation et initialement spécialiste des énergies, il est devenu un bio-économiste des « sciences de la durabilité », au service d’un écosystème formation-recherche multidisciplinaire œuvrant sur les bioénergies du futur.

Durant sa formation à l’École Centrale (aujourd’hui CentraleSupélec), Benoît Gabrielle se sent autant attiré par les sciences énergétiques que par le développement des pays du Sud. Il effectue un master 2 en lien avec le laboratoire Énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (EM2C – Univ. Paris-Saclay, CNRS, CentraleSupélec) spécialisé en mécanique des fluides et transferts de chaleur. À l’été 1990, il part en mission humanitaire au Zaïre, à la frontière du Rwanda, pour travailler sur les systèmes d’adduction d’eau potable puis rejoint le laboratoire ECOSYS pour ne plus le quitter.

« Au début des années 90, on commençait à parler dans les conférences internationales des changements climatiques et des biocarburants apparus avec la réforme de la PAC (Politique agricole commune) en 1992 en Europe, se souvient Benoît Gabrielle. La France avait besoin de connaître les émissions de gaz à effet de serre de ces biocarburants, issus à l’époque majoritairement du colza. » Les premières évaluations sont assez défavorables et l’Agence de la transition écologique (ADEME) finance la thèse du jeune chercheur dont l’objectif est d’effectuer un bilan environnemental des cultures de colza. Benoît Gabrielle initie une expérience pour suivre ces bilans sur le terrain, puis modélise les processus de croissance des cultures et d’émissions en incluant le protoxyde d’azote (N2O), dérivé des engrais azotés indispensables aux cultures. « Ce gaz à effet de serre a un pouvoir de réchauffement trois cent fois plus important que le CO2 ! Mais l’expérimentation sur des sols de la région champenoise montre que ces émissions restent faibles. L’idée était de mieux comprendre ce bilan pour nourrir les politiques publiques. » 

Après sa soutenance de thèse en 1996, Benoît Gabrielle réalise son service militaire puis enchaîne deux post-doctorats : l’un dans un centre de recherches au nord de Londres, le second à l’Université Cornell, aux États-Unis. Il se spécialise dans la modélisation de la dynamique du carbone et de l’azote, et fait évoluer les modèles simulant les cultures agricoles pour mieux estimer leurs impacts environnementaux. Entre ces deux séjours, il est recruté comme chargé de recherches à l’INRAE, un peu avant que les biocarburants ne reviennent sur le devant de la scène lors du mini-choc pétrolier de 2006. Peu après la création d’AgroParisTech en 2007, il passe le concours pour devenir enseignant-chercheur.

 

Modéliser les impacts environnementaux

« Mon cœur de métier consiste à formaliser des processus biophysiques pour modéliser des agroécosystèmes, en introduisant les bonnes équations et paramètres, explique le chercheur. Il s’agit ensuite de tester les prédictions du modèle sur différents sites, correspondant à des zones climatiques, cultures et pratiques agricoles diverses. » Les simulations réalisées avec ce type de modèles remplissent un rôle d’information des outils publics d’évaluation environnementale. Dans les années 2000, Benoît Gabrielle contribue ainsi à actualiser la méthode « d’analyse en cycles de vie » : apparue dans les années 60, cette méthode est aujourd’hui utilisée pour informer le consommateur ou les entreprises de l’impact d’un produit ou d’un service sur l’environnement. « Nous inventorions tout ce qu’il se passe de la fourche à la fourchette. » 

 

Les biocarburants de deuxième génération

« Alors qu’en Europe seulement 10 % de terres "gelées" servent aux cultures industrielles non alimentaires, les États-Unis cultivent massivement du maïs pour produire de l’éthanol. Les prédictions sont alarmantes en termes d’impact sur l’environnement (émissions de CO2 élevées, déforestation) », confie Benoît Gabrielle qui s’engage dans des réseaux de recherche européens et devient responsable d’un volet de l’alliance EERA Bioenergy de 2010 à 2016. En 2008, il prouve l’intérêt de l’utilisation de la paille de blé pour fabriquer des biocarburants. Le chercheur participe à des projets de recherche sur les biocarburants de deuxième génération (le programme Futurol) : au lieu d’être issus de cultures alimentaires, ces biocarburants valorisent la lignocellulose, la matière première végétale générique provenant de résidus ou de cultures dédiées à la biomasse. Entre 2012 à 2016, Benoît Gabrielle coordonne un projet de recherche européen (7e PCRDT) sur les cultures énergétiques. « Nous aimerions les mobiliser en faveur de beaucoup de domaines mais nos évaluations demeurent incomplètes. » Pourtant, les données ne manquent pas, encore faut-il savoir les modéliser en prenant en compte tous les paramètres, comme les incertitudes liées au changement climatique. « Quelles sont les conséquences sur la végétation implantée pour 20 ans, par exemple ? »

 

De la bioénergie à la bioéconomie

En marge de la COP 21 en 2015, Benoît Gabrielle publie, avec le collectif du Global Carbon Project, un article sur les technologies à émissions négatives dans la revue Nature Climate Change. « La COP 21 misait implicitement, entre autres, sur la biomasse pour compenser nos émissions de gaz à effet de serre. Certes, la bioénergie crée de l’énergie mais elle consomme aussi de l’eau et des terres, ce qui a un coût. L’autre solution, qui consiste à pomper de l’air et à récupérer le CO2, a également un prix élevé. » Au sein de l’Institut de convergence CLAND de l’Université Paris-Saclay, Benoît Gabrielle collabore avec des économistes pour introduire ces technologies de façon plus réaliste dans les modèles globaux, passant de la bioénergie à la bioéconomie. « La durabilité, ce n’est ni blanc ni noir, c’est souvent une zone grise, affirme le chercheur. Cette discipline consiste à faire fonctionner l’économie sur des ressources renouvelables, durables et essentiellement biologiques. On peut également optimiser l’utilisation des ressources biologiques. Prenons par exemple les déchets de l’alimentation pour fabriquer de l’énergie : le résidu de cette conversion peut fertiliser à nouveau les cultures, et ainsi de suite. Cette économie circulaire contribue à la bioéconomie. » Cette démarche est depuis deux ans portée au niveau européen par l’alliance European Bioeconomy University (EBU) dont AgroParisTech est membre fondateur.

L’approche centrée sur le vivant et son environnement a également guidé le choix du nom de la Graduate School Biosphera que Benoît Gabrielle dirige depuis le 1er janvier 2021. Elle comporte une centaine d’équipes de recherche, un millier d’étudiants, six mentions de master et deux écoles doctorales. « Biosphera ne fait pas référence explicitement à des disciplines mais à ce qui les rassemble : la biosphère. Notre mission consiste essentiellement à structurer le lien formation-recherche autour de la biologie, de l’écologie, de l’environnement, de l’agriculture, de l’alimentation sans oublier la société. L’Université Paris-Saclay constitue le lieu d’hybridation idéal entre sciences de l’ingénieur, sciences du vivant et sciences humaines et sociales pour relever les défis de notre biosphère », conclut Benoît Gabrielle.