Les enjeux des biocarburants
Les enjeux des biocarburants sont multiples, les plus importants sont certainement de réduire les effets négatifs des hydrocarbures sur notre santé et celle de la planète. Les biocarburants permettent de limiter les gaz à effet de serre et de protéger la santé des citadins exposés aux rejets nocifs d’un nombre croissant de véhicules.
Le but est d’anticiper la fin des ressources pétrolières, mais également de réduire la dépendance énergétique des pays non producteurs.
Face à la prolifération des déchets et des sous-produits, les biocarburants peuvent contribuer à leur recyclage en les valorisant. En évitant de détourner les
produits agricoles de leur principale destination alimentaire, ils peuvent constituer, pour les agriculteurs, un complément de production.
Le principe repose sur le fait que le CO2
(dioxyde de carbone) émis lors de la combustion soit compensé par celui qui a
été absorbé durant la croissance des plantes utilisées.
Les composants d’un carburant biodiesel
L’EMAG (éthers méthyliques d’acides gras)
Les EMAG peuvent être issus de différentes provenances de
corps gras comme les déchets graisseux industriels. L’appellation diffère
suivant l’origine des graisses et permet d’identifier la matière première
utilisée.
Il peut s’agir d’éthers méthyliques d’huile animale (EMHA),
d’éthers méthyliques d’huile végétale (EMHV), d’éthers méthyliques d’huiles
végétales alimentaires usagées (EMHU).
Les composants d’un carburant bio-essence
L’éthanol
En France, l’éthanol est essentiellement fabriqué à partir de betterave sucrière, de canne à sucre, de pommes de terre et de céréales comme le blé ou le maïs. Le marc de raisin, la lie de vin sont des sous-produits également utilisés. Le sucre est transformé en alcool par fermentation, il est ensuite distillé.
Les restes constitués de pulpes et de drêches
peuvent être récupérés pour l’alimentation des animaux. En France, le bioéthanol
est fabriqué à partir de 83% de matières premières produites sur le territoire.
Environ 8% d’énergie renouvelable est actuellement incorporée dans l’essence.
Environ 3% de la surface agricole française est dédiée à la production d’éthanol.
Le bioéthanol est d’origine 100% renouvelable.
L’ETBE (éthyl tertio butyl éther)
C’est un composé issu d’éthanol d’origine agricole
et d’isobutène d’origine chimique. L’inconvénient de l’ETBE est qu’il
n’est que partiellement d’origine renouvelable.
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© matériel agricole |
Les noms des différents types d’énergie assurant la
mobilité
Carburants pour moteur Diesel (du nom de son inventeur). C’est un moteur à allumage par compression :
Le gazole est un fioul léger issu du raffinage du pétrole. C’est un hydrocarbure fossile. Il faut éviter de nommer ce carburant « le diesel » car c’est une antonomase.
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Le gazole B7
Le gazole B7 est le carburant pour moteur Diesel le plus utilisé. Il possède 7% de biocarburant : EMAG (éther méthylique d’acide gras).
Le gazole B10
Le gazole B10 possède 10% de biocarburant : EMAG (éther méthylique d’acide gras). Ce carburant est pour l’instant réservé aux moteurs Diesel récents. Il n’est disponible que dans peu de stations.
Le gazole B30 et B100
Il possède 30 ou 100% d’EMAG (éther méthylique d’acide
gras). Ce carburant est destiné à des flottes captives utilisant des moteurs
adaptés. L’approvisionnement est dédié, on ne trouve pas ces produits dans les
stations-service.
Le gazole XTL (GTL gaz to liquid)
C’est la désignation d’un gazole synthétique
développé par la société des pétroles Shell. Il n’est pas dérivé du pétrole
brut.
Il s’agit d’un carburant pour moteur Diesel. Ce
carburant paraffinique est fabriqué à partir de matières renouvelables comme
les huiles végétales ou bien fossiles comme le gaz naturel. La fabrication
s’effectue par synthèse ou hydrotraitement.
Ce carburant n’exige aucune modification du
moteur. Il est dépourvu de soufre, d’aromatiques et de métaux. L’indice de
cétane, plus élevé que celui du gazole améliore le démarrage à froid.
Pour les véhicules lourds routiers soumis à la
norme Euro, le gazole XTL permet de réduire de 10 à 35% les émissions de
particules fines et de 5 à 30% les émissions de NOx (monoxyde
d’azote NO + dioxyde d’azote NO2). Il limite également les émissions
de monoxyde de carbone CO et d’hydrocarbures imbrûlés HC.
L’ED95
Sous l’appellation de ED95 l’éthanol est incorporé
dans le carburant à hauteur de 95%. L’ED95 est destiné à des moteurs spéciaux
de type Diesel à allumage par compression.
C’est un carburant non pétrolier élaboré à partir de résidus viniques, maïs, blé, betterave… il est constitué de 95% de bioéthanol (alcool de fermentation) et de 5% d’additifs non pétroliers. Ce carburant nécessite un moteur Diesel adapté. Il ne peut pas être mélangé à d’autres types de carburant, des cuves de stockage dédiées sont nécessaires, ce qui limite l’utilisation de ce carburant aux flottes professionnelles. Ce carburant n’est pas disponible en stations-service. Il possède un faible pouvoir calorifique, ce qui impacte fortement le rendement kilométrique.
Le principal avantage du
carburant ED95 est de réduire de 50% les gaz à effet de serre et de 70% les
émissions de particules fines.
Il pourrait constituer
une alternative à la circulation des bus et des camions de livraison dans les
agglomérations.
Le HVO (huile végétale hydrotraitée)
C’est un carburant qui
peut être produit à partir d’huile de vidange recyclée, de graisse animale,
d’huile de colza ou de palme. Il peut être utilisé pur mais en général 50% de
HVO est mélangé à du gazole B7. Il permet de réduire les émissions de NOx
(monoxyde d’azote NO + dioxyde d’azote NO2), et celles de CO2
(dioxyde de carbone) d’environ 50%. Les
particules fines seraient réduites de 30%. Son pouvoir calorifique étant
moindre, il augmente la consommation d’environ 6%. Les motorisations Euro VI
des autobus et des poids lourds sont compatibles avec ce type de carburant.
Le HVO est pour
l’instant réservé à des flottes professionnelles. Il peut être stocké dans les
mêmes cuves que celles utilisées pour le gazole B7.
Le HVP (huile végétale pure)
Ce carburant est autorisé pour le matériel agricole et pour
les bateaux de pêche. Il peut être utilisé par des collectivités, avec
autorisation, mais pas pour le transport de passagers.
Pollution du moteur Diesel à allumage par compression :
Pour les véhicules légers, automobiles particulières et véhicules utilitaires légers :
La norme Euro 6d-TEMP est entrée en
vigueur le 1er septembre 2019.
La norme Euro 6d est entrée en vigueur
le 1er janvier 2021.
Limites :
NOx (monoxyde
d’azote NO + dioxyde d’azote NO2) 80 mg/km
CO (monoxyde de carbone) 500 mg/km
HC (hydrocarbures
imbrûlés) + NOx (monoxyde
d’azote NO + dioxyde d’azote NO2) 170 mg/km
Particules PM (en masse) 4,5mg/km
Particules PN (en nombre) 6.1011 /km
Carburants pour moteur Otto (du nom
de son inventeur). C’est un moteur à allumage commandé :
L’essence est issue de la distillation du pétrole, c’est un mélange d’hydrocarbures. Un hydrocarbure est uniquement constitué de carbone C et d’hydrogène H.
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Le premier moteur à allumage commandé a été réalisé par Nicolaus August Otto.
L’essence sans plomb E5
L’essence (d’ailleurs, contrairement au « Diesel »
on ne dit pas de « l’Otto ») est un des carburants disponibles pour
les moteur à allumage commandé.
E5 est le nouveau nom de l’essence sans plomb SP95. 5% de bioéthanol est incorporé dans l’essence E5. Il est également possible d’incorporer un dérivé de l’éthanol l’ETBE (éthyl tertio butyl éther) à raison de 15%.
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© andré abadia |
Les moteurs à allumage commandé, quelle que soit leur
cylindrée, utilisent majoritairement de l’essence sans plomb E5.
L’essence sans plomb E10
Dans le carburant E10, 10% de bioéthanol est
incorporé dans l’essence. Il est également possible d’incorporer le dérivé de
l’éthanol l’ETBE (éthyl tertio butyl éther) à raison de 22%.
Les anciens moteurs à allumage commandé mis en
circulation avant les années 2000 ne sont pas compatibles avec ce mélange de
carburants. Actuellement 90% des véhicules en circulation sont adaptés au
carburant E10.
L’éthanol E85
C’est la dénomination du super éthanol. Entre 65 et
85% d’éthanol est incorporé à l’essence.
Si le moteur n’a pas été conçu à l’origine pour
fonctionner avec de fortes proportions d’éthanol, il doit être adapté au
moyen d’un boitier spécial homologué.
Ces véhicules à carburant modulable (VCM) sont
souvent commercialisés sous l’appellation « FlexFuel ».
Actuellement, de nombreux constructeurs proposent
des véhicules dont le moteur a été conçu pour fonctionner au super éthanol E85.
Le gaz de pétole liquéfié LPG
Le gaz de pétole liquéfié est essentiellement constitué de
butane et de propane associés dans des proportions variables. Le mélange
utilisé pour les carburants contient au moins 50% de propane. Le butane est à
l’état liquide à partir d’une pression de 1,7 bars, le propane à partir de 7
bars. À pression et température ambiante ils sont à l’état gazeux. Le LPG (gaz
de pétole liquéfié) est stocké sous forme liquide à l’intérieur d’un
réservoir supplémentaire pressurisé. Un chariot élévateur peut fonctionner avec
des bouteilles interchangeables semblables à celles que l’on utilise dans une
habitation. Les véhicules particuliers possèdent souvent une bicarburation, les
réservoirs sont fixes, ils peuvent indifféremment fonctionner au LPG (gaz de
pétole liquéfié) ou à l’essence sans plomb E5.
Le passage de l’état liquide à l’état gazeux (pour faire
fonctionner un moteur ou bien un appareil de chauffage) absorbe de la chaleur.
Les calories nécessaires à la vaporisation sont prélevées dans l’air ambiant ou
bien apportées par un dispositif de réchauffage.
Le principal avantage du gaz de pétole liquéfié est de ne
pas émettre de particules fines et très peu de NOx (monoxyde
d’azote NO + dioxyde d’azote NO2). Les émissions de CO2
(dioxyde de carbone) du réservoir à la roue sont identiques à celles d’un
moteur alimenté au gazole ou à l’essence. Cependant, son élaboration à partir
du raffinage de pétrole brut libère moins de gaz à effet de serre.
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Technologiquement, quel que soit le type de carburant, il est aisé d’en
augmenter la quantité injectée. Il faut cependant grâce au turbocompresseur admettre
suffisamment d’oxygène pour le brûler.
Le gaz naturel comprimé CNG
Il s’agit de méthane, ce gaz, extrait du sous-sol est une
énergie primaire fossile. Ce gaz naturel, une fois comprimé, peut être utilisé
pour faire fonctionner les moteurs à allumage commandé. Le gaz est dans ce cas
stocké dans des réservoirs sous une pression de 200 bars. Le
secteur de la mobilité utilise depuis de nombreuses décennies le gaz naturel comprimé, le volume dédié au réservoir reste
le principal inconvénient.
Du biométhane issu d’installations de méthanisation peut
être incorporé au gaz naturel.
Le gaz naturel réduit considérablement les
émissions de particules fines, de NOx (monoxyde d’azote NO + dioxyde
d’azote NO2) et de CO (monoxyde de carbone). En revanche il n’y a
pas de gain concernant les émissions de CO2 (dioxyde de
carbone).
Le gaz naturel liquéfié LNG
C’est également du méthane
mais stocké sous forme liquide. À la pression
atmosphérique, la température de liquéfaction du méthane est de – 161°C.
La liquéfaction du gaz naturel est obtenue par
cryogénie. Ce procédé permet d’économiser 60% du volume occupé par rapport à un
stockage sous 200 bars. Un poids lourd, par exemple, peut ainsi atteindre une
autonomie semblable à celle qu’il aurait avec du gazole.
La cryogénie est un procédé largement utilisé par
les bateaux méthaniers qui transportent ce gaz depuis leur lieu d’extraction.
Liquéfier le méthane consomme beaucoup d’énergie, ce qui pénalise le bilan
carbone du puits au réservoir.
Comme pour le dioxygène, le méthane liquéfié est
conservé dans des réservoirs à double paroi qui doivent être parfaitement isolés.
Une faible fuite compense l’élévation de pression
qui résulte des pertes thermiques.
Le gaz naturel liquéfié (LNG) est mieux adapté
aux véhicules de transport de fret car la petite fuite qui dépressurise le
réservoir (à partir de 15 bars environ) peut sans problème être évacuée durant
le trajet. Sur un véhicule particulier, souvent à l’arrêt, ce dégazage pose un
problème de sécurité.
Le constructeur motoriste FTP industrial est
concepteur d’un moteur spécifique au LNG. D’une puissance de 370 kW (500
chevaux), ce moteur cible le secteur du poids lourd.
L’utilisation de méthane non fossile :
Ce méthane peut être réinjecté dans le réseau de gaz ou bien utilisé comme carburant.
La méthanisation
La méthanisation est la production de méthane par fermentation anaérobie à partir de la décomposition de matières organiques essentiellement d’origine animale ou issues de déchets ménager. Ce biogaz est un carburant qui peut alimenter un moteur thermique ou bien être transformé en électricité ou en chaleur. Il peut être produit à partir de lisier et de matière organique recueillis dans des élevages. Il y a environ 100 unités de méthanisation à la ferme en France.
La méthanation
La méthanation est industrielle, elle permet de fabriquer du
méthane (CH4) de synthèse en faisant réagir du gaz carbonique CO2
(dioxyde de carbone) ou du CO (monoxyde de carbone) et du dihydrogène (H2).
À poste fixe, un moteur peut entraîner un alternateur
capable de produire directement du courant alternatif.
Pollution du moteur Otto à allumage commandé (essence CNG LNG LPG) :
Limites :
NOx (monoxyde d’azote NO +
dioxyde d’azote NO2) 60 mg/km
CO (monoxyde de carbone) 1000 mg/km
HC (hydrocarbures imbrûlés) 100 mg/km
HC (hydrocarbures imbrûlés) non
méthaniques 68 mg/km
Particules PM (en masse) 4,5 mg/km
Particules PN (en nombre) 6.1012/km
Les normes Euro 7 prolongeront les normes Euro 6d, de cette manière, les émissions de gaz polluants entre moteurs Otto et moteurs Diesel seront comparables.
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© Perkins |
Actuellement le dispositif destiné à
lutter contre les émissions nocives devient de plus en plus efficace, mais également
de plus en plus complexe.
