Transports - Carburants et véhicules alternatifs

Carburants et véhicules alternatifs
Mise à jour le 18/03/2008
Le secteur des transports est aujourd’hui très dépendant des carburants fossiles, et le principal émetteur de
gaz à effet de serre. L’Union Européenne a défini un objectif : remplacer 20% des carburants traditionnels
dans le secteur du transport routier (essence et gasoil traditionnel) par des carburants alternatifs d’ici 2020 et
réduire les émissions de CO2 des véhicules légers à une moyenne de 120 g/km pour tout nouveau véhicule
commercialisé.
L’amélioration de l’efficacité d’un véhicule est un des meilleurs moyens pour réduire la dépendance
pétrolière, mais elle n’est pourtant pas suffisante, d’où l’intérêt d’accroître l’utilisation de carburants
alternatifs : biocarburants, gaz naturel, hydrogène et électricité issue d’énergies renouvelables..
1. Biocarburants
Les biocarburants sont des carburants produits à partir d’une variété de matières premières issues de la
biomasse. Ils peuvent être fabriqués à partir de matières végétales, de certains types de plants cultivés,
d’huiles végétales recyclées ou de résidus oléagineux.
Il existe 2 grandes filières de production de carburants alternatifs. Les carburants issus de la 1ère génération,
également appelés carburants conventionnels, sont extraits d’un organe précis de la plante tel que les
graines ou les tubercules. Ils ont donc un faible rendement agricole, car seule une petite fraction des cultures
est utilisée. Les carburants de 2ème génération ou non conventionnels utilisent en revanche la totalité de la
biomasse, et notamment la partie ligno-cellulosique des plantes.
Le terme biocarburant peut paraître utilisé de manière impropre, surtout quand il s’agit d’un mélange
carburant classique-biocarburant dans lequel le biocarburant n’est qu’un additif ! Toutefois, il existe une
dénomination officielle : d’après la Directive Européenne 2003/30/CE, au moins 10 produits peuvent être
qualifiés de biocarburants :
- bioéthanol
- biodiesel EMHV ou diester™
- biogaz
- biométhanol
- biodiméthyléther
- bioETBE
- bioMTBE
- biocarburants synthétiques
- biohydrogène
- Huile Végétale Pure HVP.
On pourra trouver le terme d’agrocarburants pour désigner certains d’entre eux, mais ce terme n’est en
revanche pas reconnu.
1.1. Filière de 1ère génération
1.1.1. La filière huile
Production et caractéristiques
La filière huile est la principale source de biocarburant servant de complément ou de substitut au gasoil.
L’huile provient :
• de végétaux (tournesol, soja, olive, palme et colza) ;
• de dérivés d’huile de cuisson usagée, de graisses animales, de gras et de suif.
Lorsque l’huile provient de résidus gras ou d’huile de cuisson recyclée, la filière de production offre une
utilité à ces huiles dont il faudrait sinon se débarrasser de manière écologique.
L’huile végétale pure HVP (ou brute HVB) est obtenue par pression à froid et/ou extraction chimique à
l’aide d’un solvant organique (le rendement peut alors atteindre 99% mais l’extraction est plus coûteuse).
Cette huile peut être utilisée directement dans les moteurs ou servir à la production du biodiesel. En France,
son utilisation n’est autorisée que pour les agriculteurs, les pêcheurs et les véhicules des collectivités. En
raison de la plus grande viscosité de l’huile végétale, notamment dans des climats plus froids, des
adaptations peuvent être nécessaires afin de permettre un bon démarrage à froid du moteur et une
combustion correcte.
Les esters éthyliques ou méthyliques d’huile végétale EMHV ou EEHV correspondent au biodiesel,
appelé diester™ en France. Ils sont extraits de l’huile végétale pure par transestérification. Le biodiesel peut
complètement remplacer le diesel traditionnel ou peut être mélangé selon différentes proportions afin d’être
utilisé avec des moteurs diesel à allumage par compression. Le mélange est le même dans de nombreux
pays, 5% étant le plus utilisé, c’est-à-dire 5% de biodiesel et 95% de gasoil traditionnel. La plupart des
moteurs diesel modernes pourraient en fait fonctionner avec des mélanges plus élevés (20 à 30%).
A vérifier :
• la résistance des joints en caoutchouc au biodiesel ;
• l’obstruction des injecteurs ;
• la garantie du fabricant (elle peut être invalidée par l’usage de mélanges supérieurs à 5%).
Cette technologie de production de biodiesel à partir d’huiles végétales est déjà disponible depuis plusieurs
années. Les prix actuels de la biomasse sont relativement faibles et n’ont qu’un faible impact sur le prix total.
Mais les coûts réels de production de biodiesel sont deux fois plus élevés que ceux du gasoil. Ce fait a poussé
les gouvernements à créer des réductions sur les taxes afin de parvenir au même prix que le diesel et que le
mélange diesel/biodiesel. L’Europe est ainsi devenue le plus grand producteur de biodiesel au monde.
Conséquence de ce succès : le 18 octobre 2007, la Commission Européenne a annoncé la réduction du régime
spécial d’aides agricoles visant à développer le secteur des cultures énergétiques, après avoir constaté que
les agriculteurs avaient déjà orienté massivement leur production vers les biocarburants, dépassant l'objectif
de deux millions d'hectares.
Performance environnementale
Le biodiesel permet de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre par rapport au diesel
fossile :
• l’utilisation de 100% de biodiesel réduit de 50 à 60% les émissions brutes de CO2
• le biodiesel en mélange à 5% permet de réduire de 2 à 2,5% les émissions de CO2
Ces calculs sont basés sur le « cycle de vie » complet du biodiesel, depuis la culture des produits végétaux, la
production du biodiesel jusqu’à son utilisation dans un véhicule.
Le biodiesel est généralement plus efficace que le diesel minéral concernant toutes les autres émissions
(excepté le NOx) et permet de réduire les particules de matières et les substances cancérigènes. Il est
également très fiable et facilement biodégradable, ce qui constitue un avantage notoire à certains usages
tels que le remplissage de bateaux navigant sur des voies fluviales écologiquement sensibles.
Les économies de carbone réalisées grâce à l’utilisation de biodiesel issu de plantes oléicoles sont toutefois
limitées car la culture et le traitement actuel des plantes nécessitent l’utilisation de carburant fossile. Le bilan
environnemental est plus satisfaisant si les chaînes d’approvisionnement sont mises en place à une échelle
locale ou régionale en intégrant les producteurs agricoles, les producteurs et fournisseurs de biodiesel, et les
consommateurs.
Une conséquence de l’engouement pour la production de biocarburants : l'Indonésie et la Malaisie
produisent près de 90 % de l'huile de palme consommée dans le monde, empiétant pour sa production sur
les parcs nationaux et la forêt de l’île de Bornéo. La disparition des forêts provoque également celle de leurs
hôtes dont les orangs-outangs, présents malheureusement dans ces deux seuls pays.
1.1.2. La filière alcool
Production et caractéristiques
La filière alcool est la principale source de biocarburant servant de complément ou de substitut à l’essence.
L’alcool est obtenu à partir de plantes contenant :
• du sucre (canne à sucre, betterave sucrière) ;
• de l’amidon (maïs, blé).
Le bioéthanol est obtenu par fermentation des sucres grâce à des levures ou des bactéries. Le bioéthanol
peut remplacer totalement l’essence mais il est plutôt utilisé mélangé à 5% avec de l’essence, aucune
modification du moteur n’est alors requise. En fonction des constructeurs, le mélange peut aller jusqu’à 30%.
A vérifier :
• le filtre à essence du véhicule doit être changé plus souvent car les mélanges au bioéthanol peuvent
laisser des dépôts solides dans le réservoir et dans les conduits de carburant ;
• les mélanges au bioéthanol dégagent une chaleur latente d’évaporation supérieure de 100% à l’essence
et donc une plus faible capacité de démarrage à froid en hiver (certains véhicules sont par conséquent
dotés d’un petit réservoir à essence contenant juste assez d’essence pour démarrer le véhicule en cas de
températures froides) ;
• la garantie du fabricant (elle peut être invalidée par l’usage de mélanges supérieurs à celui autorisé).
L’ethyl-tertio-butyl-éther ETBE et le méthyl-tertio-butyl-éther MTBE sont des dérivés de l’éthanol et du
méthanol, utilisés comme additifs à la place du plomb dans l’essence.
Le superéthanol E85 contient 85% de bioéthanol et 15% d’essence. Il est utilisable uniquement dans les
moteurs à allumage commandé modifiés des véhicules Flex Fuel. Les véhicules Flex Fuel peuvent fonctionner
à l’E85 ou tout mélange possible de ces deux carburants, ce qui élimine le risque d’être en panne de
carburant et d’être dans l’impossibilité de trouver une station de remplissage de E85.
La production de bioéthanol est 2 à 3 fois plus onéreuse que la production d’essence à partir de pétrole brut
selon le coût des matières végétales utilisées pour le bioéthanol et le coût du pétrole. Les coûts de
production sont également influencés par les coûts d’investissement élevés des installations de production,
notamment en ce qui concerne l’hydrolyse et la fermentation.
Comme pour le biodiesel, des réductions de taxe sont appliquées en Europe pour encourager les
fournisseurs de carburant à soutenir le bioéthanol et stimuler le marché. La production de bioéthanol est
désormais en cours de développement dans de nombreux pays européens. Et comme la filière huile, cette
filière est concernée par la baisse des aides décidée récemment par la Commission Européenne.
Performance environnementale
Lorsqu’on utilise 100% d’éthanol, la réduction peut atteindre 50 à 60% selon le « cycle de vie » par rapport
aux carburants fossiles traditionnels.
Le bioéthanol peut également permettre de réduire certaines émissions d’échappement, bien que la
performance exacte du bioéthanol varie selon le type de véhicule à essence et les spécifications du
carburant. Il peut réduire les émissions d’hydrocarbures d’environ 5% et les émissions d’échappement de CO
de 10%, réduisant ainsi les précurseurs de l’ozone.
Comme avec le biodiesel, le bilan environnemental dépend des matières végétales utilisées lors de la
production de l’éthanol. Et le processus de production du bioéthanol nécessite une importante quantité
d’énergie. Mais d’autres problèmes se posent aujourd’hui du fait de l’engouement pour l’agriculture
énergétique :
• aux Etats-Unis, l’utilisation de plus en plus importante du maïs pour fabriquer du biocarburant entraîne
une forte augmentation des cours. Une catastrophe pour les pays, comme le Mexique, où le maïs est un
aliment de base. Selon la Banque centrale, le prix des tortillas (l’équivalent de notre baguette de pain) a
progressé de 14% l’année dernière, et les prix moyens du maïs devraient faire un bond de 61% en 2007 ;
• la production d’éthanol nécessite 90 litres d’eau au Brésil (canne à sucre), 400 litres aux Etats Unis (maïs),
2400 litres en Chine (maïs) et 3500 litres en Inde (canne à sucre). Les ressources hydriques de l’Inde et la
Chine étant insuffisantes, de graves pénuries en eau sont prévisibles, avec des conséquences importantes
sur la production agricole alimentaire. Des cultures comme celles du jatropha ou du sorgho, moins
gourmands en eau, permettraient une production énergétique viable.
1.1.3. La filière gaz
Production et caractéristiques
Le biométhane est le principal constituant du biogaz issu de la fermentation (méthanisation) de matières
organiques animales ou végétales. La décomposition est anaérobie, ce qui signifie qu’elle a lieu dans une
atmosphère sans oxygène (contrairement au compost). Le processus de digestion des déchets organiques
produit principalement du méthane et du dioxyde de carbone.
Différents types de déchets organiques peuvent être utilisés et offrir un résultat satisfaisant à condition que
les quantités d’azote et de carbone soient suffisantes. Pour être utilisé comme carburant automobile, le
biogaz doit être amélioré en enlevant le CO2 qu’il contient et qui représente généralement 30 à 45% du
biogaz (et moins de 1% de gaz naturel), ainsi que d’autres gaz à l’état de traces et impuretés telles que le H2S.
Lorsque ces conditions sont remplies, un Nm³ de biogaz équivaut à environ un litre de gasoil ou d’essence.
Le biogaz est également utilisé pour alimenter les turbines à gaz permettant la production d’électricité.
Les véhicules au biogaz, identiques aux véhicules au gaz naturel, ont une combustion interne à allumage
commandé et ressemblent beaucoup aux véhicules à essence. Le biométhane issu du biogaz peut être utilisé
dans ces véhicules sans adaptation supplémentaire du moteur. Cependant, les procédés de traitement
permettant au biogaz d’atteindre la qualité du gaz naturel sont relativement nouveaux et sont par
conséquent associés à des coûts élevés. Dans les pays tels que l’Italie, l’Allemagne et la Suède, où les
véhicules au gaz naturel à faible puissance sont très populaires, les véhicules sont dotés de moteurs
bicarburation (gaz et essence) afin d’éliminer le risque de la panne de carburant et d’être dans l’impossibilité
de trouver une station de remplissage de gaz.
Performance environnementale
Le biogaz est un gaz naturel, les véhicules alimentés en biogaz produisent donc des émissions
d’échappement similaires aux autres GNV. Cependant, l’utilisation de biogaz apporte d’importants avantages
supplémentaires en terme d’émissions de gaz à effet de serre car c’est un carburant renouvelable et, en tant
que tel, le CO2 diffusé lors de la combustion est nouvellement retiré de l’atmosphère.
En outre, l’utilisation de biogaz permet de capturer le méthane (un gaz à effet de serre potentiel) produit
dans les sites de traitement et d’épuration plutôt que de le laisser se diffuser dans l’atmosphère. Le dernier
avantage mais non des moindres par rapport à l’essence et au gasoil est une réduction pouvant atteindre
80% des émissions de substances toxiques telles que les oxydes d’azote et les hydrocarbures réactifs.
1.2. Filière de 2ème génération
Aujourd’hui, les biocarburants n’utilisent qu’une partie des plantes. Les matières cellulosiques telles que les
déchets agricoles et de bois et les déchets domestiques triés sont des matières premières supplémentaires
qu’il sera à l’avenir possible d’exploiter. Ces matières doivent toutefois être hydrolysées avant d’être
fermentées en utilisant des procédés plus complexes que ceux utilisés pour les céréales.
Filière huile
Le BTL (Biomass To Liquid) est prometteur. La biomasse est comprimée puis chauffée, ce qui la transforme en
gaz. Le gaz est ensuite transformé en un liquide qui servira de carburant.
Le bioester NExBTL est produit à partir d’huile végétale (palme, soja) et de matières grasses animales. Sa
fabrication repose sur la technologie BTL mise au point par la société Neste Oil (Finlande). Ce carburant peut
être utilisé tel quel ou mélangé au diesel dans n’importe quel moteur diesel. Ses propriétés à basse
température sont nettement meilleures que celles du diesel classique.
Filière alcool
Le biobutanol, mis au point par BP-Dupont, présente l’avantage, par rapport au bioéthanol, d’être moins
corrosif avec certains plastiques et d’être moins volatile. Le biobutanol peut être utilisé en tant qu’additif à
l'essence à hauteur de 10%. Il peut également être utilisé en mélange avec l'éthanol et l'essence voire le
diesel.
Les matières cellulosiques sont considérées comme des sources potentielles de sucres destinées à la
production d’éthanol à long terme et leur utilisation permettrait une réduction plus importante du taux de
CO2. Les technologies de fabrication du bioéthanol à partir de ces matières sont cependant peu développées
et il faudra certainement au moins 5 à 10 ans pour atteindre une production commerciale. Les économies
d’émissions brutes de gaz à effet de serre peuvent atteindre 75 à 80% en cas d’utilisation de matières
cellulosiques.
Des projets sont également en cours pour produire du bioéthanol à partir des algues telles que l’Ulva lactuca
(laitue de mer), très répandue.
1.3. Comparatif
Le tableau qui suit est un comparatif, il n’intègre pas les données environnementales globales abordées
précédemment (monocultures intensives, pénurie hydrique ou alimentaire…) dont les conséquences sont
très dures à chiffrées. Ces conséquences sont toutefois à mettre en parallèle avec les dangers du
réchauffement climatique dont les effets ne sont pas plus quantifiables.
Matières premières
Rendement annuel par
hectare
Equivalent essence
Prix du marché
Réduction de CO2 *
Informations
techniques
biodiesel
bioéthanol
biogaz
Maïs et autres plantes
énergétiques
Fumier et déchets
organiques
Résidus gras
Plantes à huiles (colza,
olive, tournesol)
Céréales
Sucre (bois)
1550 l/ha
(huile de colza)
2560 l/ha
(céréales)
4 950 m3 ou 3 560 kg
(maïs à ensiler)
1 litre de biodiesel
= 0,91 litres de gasoil
1 litre d’éthanol
= 0,66 litres d’essence
1 kg de méthane
= 1,4 litres d’essence
Environ 0,9 €/l
(Espagne)
Environ 0,50 à 0,90 € / l
0,8 -1,1 € /Nm3
(Suède)
Environ 70%
(par rapport à
l’équivalent gasoil)
30 à 70 %
(par rapport à
l’équivalent essence)
-
Peut être mélangé à
un carburant diesel
à hauteur de 20 à 30 %
Peut être mélangé à
de l’essence
à hauteur de 5 %
Utilisable sans
adaptation dans des
véhicules à gaz naturel
2. Carburants et véhicules alternatifs
Tout d’abord, il convient de préciser que les véhicules modernes à essence sont beaucoup plus propres que
leur équivalent datant de seulement quelques années. En fait, d’un point de vue qualité de l’air, il existe
désormais une légère différence entre les véhicules modernes à essence et leurs équivalents à gaz. Les
véhicules diesels sont également devenus beaucoup plus propres qu’il y a quelques années même s’ils
produisent toujours des niveaux nocifs d’émissions de NOx et de matières à particules à moins qu’ils soient
équipés de filtres à particules. Les véhicules diesels bénéficient toutefois d’un avantage inhérent au CO2 : un
diesel équipé d’un filtre à particules associé à une bonne stratégie de réduction des NOx est souvent une
bonne solution d’un point de vue environnemental. Les véhicules fonctionnant avec un carburant
traditionnel peuvent utiliser un mélange de biocarburants et d’essence ou de gasoil.
Les véhicules fonctionnant au carburant traditionnel ont également bénéficié ces dernières années de
l’augmentation de l’efficacité des moteurs. Ces avantages ont particulièrement bénéficié aux moteurs diesel
et ont contribué, parallèlement à un prix relativement faible du gasoil dans de nombreux pays, à la
popularité croissante des véhicules diesel dans la plupart des pays européens ces dix dernières années.
En ce qui concerne les véhicules et carburants alternatifs, certaines technologies sont actuellement
disponibles (gaz de pétrole liquéfié (GPL), gaz naturel…). Les véhicules électriques sont également déjà
disponibles sur le marché, mais les coûts de batterie et la gamme limitent leur utilisation. Enfin, les véhicules
électriques hybrides, à pile à combustible et à hydrogène sont à des stades divers de développement et
pourraient jouer un rôle important dans le futur.
2.1. Le GNV
Production et caractéristiques
Le gaz naturel est un carburant fossile majoritairement
composé de méthane (CH4). C’est le même gaz que celui
utilisé pour la cuisine et le chauffage domestique. Il est plus
précisément composé de 70 à 90% de méthane, l’éthane, le
propane et le butane formant une partie des 30 à 10%
restant.
Les véhicules au gaz naturel sont dotés d’un moteur à
combustion interne par allumage commandé (sauf les
modèles « dual-fuel »). Ils ressemblent assez aux véhicules à
essence mais disposent de réservoirs et de mécanismes de
distribution différents. Le gaz ne se liquéfiant pas par
combustion, il doit être stocké dans les véhicules sous
forme d’un gaz naturel compressé (GNC) à très haute
pression, généralement à 200 bars, ou sous forme de gaz
naturel liquéfié (GNL) cryogénique, généralement à des
températures inférieures à -160°C.
Il existe trois types de véhicules au gaz naturel :
• Les véhicules dédiés, qui ne fonctionnent qu’avec ce carburant (monovalents, avec éventuellement de
l’essence en réserve)
• Les véhicules à bicarburation, qui peuvent passer du gaz naturel à l’essence (bivalents)
• Les véhicules « dual-fuel » ou à deux carburants, qui fonctionnent grâce à un mélange de gaz naturel et
de gasoil, dont les proportions varient selon la vitesse et la charge du véhicule.
Performance environnementale
Les véhicules au gaz naturel sont généralement très propres en terme d’émissions, notamment les émissions
qui affectent la santé humaine telles que les particules, le monoxyde de carbone (CO), le monoxyde d’azote
(NOx) et les hydrocarbures cancérigènes (HC). Leurs émissions de particules proches de zéro représentent un
avantage certain si le véhicule au gaz naturel doit remplacer un véhicule diesel, ce qui est généralement le
cas avec les GNV à grand rendement.
Les émissions réelles varient selon la conception du moteur. Les chiffres suivant reflètent les réductions
potentielles offertes par le gaz naturel compressé par rapport à l’essence traditionnelle.
• réduction de 25 % des émissions de CO2 ;
• réduction de 90 à 97 % des émissions de CO ;
• réduction de 35 à 60% des émissions de NOx ;
• réduction de 50 à 75% des émissions d’hydrocarbure non méthanique ;
• moins de polluants toxiques et cancérigènes et peu voire pas de particules.
Les GNV génèrent moins de CO2 que les véhicules traditionnels et sont plus écologiques dans tous les
domaines. Mais ils sont toujours basés sur les carburants fossiles. Le GNV peut donc être considéré comme
une étape intermédiaire vers une solution qui devra absolument être durable. D’un point de vue
économique, le GNV est une solution parfaite à condition que des stations service soient disponibles.
2.2. Le GPL
Production et caractéristiques
Le gaz de pétrole liquéfié (GPL) est un mélange de propane (C3H8)
et de butane (C4H10). Les proportions des deux gaz varient selon les
pays mais le propane représente généralement 80 à 95% du
mélange. Le GPL est obtenu à partir de deux sources : à partir du
pétrole brut distillé en raffineries de pétrole ou à partir d’un sousproduit extrait des gisements de gaz parallèlement au gaz naturel.
Les deux gaz de pétrole liquéfiés (le propane et le butane) peuvent
être stockés sous forme liquide à des pressions modérées.
Les véhicules GPL sont identiques à leurs équivalents à essence
mais disposent de systèmes différents de stockage et de
délivrance du carburant. Le GPL est stocké dans les véhicules sous
forme d’un liquide à environ 25 bars mais est transmis aux
cylindres du moteur sous forme de gaz.
La majorité des véhicules GPL en Europe sont à bicarburation : ils sont équipés de réservoirs GPL et essence,
et peuvent passer d’un carburant à l’autre lorsque le conducteur appuie sur un commutateur, évitant ainsi le
risque de panne de carburant dans une zone peu équipée en GPL. De nombreux spécialistes affirment
cependant que les moteurs fonctionnant uniquement au GPL (mono carburation) offrent une plus faible
consommation de carburant et produisent moins d’émissions.
Il est possible de transformer un véhicule pour qu’il roule au propane mais le processus de transformation est
très exigeant et requiert de bonnes connaissances en systèmes automobiles. Si ces systèmes sont installés
par des experts approuvés, les véhicules sont aussi sûrs que d’autres. Plusieurs sociétés proposent des kits
qui comprennent les pièces détachées nécessaires à la transformation. Les coordonnées de ces entreprises
sont disponibles sur le site du Comité Français du Butane et du Propane (www.cfbp.fr).
Performance environnementale
Les performances et la puissance des véhicules GPL sont identiques à leurs équivalents à essence, et, il y a
très peu de différence entre les deux lors de la conduite. Un véhicule GPL utilise généralement 20 à 25% de
carburant en plus que son équivalent à essence et 30 à 40% de plus qu’un véhicule diesel.
Comparé à son équivalent à essence, un véhicule GPL propre produit généralement 5 à 10% de moins de
CO2, et légèrement moins de HC et de NOx. Comparé à un équivalent diesel, un véhicule GPL produit
généralement la même quantité de CO2 ou peut-être légèrement plus mais beaucoup moins de particules et
de NOx, sauf si le véhicule diesel est équipé d’un filtre à particules. Les avantages environnementaux des
véhicules GPL par rapport aux véhicules à essence et gasoil ont diminué ces dernières années car les
véhicules utilisant un carburant traditionnel sont devenus beaucoup plus propres.
Le stockage du GPL est plus simple que le stockage du GNV. Les véhicules GPL produisent moins de CO2 et de
polluants que les automobiles traditionnelles mais plus que les véhicules au GNV. Ils sont de plus basés sur
des carburants fossiles et ne peuvent être considérés que comme une étape vers une mobilité durable. Les
avantages économiques de ces véhicules dépendent des réglementations/des taxes nationales. Le GPL est
généralement moins cher que les carburants habituels mais plus chers que le gaz naturel. Le GPL peut être
une bonne solution si une station de service est disponible.
2.3. Les véhicules électriques (VE)
Production et caractéristiques
Un véhicule électrique est un véhicule doté d’un ou
plusieurs moteurs électriques servant à la
propulsion. L’énergie utilisée pour propulser le
véhicule est issue de plusieurs sources :
• de l’énergie chimique stockée dans des
batteries embarquées dans le véhicule : véhicule
électrique à batteries (BEV) ;
• d’un système embarqué de stockage
énergétique rechargeable (SESER) et d’une
source électrique à propulsion : le véhicule
hybride ;
• générée en utilisant un moteur à combustion comme dans une locomotive électrique au gasoil ;
• générée en utilisant une pile à combustible : le véhicule à pile à combustible
• d’une connexion directe à une centrale électrique comme cela est généralement utilisé pour les trains
électriques.
Cependant, la gamme de VE modernes a diminué ainsi que les performances par rapport à celles des
véhicules à essence et au gasoil. Aujourd’hui, un plus grand intérêt est porté aux véhicules hybrides, qui
associent des moteurs électriques à des moteurs à combustion interne afin de fournir une plus grande
puissance et une autonomie plus importante.
Les batteries et autres dispositifs de stockage sont utilisés dans les véhicules électriques pour stocker
l’électricité qui alimente le moteur électrique du véhicule. Les batteries des VE doivent être rechargées en
branchant le véhicule à une source électrique. Certains VE sont dotés de chargeurs embarqués, d’autres se
branchent sur un chargeur situé à l’extérieur du véhicule, mais dans les deux cas, le rechargement de la
batterie s’effectue sur l’électricité issue du réseau électrique.
Plusieurs types de batteries existent :
• plomb-acide : moins cher et plus robuste mais plus faible pouvoir calorifique ;
• nickel Cadmium (Ni-Cd) : long cycle de vie, plus important pouvoir calorifique (environ 55 Wh/kg) ;
• nickel hydrure métallique (Ni-MH) : pouvoir calorifique élevé, recyclable, sans danger pour
l’environnement ;
• ion lithium : pouvoir calorifique très élevé.
Performance environnementale
Sans aucune émission d’échappement, ces véhicules peuvent être jusqu’à 99% fois plus propres que des
véhicules à essence, même en incluant les émissions des centrales électriques. Rechargée avec une énergie
renouvelable, les batteries électriques sont réellement non polluantes, ce qui les rend attrayantes au niveau
environnemental, notamment dans les zones urbaines bondées dans lesquelles la mauvaise qualité de l’air
entraîne souvent des problèmes de santé.
Les batteries peuvent avoir un impact élevé sur l’environnement en raison de l’énergie nécessaire à leur
production et du potentiel de contamination du sol et des nappes phréatiques lors de leur destruction. Les
batteries les plus connues (plomb-acide et Ni-MH) sont recyclables.
Les véhicules électriques constituent aujourd’hui une bonne solution sur certains marchés, notamment
lorsque des trajets quotidiens peuvent être effectués sans rechargement. Les VE sont par conséquent
parfaitement adaptés aux zones urbaines où les distances ne sont pas trop longues mais où la pollution est
un grave problème. Les véhicules électriques (VE) sont très silencieux, fiables et peu onéreux à la conduite.
Mais pour percer sur le marché, de meilleures batteries doivent être développées.
2.4. L’hydrogène
Production et caractéristiques
L’hydrogène peut être produit en utilisant diverses
ressources telles que les carburants fossiles, le
charbon (avec stockage du carbone), le gaz naturel,
le nucléaire, la biomasse et d’autres sources
d’énergies renouvelables telles que le vent, le solaire,
la géothermie, et l’énergie hydroélectrique. La
diversité potentielle d’approvisionnement fait de
l’hydrogène un vecteur d’énergie très prometteur.
L’hydrogène a le plus fort potentiel énergétique au poids des carburants traditionnels (environ trois fois plus
que le pétrole), mais le plus faible potentiel énergétique au volume (quatre fois moins que le pétrole). C’est
l’élément le plus léger, c’est un gaz lorsqu’il est soumis à des températures et une pression normales.
Un véhicule à hydrogène est un véhicule qui, comme une automobile ou un avion, utilise de l’hydrogène
comme source principale d’énergie. Certains prototypes de ces véhicules utilisent généralement de
l’hydrogène dans un moteur à combustion ou dans un convertisseur à hydrogène. Dans les moteurs à
combustion, l’hydrogène est « brûlé » de la même façon que dans les véhicules traditionnels à essence. Dans
les moteurs à pile à combustible, l’hydrogène est transformé en électricité à travers une pile à combustible
qui fournit de l’électricité au moteur.
Développer des technologies de stockage de l’hydrogène sûres, fiables, compactes et rentables représente la
barrière la plus délicate du développement de l’utilisation de l’hydrogène comme forme d ‘énergie.
Toutefois, l’hydrogène représente une perspective future intéressante. La première étape sera la
commercialisation de véhicules électriques propulsés par piles à combustible. Bien que dans un premier
temps, ces véhicules seront propulsés par essence et reformeurs, les piles à combustible incarnent deux
améliorations majeures du moteur à combustion interne :
• Elles sont environ deux fois plus efficaces ;
• Elles peuvent réduire de manière significative la pollution de l’air dans les villes.
Passer à un système d’hydrogène pur sera plus difficile. Les centrales électriques devront passer aux sources
d’énergies renouvelables et le marché devra convenir de moyens de stockage et de transport d’hydrogène.
Ces barrières retarderont le passage à un système purement hydrogène.
Performance environnementale
Le plus important problème aujourd’hui est la production durable d’hydrogène. Une grande quantité
d’énergie est nécessaire et doit provenir de sources renouvelables afin que la production d’hydrogène soit
totalement durable.
Le principal avantage offert par l’utilisation d’hydrogène pur en tant que source énergétique est qu’il utilise
l’oxygène de l’air pour produire de la vapeur d’eau comme effluent gazeux.
A l’heure actuelle, l’hydrogène n’est pas une solution de mobilité quotidienne. De nombreuses recherches
doivent être effectuées afin d’en faire une solution efficace et durable à l’avenir. De nombreux problèmes
doivent être résolus tels que le stockage ou la production durable d’hydrogène.
2.5. La pile à combustible
Production et caractéristiques
Une pile à combustible produit l’électricité
directement à partir d’une réaction électrochimique
entre l’hydrogène (contenant le carburant) et
l’oxygène de l’air.
Les moteurs à combustion interne des véhicules
actuels transforment moins de 20% de l’énergie
issue de l’essence en puissance permettant au
véhicule de se déplacer. Bien que les ingénieurs
automobiles aient trouvé des moyens de faire
fonctionner plus proprement et plus efficacement
les moteurs à combustion interne, il existe des
limites à ces moteurs.
Les piles à combustibles en revanche, peuvent utiliser jusqu’à 40 à 60% de l’énergie issue du carburant pour
propulser le véhicule. Un taux d’émission proche voir égal à zéro constitue un autre avantage. Un véhicule à
pile à combustible fonctionnant avec de l’hydrogène pur ne produit que de la vapeur d’eau. Les piles à
combustible peuvent également fonctionner avec n’importe quel liquide ou gaz riche en hydrogène, du
moment où celui-ci est traité correctement (méthanol, un hydrocarbure similaire au pétrole…).
Les piles à combustibles sont classées selon le type d’électrolyte qu’elles utilisent (acide phosphorique, oxyde
solide…). Cela permet de déterminer le type de réaction chimique qui aura lieu dans la pile, le type de
catalyseurs requis, la gamme de température à laquelle fonctionne la pile, le carburant requis et bien d’autres
facteurs. Il existe plusieurs types de piles à combustion actuellement en développement, chacun offrant des
avantages et des limites différentes et convenant à des applications différentes.
Avant que les piles à combustion ne soient communément utilisées dans des véhicules, la recherche doit
résoudre certains problèmes. Les applications pratiques des technologies liées aux piles à combustibles sont
très récentes, alors que le moteur à combustion interne est vieux de 120 ans et continue à s’affiner.
Performance environnementale
En transformant directement le carburant en une énergie par réaction électrochimique, les piles à
combustible extraient une plus grande quantité d’énergie qu’une combustion traditionnelle. Ce processus
direct entraîne une réduction de la consommation de carburant et une plus grande efficacité, de 30% à 90%
selon le système de pile à combustible et si le surplus de chaleur est utilisé.
Les piles à combustible offrent d’excellentes performances environnementales par rapport aux technologies
reposant sur une combustion pour générer de l’énergie. Selon certaines mesures, une pile à combustible
peut générer moins d’1 kg de pollution tous les 1000 kilowatts heures d’électricité produite par rapport aux
11 kg de polluants pour les systèmes traditionnels de génération de combustion.
Les piles à combustible ne constituent pas encore à ce jour une solution mais sont par contre une importante
possibilité pour le futur. Parallèlement à de nombreux aspects techniques, le problème de la source
énergétique doit toujours être résolu. Si l’on utilise par exemple l’hydrogène, il doit être produit de manière
durable.
2.6. Véhicules hybrides
Production et caractéristiques
Tout véhicule associant deux sources d’énergie ou
plus pouvant directement ou indirectement fournir
une puissance de propulsion est un véhicule
hybride. Aujourd’hui, les véhicules hybrides
disponibles sont à essence et électricité, mais il est
probable que des hybrides diesel et électricité plus
efficaces soient bientôt lancés sur le marché. Les
fabricants se sont orientés sur des modèles essence
électricité car les moteurs diesel sont plus onéreux et
ajoutent au prix élevé des véhicules hybrides.
Les hybrides sont plus propres et plus efficaces que les véhicules traditionnels et leurs coûts de
fonctionnement sont plus faibles, mais ils cependant sont plus chers à l’achat.
Les systèmes hybrides varient beaucoup en coût, en complexité et en effets :
Fonctions
Puissance
Réduction
d’émissions
Micro-hybride
Stop & Start
Moteur automatiquement stoppé lorsque le
véhicule est à l’arrêt
2 kW
8%
Stop & Go
+ l’énergie du freinage recharge les batteries
3 kW
13%
10 kW
30%
30 kW
45%
Type
semi-hybrides
Hybrides
+ énergie supplémentaire via le moteur
électrique lors de la propulsion
propulsion soit uniquement avec le moteur
essence, soit uniquement avec le moteur
électrique, soit avec les deux moteurs
simultanément
Performance environnementale
Les véhicules hybrides ont globalement un impact plus faible sur l’environnement que les véhicules
traditionnels. Une grande partie des avantages qu’offrent ces véhicules dépendent des habitudes d’achat et
de conduite du propriétaire.
La fabrication et la production de véhicules hybrides génèrent légèrement plus de gaz à effet de serre que la
production de véhicules traditionnels similaires. Les hybrides compensent cet impact supplémentaire sur
l’environnement par une durée de vie plus longue du véhicule car les émissions sont plus faibles pendant un
fonctionnement normal. En conséquence, plus le véhicule parcourt de kilomètres, plus les bénéfices
environnementaux des hybrides semblent s’accroître. Mais si ces kilomètres sont effectués sur autoroute (et
donc à une vitesse constamment élevée), la réduction d’émission n’est plus aussi importante.
Après la production, les émissions de gaz à effet de serre des véhicules eux-mêmes sont plus faibles. Dans le
futur, les technologies de captage et de stockage du dioxyde de carbone seront suffisamment répandues
pour que l’utilisation d’électricité à partir de sources issues de carburants fossiles émette moins de CO2, mais
à l’heure actuelle, la source d’émission d’échappement des véhicules à brancher est issue de la centrale
électrique. Toutefois, si les sociétés rechargent les batteries au moment des heures de pointe, la capacité
maximale de charge peut être atteinte au niveau de la centrale électrique, ce qui permettrait une plus grande
rentabilité de la centrale.
3. Conclusion
Il n’existe pas actuellement de solution idéale au remplacement des énergies fossiles dans les transports.
Rappelons juste que la problématique du réchauffement climatique est récente et que nous sommes plutôt
dans une phase de développement de nouvelles technologies, qui présentent toutes des avantages et des
inconvénients. Quoiqu’il en soit :
• les véhicules performants sont de toute façon préférables à des véhicules standards ;
• les biocarburants (dans la mesure où ils sont produits de manière durable) constituent un complément
intéressant aux combustibles fossiles (mais ne pourront les remplacer totalement) ;
• certains carburants en cours de développement (biocarburants de 2ème génération, hydrogène, pile à
combustible) offrent des perspectives extrêmement intéressantes.
Il est aussi évident que la réduction des émissions liée aux transports ne pourra pas se faire sans un
changement profond des mentalités, lui aussi en cours de développement…
Source :
http://etream.team-red.net/