Véhicules à carburants alternatifs
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Le transport est une source importante de pollution. Les véhicules automobiles, massivement développés et diffusés au cours du XXe siècle, étaient en effet conçus
- avant le choc pétrolier de 1973 sur des critères de performances, de confort, et de coût (d'achat et, dans une moindre mesure, de fonctionnement);
- après cette date, en y ajoutant un objectif de faible consommation. Ce dernier point est toutefois à relativiser. Les pays riches en pétrole tels que les États-Unis et le Canada n'ont pas tant que cela cette priorité. Et il faut aussi ajouter les rapports très étroits entre les fabricants d'automobiles et l'industrie pétrolière qui font que la priorité n'est pas tant que cela à la décroissance.
Si le virage de 1973 allait dans le sens de l'efficacité, il ne prenait pas en compte la question des émissions nocives. Celle-ci ne sera abordée que vers la fin des années 1970 avec les premiers carburants sans plomb en Californie.
Aujourd'hui, en plus des problèmes liés aux diverses pollutions engendrés par ces modes de transport, s'ajoute le fait que la ressource généralement utilisée (le pétrole) va vers un très prochain épuisement.
Problématique autour des véhicules dits "propres"
Pollution liée aux rejets gazeux
Parmi les problèmes environnementaux posés par les transports deux se distinguent tout particulièrement :
- La pollution, question de santé publique immédiate: les moteurs conventionnels relâchent des produits directement toxiques qui finissent par présenter une concentration dangeureuse en ville.
- Les gaz à effet de serre, avec pour l'essentiel le dioxyde de carbone, qui ne pose pas de problèmes directs de toxicité mais qui fait partie des 6 gaz anthropiques provoquant le réchauffement de l'atmosphère à l'échelle de la planète, ce qui a activé et entretient un dérèglement climatique mondial.
La notion de véhicule "propre" recouvre souvent ces deux questions dont le traitement n'est pas nécessairement compatible. Par exemple, équiper des véhicules d'un pot catalytique, permet d'éviter le rejet direct de certains polluants tout en ...générant une pollution supplémentaire à la fabrication et aussi en fin de vie. La confusion est souvent entretenue par certains acteurs de la branche qui peuvent ainsi communiquer sur des progrès environnementaux qui ne traitent qu'une partie du phénomène.
Pollution liée à la fabrication
Il ne faut pas non plus oublier que les véhicules, avant même d'avoir fait leur premier kilomètre, ont déjà consommé énormément d'énergie pour leur fabrication et engendré beaucoup de déchets (parfois extrêmement polluants).
Véhicules dits propres et mobilité
À la fin du XXe siècle, les normes d'émission se sont fortement durcies, avec notamment l'introduction des normes européennes d'émission Euro, les constructeurs ont donc été incités à réduire les émissions de toxiques et de polluants des véhicules. De plus, la prise en compte de l'ensemble de la filière a mis en évidence l'importance des carburants.
Mais dans le même temps, le parc automobile et le nombre de kilomètres parcourus augmentent et le poids croissant des véhicules modernes et l'ajout de la climatisation neutralisent les gains de consommation réalisés grâce à l'amélioration des moteurs.
De plus l'abaissement du coût financier au kilomètre incite à faire plus de distance: c'est l'effet rebond !
La question de pollution par les transports peut être attaquée en créant des véhicules plus propres, mais aussi et surtout en envisageant une réorganisation profonde des transports, pas forcément plus onéreuse. Par exemple aux heures de pointe, ce sont 21 000 véhicules qui font du quasi sur-place sur les 35 km du périphérique parisien, ce qui représente un capital immobilisé d'environ 210 millions d'euros ainsi que 4 525 000 heures x homme perdues par an. Ne peut-on envisager plus efficace à immobilisation égale de capital?
Véhicules dits propres et filières énergétiques
Les véhicules peuvent être dit "propres" alors qu'ils fonctionnent avec un carburant pas nécessairement issu d'une filière énergétique qui le soit.
Si l'électricité était utilisée directement comme carburant (véhicule électrique) ou indirectement pour créer d'autres vecteur d'énergie (comme l'hydrogène ou l'air comprimé), cela signifirait un quasi doublement de la capacité nucléaire française actuelle, ou de l'équivalent en centrales électriques fonctionnant au charbon ou avec un carburant comme le pétrole. Ce qui revient à déplacer le problème de la pollution sans le résoudre. Pour cette raison, certains considèrent que le terme de véhicule propre est usurpé, ou que pour le moins les véhicules dits propres ne résolvent rien.
D'autres avancent qu'il est plus facile de « nettoyer » une filière de production énergétique que des millions de véhicules individuels. Les véhicules dits propres présentent en tout état de cause l'avantage discutable de sortir la pollution des villes et de les rendre plus vivables.
Les biocarburants
On appelle ainsi des carburants produits (au moins en partie) biologiquement. Il s'agit d'une énergie renouvelable. Son bilan en terme de CO2 est neutre puisque les plantes puisent le carbone qui les constitue dans l'atmospère.
Visitez biocarburant pour plus d'information.
Le GPL ou LPG
Le GPL (Gaz de pétrole liquéfié) utilisé dans les transports est un mélange de butane (C4H10) et de propane (C3H8). Voir Gaz de pétrole liquéfié pour plus d'information.
Véhicules électriques
Les véhicules électriques regroupent différentes catégories : Les vehicules léger (trotinettes, vélo à assistance electrique, scooter), les voitures électriques, et les transports en commun (bus, train...).
Les avantages de ces véhicules sont un assez faible bruit, très peu de polution lors de l'utilisation, et surtout un très bon rendement énergétique de la motorisation électrique (au moins 70% de l'energie électrique est transformée en énergie motrice, contrairement aux moteurs thermiques ou moins de 30% de l'énergie contenue dans le carburant est transformée en mouvement).
Le problème principal est la source d'energie. Dans le cas des transports en commun, cela nécessite (notament pour le train) la pose de lignes electriques pour l'alimentation.
Dans le cas de vehicules autonomes (voitures, scooters...), des batteries sont la plupart du temps utilisées (source d'énergie 80% nucleaire et 20% renouvelable en france), mais il est aussi envisageable d'utiliser des piles à combustible utilisant comme source primaire de l'hydrogène ou un hydrocarbure d'origine fossible ou renouvelable.
Aujourd'hui, les voitures électriques sont souvent chères à l'achat et d'une autonomie limitée, principalement en raison des trop faibles rapport performances/poid/prix des batteries.
Leur avenir pour les particuliers peut sembler plutôt sombre (sauf peut-être pour les scooters), tant que les modèles seront réalisés à partir des modèles thermiques existants et que le stockage de l'énergie ne sera pas amélioré.
BlueCar est un prototype conçu par Batscap (filiale du groupe Bolloré). Sa structure légère lui permet une autonomie de 200 km et des vitesses de pointe de 125 km/h. Espérons qu'un constructeur automobile reprendra le concept...
Dans les transports publics les trains, tramways et trolleybus fonctionnent depuis bien longtemps et des services de bus électriques inovants font leur apparition. Pour plus d'information se repporter à véhicule électrique.
Article conseillé sur les batteries
Les véhicules hybrides
Les véhicules hybrides constituent une solution intermédiaire entre les véhicules conventionnels et les véhicules électriques. Leur conception peut toutefois trahir une philosophie radicalement différente.
Le concept est de faire fonctionner le moteur thermique à une charge légèrement plus élevée que nécessaire, et utiliser ce surplus d'énergie mécanique pour charger une batterie. Le rendement du moteur augmentant vite à faible charge, ce surplus d'énergie est presque gratuit.
Ceci est vrai pour les moteurs « essence », les moteurs diesels sont beaucoup moins sujets à des variation de rendement en fonction de la charge.
GNV
Le GNV (Gaz naturel pour Véhicule), est composé de 90% de méthane (CH4). Sa combustion ne produit ni oxyde de soufre, ni plomb, ni poussières, ni fumées noires et peu d'oxyde d'azote et de monoxyde de carbone. C'est aussi un produit des compagnies pétrolières, qui ne perdent rien à le substituer à l'essence ou au gazole. Le biogaz étant lui aussi du méthane pourrait parfaitement être utilisé à la place du GNV mais les filères de production font défaut pour l'utiliser dans les transports.
Caractéristiques du GNV dans les transports
Il est essentiellement utilisé pour les autobus (en France un nouveau bus sur trois roule au GNV) et dans une moindre mesure pour les bennes à ordures. L'usage du GNV est assez répandu avec plus de 2 millions de véhicules dans le monde, en Argentine et en Italie notamment. Les moteurs au GNV présentent de bonnes performances environnementales, Les émissions de substances nocives sont particulièrement faibles à l'exception des émissions de composés organiques volatils qui sont supérieures à celles du diesel. Les émissions de CO2 sont sensiblement inférieures mais en restent toutefois assez proches. Notons que le GNV comme le GPL pourraient voir leurs performances s'améliorer considérablement avec un moteur spécifiquement conçu pour ces carburants.
Outre cette réduction directe des émissions polluantes, la distribution du GNV entraîne d'autres réductions. Alors que les stations classiques doivent être alimentées régulièrement par voie routière ce qui entraîne l'encombrement des villes et signifie donc encore plus de pollution, une station gaz naturel est directement reliée au réseau de distribution GDF.
Toutefois, le méthane composant 90% du GNV est également un puissant gaz à effet de serre à vie courte considéré comme étant 63 fois plus nuisible sur 20 ans que le CO2. Il faudrait donc, pour prendre la mesure de la contribution du GNV à l'augmentation de l'effet de serre, prendre en compte toute la filière, de l'extraction à la combustion et comptabiliser les pertes de gaz. Il est donc très possible qu'en terme d'effet de serre et en l'état des techniques et de la filière, le GNV présente des performances inférieures au gazole.
Les réserves mondiales de GNV sont plus abondantes et moins concentrées que celles du pétrole ce qui assure un prix et un approvisionnement plus stable. Le prix du GNV est en outre inférieur à celui du gazole.
Avantages et inconvénients techniques
Les principales raisons pour choisir les bus au gaz sont :
- Moins polluants, les bus au GNV sont aussi plus silencieux que les autres bus (-5 à -8 décibels).
- Le GNV réduit également les vibrations des véhicules, améliorant ainsi le confort des passagers et des conducteurs.
- Le GNV est excellent pour la durée de vie du moteur qui présente un fonctionnement particulièrement souple qui réduit l'usure des véhicules.
- Le GNV démarre à toutes les températures sans surconsommation quand il tourne à froid.
Les bus avec une motorisation adaptée possèdent des réservoirs en toiture gonflés à 200 bars qui leur offrent une autonomie de 400 km.
- Le GNV est particulièrement intéressant en terme de sécurité contrairement à ce que le sens commun pourrait laisser croire. Le GNV étant plus léger que l'air, une fuite ne peut poser problème que dans un tunnel ou des locaux mal ventilés. Le GNV est difficile à enflammer (540°C contre 235°C pour le gazole) et n'explose pas comme peut le faire le GPL.
Les moteurs actuels au GNV utilisent le cycle Beau de Rochas et non pas le cycle Diesel, ce qui leur est défavorable en terme de rendement, donc en terme d'émission de CO2.
- Il convient de noter que le GNV offre un indice d'octane proche de 130. Cette caractéristique relève le rendement des moteurs GNV dédiés uniquement à cette énergie. Dans ce cas, le rendement d'un moteur avec turbocompresseur est de 42% environ sur une grande partie de la plage d'utilisation, comme celà a été démontré par un prototype optimisé de voiture urbaine récemment exposé dans différents salons (POLLUTECH 2004 par exemple). Cette valeur se compare favorablement à celle d'un moteur diesel turbocompressé.
Le rapport C/H du méthane CH4 étant très inférieur à celui du gas-oil, il devient évident qu'à rendement égal, les émissions de CO2 d'un moteur GNV dédié ne peuvent être supérieures, comme les mesures effectuées le confirment. Pour un moteur, le choix de la bicarburation GNV/ESSENCE implique un compromis défavorable en terme de rendement vis à vis d'une solution purement GNV.
Le moteur QuasiTurbine
Inventé en 1996 par un québécois, docteur en physique nucléaire, nommé Gilles St-Hilaire, avec la participation de ses deux fils et de sa femme.
Ce nouveau concept moteur va reléguer aux oubliettes le traditionnel moteur à piston que l'on connait tous.
Ce moteur peut fonctionner avec n'importequel carburant et peut également supporter le mode de combustion HCCI ou photodétonation. Économie de 50% de carburant avec la Quasiturbine par rapport aux moteur à piston pour une puissance égale.
Il fonctionne également comme une turbine avec de l'air comprimé ou de l'eau sous pression.
Plus efficace que le moteur à air comprimé multi-étage inventé par Guy Nègre de chez MDI, la Quasiturbine actionne déjà une tronçonneuse et un Go-Kart avec de l'air comprimé et une petite voiture devrait bientôt voir le jour également.
L'air comprimé
Les véhicules à air comprimé sont portés par Guy Nègre, un ingénieur français installé près de Nice, qui développe depuis 10 ans l'idée d'un véhicule dont le moteur fonctionne grâce à l'air comprimé contenu dans des bouteilles à haute pression.
Annoncés à de multiples reprises, les véhicules à air comprimé restent pour l'instant des prototypes qui n'ont pas pu être évalués indépendamment des tests du constructeur. De conception originale, ils annoncent une autonomie de 200 km et une vitesse de pointe de 110km/h.
Rechargeables en 6 heures sur le secteur ou 3 minutes dans une station de gonflage, ces voitures peuvent être considérés comme des véhicules électriques pour lesquelles l'air comprimé est un vecteur d'une énergie électrique actuellement produite par des centrales nucléaires et des centrales thermiques.
Ce type de véhicule dimensionné pour la ville, fonctionnant avec une technologie éprouvée, peu onéreuse et totalement propre est particulièrement séduisant. Il s'agit d'une solution d'une élégante simplicité qui s'attaque à la question du véhicule propre.
Pour ces raisons, les médias parlent régulièrement de ce projet mais de nombreux spécialistes sont plus que sceptiques sur les performances annoncées. Les nombreux retards et les absences de tests ne favorisent pas la confiance.
Les véhicules à pile à combustible
Voir à ce sujet la page sur les Piles à combustibles
Les vélos à assistance électrique (VAE)
Les véhicules à propulsion musculaire avec assistance électrique, bien que peu connus, commencent à se developper en Europe alors qu'ils sont utilisés depuis plusieurs années dans des pays tels que la Chine et dans une mesure moindre en Europe du Nord.
La demande croissante dans le monde a engendré une augmentation de la qualité et une baisse des prix de ces véhicules. Aujourd'hui, la meilleure motorisation existante est un moteur dit "brushless" c'est à dire sans contact à charbon, qui remplace le moyeu de la roue avant ou arrière.
Il existe en France de plus en plus de revendeurs de ce type de moyen de transport.
Les avantages sont les mêmes que ceux d'un vélo classique : économique, rapide en milieu urbain, facile à garer, n'émet pas de polluants atmosphériques à l'utilisation et ... bon pour la santé.
L'avantage supplémentaire est le fait de pouvoir se déplacer sans subir une fatigue excessive, ce qui est intéressant lors des trajets travail domicile, surtout si le trajet comporte des côtes ou de fréquents STOPS qui nécessitent autant de relances.
Le principal inconvénient estle poids, plus important à cause des batteries (de l'ordre de 21 kg pour les plus légers), mais peu sensible en raison de l'assistance. L'autonomie moyenne est de l'ordre de 20 à 50 km et ils se rechargent pour un prix dérisoire en quelques heures. Les batteries générent de la pollution pour leur fabrication (énergie et matières premières), pour leur recharge, et par les déchets qu'elles représentent en fin de vie (en particulier le plomb.)
La législation concernant ces vélos (VAE) est la même en France que celle concernant nos bon vieux vélos, pourvu que l'assistance ne fonctionne que quand on pédale et se coupe à partir de 25 km/h. 32 km/h pour le Canada. Au delà de 25 km/h on bascule dans la catégorie Vélomoteur. Rappel: moins de 45 km/h, port du casque et asurance obligatoire.
Les véhicules à propulsion humaine ou à traction animale
Quelques véhicules à propulsion humaine, souvent assistés d'un petit moteur électrique, circulent déjà. C'est le cas du Twike, un engin conçu par des élèves de l'école polytechnique de Zürich, distribué en Suisse, en Allemagne et aux Etats-Unis. Il s'agit en fait d'un double vélo couché totalement carené [1]. Le concept a été récemment racheté (ou plagié ?) par une société britannique.
Par ailleurs, certains types de déplacements peuvent se faire au moyen de véhicules tractés par des animaux. Certaines municipalités françaises, par exemple, les utilisent pour les collectes sélectives de déchets ou pour l'entretien des plantations communales: en effet, les démarrages fréquents consommant beaucoup de carburant, il est plus intéressant d'utiliser une hippomobile; d'autant que les arrêts fréquents de ces véhicules sont mieux acceptés que ceux d'une fourgonnettes par les autres usagers. On comprend aussi l'intérêt économique de ce mode de transport dans les régions du monde où - ou pour les populations pour qui - les carburants sont peu ou pas accessibles quelles qu'en soient les raisons. C'est pourquoi des associations s'efforcent non seulement de conserver cheptels, connaissances et savoir faire, mais même de les enrichir et de promouvoir ce mode de transport.
À ce sujet, lire l'article: propulsions musculaires.
Voir aussi
Webographie
- Le moteur à eau n'existe pas! Par Denis Cheynet
- voiture de Guy Nègre
- Processeur Multi Carburants
- véhicules à propulsion humaine
- Traction animale
- Un article sur le mythe du "4x4 propre"
Bibliographie
Un site de fiches techniques en copyleft : www.surrealiste.org
