notions de base sur l`énergie pleins feux sur l`énergie

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CONSOMMATION D’ÉNERGIE
NOTIONS DE BASE SUR L’ÉNERGIE
PLEINS FEUX SUR L’ÉNERGIE
Introduction aux
carburants de
transport dans les
moteurs à
combustion interne : Page 1 de 4
INTRODUCTION AUX CARBURANTS DE TRANSPORT DANS LES MOTEURS
À COMBUSTION INTERNE
Il existe plusieurs moyens de transport et plusieurs sources d’énergie qui rendent possibles ces moyens
de transport. La plupart des véhicules, qu’ils se déplacent sur la terre, dans les airs ou sur les eaux, ont
besoin de carburant pour faire fonctionner leur moteur.
Les carburants sont des matériaux qui stockent de l’énergie potentielle sous une forme qui peut être
libérée et utilisée comme énergie thermique. Pour la plupart des carburants, cette énergie potentielle est
stockée dans les liaisons entre les molécules qui constituent le carburant. On parle alors d’énergie
potentielle chimique ou d’énergie chimique. Pour libérer cette énergie emmagasinée, en général, les
carburants subissent une réaction chimique qu’on appelle une réaction de combustion (ou bruler). Dans
ce type de réaction, un carburant (le plus souvent un hydrocarbure ou un mélange d’hydrocarbures)
réagit avec l’oxygène (qu’on retrouve généralement dans l’air) pour produire du dioxyde de carbone et
de l’eau. Les réactions de combustion libèrent également beaucoup de chaleur (les réactions qui
produisent de la chaleur sont des réactions exothermiques), ce qui les rend très utiles. Pour la majorité
des véhicules, l’énergie thermique libérée par le carburant est convertie en énergie mécanique dans le
moteur, puis est transférée à d’autres pièces en mouvement telles que les roues et les hélices sous
forme d’énergie cinétique (énergie du mouvement).
Il existe des carburants solides (bois, charbon, etc.), liquides (essence, diesel, éthanol, etc.) ou gazeux
(propane, gaz naturel, hydrogène, etc.). La majorité des véhicules modernes fonctionnent avec des
carburants liquides ou gazeux, mais anciennement, on utilisait le charbon et le bois pour chauffer l’eau
afin de créer de la vapeur, laquelle permettait aux moteurs à vapeur des automobiles, des locomotives et
des bateaux de faire tourner les roues et les hélices.
La plupart des carburants utilisés aujourd’hui pour faire fonctionner les véhicules se classent en deux
catégories : les carburants à base de pétrole (les combustibles fossiles) et les biocombustibles
(comme l’éthanol et le biodiésel). Le mot pétrole signifie à la fois pétrole brute à l’état naturel (non
traitée) et produits faits de pétrole brut raffiné. Les carburants liquides à base de pétrole comprennent
l’essence, le pétrodiésel, l’essence d’aviation, le carburant aviation et le mazout pour navires. Les
combustibles gazeux à base de pétrole comprennent le gaz naturel et le propane (même si ce dernier
est entreposé sous forme liquide).
LES COMBUSTIBLES FOSSILES
LE GAZ NATUREL COMPRIMÉ (GNC)
Figure 1 : Autobus utilisant du GNC à
Hamilton, en Ontario. Source :
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ha
milton_Street_Railway_510213_wide.jpg
Le gaz naturel est utilisé comme substitut
Le GNC est
hydrocarboné de l’essence, du carburant diésel
principalement
et du propane principalement pour faire
constitué de
méthane, un
fonctionner les autobus (fig. 1). Le gaz naturel
hydrocarbure ne
est un mélange naturel de gaz d’hydrocarbures
contenant qu’un
(essentiellement du méthane, CH4) qu’on trouve
atome de
dans des gisements souterrains (champs de
carbone.
gaz) ou des gisements de pétrole brut près de la
surface (champs de pétrole). Pour faire du gaz naturel comprimé
(GNC), il faut comprimer le gaz naturel jusqu’à moins d’un pour cent
de son volume sous pression atmosphérique standard pour ensuite
être stocké dans des cylindres et utilisé dans des véhicules au
même titre que l’essence. On peut utiliser le biogaz comme
substitut (produit par digestion anaérobique de matière organique)
dans des véhicules fonctionnant au GCN.
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Introduction aux
carburants de
transport dans les
moteurs à
LE PROPANE (GAZ NATUREL LIQUÉFIÉ, PROPANE AUTOMOBILE)
Bien qu’on utilise généralement le propane comme carburant dans les BBQ, il sert
Le PROPANE
également aux parcs de véhicules (voitures de police et taxis). Certains véhicules ne
est une petite
chaine
fonctionnent qu’au propane, alors que d’autres sont munis d’un système double qui
hydrocarbonée
utilise le propane et l’essence. Le propane, un hydrocarbure gazeux court (C3H8), est
comprenant
un sous-produit du gaz naturel épuré et du pétrole brut raffiné. Lorsqu’il est conservé
trois atomes de
sous pression dans un réservoir, le propane est un liquide incolore et inodore. Pour
carbone.
des raisons de sécurité, on y ajoute un additif afin de pouvoir le sentir. Lorsqu’on
relâche la pression, le propane liquide s’évapore et devient un gaz qui sert à la combustion. Tout comme
les moteurs à essence, les moteurs au propane sont des moteurs à allumage par étincelle. La majeure
partie des véhicules qui fonctionnent au propane sont en fait des modèles conçus à l’origine pour
fonctionner à l’essence.
L’ESSENCE D’AVIATION (AVGAS)
L’essence d’aviation est une essence particulière utilisée pour faire fonctionner les
L’AVGAS est
aéronefs équipés de moteur à pistons (à allumage par étincelle). Ce type
fait de chaines
d’essence est utilisé principalement pour les petits aéronefs privés et d’époque. Tout
hydrocarbonées
comprenant
comme l’essence automobile, l’essence d’aviation est un mélange d’hydrocarbures
entre 4 et 12
liquides. Par contre, contrairement à l’essence automobile, l’avgas contient du plomb
atomes de
tétraéthyle (PTE), une substance toxique utilisée pour empêcher les cliquetis dans le
carbone.
moteur (allumage inadéquat de l’essence pouvant gêner les cycles du moteur).
Plusieurs types d’avgas contiennent des colorants pour qu’ils soient visibles lors d’un déversement.
L’ESSENCE AUTOMOBILE (MOGAS)
Le MOGAS
L’essence (ou « pétrole » dans les autres pays du Commonwealth comme l’Australie
est fait de
et le Royaume-Uni) est fort probablement le carburant le plus connu et le plus utilisé
chaines
pour les véhicules. Les gens utilisent l’essence comme un carburant pour leurs
hydrocarbonées
automobiles, leurs camionnettes, leurs fourgonnettes, leurs VUS, leurs bateaux à
comprenant
entre 7 et
moteur, leurs motoneiges, leurs scooteurs et leurs motocyclettes. L’essence est un
11atomes de
liquide inflammable qui s’enflamme facilement. Il est fait d’un mélange
carbone.
d’hydrocarbures qu’on obtient par le raffinage du pétrole brut et auquel on ajoute des
additifs comme l’éthanol (voir plus bas). Dans les moteurs à essence à combustion interne, le
carburant est mélangé avec de l’air puis enflammé à l’aide de bougies d’allumage (allumage par
étincelles). Anciennement, l’essence automobile contenait du plomb, mais aujourd’hui, ce n’est plus le
cas (on parle alors d’essence sans plomb).
LE CARBURANT AVIATION (COMBUSTIBLE POUR MOTEUR À RÉACTION)
Le carburant aviation est un type de carburant liquide semblable au diésel. On l’utilise
Le
dans les moteurs à allumage par compression et dans les moteurs à turbine (moteur
CARBURANT
AVIATION est
à combustion interne qui fait tourner une turbine). Parmi les aéronefs qui fonctionnent
fait de chaines
avec ce type de carburant, on compte les aéronefs à turbopropulseur, les avions à
hydrocarbonées
réaction et les hélicoptères. Il existe deux types de carburant aviation : le kérosène
comprenant
sans plomb (kérosène ordinaire [Jet A], carburant JP-5, carburant JP-8) et les
entre 12 et 16
atomes de
mélanges de naphta et de kérosène (Jet B et carburant JP-4, seulement pour usage
carbone.
lors de temps très froid). Ces deux types de carburant contiennent des hydrocarbures
courts (entre 5 et 15 atomes de carbone) obtenus par raffinage de pétrole brut. Bon
nombre d’organisations sont en train d’élaborer des biocarburants pour avions à réaction d’origine
végétale telles que les algues et de la caméline.
Introduction aux
carburants de
transport dans les
moteurs à
LE DIÉSEL DE PÉTROLE (DIÉSEL, PÉTRODIÉSEL)
Le deuxième type d’essence le plus connu après l’essence est le carburant diésel. On
Le DIÉSEL est
l’utilise dans les véhicules, les camionnettes, les fourgonnettes, les VUS, les autobus
fait de chaines
scolaires, les autobus de ville, les trains, les bateaux à moteur et les traversiers. Tout
hydrocarbonées
comprenant
comme l’essence, le carburant diésel à base de pétrole est un hydrocarbure liquide
entre 15 et 18
obtenu par raffinage de pétrole brut. À mesure qu’on élabore de nouveaux types de
atomes de
carburants diésel, le carburant diésel à base de pétrole se fait appeler de plus en plus
carbone.
communément pétrodiésel afin de le différencier des carburants diésel à base d’huile
végétale ou de graisse animale connus sous l’appellation biodiésel (voir plus bas). On utilise le
carburant diésel dans les moteurs diésel, nommé ainsi en l’hommage de l’inventeur allemand, Rudolf
Diesel. Dans les moteurs Diesel, au contraire des moteurs à essence, c’est la chaleur de l’air comprimé
qui enflamme le carburant, au lieu des étincelles.
LE MAZOUT LOURD (COMBUSTIBLE DE SOUTE)
Le mazout lourd est un liquide épais de couleur foncée fait
Le MAZOUT est
de longues chaines hydrocarbonées. Il est composé de
fait de chaines
mazout léger (hydrocarbures bouillis puis condensés
hydrocarbonées
comprenant
pendant le processus de distillation fractionnée) et de
entre 16 et 20
carburants résiduels (les hydrocarbures trop lourds pour
atomes de
être distillés et qui deviennent ainsi des résidus). Puisque
carbone.
les carburants résiduels sont très épais, l’ajout de distillats
rend le carburant plus fluide (réduit la viscosité). Le mazout lourd ne peut être
utilisé que par de très gros navires étant donné qu’il doit être préalablement
chauffé avant d’être brulé à l’aide d’équipement spécialisé trop gros pour être
installés dans de plus petits véhicules. Le mazout lourd est aussi connu sous le
nom de combustible de soute (voir fig. 2), appellation qui lui vient des
conteneurs dans lesquels l’huile est entreposée sur les navires et dans les
ports.
Figure 2 : Échantillon de combustible de soute (résiduel).
Source : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Residual_fuel_oil.JPG
LES BIOCARBURANTS
L’ÉTHANOL
L’éthanol, un biocarburant, est un type d’alcool à base de matières premières
L’ÉTHANOL
agricoles (matière végétale brute). Au Canada, l’éthanol est essentiellement fait à
est un alcool
base de maïs et de blé. Des recherches importantes sur la possibilité d’utiliser de la
comprenant
deux atomes de
cellulose trouvée dans les déchets végétaux pour fabriquer de l’éthanol sont en cours.
carbone
On ajoute souvent de l’éthanol et d’autres types d’alcool à l’essence puisque l’alcool
(C2H5OH).
produit moins de monoxyde de carbone et de suie que l’essence lorsqu’il brule. On
appelle l’essence qui contient 5 % d’éthanol du E5, et E10 l’essence contenant 10 % d’éthanol. Il existe
également des véhicules polycarburants qui consomment toutes les combinaisons possibles d’essence
et d’éthanol jusqu’à une proportion de 85 % d’éthanol (qu’on appelle E85). Tous les véhicules à essence
fabriqués depuis le début des années 1980 peuvent fonctionner avec de l’essence contenant de
l’éthanol, et tous les grands fabricants de véhicules approuvent l’utilisation d’essence contenant jusqu’à
10 % d’éthanol. En 2012, le gouvernement du Canada a mis en place une réglementation exigeant la
présence d’une moyenne de 5 % de carburant renouvelable (souvent sous forme d’éthanol) dans
l’essence partout sur son territoire.
Introduction aux
carburants de
transport dans les
moteurs à
LE BIODIÉSEL
Figure 3 : Échantillon de
B100 à base de soja.
Source :
http://commons.wikimedia.or
g/wiki/File:Bequer-B100SOJA-SOYBEAM.jpg
Le biodiésel, qui est également un biocarburant, est un
Le BIODIÉSEL
type de carburant diésel obtenu par réaction chimique de
est fait d’esters
corps gras (huile végétale ou gras animal) et d’alcool. La
comprenant
entre 8 et 20
majeure partie du biodiésel est faite à base de canola, mais
atomes de
on peut également en produire à base de plantes telles que
carbone.
du soja, du jatropha, de l’algue mélangée à de l’huile
végétale usée ou à partir de résidus d’origine animale
comme le gras de bœuf ou de poule. Tous les moteurs diésel fonctionnent au
biodiésel à 100% (voir fig. 3). Cependant, le diésel se vend généralement sous
forme de mélange à concentration moindre de 2 %, 5 % ou 20 %. La plupart
des garanties de moteur diésel autorisent l’utilisation de mélanges B5 (5 % de
biodiésel) à B20 (20 % de biodiésel). On utilise présentement du biodiésel
pour faire fonctionner des automobiles, des camions et des locomotives, et
certaines compagnies l’essaient pour faire fonctionner des aéronefs. En 2011,
le gouvernement du Canada a mis en place une réglementation exigeant la
présence d’une moyenne de 2 % de carburant renouvelable (biodiésel) dans
le carburant diésel partout sur son territoire.
RÉFÉRENCES
http://science.howstuffworks.com/gasoline.htm (Consulté le 3 décembre 2013)
How Gasoline Works (How Stuff Works)
http://www.howstuffworks.com/diesel3.htm (Consulté le 3 décembre 2013)
How Diesel Engines Work (How Stuff Works)
http://www.wisegeek.com/what-is-bunker-fuel.htm (Consulté le 3 décembre 2013)
Bunker Fuel (Wise Geek)
http://www.afdc.energy.gov/fuels/ (Consulté le 3 décembre 2013)
Alternative Fuels Data Centre (É.-U.)
http://www.gazette.gc.ca/rp-pr/p2/2010/2010-09-01/html/sor-dors189-eng.html#archived (Consulté le
3 décembre 2013)
Gouvernement du Canada – Règlement sur les carburants renouvelables
Merci à Nick MacCallum (ingénieur) d’avoir révisé ce document d’information.

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