Université de Liège, 2009

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Pages d'information Ecoscore
Pierre Duysinx, Albert Germain & Georges Heyen
Université de Liège, 2009
1
1.
TECHNOLOGIE DES TRANSPORTS LEGERS___________________________________ 6
1.1. MOTEUR ESSENCE _________________________________________6
1.1.1. TECHNIQUES DE REDUCTION DES EMISSIONS ______________________ 7
1.1.2. ENVIRONNEMENT _____________________________________________ 8
1.1.3. SITUATION DU MARCHE ________________________________________ 9
1.2. MOTEURS DIESEL _________________________________________9
1.2.1. TECHNIQUES DE REDUCTION DES EMISSIONS _____________________ 12
1.2.2. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 13
1.2.3. SITUATION DU MARCHE _______________________________________ 14
1.3. LPG – MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE ______________________14
1.3.1. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 15
1.4. GAZ NATUREL – MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE ______________16
1.4.1. Technologie _________________________________________________ 16
1.4.3. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 17
1.5. BIOGAZ ________________________________________________18
1.5.1. TECHNOLOGIE ______________________________________________ 19
1.5.2. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 19
1.6. BIOETHANOL____________________________________________19
1.6.1. VEHICULES FLEX FUEL ________________________________________ 20
1.6.2. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 21
1.7. AGRODIESEL ____________________________________________23
1.7.1. PPO : PURE PLANT OIL ________________________________________ 23
1.7.2. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 23
1.7.3. BIODIESEL _________________________________________________ 24
1.7.4. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 24
1.8. HYDROGENE – MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE _______________26
1.8.1. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 27
1.9. MOTEUR ELECTRIQUE _____________________________________28
1.9.1. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 29
1.10. PROPULSION PAR PILE A COMBUSTIBLE ______________________31
1.10.1. ENVIRONNEMENT ___________________________________________ 32
1.10.2. SITUATION DU MARCHE ______________________________________ 33
1.11. MOTORISATION HYBRIDE _________________________________33
1.11.1. Définitions _________________________________________________ 33
1.11.2. ENVIRONNEMENT ___________________________________________ 36
1.11.3. SITUATION DU MARCHE ______________________________________ 38
2.
TECHNOLOGIE DES VEHICULES DEUX ROUES _______________________________ 40
2.1. MOTEUR DEUX TEMPS _____________________________________40
2.2. MOTEUR QUATRE TEMPS ___________________________________42
2.2.1. TECHNOLOGIE ______________________________________________ 42
2
2.2.2. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 42
2.3.1. TECHNOLOGIE ______________________________________________ 42
2.3.2. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 43
3.
TECHNOLOGIE DES TRANSPORTS LOURDS _________________________________ 44
3.1. MOTEUR DIESEL _________________________________________44
3.1.1. TECHNOLOGIE ______________________________________________ 44
3.1.3. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 47
3.2. MOTEUR LPG ____________________________________________47
3.2.1. TECHNOLOGIE ______________________________________________ 47
3.2.2. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 48
3.3. MOTEUR AU GAZ NATUREL _________________________________48
3.3.1. TECHNOLOGIE ______________________________________________ 48
3.3.2. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 49
3.4. MOTEUR A HYDROGENE ___________________________________49
3.4.1. TECHNOLOGIE ______________________________________________ 49
3.4.2. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 50
3.5.1. TECHNOLOGIE ______________________________________________ 50
3.5.2. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 52
3.6. PILES A COMBUSTIBLE ____________________________________52
3.6.1. TECHNOLOGIE ______________________________________________ 52
3.6.2. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 53
3.7. MOTORISATION HYBRIDE _________________________________54
3.7.1. TECHNOLOGIE ______________________________________________ 54
3.7.3. ENVIRONNEMENT ____________________________________________ 55
4.
CARBURANTS ET TECHNOLOGIES ________________________________________ 56
4.1.
Raffinage du pétrole : _____________________________________56
4.2. Essence ________________________________________________56
4.2.1. Caractéristiques _____________________________________________ 56
4.2.2. Facteurs de qualité (normes) ___________________________________ 57
4.2.3. Technologies récentes _________________________________________ 58
4.2.4. Carburants améliorés _________________________________________ 59
4.2.5. Consommation (demande) mondiale _____________________________ 59
4.2.6. Réserves mondiales __________________________________________ 59
4.2.7. Environnement ______________________________________________ 60
4.3. Diesel _________________________________________________61
3
4.3.2.
4.3.3.
4.3.4.
4.3.5.
4.3.6.
Facteurs de qualité (normes) ___________________________________
Carburants améliorés _________________________________________
Consommation (demande) mondiale _____________________________
Réserves mondiales __________________________________________
Environnement ______________________________________________
61
62
62
62
62
4.4. LPG ___________________________________________________62
4.4.2. Production __________________________________________________ 63
4.4.3. Transport et distribution (infrastructures) _________________________ 63
4.4.4. Réserves mondiales __________________________________________ 63
4.4.5. Intérêt environnemental _______________________________________ 63
4.5. Gaz naturel _____________________________________________64
4.5.2. Production __________________________________________________ 64
4.5.3. Transport __________________________________________________ 64
4.5.4. Distribution (infrastructures) ___________________________________ 65
4.5.5. Stockage ___________________________________________________ 65
4.5.6. Environnement ______________________________________________ 65
4.6. Hydrogène _____________________________________________66
4.6.2. Filières de production _________________________________________ 67
4.6.3. Stockage ___________________________________________________ 72
4.6.4. Distribution _________________________________________________ 73
4.6.5. Environnement ______________________________________________ 75
4.7. Agrocarburants __________________________________________76
4.7.1. Différents types d’agrocarburants ________________________________ 76
4.7.2. Filières de production d’agrocarburants ___________________________ 76
4.7.3. Agrocarburants de seconde génération, perspectives ________________ 77
4.7.4. Environnement, effet de serre __________________________________ 77
4.7.5. Autres impacts (engrais, sols, pesticides) _________________________ 78
4.8. Electricité ______________________________________________78
4.8.1. Filières de production d’électricité _______________________________ 79
4.8.2. Environnement ______________________________________________ 80
4.9. Autres _________________________________________________80
4.9.1. CARBURANTS SYNTHETIQUES __________________________________ 80
4.9.2. ALCOOLS (METHANOL – ETHANOL) ______________________________ 82
4.9.3. DIMETHYLETHER _____________________________________________ 83
4.9.4. AQUAZOLE _________________________________________________ 84
5.
TRANSPORT ET ENVIRONNEMENT _______________________________________ 85
5.1. EMISSIONS _____________________________________________85
5.1.1. Impact direct sur la santé : ____________________________________ 86
5.1.2. Formation d'ozone ___________________________________________ 87
5.1.3. Gaz à effet de serre __________________________________________ 87
5.1.4. Dommages aux écosystèmes et aux constructions __________________ 88
5.1.5. Nuisance sonore _____________________________________________ 89
5.2.
ECOSCORE ______________________________________________90
5.3. REGLEMENTATION RELATIVE A L’ENVIRONNEMENT _____________92
5.3.1. Véhicules légers _____________________________________________ 92
5.3.2. Véhicules lourds _____________________________________________ 94
5.3.3. Qualité des Carburants ________________________________________ 96
4
5.4. CONDUITE RESPECTUEUSE DE L'ENVIRONNEMENT ______________97
5.4.1. STYLE DE CONDUITE ET COMPORTEMENT AU VOLANT _______________ 97
5.4.2. DEMARRAGES ET ARRETS ______________________________________ 99
5.4.3. PRESSION DES PNEUS ET ENTRETIEN ___________________________ 100
5.4.4. EQUIPEMENTS ______________________________________________ 100
5.4.5. CHARGE __________________________________________________ 101
5.4.6. PREPARATION DU VOYAGE ____________________________________ 101
5.4.7. ENREGISTREMENT DE VOTRE CONSOMMATION____________________ 101
6.
FISCALITE ET PROMOTION_____________________________________________ 102
6.1. Mesures européennes ____________________________________102
6.1.1. Stratégie communautaire de réduction des émissions de CO2 des voitures et
véhicules commerciaux légers _______________________________________ 102
6.1.2. Normes d’émissions _________________________________________ 103
6.2. Mesures fédérales _______________________________________104
6.2.1. Réglementations fédérales relatives aux agrocarburants _____________ 104
6.2.2. Réduction de la facture des voitures émettant peu de CO2 et/ou équipées de
filtres à particules ________________________________________________ 105
6.2.3. Réglementations fédérales relatives aux véhicules de société _________ 106
6.2.4. Étiquette CO2, guide CO2, message portant sur le CO2 dans la publicité _ 107
6.3. Mesures régionales ______________________________________108
6.3.1. Ecoscore __________________________________________________ 108
6.3.2. Taxes de circulation et de mise en circulation _____________________ 109
6.4. Primes environnementales ________________________________111
6.4.1. Pour les poids lourds Euro V et équipés de filtres à particules _________ 111
6.4.2. Pour les voitures équipés de filtres à particules ____________________ 112
6.4.3. Mesures régionales visant l’acquisition de véhicules plus propres par les
pouvoirs publics __________________________________________________ 112
6.4.4. Mesures régionales favorisant le renoncement à la voiture ___________ 113
5
1. TECHNOLOGIE DES TRANSPORTS LEGERS
Par convention, la classe des véhicules légers comprend les voitures particulières et les véhicules utilitaires
dont le Poids Total Admissible en Charge (PTAC) est inférieur à 3,5 tonnes.
Les principaux aspects techniques, économiques et environnementaux des technologies de propulsion pour
véhicules légers peuvent être clarifiés, aussi bien pour les technologies conventionnelles que pour les
technologies alternatives. Une même technologie peut être liée à un ou plusieurs carburants. On trouvera
plus d'informations sur les carburants dans la rubrique carburants.
1.1.
MOTEUR ESSENCE
Le moteur à essence est un moteur à allumage par étincelle (allumage commandé), également appelé
moteur 'Otto'. Le processus de fonctionnement de ce moteur se fait en principe en quatre temps bien qu'ont
été produits quelques modèles de voitures équipées d'un moteur à essence deux temps. En général, seules
les voitures et les motos sont munies d'un moteur essence. Dans les moteurs à allumage commandé
traditionnels, un mélange d'air et de carburant est introduit dans le cylindre pendant la phase d'admission. A
la fin de la phase de compression, ce mélange est enflammé par une étincelle provenant de la bougie
d'allumage. C'est pendant cette phase de combustion que le piston peut fournir son travail. Les gaz de
combustion sont chassés du cylindre lors de la phase d'échappement et le processus entier peut
recommencer.
On veille à ce qu'il y ait la quantité d'air juste nécessaire à la combustion théorique complète du carburant
présent afin entre autre d’optimiser le post traitement des gaz de combustion à l’échappement. On dit dans
ce cas que le moteur fonctionne à la stoechiométrie (caractérisé par le facteur d'excès d'air
λ =1, soit un
mélange de l'ordre de 14,7 masses d'air pour 1 masse d'essence vaporisée). Auparavant, le mélange aircarburant se faisait dans le carburateur. Actuellement, tous les moteurs à combustion interne sont munis
d'un système d'injection de carburant. Cela permet un meilleur contrôle du processus de combustion, et
donc de meilleures performances du moteur. Les émissions peuvent également être mieux contrôlées. On
peut distinguer deux sortes de véhicules suivant leur type d'injection :
Dans les moteurs à injection indirecte (IDI), l'essence est injectée dans la tubulure d'admission et entre, avec
l'air, dans la chambre de combustion. On peut prévoir soit un seul injecteur pour tous les cylindres (injection
monopoint), soit un injecteur par cylindre (injection multipoint). Cette dernière option permet de réduire
davantage les émissions parce que l'on peut ajuster de façon plus précise la quantité de carburant injectée
par cylindre.
Dans les moteurs à injection directe (DI), l'essence est injectée directement dans la chambre de combustion
plutôt qu'en amont, dans la tubulure d'admission. Cette technique permet d'obtenir une meilleure
combustion, un meilleur rendement et de meilleures performances.
L’injection directe permet d'obtenir une meilleure combustion en injectant l'essence après que la
phase de compression ait déjà commencé. De plus, l'essence en s'évaporant refroidit la chambre de
combustion et rend possible un taux de compression plus élevé. La combustion étant plus complète
et le rapport volumétrique étant plus grand, le moteur peut atteindre de meilleures performances.
L'injection directe permet également un contrôle complémentaire lors d'un fonctionnement en sur
stoechiométrie (λ >1 ou mélange pauvre), ce qui peut augmenter le rendement, principalement à
charge partielle.
6
1.1.1. TECHNIQUES DE REDUCTION DES EMISSIONS
Traitement des gaz de combustion
Le catalyseur 3 voies est actuellement le type de catalyseur le plus répandu pour les moteurs essence. Il
réalise simultanément l’oxydation du monoxyde de carbone (CO), des hydrocarbures (HC) en dioxyde de
carbone (CO2) et en eau (H2O) et réduit les oxydes d'azote (NOx) en diazote (N2).
Un catalyseur 3 voies ne fonctionne correctement qu’en conditions stoechiométriques. Ces conditions
peuvent être atteintes en corrigeant la richesse du mélange par un ajustement en boucle fermée effectué
grâce à la sonde lambda se trouvant à l'échappement. La sonde lambda est un capteur mesurant la quantité
d'oxygène à l'échappement, laquelle est transmise à un dispositif de régulation destiné à corriger la richesse
du mélange.
Le catalyseur 3 voies ne fonctionne que s'il est à une température suffisante. De plus, les démarrages à froid
nécessitent un enrichissement en carburant. C'est pour cela que les voitures à essence émettent la majorité
des polluants lors des premières dizaines de secondes de fonctionnement du moteur. Il existe différentes
solutions à ce problème. L'une d'elles est de préchauffer le pot catalytique ce qui est possible au moyen d’un
système de chauffage électrique par exemple mais qui reste généralement complexe et peu rentable
aujourd’hui. Il est également possible d'envisager de placer près du moteur un catalyseur spécialement prévu
pour les démarrages à froid (ce catalyseur devient alors trop chaud pendant le trajet et ne peut être utilisé
comme catalyseur principal). Une autre possibilité est de stocker momentanément les gaz de combustion
puis de les faire passer à travers le catalyseur lorsque celui-ci se sera réchauffé.
Les moteurs à essence DI peuvent fonctionner en mélange pauvre (sur-stoechiométrique) si la voiture roule à
bas régime c’est-à-dire que le moteur travaille à faible charge. Pendant ce fonctionnement en mélange
pauvre (lean burn), les émissions de NOx ne peuvent pas être chimiquement réduites par un catalyseur 3
voies. C'est pourquoi ces véhicules peuvent être munis d'un catalyseur spécial permettant de capturer
momentanément les NOx ainsi que d'un système de recirculation des gaz d'échappement (EGR : Exhaust Gas
Recirculation) permettant d'abaisser la température de combustion dans les cylindres et donc de diminuer la
formation de NOx thermiques.
La recirculation des gaz d'échappement (EGR)
Lors de la recirculation des gaz d'échappement (Exhaust Gas Recirculation, EGR), les gaz brûlés sont en partie
renvoyés vers l'admission pour être à nouveau assimilés par le cycle de combustion. Ces gaz devenus inertes
ne prennent plus part à la combustion et diminuent par conséquent la température de combustion. On
réduit de cette manière la formation d'NOx thermiques.
7
L'expérience a cependant montré que ce système altère la qualité du lubrifiant puisqu'une plus grande
quantité de polluants (particules de suie) entre en contact avec l'huile moteur. Il est d'ailleurs conseillé de
s'en tenir strictement aux prescriptions du fabricant de voiture en ce qui concerne le renouvellement de
l'huile. Les données exactes sur la durabilité d'un EGR ne sont pas encore disponibles.
Développements pour diminuer la consommation de carburant
Pour de nombreux fabricants d’automobiles, la diminution de consommation de carburant et donc des
émissions de CO2, le principal gaz à effet de serre, devient un des paramètres les plus importants. C’est
pourquoi une série de développements sont en cours afin de minimiser la consommation et les émissions de
gaz d'échappement. Citons-en quelques-uns :
•
•
•
•
•
•
diminution de la cylindrée tout en gardant une courbe de couple identique en augmentant la charge
(downsizing). Il s'agit donc d'une diminution de cylindrée, combinée à une injection directe et à une
forte suralimentation, voire à une distribution variable.
taux de compression variable ; cela permet d'avoir un faible taux de compression sous forte charge
(sur autoroute par exemple), et inversement à faible charge. Ce système permettrait d'obtenir des
gains supplémentaires de 15 à 20 % en consommation.
distribution (levée et calage) des soupapes totalement variable, avec possibilité d’y coupler :
o l’élimination d’un ou plusieurs cylindres à charge partielle (cylinder cut-out) ;
o l’omission d’un papillon des gaz. En effet, le papillon d'admission, en freinant la respiration
du moteur pour contrôler sa puissance augmente les pertes par pompage. Différentes
technologies existent. Par exemple dans le système BMW valvetronic, on règle de manière
très précise l’ouverture des soupapes d’admission.
systèmes d’injection directe à haute pression (jusqu'à 100 bar) et injecteurs multi-jets (plusieurs
injections par cycles).
catalyseurs déNOx pour pouvoir fonctionner en mélange pauvre.
réduction de la masse du véhicule par l’utilisation de matériaux légers.
A plus long terme, la recherche met beaucoup d’espoir dans les technologies dénommées avec de faibles
nuances sous le nom de HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) ou de CAI (Controlled Auto
Ignition) ou Diesel-Otto. Ces techniques se basent sur l’auto-inflammation contrôlée du mélange air-essence
dans tout le volume de la charge. Le processus a l’avantage de produire une combustion plus uniforme en
termes de pression et de température, conduisant à une meilleure combustion et à une plus faible
production de polluants (notamment les NOx et les imbrûlés). La littérature cite des réductions allant jusque
de 100 à 1 pour certains polluants comme les NOx.
1.1.2. ENVIRONNEMENT
Les moteurs essence consomment plus que les moteurs diesel pour un rapport volumétrique plus faible
(compris entre 8 et 12 pour un moteur essence et entre 16 et 22 pour un diesel). On peut montrer que plus
ce rapport volumétrique est élevé, plus le rendement de conversion de l’énergie chimique du carburant en
énergie mécanique est élevé. Ils fonctionnent à la stoechiométrie et présentent des pertes plus élevées à
charge partielle (pertes mécaniques par pompage dues à la présence du papillon des gaz). Ces inconvénients
ont été en partie éliminés par l’introduction de l’injection directe pour laquelle on peut s’attendre à une
consommation plus faible (gain théorique de 15 %) que pour les moteurs essence conventionnels.
Tableau : Estimation de réduction de consommation de carburant d’une voiture diesel et d’un moteur
essence à injection directe par rapport à un moteur essence conventionnel.
Comparaison avec essence IDI
Moteur essence DI
Potentiel de réduction de 15 %
Moteur Diesel
Réduction de 30%
8
Les principales émissions des moteurs essence soumises à réglementation sont les hydrocarbures (HC), le
monoxyde de carbone (CO) et les oxydes d’azotes (NOx). Les avantages par rapport au moteur diesel sont ses
émissions faibles de NOx et de particules. Pour des informations plus complètes, consultez transport et
environnement.
1.1.3. SITUATION DU MARCHE
Toutes les voitures à essence produites après 1993 sont munies d’un catalyseur 3 voies.
L’injection directe a ses défenseurs et ses opposants. On ne peut pas encore dire à l'heure actuelle si la
technique finira par percer. Le moteur essence à injection directe est utilisé par plusieurs fabricants. Le
premier véhicule équipé d’un moteur essence à injection directe a été la Mitsubishi Carisma (GDI), en 1997.
Depuis, des modèles de différentes marques ont fait leur apparition sur le marché. Ford a appliqué son
système DISI (Direct Injection Spark Ignition) à la Fiesta (52 kW, 1100 cc, 3 cylindres). Volkswagen a appliqué
son système FSI (Fuel Stratified Injection) à différents modèles de sa gamme. Depuis 2007, Mercedes (avec
les moteurs CGI) ainsi que PSA et BMW ont également commercialisé des moteurs essence à injection directe
et turbochargeur. Honda est lui aussi en train de développer un moteur essence pour l’injection directe.
Consultez le site Ecoscore pour toutes les offres disponibles sur le marché belge.
1.2.
MOTEURS DIESEL
Dans les moteurs diesel, ou moteurs à allumage par compression, le processus de combustion démarre parce
que lors de la phase de compression, la température dans la chambre de combustion augmente tellement
que le carburant s’enflamme spontanément. Au démarrage d’un moteur diesel, la chambre de combustion
est encore trop froide pour permettre la combustion spontanée. C’est pourquoi on préchauffe la chambre de
combustion via une bougie de préchauffage avant le démarrage du moteur. Après quelque temps, la
température est suffisamment élevée et la bougie de préchauffage est donc déconnectée.
Le système d’injection de carburant est une partie importante des moteurs diesel modernes parce qu’il
conditionne fortement le déroulement du processus de combustion. L’instant de l’injection est crucial pour le
processus de combustion et il influence fortement les performances, le bruit et les émissions. L’injection de
diesel peut se faire de deux manières : directe et indirecte.
Injection indirecte
Dans ce cas, le carburant est injecté dans une préchambre où il est mélangé et enflammé. Les gaz de
combustion sont ensuite détendus dans la chambre principale. Le rendement d’un moteur à injection
indirecte (IDI) est plus faible que celui d’un moteur à injection directe (DI) mais ce dernier peut atteindre un
régime plus élevé et son système d’injection est plus simple et moins coûteux. L’injection indirecte était le
standard dans les véhicules de faible charge jusque dans les années 90.
Injection directe
Dans ce cas, le diesel est injecté directement dans la chambre de combustion. L’injection directe est
employée depuis longtemps dans les gros moteurs des poids lourds (bus, camions), mais elle était encore
absente jusqu’à il y a quelques années dans les moteurs de voiture. C’est depuis 1989 que l’on trouve sur le
marché des voitures munies d’un moteur diesel à injection directe (avec Fiat et Volkswagen comme
précurseurs). A l’heure actuelle, l’injection directe dans les moteurs diesel est devenue standard pour tous
les fabricants d’automobiles.
9
Pour obtenir une combustion optimale, il est impératif que le carburant et l’air soient correctement
mélangés. On réalise une bonne pulvérisation du carburant en l’injectant à très haute pression. La haute
pression peut être obtenue via la pompe à carburant mais de nouveaux développements permettent
d'obtenir des pressions plus élevées. Il s’agit des systèmes à rampe commune (Common rail) et des injecteurs
à pompe.
Common rail
Le common rail est un réservoir de carburant sous haute pression, commun à tous les cylindres. Au lieu
d’obtenir une pression propre à chaque cylindre, on dispose maintenant d’une pompe robuste amenant le
ème
carburant à haute pression (1350 bar pour ceux de première génération, 1600 bar pour ceux de la 2
génération voire près de 2000 bar aujourd’hui). Les injecteurs fonctionnent dans ce cas comme des valves
commandées électroniquement. Ce système permet de disposer d’une plus grande liberté dans le choix du
modèle d’injection du carburant. On peut de cette manière réaliser une économie de carburant par rapport
au système de base. Ce système permet également de diminuer fortement le bruit et les émissions.
Injecteurs pompe
L’utilisation des injecteurs pompe permet également d’atteindre des pressions d’injection très élevées
(jusqu’à 2050 bar), ce qui conduit à une combustion encore plus efficace. Les injecteurs pompes sont
également commandés électroniquement. Cette technique est employée principalement par les marques du
groupe Volkswagen (même si Volkswagen adopte progressivement le système common rai . Cette
technologie permet d’une part une gestion conjointe (par les injecteurs pompe) de la montée de la pression
et de son introduction dans la chambre et de résoudre certains problèmes de maintient de la pression
rencontré dans la technologie "Common rail" d’autres part. Cette technique doit cependant poursuivre son
évolution vers une miniaturisation pour éviter l'encombrement sur la culasse.
Evolution des moteurs Diesel
Les performances du moteur diesel reposent sur la maîtrise de l’injection directe à haute pression et de la
suralimentation permettant le «downsizing» c’est-à-dire la réduction de cylindrée à performance égale.
Quelle que soit la technologie choisie (injecteur pompe, common rail, suralimentation…), l’injection
électronique a permis de mettre au point une injection multiple. Au lieu d'être injecté en une seule fois, le
carburant est introduit dans le cylindre en plusieurs fois, de trois à cinq actuellement. Ceci permet de réduire
les bruits de cognement, de mettre la chambre sous pression, d’assurer le meilleur mélange et la meilleure
combustion possible et enfin de maintenir une pression élevée. Les avantages sont donc multiples: réduction
du bruit, augmentation du rendement du moteur et réduction des émissions polluantes. A titre d’exemple,
10
les nouveaux moteurs développés par Ford et PSA utilisent ces nouvelles évolutions. Le moteur destiné aux
véhicules utilitaires (par exemple 2,2 l) bénéficie de cinq injections par cycle et la pression d’injection a été
portée à 1.800 bar contre 1.350 précédemment. Il dispose également de la recirculation des gaz de
combustion (EGR). Ils sont représentatifs des progrès à court terme des moteurs diesel qui peuvent
désormais atteindre un couple de 160 Nm/litre de cylindrée et une puissance de 50 kW/ litre de cylindrée
avec une cylindrée comprise entre 1,2 l et 1,5 l. La réduction de consommation est de l’ordre de 5 à 10 %
supplémentaires.
Les moteurs diesel sont en général plus robustes mais aussi plus lourds que les moteurs à essence, en raison
des contraintes mécaniques plus élevées. En plus, les coûts de réparation sont généralement plus élevés.
De nombreux moteurs diesel sont munis d’une suralimentation soit un compresseur attelé soit
turbochargeur. Le turbo permet de récupérer l’énergie des gaz d’échappement pour comprimer l'air
d’admission dans la chambre de combustion. En combinaison avec un turbo il est classique d’introduire un
intercooler pour refroidir l’air d’admission. Ceci permet d’augmenter la puissance, car on peut introduire une
plus grande quantité d’air et donc plus de carburant aussi.
Suralimentation
D'autres nouveaux progrès sont liés à la turbosuralimentation à géométrie variable. Lorsque la turbine est
équipée d’un système à géométrie variable, des ailettes orientables permettent d’améliorer le rendement et
la récupération de l’énergie en fonction de la vitesse de rotation. Leur orientation est pilotée par un
calculateur qui l’optimise en fonction du régime du moteur. Le couple du moteur est ainsi plus élevé à haut
comme à bas régime.
Injection haute pression
Depuis fin 2008 est commercialisé un dispositif marquant une étape supplémentaire pour les moteurs Diesel
: l’injecteur piézoélectrique à commande directe dont la première application est la Mercedes 2.2 CDI. Ces
nouveaux injecteurs sont constitués par un cristal qui se dilate ou se rétracte sous l’effet d’un fort courant
électrique et commande le mouvement de l’aiguille de l’injecteur. La réaction étant quasiment instantanée,
ces injecteurs sont jusqu’à six fois plus rapides. Ils permettront des dosages plus précis et des injections plus
nombreuses. Comparé à la précédente génération, ce nouvel injecteur améliore les caractéristiques dans
pratiquement tous les domaines.
11
HCCI
D'autres nouvelles évolutions attendues concernent l'amélioration de la combustion. Il s’agit de la
combustion homogène HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition): avec la technologie actuelle, le
diesel est introduit dans la chambre de combustion où il se mêle à l’air, créant ainsi un mélange hétérogène
induisant un fort gradient de pression et de température. Une homogénéisation de ce mélange peut être
obtenu en utilisant un forte recirculation des gaz d’échappement (EGR). Pour cela, il faut parvenir à bien
contrôler le temps d'auto-allumage, la vitesse et la température. Mais cette technologie doit encore être
optimisée pour pouvoir donner de bons résultats sur toute la plage d’utilisation du moteur, et elle devra
nécessairement être couplée à un système de post-traitement. Elle pourrait aboutir industriellement vers
2010 et améliorer légèrement la consommation en diminuant significativement les émissions de polluants
tels que les NOx et les particules.
Il existe différentes manières de diminuer les émissions des moteurs diesel. Nous donnons ci-après les
techniques utilisées à l'heure actuelle ou celles présentant un grand potentiel.
Traitement des gaz d'échappement
Le catalyseur d'oxydation.
Un catalyseur à oxydation peut réduire les émissions d'hydrocarbures (HC) et de monoxyde de carbone (CO)
de plus de 90 %. Il permet également de diminuer la masse de particules émises de 30 à 40 %.
Le catalyseur déNOx
Dans un système de réduction catalytique sélective (SCR pour Selective Catalytic Reduction), de l'ammoniac,
éventuellement sous forme d'urée, est mélangé aux gaz comburés. L'ammoniac et les oxydes d'azote sont
alors transformés dans le catalyseur en azote gazeux N2 et en eau. Ces systèmes peuvent réduire les
émissions de NOx de plus de 80%. Les inconvénients sont liés au réservoir d'urée qu'il faut stocker à bord et
au coût additionnel du système. Les premières applications de ces systèmes concernent principalement les
véhicules lourds, mais sous l’impulsion de la nouvelle règlementation de l’EPA pour 2010 aux Etats-Unis,
plusieurs constructeurs (i.e. Audi, BMW, Hyundai, Jeep, Kia, Mercedes-Benz, Mini et Volkswagen) ont
commencé à introduire les SCR dans leurs véhicules de tourisme.
Les véhicules légers emploient de préférence un adsorbeur de NOx (ou catalyseur de
stockage). Ce dernier emmagasine les NOx jusqu'à ce que la composition des gaz
d'échappement soit momentanément enrichie. Les NOx peuvent alors être réduits en
azote. Cette technique présente également des inconvénients. La limite la plus
importante est l’exigence d’une teneur en soufre du carburant très faible (<10 ppm).
Certains constructeurs (comme Toyota) travaillent sur la catalyse dite « quatre voies »,
c’est-à-dire éliminant simultanément les quatre polluants que sont les NOx, les HC, le
CO et les particules. Ces dispositifs permettent de filtrer les suies et de piéger les NOx
sur le même support. Toyota commercialise un système de ce type appelé DPNR pour
« Diesel Particulate NOx Reduction System ». La principale difficulté est d’éviter que
les sites actifs destinés à piéger les NOx ne soient occultés par les suies.
Filtre à particule
Les particules de suie peuvent être éliminées des gaz d'échappement via un filtre. Un filtre à particules est
composé d’une paroi poreuse qui laisse passer les gaz d’échappement mais qui retient les particules de suie.
Comme les particules de suie se déposent sur la paroi du filtre, un véhicule diesel équipé d’un filtre à
particules émet moins de poussières. Ainsi, l’air est moins pollué et les effets nocifs de cette pollution sont
limités. Le filtre est intégré dans une gaine en métal et peut facilement être installé avant l’échappement.
12
La production de suie des véhicules diesel est telle que le filtre est en général rempli après 600 à 1000
kilomètres. Pour éviter que le filtre ne se bouche, il est nécessaire de le régénérer régulièrement en brûlant
les suies accumulées. Contrairement aux poids lourds, la température des gaz d'échappement d'une voiture
est beaucoup trop basse pour permettre une régénération passive (c’est-à-dire une inflammation et une
combustion des suies par les gaz d’échappement chauds). Les voitures nécessitent donc une régénération
active (l’élimination des suies est provoquée sur commande, généralement par l’injection temporaire d’un
supplémentant de carburant, entraînant une augmentation rapide de la température des gaz dans le filtre).
La température nécessaire pour la régénération d’un filtre à particules est atteinte à une vitesse constante de
70 km/h ou plus.
Prenons l’exemple du dispositif développé par PSA qui utilise une combinaison de
régénération passive et active. D’abord un additif est ajouté au carburant par un
système automatique à partir d’un réservoir annexe qui est rempli lors des contrôles
d’entretien et agit comme un catalyseur et diminue la température de combustion des
suies de 100°C. Ensuite la température dans le filtre à particules est augmentée par
une post injection du carburant lors de la phase d'expansion provocant une postcombustion et la température à l'échappement augmente de 200 à 250 °C. On place en
plus un catalyseur d'oxydation en amont qui oxyde le CO et les HC imbrûlés, ce qui a
pour conséquence une augmentation supplémentaire de la température des gaz
d'échappement.
Il existe deux sortes de filtres à particules. Les filtres à particules fermés réduisent de 90% ou plus l’émission
de particules. Les nouvelles voitures sont équipées d’un tel filtre. Il peut également être intégré par la suite
dans des poids lourds. Les filtres à particules fermés ne peuvent PAS être intégrés par la suite dans des
voitures, contrairement aux filtres à particules mi-ouverts qui réduisent 30 à 50% des émissions de
particules.
Le filtre à particule nécessite un carburant sans soufre. Il entraîne également une légère surconsommation en
carburant.
Recirculation des gaz d'échappement
L'EGR (Exhaust Gas Recirculation) consiste à renvoyer une partie des gaz d'échappement vers la chambre de
combustion où ils remplacent une partie de l'air frais. Cela a pour effet de diminuer le pic de température
lors de la combustion et donc la quantité de NOx formée. On peut espérer des réductions de 20 à 80 %.
Malheureusement, les émissions de particules augmentent aux plus fortes charges et l'huile moteur peut
également vieillir plus vite.
Les émissions de CO2 sont liées à la consommation de carburant et à la teneur en carbone du carburant.
Puisque les moteurs diesel consomment moins de carburant, ils émettent un peu moins de CO2 que les
moteurs à essence, malgré une teneur en carbone supérieure par kilogramme de carburant.
Les moteurs diesel sont habituellement plus gros, plus lourds et plus bruyants que les moteurs à essence.
Mais un moteur diesel est également plus économique et plus robuste qu'un moteur à essence. La nouvelle
génération de moteur diesel (principalement grâce aux systèmes à rampe commune (common rail) ont vu
leurs émissions sonores fortement diminuer.
• Les émissions de particules de suie et d’oxydes d'azote (NOx) sont généralement beaucoup plus
élevées pour les moteurs diesel que pour les moteurs à essence. L'introduction de filtres à particules
et de catalyseurs deNOx permettra d'ici quelques années de les limiter fortement. L’évolution des
normes pour les voitures et poids lourds réduira la limite d’émission de ces deux polluants de
manière assez forte. On trouvera plus d'informations sur "transport et environnement". Néanmoins il
13
est important de tenir compte de l’utilisation qui est faite du véhicule. Toutefois, des mesures
effectuées sur des systèmes associant un renforcement de la catalyse d’oxydation au filtre à particule
(FAP catalysés) semblent entraîner une augmentation des émissions de NO2. .
Enfin les émissions de gaz à effet de serre CO2, N2O et CH4 ne sont pas actuellement réglementées. Les
émissions de CH4 des moteurs diesel sont négligeables. La quantité de N2O, produite dans le catalyseur, et qui
est relâchée à l'air libre est également moindre que pour les moteurs à essence.
La contribution des diesels dans le parc automobile augmente petit à petit. En 2008, 78,5% des voitures
neuves immatriculées en Belgique étaient des diesels. Quasi tous les modèles de voiture vendus sur le
marché sont disponibles avec une motorisation essence ou diesel. Même le segment de marché des petites
voitures citadines a vu aussi apparaître des voitures équipées d'un petit moteur diesel (plus petite cylindrée
1,2 à 1,4l) pour satisfaire une demande grandissante.
Le prix d'achat d'un véhicule diesel est un peu plus élevé que celui de la version essence. Les frais d’entretien
sont aussi plus élevés, surtout pour les filtres a particules doivent être remplacés après 120.000 km (ou
moins si on n’utilise sa voiture à faible vitesse), ou lorsqu’il y a des problèmes avec le système d’injection.
Fréquemment le coût global d’un véhicule diesel est inférieur à celui de son homologue alimenté à l’essence
(pour autant que le véhicule parcourt annuellement un nombre de kilomètres suffisamment important). Ceci
est du au fait que les coûts variables des véhicules diesel (qui incluent l’achat de carburant) restent
globalement moins élevés.
La plupart des constructeurs proposent aujourd’hui des filtres à particules sur leurs véhicules, y compris sur
les plus petits modèles. Ces filtres ne sont toutefois pas encore généralisés. On peut également trouver des
systèmes à monter sur le véhicule en retrofit, mais leur efficacité est moindre (entre 30 et 50%)
Consultez le site Ecoscore pour découvrir toutes les offres du marché belge.
1.3.
LPG – MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE
La majorité des véhicules LPG sont des véhicules conventionnels que l'on modifie. Pour les voitures, il s'agit
de véhicules à essence dans lesquels une installation LPG est placée à côté du système d'injection d'origine
(bifuel). Dans les camions et les bus, on change généralement complètement le système d'injection
conventionnel (diesel).
Les moteurs à allumage commandé sont bien adaptés à l'utilisation du LPG. Le système consiste en un
réservoir dans lequel le LPG est stocké sous pression et un système de régulation de l’alimentation en
carburant qui peut être placé sans difficulté majeure dans une voiture à essence. Puisque le système
d'essence conventionnel est toujours utilisable, les voitures avec LPG peuvent également être utilisées dans
des régions où le LPG n'est pas disponible (avantage du système bivalent ou bifuel).
Trois sortes d'installations au LPG se sont développées au fil du temps :
ère
'1 génération'
Systèmes pourvus d'une régulation mécanique et d'un carburateur.
ème
génération'
'2
ère
Systèmes dans lesquels le dosage du LPG se fait électroniquement. Contrairement à ceux de la 1
génération, ce type de systèmes est adapté à une utilisation dans des véhicules à injection d'essence et à
catalyseur 3 voies avec régulation en boucle fermée.
14
ème
'3
génération'
Systèmes dans lesquels une unité de gestion électronique (ECU, Electronic Control Unit) veille à garder une
combustion stoechiométrique en réglant en continu la quantité de gaz injectée suivant les conditions de
fonctionnement. Cela ne dépend pas seulement de la composition des gaz d'échappement mais également
de celle du mélange de carburant et par exemple du niveau de pollution du mélange d'air. La plupart des
ème
systèmes de 3 génération fonctionnent par injections multipoints permettant de doser le LPG par cylindre.
Puisque aucun de ces systèmes n'est universel, les adaptations doivent être faites au cas par cas, sous
contrôle et/ou avec l'aide d'un installateur agréé.
Le LPG est stocké sous pression dans le véhicule. Cette pression est relativement faible (environ 8 bar).
Puisque les réservoirs sont pressurisés, le risque d'endommagement du réservoir en cas d'accident est
moindre que pour les moteurs essence ou diesel. En pratique, il apparaît que les accidents sont rares et qu'ils
sont dus, la plupart du temps, à une fuite de carburant ou à un système installé par un non professionnel. Les
fuites de LPG sont très improbables dans les systèmes modernes notamment parce que les réservoirs sont
pourvus d'un limiteur de remplissage, limitant le remplissage à 80% du volume du réservoir.
La consommation de LPG, exprimée en litres, est généralement plus élevée que celle de l'essence ou du
Diesel. C'est principalement dû au fait que le pouvoir calorifique volumique (contenu énergétique) du LPG est
plus faible. Si la comparaison se fait sur base énergétique, le LPG est normalement plus efficace que
l'essence.
1
Les véhicules au LPG ne produisent pas de particules et très peu de NOx (source ADEME ). Ils produisent en
revanche plus de CO que les voitures à essence et diesel. Ils produisent également plus d’hydrocarbures
imbrûlés (HC) que les voitures diesel, mais ce sont des HC moins toxiques. Pour le CO2, ils sont comparables
(légèrement supérieurs) au diesel. Enfin, ils consomment 30 % de carburant en plus que les véhicules à
essence.
Un grand avantage du LPG par rapport à l'essence est qu'il émet moins de polluants lorsque la température
de fonctionnement est basse. Dans les moteurs à essence, il faut ajouter un excès d'essence au mélange lors
du démarrage à froid pour être certain que suffisamment d'essence s'évapore pour assurer l’inflammation.
Le LPG étant sous forme gazeuse à la formation du mélange combustible, le moteur fonctionne quasiment à
la stoechiométrie dès le démarrage.
Dans des voitures au LPG, le système d'injection d'essence est généralement toujours présent. Les émissions
par perte par évaporation d’essence, qui forment la moitié des émissions totales des hydrocarbures ne sont
donc pas réduites en pratique. A consommation volumétrique égale, les émissions de CO2 du LPG sont plus
faibles que celles d'une voiture essence parce que le ratio carbone / hydrogène est plus faible pour le LPG.
Puisque le LPG est sous forme gazeuse à température et pression ambiante, il pollue moins vite le sol et l'eau
que le diesel ou l'essence en cas de fuite. Il est cependant susceptible de polluer l’air.
A l'heure actuelle, environ 45 000 véhicules fonctionnent au LPG en Belgique. Les voitures LPG sont en très
grande majorité des voitures "retrofittées" (l'installation est montée après l’achat). Les voitures spécialement
conçues pour rouler au LPG ne sont utilisées qu'à petite échelle. En principe, l'ajout d'une installation LPG
peut se faire sur n'importe quelle voiture à essence avec catalyseur. Il est possible, pour chaque type, de
trouver une installation adaptée. Par contre, tous les types de moteurs ne peuvent pas disposer d'une
installation au LPG. Vous trouverez plus d'informations sur www.LPG.be.
1
http://www.ademe.fr/particuliers/fiches/voiture/rub3.htm
15
La conversion d'une voiture à essence en voiture au LPG coûte de 1500 à 2500 €.
Par rapport aux voitures à essence, il faut payer en Belgique une taxe annuelle de roulage supplémentaire
pour les véhicules au LPG. Cette taxe coûte entre 90 et 210 € suivant la puissance de la voiture.
Les coûts d'entretien sont comparables à ceux des véhicules conventionnels.
Pour ce qui est des exigences techniques, l'installation d'un système au LPG est soumise à un arrêté royal
particulier. Les voitures au LPG doivent d'abord subir une inspection technique avant de pouvoir être mise en
circulation. Une inspection technique annuelle de l'installation LPG est également obligatoire. Les véhicules
munis d'une installation au LPG d'avant juillet 2001 (avec une période de transition jusque juillet 2002)
doivent comporter à l'arrière du véhicule un autocollant réglementaire avec les lettres LPG. Les véhicules
dont l'installation au LPG date d'une période postérieure ne sont plus soumis à cette obligation. Ces véhicules
doivent quand même apposer un autocollant transparent sur leur pare-brise. Ce dernier leur est délivré en
même temps que l'attestation obligatoire de montage.
Le LPG est plus lourd que l'air. Cela signifie qu'en cas de fuite, les vapeurs restent en suspension près du sol
et peuvent être en contact avec des sources inflammables. C'est pourquoi les véhicules au LPG ne peuvent
pas sstationner dans les parkings souterrains sauf dans les cas déterminés par l’arrêté royal du 17 mai 2007
fixant les mesures en matière de prévention contre l’incendie et l’explosion auxquelles les parkings fermés
doivent satisfaire pour le stationnement des véhicules LPG). En tout état de cause, certaines mesures
peuvent être prises pour éviter de tels accidents : prévoir une ventilation suffisante, des détecteurs de gaz et
des limiteurs de remplissage par exemple.
1.4.
GAZ NATUREL – MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE
Le gaz naturel (GN) est généralement employé dans les moteurs à allumage commandé (moteurs essence ou
cycle Otto), même si certaines recherches récentes ont pour objet de mettre aussi au point l’utilisation de ce
carburant dans un cycle à allumage par compression (cycle diesel). On trouve sur le marché à la fois des
systèmes monovalents utilisant uniquement du gaz naturel (voitures dédicacées au GN) et des systèmes
bivalents pouvant fonctionner soit au gaz naturel, soit à l'essence (système 'dual-fuel' ou 'bi-fuel').
1.4.1. TECHNOLOGIE
Les systèmes modernes au GN sont constitués de :
• un ou plusieurs réservoirs de stockage spéciaux contenant le gaz naturel sous forme comprimée
(200 bar) ;
• un régulateur de pression chargé de réduire la pression de stockage de 200 bar jusqu'à la pression
régnant dans le moteur (0-8 bar) ;
• un carburateur ou un système d’injection multipoints adapté au gaz naturel. Les systèmes les plus
anciens étaient des systèmes mécaniques avec un carburateur qui ont été remplacés par des
systèmes d’injection électronique. Les systèmes les plus modernes sont basés sur une injection
multipoints contrôlée par un ECU (carte de contrôle électronique) permettant un contrôle adaptatif.
Les moteurs conçus d’origine pour le gaz naturel sont généralement renforcés pour supporter la combustion
du gaz naturel (modification des têtes de pistons en aluminium forgé, mieux adaptés aux taux de
compression supérieur pour le gaz naturel, des sièges de soupape plus dures en nickel tungstène et un
catalyseur adapté à la présence de méthane imbrûlé dans les gaz de combustion).
Etant donné la plus faible densité d'énergie du gaz naturel comprimé, il est très important de prévoir une
capacité de stockage suffisante dans le véhicule afin de le doter d’une autonomie suffisante. Généralement,
l’utilisation du gaz naturel réduit l’autonomie du véhicule aux environs de 250 km.
16
Pour pouvoir fonctionner de façon optimale au GN (c.-à-d. sans perte de puissance), il faut que le système de
contrôle du moteur (ECU) soit adapté aux propriétés du gaz naturel. Il est en effet nécessaire d’introduire un
plus grand volume de gaz dans la chambre de combustion puisque le ratio air/combustible est plus faible que
dans le cas de l'essence. Sans adaptation de l'unité de contrôle, un moteur adapté à l’essence subit une perte
de puissance de l’ordre d’une dizaine de pourcent lorsqu’il fonctionne au gaz naturel. A l’inverse un système
dual fuel optimisé pour le gaz naturel présente une chute de puissance de 10% lorsqu’il est alimenté en
essence.
Un véhicule dédicacé au gaz naturel fonctionne seulement avec du gaz naturel. Lorsqu’un tel moteur est
conçu et optimisé pour le GN, il présente des émissions plus faibles de CO2 et de polluants qu'un moteur
conventionnel ou même qu'un moteur bi-fuel. Mais l’inconvénient du véhicule est qu'il est totalement
dépendant de la présence du réseau de stations-services délivrant du gaz naturel. L’apparition sur le marché
de stations de remplissage individuelles à raccorder sur le réseau de distribution du gaz de ville pallie
partiellement à cet inconvénient, même si dans ce cas le temps de remplissage reste élevé (de l’ordre de 6
heures) et si le coût d’installation de l’équipement (de l’ordre de 5000 à 10000 €) doit être pris en compte.
Un véhicule au GN bi-fuel combine les deux systèmes à carburant et les deux systèmes d'injection. Le gaz
naturel reste le carburant principal mais le moteur peut fonctionner avec de l'essence. Ce dernier peut être
considéré comme une réserve de carburant supplémentaire. Dans ce cas, on réduit la dépendance vis-à-vis
de l’existence de stations services délivrant du GN et on augmente l’autonomie du véhicule. Les
performances du véhicule, lorsqu'il fonctionne à l'essence, sont cependant plus faibles.
Lorsque la combustion du gaz naturel est complète, on peut employer un catalyseur 3 voies.
Malheureusement, les catalyseurs utilisés dans les moteurs essence, ne fonctionnent bien à l'échappement
d'un moteur au GN que pendant une période limitée à cause de la présence de quantités relativement
importantes de méthane dans les gaz d'échappement en lieu et place des hydrocarbures d'ordres plus
élevés, plus facilement oxydables, provenant des moteurs à essence. Aussi les moteurs au gaz naturel
d’origine sont maintenant équipés de catalyseurs spécifiques adaptés à la présence de méthane.
Comparativement à une voiture à essence, la consommation énergétique d'une voiture au GN est fortement
dépendante de l'optimisation de la combustion pour le GN et de l'unité de contrôle électronique. Si le
moteur n'a pas été réglé pour fonctionner au gaz naturel, la consommation (sur base énergétique) peut être
de 9 à 10 % plus élevée que s'il fonctionnait à l'essence. Par contre, si le moteur est optimisé pour
fonctionner au GN, la voiture est généralement plus économe en énergie et présente des émissions de CO2
2
inférieures (-25%) (source ADEME ).
La consommation énergétique des véhicules fonctionnant au gaz naturel est par contre à peu près
équivalente que celle des véhicules au diesel. Avec sa faible teneur en carbone par unité énergétique, la
surconsommation de la plupart des moteurs au GN compense en tout ou en partie le meilleur rendement des
moteurs diesel et permet d’atteindre des émissions de CO2 par kilomètres parcourus similaires à celles des
moteurs Diesel.
La quantité de méthane imbrûlé dans les gaz d'échappement des moteurs GN est relativement grande (80 à
90% des émissions totales d'hydrocarbures), le méthane faisant partie des émissions non réglementées
aujourd’hui. Compte tenu de son plus faible ratio carbone-hydrogène, la combustion du gaz naturel libère
moins de CO2 que celle du diesel ou de l'essence. Dès lors d’un point de vue environnemental, les véhicules
bi-fuel n'étant pas réglés de façon optimale pour les deux types de carburant, il est préférable d’utiliser un
véhicule dédicacé au gaz naturel dont le rendement est meilleur. Ces derniers donnent également la
2
http://www.ademe.fr/particuliers/fiches/voiture/rub3.htm
17
meilleure garantie d’une réduction des émissions nocives : pas de particules, peu d’oxydes d’azote, pas de
polluants non réglementés toxiques. Contrairement aux carburants liquides, le gaz naturel n'a pas besoin
d'être vaporisé pour la combustion. En conséquence les émissions lors d’un démarrage à froid sont plus
faibles comparées à celles d’un véhicule à l'essence.
Ce carburant a d’autres avantages énergétiques et environnementaux :
• il permet de réduire la dépendance au pétrole ;
• les voitures au GN sont moins bruyantes que les diesel ;
• l’impact sur la santé est moins important qu’avec les carburants classiques
Jusqu’il y a quelques années, le gaz naturel était toujours utilisé dans des voitures équipées à la
base d'un moteur essence auquel on ajoute un système au GN a posteriori. Les fournisseurs des
installations au gaz naturel sont souvent les mêmes que ceux des installations au LPG. Toutefois le
marché européen suit actuellement la tendance initiée sur les marchés italiens et allemands où le
nombre de véhicules équipés d’origine au gaz dépasse le nombre de véhicules modifiés. Suivant la
tendance initiée par ces deux marchés, le nombre de véhicules roulant au gaz est en croissance
rapide. On trouve aujourd’hui de plus en plus de modèles de voiture équipés d’origine au gaz naturel
(Chevrolet, Citroën, VW, Opel, Fiat, Mercedes…) Pour plus de renseignements, consulter la base
de données des véhicules propres.
Le coût de transformation d'une voiture au gaz naturel s'élève à environ 25 % du prix d'achat. Une
installation au gaz naturel pour une voiture à essence (bi-fuel) coûte entre 2500 et 5000 €. Ce coût élevé (par
rapport aux véhicules LPG) est principalement dû aux composants mis sous haute pression pour l'utilisation
du gaz naturel. Les coûts d'entretien des véhicules au gaz naturel restent toutefois comparables à ceux des
véhicules à essence. En Belgique, on ne paie pas d'accises sur le carburant gaz naturel, ce qui le rend bon
marché. Le coût des commodités de remplissage à domicile, c'est-à-dire essentiellement un compresseur
domestique, varie entre 5000 à 10 000 €. De cette manière, on peut remplir le réservoir via le réseau de gaz
naturel existant. Le remplissage du réservoir reste cependant assez lent (entre 4 et 8 heures).
Afin de vérifier la conformité des véhicules et de leur installation au gaz naturel aux exigences techniques
prescrites par les arrêtés royaux, chaque véhicule au GN doit être présenté à l’inspection avant d'être mis sur
la voie publique (situation identique aux véhicules LPG). Aujourd’hui, la sécurité des véhicules au gaz naturel
est règlementée par le Règlement N°110 des Nations-Unies qui définit les normes sur les composants.
1.5.
BIOGAZ
Le biogaz est le gaz produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l'absence
d'oxygène.
Cette fermentation appelée aussi biométhanisation se produit naturellement (dans les marais) ou
spontanément dans les décharges contenant des déchets organiques, mais on peut aussi la provoquer
artificiellement dans des digesteurs (pour traiter des boues de stations d'épuration, des déchets organiques
industriels ou agricoles, des déchets organiques provenant de collectes sélectives de déchets putrescibles,
etc.).
Le biogaz est un mélange composé essentiellement de méthane (typiquement 30 à 70%, selon l’origine) et de
dioxyde de carbone, avec des quantités variables d'eau, et de sulfure d'hydrogène (H2S). On peut trouver
d'autres composés provenant de contaminations, en particulier dans les biogaz de décharges.
18
L'énergie du biogaz provient uniquement du méthane : le biogaz est ainsi la forme renouvelable de l'énergie
fossile très courante qu'est le gaz naturel qui lui contient essentiellement du méthane mais aussi du butane,
du propane et d'autres éléments. On peut aussi utiliser le terme biométhane.
1.5.1. TECHNOLOGIE
Le biogaz pur peut être utilisé dans les moteurs à combustion mais pour les moteurs modernes, une
transformation visant à se rapprocher du gaz naturel est nécessaire. Le biogaz, tout comme le gaz naturel, est
généralement utilisé dans les moteurs à essence (voir section relative au gaz naturel pour la technologie).
Ceux-ci sont généralement des moteurs à essence fonctionnant à la stoechiométrie et possédant des
catalyseurs à trois voies. Même si ces moteurs stoechiométriques au biogaz conduisent à une réduction de la
pollution, les moteurs au gaz naturel fonctionnant en mélange pauvre présentent encore de meilleurs
rendements. Tout comme le gaz naturel, le biogaz peut être utilisé dans les moteurs diesels. Bien que les
informations relatives au biogaz restent limitées, son usage dans les moteurs automobiles est en
augmentation [Landahl 2003].
Le biogaz est un biocarburant présentant les avantages suivants :
-
-
Il permet une réduction des émissions de gaz à effet de serre. Etant donné que la carbone contenu dans
le biogaz est issu de la biomasse, son impact sur le réchauffement climatique est nul. En effet, le CO2
libéré lors de la combustion du biogaz a été capturé dans l’atmosphère lors de la production des
substances organiques utilisées pour produire le biogaz. Par ailleurs, étant donné que les matières
permettant la production du biogaz sont généralement des déchets putrescibles, leur décomposition
aurait de toute façon conduit à la formation soit de CO2 (conditions aérobies), soit de CH4 (fermentation
anaérobie). La récupération suivie de l’utilisation de biogaz permet donc fréquemment d’éviter des
émissions de CH4 dont l’impact à poids égal sur le réchauffement global est de plus de vingt fois
supérieur à celui du CO2.
Il permet une diminution de la charge en carbone des déchets végétaux. Une fois digérés, les déchets
sont moins nocifs pour l'environnement; le risque d'une pollution biologique ou organique est en outre
largement amoindri. En outre, la fermentation diminue le pourcentage de matière sèche, ce qui permet
de diminuer le volume à transporter et épandre.
Il convient de mentionner l’existence du projet européen Biogasmax (6e Programme Cadre de Recherche et
Développement FP6 – 6e PCRD (2000-2006) de la Commission Européenne). Il fait partie des initiatives de
l'Europe pour réduire sa dépendance aux carburants fossiles. Partant d'expériences existantes en Europe, il
promeut des techniques et des réalisations prouvant l'intérêt de l'utilisation du biogaz comme carburant
pour le transport terrestre, sur la base des gisements disponibles dans les zones urbaines en Europe.
Pour plus d’informations sur ce projet : http://www.biogasmax.eu/
1.6.
BIOETHANOL
L'éthanol est le carburant alternatif actuellement le plus utilisé dans les véhicules. Au Brésil par exemple,
l'essence est toujours mélangée avec l’éthanol jusqu'à 20% dans le transport. Une petite partie du trafic
routier roule à l'alcool pur. Toute l'essence vendue en Suède contient 5% d'éthanol et beaucoup d'autres
pays européens envisagent de suivre cet exemple et d’ajouter de l'éthanol à l'essence dans le cadre de la
directive européenne sur les biocarburants.
19
1.6.1. VEHICULES FLEX FUEL
Un Flexible-fuel vehicle (FFV) ou dual-fuel vehicle (appelé aussi simplement flex-fuel) est une voiture pouvant
fonctionner avec différents fuels, soit mélangés dans le même réservoir, soit dans des réservoirs séparés et
un système d'injection séparé pour chaque fuel. L'exemple typique à l'heure actuelle est un véhicule pouvant
accepter de l'essence mélangée en proportion variable à du bioéthanol.
Le premier système flex-fuel contemporain a été installé sur un véhicule de
Volkswagen appelé Totalflex et mis sur le marché en 2003. Les premiers véhicules
fonctionnant à l'éthanol datent en réalité d'avant 1880 quand Henry Ford conçut une
voiture pour rouler à l'éthanol pur. Il construisit plus tard le premier véhicule Flex Fuel :
un modèle T de 1908 conçu pour fonctionner aussi bien avec de l'éthanol que de
l'essence.
Les FFV actuels présentent des systèmes d'injection et autres composants spécialement conçus pour détecter
automatiquement la composition du carburant et fonctionner avec un mélange essence - éthanol pouvant
varier de 0 à 85 % d'éthanol. Ces voitures ont la même puissance, la même accélération, charge utile et
vitesse de croisière que les véhicules conventionnels. La maintenance des véhicules à l'éthanol est également
très similaire.
Bien que l'éthanol pur soit très rarement utilisé comme carburant, il existe à l'heure actuelle de nombreux
mélanges essence - éthanol. L'E85 est un mélange de 85 % d'éthanol dénaturé et 15 % d'essence. Dans
certaines régions, des pourcentages plus élevés d'essence doivent être ajoutés à l'E85 pendant l'hiver pour
permettre aux véhicules de démarrer à très basses températures.
L’utilisation d’un mélange d’essence et d’une fraction modérée (5% typiquement, ou carburant E05) ne
demande aucune modification du véhicule. Le système d’injection électronique standard est capable de
détecter et de gérer la modification de la composition du carburant et d’assurer un fonctionnement optimal
du moteur.
Par contre pour aller au-delà de 10 %, il faut recourir à des modifications spéciales. Ainsi l'E85 ne peut pas
être utilisé tel quel dans une moteur à essence conventionnel. Cela peut conduire à toute sorte de problèmes
techniques comme la difficulté de faire démarrer le véhicule, occasionner des dégâts à différentes pièces du
moteur et conduire à une augmentation des émissions. Les véhicules doivent être spécialement conçus pour
pouvoir rouler avec des carburants ayant un pourcentage élevé en d'éthanol.
Les systèmes flex-fuel détectent automatiquement la qualité du mélange au moyen de
la sonde à oxygène Lambda. L'ECU (Electronic Control Unit) spécifique est capable de
régler le rapport de compression (les moteurs à éthanol ont un rapport de compression
proche de 12 :1) et la quantité de carburant (l'avance à l'allumage et la durée de
l'injection) pour tenir compte du PCI (pouvoir calorifique inférieur) réel du carburant.
Comme les mélanges E85 sont plus corrosifs, il faut également utiliser des matériaux
spéciaux pour le système d'injection. On doit également utiliser des bougies plus
froides appropriées à la dissipation de chaleur à des températures de flamme plus
élevées et un système auxiliaire de démarrage à froid qui injecte de l'essence depuis
un petit réservoir pour aider au démarrage lorsqu'il fait froid.
Il est techniquement possible du convertir un véhicule à essence conventionnel pour qu'il puisse fonctionner
avec de l'E85 mais cela peut entraîner des problèmes pour les conditions de la garantie du véhicule.
VEHICULES TRI-FUEL :
20
Il existe un autre type de véhicule Flex fuel qu'il n'est pas rare de rencontrer au Brésil. Il
s'agit de voitures capables de passer de l'essence au gaz naturel. On n'utilise pas le
terme "Flex fuel" pour décrire ce genre de véhicule mais bien "bi-fueled" ou "tri-fueled"
s'ils sont conçus avec un moteur flex fuel essence-éthanol, et même "tetra-fueled" s'ils
peuvent en plus fonctionner avec de l'essence pure. Ces véhicules sont toujours
adaptés après achat.
Le principal intérêt des véhicules fonctionnant à l'éthanol est de réduire la dépendance vis-à-vis des
carburants issus du pétrole importé. Les USA sont actuellement un des plus grands producteurs d'éthanol
dans le monde et la plupart de l'éthanol utilisé est produit de façon domestique à partir du blé et du maïs
issus des fermes américaines.
L'E85 permet également une réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES). Lorsqu'il est produit à
partir de blé ou de maïs, l'E85 réduit le cycle de vie des émissions de GES (qui inclut l'énergie requise pour la
culture des grains et pour le processus de transformation en éthanol) de 15-20 % comparé à l'essence. L'E85
3
issu de la cellulose peut réduire les émissions d'environ 70 % par rapport à l'essence .
Les standards d'émission exigent que les FFV atteignent le même niveau d'émission qu'ils soient utilisés avec
de l'E85 ou de l'essence. Mais l'E85 peut réduire d'avantage les émissions de certains polluants
comparativement à l'essence conventionnelle ou aux mélanges à plus faible concentration en éthanol. Par
exemple, l'E85 est moins volatil que l'essence ou que les mélanges à faible concentration en éthanol et voit
donc ses émissions évaporatives diminuer. L'utilisation d'E85 diminue également les émissions de monoxyde
de carbone et celle de nombreux composés nuisibles, tels que le benzène qui est cancérigène pour l'homme.
L'inconvénient est que l'E85 augmente les émissions d'acétaldéhyde (polluant toxique).
La littérature mentionne également que l'usage de l'éthanol en mélange avec l'essence ou avec le diesel
diminue les émissions de PM. En ce qui concerne les autres polluants réglementées (CO, HC, NOx), les
résultats sont parfois positifs (diminution), négatifs (augmentation) ou négligeables. La dispersion des
résultats peut être expliquée en partie par la composition du carburant (éthanol), son origine et le processus
de production. Ça peut aussi être du au procédé d'expérimentation, type de moteur, etc. La consommation
du moteur augmente significativement du fait que son pouvoir calorifique par rapport au diesel et l'essence
est faible ainsi que son rapport stoechiométrique aircarburant. Cependant, les émissions de CO2 diminuent
car l'éthanol contient moins de carbone par unité d'énergie par rapport au diesel et à l'essence. L'éthanol a
un indice d'octane et une chaleur d'évaporation élevés. Ce qui peut augmenter le rapport de compression du
moteur tournant à 100% éthanol ou E85 et par conséquent le rendement énergétique.
Par l’analyse du cycle de vie des carburants suivant différentes étapes, l’émission de gaz à effet de serre peut
être calculée de la manière suivante:
- Entre 4,7 et 10,7 kg CO2 eq/GJ pour le bioéthanol issu du secteur du sucre de canne au Brésil.
Ces valeurs doivent être comparées aux émissions suite à la combustion de diesel et d’essence fossiles
(également calculées après analyse du cycle de vie): resp. 87,6 kg CO2 eq/GJ et 85,8 kg CO2 eq/GJ
Le prix des véhicules Flex Fuel est légèrement supérieur ou égal aux mêmes véhicules fonctionnant à
l’essence, leur permettant de rivaliser avec les véhicules conventionnels.
3
SmartWay Transport Partnership U.S. Environmental Protection agency, Alternative Fuels : E85 and Flex
Fuel Vehicles
21
En générale, l'E85 augmente la consommation d'environ 20 à 30 %, ce qui implique qu'un véhicule roulant à
l'E85 fera moins de km avec un plein de celle roulant à l'essence pure. C'est dû au fait que le PCI (pouvoir
calorifique inférieur) de l'éthanol est plus faible que celui de l'essence. Les véhicules peuvent être conçus
pour être optimisés lors d'un fonctionnement avec de l'E85 mais ces véhicules sont très rares sur le marché.
Le prix de l'E85 à la pompe est généralement plus faible que celui de l'essence pur mais les prix varient en
fonctions des conditions d'approvisionnement et des conditions de marché.
Aux USA on compte plus de 6 millions de FFV sur les routes. Au Brésil les véhicules Flex-Fuel
représentent 90 % des ventes pour l'année 2007. Par contre en Europe ils restent encore assez peu
répandus dans beaucoup de pays européens excepté en Suède.
Le problème le plus important reste la très faible disponibilité du carburant puisque l'E85 n'est disponible
qu'à certaines pompes. Par contre on assiste actuellement à l’introduction d’une faible quantité de
bioéthanol dans l’essence (E05) permettant de large utilisation sans modification du parc automobile.
En Europe la mise en oeuvre de la technologie flex fuel est principalement basée sur l'adaptation
des véhicules actuellement commercialisés, même si différents constructeurs sortent de plus en
plus de modèles fonctionnant à l’E85 et conformes à la norme de dépollution Euro IV (Pour plus de
renseignements, consulter la base de données des véhicules propres). L'introduction du flex fuel se
fera prioritairement sur les marchés où la demande est la plus grande et les réseaux de distribution
de carburant les plus développés.
Actuellement sur le marché Belge, le bioéthanol est estimé à 160000 tonnes. La solution qui est
aujourd’hui privilégiée est l’introduction d’un faible pourcentage de bioéthanol dans l’essence à
destination de tous les véhicules.
22
1.7.
AGRODIESEL
L’agrodiesel ou biodiesel est un carburant dont les caractéristiques sont très similaires au carburant diesel
conventionnel, mais qui est produit à partir des matières renouvelables, à savoir des huiles végétales ou des
graisses animales. En général, il s'agit d'huiles végétales comme l'huile de colza, de tournesol, de palme ou de
soja.
Il existe deux façons d'utiliser les huiles végétales dans les moteurs:
• adaptation du moteur à l'huile pure ou à un mélange d'huile et de diesel (Cf. le point 1.7.1). ;
• transformation de l'huile pour permettre son utilisation dans un moteur diesel non modifié
(estérification avec obtention de biodiesel, Cf. le point 1.7.3).
1.7.1. PPO : PURE PLANT OIL
Les huiles végétales sont extraites des plantes oléagineuses par simple pression à froid suivie d'un procédé
de purification. La production de l'huile végétale et relativement simple et peu onéreuse.
Rudolf Diesel faisait déjà tourner un moteur diesel à l'huile d'arachide au début du 20ème siècle. Il y eut
également des moteurs conçus pour fonctionner au diesel et à l'huile d'arachide jusqu'aux années 40.
Tous les véhicules diesel, qu’ils soient équipés d’un système à injection directe (DI) ou indirecte (IDI)
acceptent jusqu’à 30% d’huile végétale en mélange avec du diesel, sans modification moteur. Certains
véhicules à injection indirecte (IDI) peuvent monter à 50% sans modification moteur, mais cela dépend du
type de pompe à injection.
Plusieurs problèmes se posent lorsque l’on veut rouler avec 100 % d’huile végétale :
• L'huile peut s'oxyder, s’agglomérer et générer des problèmes dans les réservoirs.
• La température d'auto-inflammation est plus élevée (de l'ordre de 450 °C, soit une centaine de
degrés de plus que le diesel ou le biodiesel). Cela cause parfois des problèmes au démarrage des
moteurs.
• La température de solidification est assez élevée (les huiles végétales provenant du colza ou du
tournesol figent entre -5 et -15 °C), ce qui est problématique dans les pays froids.
• La contamination résiduelle (particules, fibres, eau..) est susceptible de colmater les filtres (pour la
partie arrêtée par ceux-ci) et d'accélérer l'usure du système d'injection (pour la partie qui ne serait
pas arrêtée par ces filtres).
Il existe des solutions techniques à ces inconvénients, mais elles sont assez contraignantes : préchauffage de
l'huile grâce à des réservoirs ou injecteurs chauffants, démarrage avec du diesel ou biodiesel (ce qui
demande un système de deux réservoirs séparés commandés par électrovanne), filtres plus performants. Les
meilleurs résultats sont obtenus avec des systèmes capables de commuter entre l'huile et le diesel en
fonction de la température des gaz d'échappement (sondes lambda), le circuit d'huile étant chauffé par l'eau
du moteur (le liquide de refroidissement). La proportion d'huile maximale que l'on peut utiliser dépend du
type d'injection.
Certaines firmes transforment les moteurs diesel (principalement les vieux modèles) pour l'utilisation d'huile
végétale non estérifiée. Le coût correspondant est assez élevé (> 2000€ pour une voiture) et les effets à long
terme sont encore flous.
Concernant le rendement du moteur, [Mc Donnell 1999] rapporte que la consommation (les émissions de
CO2) augmente pour des mélanges jusqu'à 25% de colza. Cela est dû au pouvoir calorifique des huiles
23
végétales qui est inférieur à celui du diesel. Une étude récente sur les performances énergétiques et
environnementales d’un moteur VWTDI tournant au colza, à l’Université de Liège, labo de thermotechnique,
confirme cette affirmation.
Pour les émissions réglementées, une comparaison de plusieurs analyses révèle une diminution des NOx
suite à l'utilisation des huiles végétales pures dans les moteurs diesel. Pour les autres polluants (toujours
réglementés), il n'y a pas de tendance claire entre l'utilisation des PPO et le diesel dans les moteurs diesel.
Plusieurs facteurs peuvent justifier cette dispersion notamment le type d'huile, type de moteur, procédure,
pourcentage de mélange avec le diesel, etc.
1.7.3. BIODIESEL
Le biodiesel est un biocarburant obtenu par le processus d'estérification des huiles végétales. Le processus
d'estérification consiste à mélanger l’huile avec du méthanol. Les triglycérides de l'huile réagissent avec le
méthanol pour former des esters.
Le biodiesel peut être produit à partir de différentes huiles : huile de colza (RME ou raped metyhl ester)
connu en Europe, huile de soja (SME ou soybean methyl ester) connu au USA, l'huile de palme, etc. Les RME
et SME sont souvent appelés des FAME (fatty acid methyl ester) et sont beaucoup utilisés dans de nombreux
pays (Allemagne, France, Australie, USA, …) en mélange avec le diesel ou à 100% (B100) dans des véhicules
existants sans modification du moteur diesel. Certains matériaux (principalement le caoutchouc) peuvent
toutefois être endommagés par l'utilisation de biodiesel en forte proportion. Au fil du temps, ces matériaux
peuvent se dilater et provoquer des fuites. C'est pour cette raison qu'il est nécessaire de remplacer un
certain nombre de joints et de tubulures d'admission de carburant par des matériaux capables de résister au
biodiesel, comme le polyamide (PFA) ou le caoutchouc fluoré (VITON). Il existe des kits de transformation
suivant le type de véhicules et la marque, dont le prix s'élève à maximum 250€. Pour certains modèles,
aucune adaptation n'est nécessaire puisque les matériaux de base sont déjà compatibles avec le biodiesel. La
transition au biodiesel en forte proportion doit quand même toujours se faire en concertation avec le
garagiste professionnel. Les constructeurs ne donnent aucun garantie quant à l'utilisation du biodiesel qui ne
satisfait pas aux garanties de qualité nécessaire (par ex. DIN V 51606 / norme C 1190). Une fois le système
d'injection adapté, le véhicule peut aussi bien fonctionner au biodiesel, qu'au diesel ou avec un mélange des
deux.
Il faut noter qu'une grande expérience est acquise pour les FAME, huiles pour lesquelles les performances
des moteurs et les émissions ont été le plus étudiées. Il convient néanmoins de ne pas généraliser ces
résultats aux performances et émissions qui seraient obtenus avec d’autres huiles.
Le pouvoir calorifique (contenu énergétique) du biodiesel, par litre, est un peu plus faible que celui du diesel
d'origine fossile (32500 kJ/l contre 35700 kJ/l). La consommation volumétrique de carburant (litre/km)
augmente du même ordre de grandeur (environ 8 %). D'un point de vue consommation énergétique, le
moteur alimenté avec du biodiesel fonctionne aussi bien qu'un moteur alimenté avec du diesel d’origine
fossile.
Différents tests ont montré que les moteurs diesel fonctionnant au biodiesel atteignent des performances
meilleures en termes d’émissions réglementées comparativement au diesel. De façon générale, la
combustion du biodiesel est un peu plus complète (grâce à la présence d’oxygène dans la molécule). Cela
entraîne une diminution parfois assez substantielle des émissions de particules (PM), d’hydrocarbures (HC) et
de monoxyde de carbone (CO). Par contre on observe une petite augmentation des émissions de NOx. Le
24
4
tableau l suivant donne un aperçu des émissions pour du biodiesel pur (B100), un mélange de diesel et de
20% de biodiesel (B20), comparées aux émissions du diesel d'origine fossile.
Emissions moyennes de biodiesel comparativement au diesel selon l’EPA
EPA Technical Report EPA420-P-02-001 October 2002
B100
Imbrûlés totaux HC
-67%
CO
-48%
PM
-47%
Nox
+10%
Sulfates
-100%
PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)
-80%
nPAH (nitrated PAH’s)
-90%
Ozone potential of speciated HC
-50%
B20
-20%
-12%
-12%
-2% à +2%%
-20%
-13%
-50%
-10%
On note que la technologie employée a une influence importante sur les émissions de particules. La présence
d’un catalyseur d’oxydation est particulièrement importante. S’il n’y a pas de catalyseur d’oxydation, les
émissions massiques de particules issues de la combustion du biodiesel sont inférieures ou égales à celles
issues de la combustion du diesel. La situation est encore meilleure lorsqu’un catalyseur d’oxydation est
ajouté. Les tests ont montré qu’un tel catalyseur pouvait réduire de 50 % les particules issues du biodiesel,
alors qu’il ne peut réduire les émissions de particules de -3% à -40% lorsque le moteur est alimenté par du
diesel d’origine fossile. La couleur des fumées à l’échappement varie fortement suivant le carburant. Le
diesel produit des particules noires alors que le biodiesel émet des particules de couleur plus claire.
L’utilisation du biodiesel dégage un parfum qui rappelle l’odeur du barbecue. Cette odeur peut aussi être
réduite par la présence d’un catalyseur d’oxydation.
Les émissions de CO2 dans les gaz d’échappement du biodiesel sont du même niveau que celles du diesel
traditionnel. Toutefois, étant donné que le carbone contenu dans le biodiesel est issu de la biomasse, son
impact sur le réchauffement climatique est nul. En effet, la quantité de CO2 libérée lors de la combustion du
biodiesel est la même que la quantité de CO2 prise à l’atmosphère nécessaire au développement de la plante
(généralement le colza). Néanmoins, dans une approche environnementale objective, il faut tenir compte des
émissions liées à la production du biodiesel et de ses matières premières (par ex. le colza, le méthanol).
Malgré les controverses dans le monde scientifique à ce propos, on estime souvent que les émissions de CO2
totales représentent environ 50% de celles du diesel traditionnel si on tient compte du cycle de vie complet
du biodiesel.
Par l’analyse du cycle de vie de carburants suivant différentes étapes, l’émission de gaz à effet de serre peut
être calculée de la manière suivante:
• Entre 20 et 41 kg CO2 eq/GJ pour le biodiesel issu de colza;
• Entre 43,3 et 66,2 kg CO2 eq/GJ pour le biodiesel issu du secteur de blé Europe;
• Entre 35,9 et 53,1 kg CO2eq/GJ pour le biodiesel issu du secteur de sucre (betteraves) en Europe.
Ces valeurs doivent être comparées aux émissions à la suite de la combustion de diesel fossile et d’essence
(également calculées après décomposition du cycle de vie): resp. 87,6 kg CO2 eq/GJ et 85,8 kg CO2 eq/GJ.
Outre l’intérêt d’utiliser du biodiesel en vue de réduire les émissions de CO2, il convient de noter que le
biodiesel est biodégradable, présente une moindre toxicité, une plus faible teneur en en soufre, et une
moindre teneur en composés polyaromatiques que le diesel d’origine fossile.
4
A Comprehensive Analysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions, EPA Technical Report
EPA420-P-02-001 October 2002
25
Le coût du véhicule est relativement similaire que celui d'un véhicule au diesel conventionnel, compte tenu
du prix modeste du kit de transformation (quelques centaines d’euros).
Des stations-services contenant un mélange à 5% de biodiesel sont déjà disponibles en France. L’Allemagne
et l’Autriche ont, de leur côté, mis à disposition du consommateur des stations-service spécifiques contenant
du biodiesel pur utilisable seulement par des véhicules équipés de moteurs adaptés. Le commerce du
biodiesel a fortement augmenté en Grande Bretagne avec 140 stations- services et chaque grande région a
au moins une station.
Vous trouverez plus d'informations sur la production de biodiesel dans la rubrique "Biodiesel".
1.8.
HYDROGENE – MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE
L'hydrogène peut être utilisé dans un moteur à pistons à allumage commandé. On rencontre également des
utilisations de l’hydrogène dans des moteurs à pistons rotatifs (moteurs Wankel). L’utilisation d’une bougie
est nécessaire pour enflammer le mélange parce que la température d'auto-inflammation de l'hydrogène est
trop élevée et que cela nécessiterait de réaliser de trop grands rapports de compression. L'hydrogène
possède une très large zone d'inflammation comparativement aux autres carburants gazeux (gaz naturel
typiquement) et il peut être brûlé dans une large proportion de mélanges carburant/air. Le moteur à
hydrogène fonctionne aussi bien avec des mélanges très pauvres (excès d’air) qu'avec des mélanges riches
(excès d’hydrogène). Avec des mélanges pauvres, la combustion est plus complète et la consommation est
moindre. La température de combustion est également plus faible ce qui est très favorable à la réduction des
NOx. Toutefois les performances (puissance) sont également plus faibles aussi. Si le mélange est riche, la
quantité de NOx formée est plus grande, mais on limite la perte de puissance. Une des principales difficultés
à vaincre en utilisant l'hydrogène dans les moteurs à combustion interne est d’une part le contrôle de la
flamme, car la vitesse de la flamme est très grande et d’autre part la maîtrise de l'apparition d'un allumage
prématuré du mélange d'hydrogène (dû à la faible énergie d'inflammation de l'hydrogène). Cela conduit à un
travail inutile (et donc une perte de puissance) et au phénomène de cliquetis.
La puissance d'un moteur à hydrogène peut être jusqu'à 15% plus faible ou 15% plus élevée que celle d'un
moteur essence (pour un mélange stoechiométrique donné). Elle dépend du système de régulation de
carburant utilisé (carburation, injection directe ou indirecte). Les moteurs avec carburateur alimentés en
hydrogène fournissent de moins bonnes performances que les moteurs essence de géométrie comparable.
L'hydrogène ne peut être injecté que sous forme gazeuse.
L'inconvénient de l'hydrogène est sa faible densité d'énergie. On peut stocker l'hydrogène sous haute
pression (200 à 350 bar) ou très haute pression (750 bar), en le liant chimiquement à un métal avec
formation d’un hydrure ou sous forme liquide dans un réservoir cryogénique (température très basse, 252,6°C). Le tableau ci-dessous donne le volume (en litre) du réservoir nécessaire pour le stockage d'un
pouvoir calorifique équivalent à un litre d'essence.
Volume de stockage pour l’H2
H2 gazeux à 200 bar
H2 liquide
H2 dans hydride
Volume de réservoir équivalent à un litre d’essence
22
10
11
Le stockage sous forme liquide donne le meilleur compromis entre rayon d'action du véhicule et volume de
stockage occupé mais le stockage liquide présente également des inconvénients ; la liquéfaction demande
beaucoup d'énergie et les pertes évaporatives sont relativement élevées. Le développement récent de
réservoirs en matériaux composites permettant de stocker de l’hydrogène à 700 bar et plus relance toutefois
26
la piste du stockage sous forme comprimée. Le grand défi des réservoirs à très haute pression se situe au
niveau de l’intégration (« packaging ») dans le véhicule, problème qui pourrait être résolu par le
développement de réservoirs non plus cylindriques mais de formes libres permettant de s’insérer plus
facilement dans tout espace disponible, sous les sièges, etc.
Le rendement d'un moteur à hydrogène est au moins aussi bon que celui d'un moteur essence.
L'inconvénient est que le stockage du carburant augmente la masse totale du véhicule (environ 100 kg pour
un véhicule de classe moyenne).
Les moteurs à hydrogène sont les seuls moteurs à combustion interne qui n'émettent quasi pas de CO2. Les
seules émissions de CO2 proviennent de la combustion d’une faible quantité d’huile. La vapeur d'eau est le
principal composant émis avec des NOx en petite quantité. On observe également des traces de CO et HC,
dus à la combustion de l'huile mais en quantités insignifiantes. Pour pouvoir le comparer objectivement avec
d'autres carburants, il faut naturellement prendre en compte la production de l'hydrogène (émissions du
puits au réservoir) (voir plus loin). Les émissions estimées sur la Ford P2000 suivant le cycle de tests
américain sont données dans le tableau ci-dessous.
CO [g/km]
HC
NOx [g/km]
CO2 [g/km]
Emissions
0,6
0,005
0,46
0,87
L'hydrogène est à plusieurs égards plus dangereux que d'autres carburants gazeux : les vitesses de fuite et les
vitesses et températures de flamme sont plus élevées et les limites d'inflammation sont plus larges.
L’hydrogène est par ailleurs incolore, inodore et sa flamme est peu visible (rayonnement en dehors de la
lumière visible). D'un autre côté, l'hydrogène est également plus sûr parce que les concentrations
d'inflammation doivent être plus grandes et que l'hydrogène diffuse et s'évapore beaucoup plus vite. Il en
résulte qu’en pratique les effets se compensent en grande partie, rendant l'hydrogène moins dangereux à
utiliser dans les véhicules que le LPG ou le gaz naturel. Des expériences menées au Japon et aux USA ont
montré que les fuites dans les réservoirs d’hydrogène pouvaient résulter en une flamme importante mais
pendant un temps assez court ce qui ne conduisait pas à l’incendie généralisé du véhicule.
La sécurité joue également un rôle lors du stockage dans le véhicule. Si un véhicule contenant un carburant
liquide n'est pas utilisé pendant un certain temps, il convient de le ventiler régulièrement parce qu'on ne
peut pas garantir à 100% l'étanchéité du réservoir. Il faut alors veiller à ne pas avoir un mélange inflammable.
La technologie requise pour l'utilisation d'hydrogène comme carburant n'est pas encore disponible dans le
commerce. BMW, Mazda, et Ford ont développé des prototypes avec un moteur à combustion interne
fonctionnant à l'hydrogène. En avril 2007, la BMW Hydrogen 7 a été produite en petite série (100
exemplaires) et est disponible uniquement en leasing. Toutefois beaucoup d’experts estiment que les
véhicules à hydrogène pourraient ne pas être commercialisés en grande série avant 2020.
Les améliorations futures doivent prendre en compte les émissions de NOx et une meilleure optimisation de
la consommation et des performances. Les véhicules à hydrogène seront plus chers que les véhicules à
essence et vraisemblablement plus chers que les véhicules fonctionnant au gaz naturel.
27
Le principal problème est le manque d'infrastructures de stockage et de distribution de l’hydrogène.
Plusieurs projets de démonstration sont en cours en Europe dans lesquels l'infrastructure de stockage de
l'hydrogène est agrandie.
Vous trouverez plus d'informations sur la production d'hydrogène et ses infrastructures dans hydrogène.
1.9.
MOTEUR ELECTRIQUE
Un véhicule électrique est un véhicule propulsé par un moteur électrique dont l'énergie est fournie par des
batteries ou qui est lié d'une manière ou d'une autre directement à un réseau d’alimentation externe en
d'électricité. La traction électrique est courante dans les transports en commun (train, métro, tram, trolley
bus), dans les véhicules industriels (e. g. les chariots élévateurs), les voiturettes de golf, sur les plates-formes
vicinales et les aéroports. Les voitures, bus et camions électriques sont par contre une exception sur la route.
La chaîne de traction électrique est essentiellement composée par les éléments suivants :
• un moteur électrique qui transforme l’énergie électrique en énergie mécanique ;
• une source d’énergie électrique généralement des batteries ;
• un système électronique (hacheur ou onduleur) pour transformer le courant continu en courant
alternatif et de moduler la puissance, le couple et la vitesse de rotation ;
• une transmission (réducteur, différentiel, roues).
Les systèmes de propulsion électrique conviennent très bien à la récupération de l'énergie cinétique au
freinage. Lorsque le véhicule freine, le moteur travaille alors comme une génératrice. Une partie de l'énergie
cinétique du véhicule peut alors être reconvertie en énergie électrique et restockée.
Trois types de chaîne de traction électriques sont possibles :
•
•
•
Montage direct du moteur électrique sur l’axe des roues, permettant un fonctionnement souple
et doux suite à l’absence de boîte de vitesse.
Motorisation répartie : remplacement du différentiel par des moteurs différents par roue. Le
différentiel mécanique est remplacé par un différentiel électronique ce qui a comme avantage la
réduction du poids et de l’encombrement mais qui fait augmenter le coût.
Les moteurs roues: des moteurs électriques sont directement placés sur l’axe des roues et
peuvent être à l’intérieur ou à l’extérieur des roues. Cela permet la suppression ou la réduction
de la transmission.
Différents types de moteur peuvent être utilisés pour propulser des véhicules électriques. Il s’agit des
moteurs à courant continu (shunt, série ou à excitation indépendante), des moteurs à courant
alternatif asynchrones (monophasés ou triphasés) ou synchrones monophasés.
Les moteurs électriques ont un bien meilleur rendement que les moteurs à combustion interne avec des
rendements de conversion situés entre 80% pour les moteurs à courant continu jusqu’à 96% pour les
meilleurs moteurs asynchrones ou à aimants permanents.
Comparé aux moteurs à combustion interne traditionnels, un moteur électrique dispose d'un couple
beaucoup plus élevé aux bas régimes, une plage de fonctionnement bien plus étendue et surtout pas de
vitesse de ralenti, si bien qu'il ne nécessite souvent pas de transmission. Cela confère un plus grand confort
de conduite aux véhicules électriques. D'autres caractéristiques importantes du moteur électrique sont liées
au fait qu'il émet peu de bruit et de vibrations ainsi que à l'absence de temps de réponse.
Le stockage de l'énergie dans le véhicule représente le réel tendon d'Achille des véhicules électriques.
L'autonomie des véhicules électriques est limitée (70 à 100 km) et le temps de charge des batteries est
relativement long (généralement plusieurs heures). La masse et le volume des batteries sont relativement
grandes et pénalisent la charge utile du véhicule. On rencontre différentes sortes de batteries : de la plus
28
ancienne (Acide Plomb) à la plus moderne (Lithium Ions ou Lithium Polymères), chacune ayant ses avantages
et ses inconvénients.
Les véhicules les moins chers comme les véhicules industriels sont équipées de batteries acide- plomb.
L'avantage de ces batteries est le coût relativement faible mais l'inconvénient est sa capacité de stockage par
unité de masse relativement faible. On utilise également des batteries Ni-Cd (Nickel-Cadmium),
principalement en France. Celles-ci sont plus chères, mais ont une capacité plus élevée et une durée de vie
plus longue mais celles-ci sont actuellement assez mal considérées à cause des problèmes de pollution
possible liée au Cd qui doit impérativement être recyclé. Les véhicules électriques actuels sont souvent
équipés de batteries NiMH (Nickel-Métal Hydrure). Une technologie de batterie plus avancée permettrait
une réduction supplémentaire de la masse du véhicule. Dans un futur plus ou moins proche, les batteries
Lithium-ion offriront vraisemblablement les meilleures possibilités. On dépense dans le monde entier
beaucoup d'énergie dans le développement de ces batteries. Des batteries avancées de type lithium-ion ou
lithium-polymère, proposées par les groupes Dassault et Bolloré, vont permettre une autonomie de l'ordre
de 250 à 300 km (toujours avec un temps de recharge de plusieurs heures)
D'autres aspects importants de l'utilisation des batteries sont la dépendance de la capacité de la batterie à la
température et à l’intensité du courant ainsi que le taux d’auto-décharge lorsqu’elles ne sont pas utilisées.
Cela peut en effet réduire fortement l'autonomie du véhicule. Les nouveaux développements portent
également attention à ces problèmes.
Les batteries utilisées dans les véhicules électriques ont encore un certain nombre d’inconvénients. Leur
densité de puissance (c’est-à-dire la puissance électrique libérée par la charge ou la décharge de la batterie
par kilogramme de batterie) et leur rendement de charge décharge restent faibles (environ 80% pour les
batteries acide plomb à 90 - 95% pour les batteries lithium polymère). Leur durée de vie reste limitée
(environ 1000 cycles de charge décharge complète) et leur remplacement et démantèlement en cas d’usure
augmente le coût.
C’est pour cette raison que d’autres systèmes de stockage d’énergie électrique sont
également étudiés. Il s’agit des super capacités, des volants d’inertie et des
accumulateurs hydrauliques. Les systèmes hydrauliques ont l’avantage de récupérer
plus d’énergie que les batteries pendant le freinage, de mieux supporter la chargedécharge rapide (longue durée de vie) et ont une grande densité de puissance et un
coût relativement moins élevé. Les super capacités et les volants d’inertie ont une
énergie spécifique inférieure à celle des batteries (10 fois moins) mais leur puissance
spécifique est très élevée (100 fois plus). Ils ont ainsi une meilleure capacité de
récupération d’énergie au freinage et un meilleur rendement charge-décharge.
Le rendement d'une chaîne de traction de voiture électrique est d'environ 50% (contre environ 16% pour une
voiture à essence).
• Le rendement de la transmission électrique (moteur, réglage et transmission) s'élève à plus de 75 %.
• Le rendement sur le cycle charge-décharge d'une batterie acide plomb conventionnel est d'environ
80 %.
• Le rendement du système de stockage tourne autour de 90%.
Un rendement global de 50 % signifie que 50 % de l'énergie prélevée à la prise de courant arrive sous forme
d'énergie utile aux roues. Pour pouvoir effectuer une comparaison avec les véhicules conventionnels, il faut
également tenir compte du rendement énergétique de la production et de la distribution de l'électricité afin
d’établir un bilan global de consommation d’énergie primaire. La régénération de l'énergie de freinage
permet, en circulation urbaine, une récupération de 10 à 17 % de l'énergie communiquée aux roues, ce qui
influence favorablement le rendement.
29
Les véhicules électriques ne produisent pas de gaz polluants sur le lieu d'utilisation, mais cela ne veut pas dire
que ces véhicules n'émettent rien. L'électricité nécessaire est produite dans une centrale électrique et les
émissions qui en découlent doivent être prises en compte dans les mêmes proportions que l'utilisation
énergétique des véhicules électriques. Les émissions des voitures électriques dépendent donc de la
composition du parc de centrales électriques (en particulier de la proportion de production d’électricité à
partir de combustibles nucléaires ou d’énergie renouvelable). Les véhicules électriques sont en principe bien
adaptés pour fonctionner intégralement à partir de sources d'énergie renouvelable, tels que
l'hydroélectricité et l'énergie solaire mais en pratique, dans de nombreux pays, on utilise des sources
d’énergie non renouvelables et des unités de production beaucoup moins respectueuses de l'environnement
pour produire l'électricité.
Emissions des voitures électriques comparées à celles
des voitures conventionnelles
CO
Moyenne européenne
# électricité en % d’essence
# électricité en % de diesel
Parc électrique belge
# électricité en % d’essence
# électricité en % de diesel
-
SO2
NOx
PM
CO2
90%
130%
80%
25%
110%
30%
50%
60%
60%
80%
50%
15%
70%
18%
30%
40%
Chiffres combinés des émissions de la production électricité / carburant + émissions des véhicules du parc belge en 2001
(Electrabel) ; chiffres de la production de carburants : source VUB. Les émissions moyennes de CO2 par kWh dues à la
production européenne d’électricité sont 60 % plus élevées qu’en Belgique. Approximation que d’autres émissions sont
aussi 60 % plus élevées.
Les voitures électriques existent depuis le début du XXème siècle. Elles ont rencontré un franc succès dans les
premières années. Lorsque la voiture avec moteur à combustion interne devint plus fiable, la voiture
électrique disparut petit à petit, principalement en raison de ses faibles performances et de son autonomie
limitée. Dans les années 1980 et 1990, la voiture électrique connut un regain d'intérêt grâce à la place
importante de l'environnement dans les agendas politiques. Le gros avantage des véhicules électriques est
qu'ils ne causent au niveau de l’utilisation aucune émission directe de polluants de l'air.
Certains fabricants d'automobiles mettent sur le marché une voiture électrique basée sur un modèle
conventionnel mais leur nombre est très limité. On peut retrouver les voitures dans "banque de données des
véhicules propres".
Comme leur production est limitée, les voitures électriques sont plus chères à l'achat que les voitures
conventionnelles avec moteur à combustion interne.
Pour une voiture de classe moyenne, les prix d'achat de la version électrique sont 40 à 50% plus élevés que la
variante essence ou diesel à cause du prix des batteries principalement.
Les coûts des batteries sont, à cause notamment de leur durée de vie limitée, compris dans les coûts
variables. Le prix d'un set de batteries acide plomb varie de 2000 € pour une voiture à 4000 € pour un
camion. La durée de vie moyenne d'une batterie acide plomb est de 600 cycles de charge décharge. Cela
correspond, dans le cas d'une utilisation moyenne, à une durée de vie d'environ 4 ans. Les coûts
d'amortissement annuels de ces batteries sont donc de 500 à 1000 €/ an. D'autres batteries, comme les Ni Cd
sont plus chères à l'achat mais ont une durée de vie plus longue, conduisant à des coûts comparables.
Les coûts d'entretien des voitures électriques sont estimés à 70% de ceux des versions essence/diesel. Dans
les voitures électriques, il ne faut pas faire de vidange d'huile.
30
Les coûts pour une assurance d'un véhicule électrique sont 50% plus faibles que ceux d'un véhicule
comparable fonctionnant à l'essence ou au diesel.
1.10. PROPULSION PAR PILE A COMBUSTIBLE
Les piles à combustible sont des appareils électrochimiques qui convertissent directement l'énergie chimique
du combustible en énergie électrique au moyen d’une réaction d’oxydo-réduction. Dans une pile à
combustible, le carburant (généralement de l’hydrogène H2) alimente l'anode en continu pendant qu'un
oxydant (oxygène pur ou oxygène de l’air) alimente la cathode. Des réactions électrochimiques prennent
place aux électrodes et produisent de la sorte un courant électrique. Actuellement, il existe six grands types
de PAC : AFC (Alkaline fuel Cell), PEMFC (Polymer Exchange Membrane Fuel Cell), DMFC (Direct Methanol
Fuel Cell), PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell), MCFC (Molten carbonate Fuel Cell), SOFC (Solid Oxid Fuel Cell).
Mais la plus utilisée pour la propulsion automobile est la PEMFC.
La figure ci-dessous donne schématiquement le principe de fonctionnement de différentes piles à
combustible.
La plupart des piles à combustible consomment de l'hydrogène. Cet hydrogène peut être directement stocké
à bord ou produit à bord du véhicule à partir d'essence, de méthanol ou de gaz naturel par un procédé dit de
reformage.
Un système de propulsion avec pile à combustible se compose de : un réservoir de stockage pour le
carburant, une pile à combustible, un moteur électrique et parfois d'une batterie. Si on utilise un autre
carburant que l'hydrogène, il faut en plus se munir d'un "reformeur" dans lequel le carburant sera converti
en hydrogène. La batterie, une super capacité ou une combinaison des deux, peut être utilisée pour le
démarrage et servira ensuite pour la récupération de l'énergie de freinage.
Les avantages importants des véhicules avec pile à combustible sont :
• un rendement élevé: le rendement net du système pile dépend du type de pile et se situe entre 40
et 70%. Le rendement reste constant dans une large plage de fonctionnement de la pile. Il dépend
peu de la taille de la pile à combustible ;
• de faibles émissions directes : les rejets de la pile sont de l’eau et un peu d’hydrogène non
consommé, pas d’hydrocarbures, ni de suies, ni de NOx, ni de CO ;
• et une faible nuisance sonore: à part un léger bruit produit par certains organes en rotation
(pompes, ventilateurs,…), la pile à combustible est silencieuse.
Les inconvénients sont:
31
•
•
•
la masse et le volume élevés: à puissance égale le volume et la masse de la pile à combustible sont
supérieurs à ceux d’un moteur à combustion interne, mais à énergie égale, elle est beaucoup plus
petite que les batteries. Le poids et l’encombrement supplémentaires de la pile affectent les
performances du véhicule, mais la recherche est active pour miniaturiser les piles ;
le prix: la construction d'une pile à combustible met en œuvre des matériaux coûteux : le catalyseur
au platine, le graphite, la membrane perméable aux protons H+ ;
la durée de vie: la plupart des piles à combustible qui existent ne sont que des prototypes et peu de
données existent sur leur durée de vie réelle. Certains auteurs rapportent une durée de quelques
milliers d'heures (2 à 5 ans) pour les piles à usage automobile.
Les difficultés liées au fonctionnement à basse température représentent un autre inconvénient non
négligeable, notamment le démarrage des piles à combustible par conditions de gel.
L'hydrogène semble être le carburant idéal pour les piles à combustible parce qu'il est le moins polluant. Les
inconvénients de l'hydrogène sont le stockage à bord du véhicule, la production qui est quant-à elle source
d’émissions et le manque d'infrastructure de distribution. Le stockage sous forme comprimée (haute
pression: 300 à 700 bar) est déjà maîtrisé et facilite le remplissage mais la densité volumique reste faible et
les réservoirs doivent être très résistants (donc coûteux) et adaptés aux véhicules. Les réservoirs
généralement de formes cylindriques restent encombrants. Le stockage sous forme liquide est aussi maîtrisé
et le réservoir nécessite très peu de place mais la liquéfaction de l'hydrogène à une température de -253°c
nécessite beaucoup d'énergie. On a également étudié d'autres types de stockage sous forme d’hydrures
métalliques notamment, – mais jusqu’à présent les résultats se sont montrés peu satisfaisants. Si on adopte
une production à bord avec un reformeur, on peut utiliser des carburants comme l'essence et le méthanol
qui sont plus facilement maniables mais cela complique tout le système à bord.
Selon les chiffres issus de simulations faites avec des modèles de véhicules sur un parcours type (parcours
européen), le rendement d'un moteur thermique (du réservoir à la roue) se situe entre 21% (essence) et 24%
(diesel) ou en cas d'amélioration entre 23% (essence) et 27% (diesel). Quant à la pile de type PEMFC, le
rendement varie de 33% (reformage de l'essence), à 38 % (reformage du méthanol) et jusque 50%
(hydrogène gazeux). En considérant en plus le moteur électrique, on obtient un rendement global du
réservoir à la roue variant de 20 à 45% selon le carburant. Comme pour l’électricité, pour une comparaison
objective des émissions des véhicules, on ne peut pas considérer uniquement le rendement du système pile
mais les bilans du "puits à la roue" en tenant compte de la transformation du carburant (extraction,
transport, procédés de raffinage, transport et distribution).
32
Un véhicule avec pile à combustible alimentée en hydrogène n'émet en principe que de l'eau. En pratique, de
petites quantités d'autres composants sont émises. Pour pouvoir faire une comparaison globale, il faut tenir
compte de la production d'hydrogène. A l'heure actuelle, la façon la plus économique de produire de
l'hydrogène est le reformage du gaz naturel. L'électrolyse de l'eau est également possible mais elle est
encore très chère et le rendement énergétique global est largement pénalisé par la multiplication des
rendements des opérations intermédiaires. Elle ne peut être intéressante que lorsque l’on dispose de
ressources renouvelables gratuites et non maîtrisables (géothermie, éoliennes…).
La combinaison de la pile à combustible avec un reformeur à bord (par ex. à partir de méthanol, essence ou
d'un autre composé hydrocarboné) reste une alternative relativement propre. Dans ce cas outre les
émissions d'eau, ces véhicules produisent également du CO2, des émissions évaporatives et d'autres faibles
émissions à partir du reformeur.
Contrairement à une batterie chimique par exemple, une pile à combustible ne produit pas de sous-produits
et peut fonctionner plusieurs années à la suite de quoi elle est entièrement recyclable.
Il existe actuellement de nombreux prototypes de véhicules à pile à combustible avec une PEMFC. En 1994,
le premier véhicule NECAR (New Electric Car) a vu le jour chez DaimlerChrysler en collaboration avec la firme
canadienne Ballard. Il sera suivi de 4 autres prototypes NECAR II, III, IV et V. NECAR II et NECAR V
fonctionnent au méthanol (vapo-reformage), les autres à l'hydrogène. Les constructeurs du monde entier se
sont à leur tour intéressés aux PEMFC: Peugeot et Renault (allié à Nissan) avec respectivement TaxiPac et
FEVER, General Motors/Opel avec HydroGen3, Volkswagen avec le projet CAPRI et plus récemment
HY.POWER. Au Japon, on peut citer Toyota et son FCH-V3, ainsi que Nissan. Aux USA, Ford a également mis
au point la P2000 et Ford focus FCH. En 2008, pour la première fois, Honda va mettre sur le marché un
5
véhicule à pile à combustible, la Honda Clarity .
Etant donné qu’il s’agit toujours jusqu’à présent de véhicules prototypes ou de séries limitées, le prix des
systèmes à pile à combustible reste très élevé. A l'heure actuelle, il n'est pas possible de donner une
estimation de prix lors d'une exploitation commerciale (à grande échelle). Il semble qu'il faudra encore
attendre quelques années avant que la pile à combustible ne puisse être employée à un prix abordable et
produit en masse. Puisque seuls des prototypes ont été testés, il n'est pas encore possible de prouver leur
durabilité.
1.11. MOTORISATION HYBRIDE
1.11.1. DÉFINITIONS
De façon générale, on appelle hybride, tout véhicule qui, en plus de sa source d’énergie primaire (énergie
chimique du carburant en général) et de son convertisseur associé (le moteur qui convertit l’énergie
chimique du carburant en énergie mécanique en général), dispose d’un stockage réversible d’énergie sous
une seconde forme : énergie hydraulique (réserve de pression), énergie cinétique d’un volant d’inertie,
énergie électrique d’une batterie ou d’une super-capacité, etc. Dans la pratique, la plupart des solutions
proposées sont actuellement basées sur un stockage d’énergie électrique.
La source d'énergie primaire peut aussi bien être un moteur Otto ou diesel conventionnel qu'une turbine à
gaz couplée à une génératrice ou à une pile à combustible.
5
http://automobiles.honda.com/fcx-clarity/
33
Les principaux avantages de l'hybride sont liés à sa consommation de carburant et à ses émissions de
polluants qui sont relativement plus basses que les véhicules conventionnels.
Parmi les véhicules hybrides, il existe de nombreuses variantes suivant la configuration, les sources
d'énergies et la taille des composants utilisés. On peut globalement distinguer deux sortes de systèmes
hybrides: l'hybride série et l'hybride parallèle. D'autres configurations complexes combinant les avantages
des hybrides série et parallèle existent et sont exploitées par certains constructeurs (e.g. Toyota) pour
améliorer le rendement du système de propulsion.
Hybrides série
Dans les hybrides série, la chaîne de traction est composée d'un moteur thermique et d’une génératrice
formant un groupe électrogène, une batterie et un moteur électrique. Le véhicule n'est propulsé que par le
moteur électrique. Le générateur transforme la puissance mécanique délivrée par le moteur thermique
(source primaire) en énergie électrique. Cette électricité peut servir soit à charger la batterie par le
convertisseur, soit à alimenter directement le moteur électrique. En plus de son rôle de propulsion du
véhicule, le moteur électrique sert aussi de génératrice lors des phases de freinage régénératif. Il ne
nécessite généralement pas de transmission mécanique avec une boite de vitesses et d’embrayage.
L’absence d’embrayage dans la chaîne de traction lui confère une bonne flexibilité. Le taux d’hybridation
série se définit comme étant le ratio entre la puissance du groupe électrogène et celle du moteur électrique
de traction.
L'absence de lien mécanique entre le moteur thermique et les roues ouvre la porte à l'utilisation d'autres
sources d'énergie primaire comme une turbine à gaz, un moteur sterling ou une pile à combustible, puisque
dans un tel système, le point de fonctionnement de la source primaire peut être maintenu constamment à sa
valeur optimale.
Configuration hybride série
Contrairement aux hybrides parallèles, dans les hybrides série, l'entièreté de l'énergie de propulsion est
fournie sous forme électrique La taille des composants de l'hybride série dépend des performances
recherchées. La capacité des batteries et la puissance de la génératrice y sont choisies en conséquence. Vu
les transferts fréquents d'énergie mécanique vers électrique et inversement, les hybrides séries présentent
un avantage modéré en terme de consommation de carburant par rapport aux véhicules conventionnels. Il
est possible d'obtenir une consommation énergétique plus faible mais seulement en trafic urbain, quand il
est possible de récupérer une grande quantité d'énergie de freinage, situation où un véhicule conventionnel
ne fonctionne souvent qu'à charge nulle ou à pleine charge.
Hybrides parallèles
Dans un hybride parallèle, l'énergie propulsive provient des deux sources d'énergie qui sont toutes deux
connectées aux roues et elle nécessite un embrayage mécanique. Le moteur à combustion interne est donc
couplé mécaniquement aux roues et son énergie n'est donc pas convertie en énergie électrique pour la
propulsion. Grâce à l’aide électrique la consommation de carburant des hybrides parallèles est globalement
plus faible. Les véhicules hybrides Honda sont tous de type hybride parallèle doux.
34
Configuration hybride parallèle
Hybrides complexes
Dans les hybrides complexes, la configuration de la chaîne de traction permet de combiner les architectures
série et parallèle. Le moteur thermique peut communiquer son énergie directement aux roues ou bien via
une machine électrique fonctionnant en génératrice, il peut être une source de courant pour recharger les
batteries ou actionner le moteur de traction électrique. La machine électrique peut également fonctionner
en moteur et assurer le rôle de démarreur du moteur thermique lorsqu’il est à l’arrêt. La plus grande
complexité de la chaîne de traction lui confère également plus de possibilités fonctionnement, ce qui permet
d’améliorer son rendement global en l’adaptant au mieux à chaque situation. Les hybrides proposés par les
marques du groupe Toyota fonctionnement selon cette architecture.
Hybrides complets et hybrides doux
Suivant la taille de la source secondaire (et ce quelle que soit l’architecture évoquée plus haut), on a des
véhicules hybrides complets (full hybrid) ou des hybrides doux (mild hybrid). Les hybrides complets peuvent
parcourir à basse vitesse une distance significative sans utiliser leur moteur thermique ou en utilisant les
deux sources d’énergie pendant un temps relativement long. Par contre les hybrides doux ou (mild hybrid)
utilisent en permanence la source d’énergie primaire. Dans ce cas, la source d’énergie secondaire ne peut
pas propulser à elle seule le véhicule, ou ne peut le faire que pendant un temps court en épaulant le moteur
thermique.
On donne une grande chance sur le marché à la technologie des "mild hybride" ou l'hybride doux à cause de
l’avantage que l’on peut en retirer pour un surcoût modéré. Classiquement, ces véhicules font usage d'un
démarreur-génératrice intégré (ISG), couplé mécaniquement au moteur à combustion interne. L'ISG est une
machine électrique d'une puissance de 5 à 10 kW. Il remplace le volant d'inertie sur le moteur et fait office de
moteur de démarrage à la mise en marche et comme générateur (ou alternateur) lors du fonctionnement
normal. L'ISG peut en plus assister le moteur à combustion interne lors des fortes charges. Les systèmes ISG
seront couplés à des systèmes de batteries 36/42 V (tension 3 fois plus grande que les batteries actuelles).
Les systèmes ISG permettent de :
• couper le moteur à combustion interne à l'arrêt du véhicule. L'ISG peut redémarrer le moteur en
moins d'une demi seconde ;
• réduire au minimum la taille du moteur à combustion interne (une partie du pic de puissance peut
être livrée par l'ISG): c’est le downsizing. Cela permet aussi d'augmenter le rendement global du moteur à
combustion interne ;.
• récupérer une partie de l'énergie de freinage pour recharger les batteries via l'ISG. Cette technologie
pourrait faire baisser la consommation de carburant de 15 à 20 %.
Charge sustaining, charge depleting et hybrides plug-in
Selon le système de recharge des batteries, on distingue encore:
- les véhicules hybrides à « charge sustaining » : les batteries sont uniquement chargées par le moteur
thermique ;
35
-
-
les véhicules à "charge depleting": les batteries se chargent exclusivement sur le réseau électrique.
Le moteur thermique étant trop faible pour assurer la charge de la batterie en suffisance pour
assurer la mission journalière, et leur état de charge se réduit progressivement au cours de la
journée ;
les véhicules hybrides « plug-in » : les batteries peuvent être rechargées par le moteur thermique ou
sur réseau, la charge sur le réseau étant souhaitable mais pas nécessaire pour assurer la mission
avec une meilleure efficience énergétique.
Système de stockage d’énergie électrique
L'énergie électrique peut être stockée dans des batteries ou des supercondensateurs, l’énergie mécanique
récupérée dans des volants d'inertie. A la différence des véhicules électriques purs, le véhicule hybride a
besoin d’un système de stockage avec une plus forte densité de puissance (la densité de puissance est la
capacité de libérer l’énergie de la batterie dans un temps très court pour pouvoir soit accélérer ou freiner
très rapidement le véhicule électrique) que le véhicule électrique qui requiert principalement un stockage à
haute densité d'énergie. Le véhicule hybride demande également un système de stockage permettant un
plus grand nombre de cycles charge / décharge à cause du freinage régénératif.
• Dans les batteries, l'énergie électrique est stockée sous forme chimique. Les batteries constituent
une technologie meilleure marché et plus mature que les volants d'inertie et les supercondensateurs.
• Dans une super-capacité, l'énergie électrique est stockée par accumulation de charges. Au cours des
dernières années, les super-capacités sont apparues sur le marché et l’offre est en rapide croissance. Leur
avantage est qu'ils ont une longue durée de vie et une grande capacité à capter les pics de courant avec leur
haute densité de puissance. L'inconvénient majeur est sa faible capacité de stockage.
• Dans les volants d'inertie, l'énergie mécanique est stockée sous forme d'énergie cinétique.
L'avantage des volants d'inertie est que le stockage de l'énergie se fait avec un haut rendement énergétique.
Leurs inconvénients sont leur faible capacité de stockage et leur coût élevé. Le développement des volants
d'inertie en est encore au stade d'expérimentation.
Les véhicules hybrides sont, pour une série de raisons, plus économiques que les véhicules conventionnels –
surtout en trafic urbain.
• Le système hybride offre la possibilité de récupérer l'énergie de freinage ce qui augmente le
rendement global de l’utilisation de l’énergie.
• Le moteur à combustion interne peut être dimensionné pour une charge moyenne et non pour la
charge maximale.
• Un hybride série peut être muni d'un moteur relativement petit, réglé de façon optimale à un
régime déterminé et fonctionnant à pratiquement pleine puissance. De cette manière, on peut atteindre un
rendement de 35 à 40% alors qu'un moteur de voiture conventionnel ne dépasse pas 18% en trafic urbain.
La consommation énergétique d'un hybride étant plus basse que celle d'un véhicule conventionnel, ses
émissions de CO2 sont par conséquent plus faibles. Les avantages environnementaux (locaux) d'un véhicule
hybride sont moindres que ceux d'un véhicule électrique pur. Le tableau suivant montre des estimations des
gains en émissions de CO2 des différentes configurations hybrides en conduite urbaine:
36
Type d’hybride
Fonctions
Mini-hybride
Alterno-démarreur
Stop & Start
Stop & Go
1 (Arrêt moteur thermique au 2 kW
ralenti)
8%
1+2
(Freinage récupératif)
3 kW
13%
Mild-hybrid
1+2+3
(downsizing
thermique
et
accélération)
10 kW
30%
30 kW
45%
Full hybrid
série ou parallèle
Puissance
électrique
Gain
CO2
en
moteur
assistance
1+2+3+4
(mode électrique pur)
Les émissions d'un véhicule hybride sont meilleures si le moteur à combustion interne n'est pas utilisé
directement pour la propulsion, mais bien comme groupe électrogène pour le rechargement de la batterie
(hybride série). Ce système permet de faire tourner le moteur à un régime optimal, pour lequel le rendement
est maximal et le niveau d'émission minimal. Pour un hybride série, il faut tenir compte des pertes
supplémentaires liées à la conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique et inversement.
La réduction de la consommation et des émissions des hybrides à charge sustaining n’est pas très significative
puisque on doit recourir au moteur thermique pour recharger les batteries. Par contre ce type de véhicule
permet d’éviter la charge de batteries sur le réseau qui est souvent longue.
Les véhicules à charge depleting ne sont avantageux, en termes d’émissions de CO2 et de polluant, que si la
production d’électricité est effectuée dans des installations de grande taille, équipées de systèmes de
dépollutions, de centrales nucléaires, ou à partir d’énergie verte.
Le véhicule hybride « plug in », dont la batterie pourra être soit rechargée parle moteur thermique ou mieux
en se connectant au réseau de distribution électrique pour tirer parti de l’énergie verte, semble être
aujourd’hui le meilleur compromis pour le futur parce qu’ils bénéficient des avantages de la production
centralisée d’électricité sur le réseau en mitigeant les inconvénients.
Suivant la configuration, les véhicules hybrides, comparés aux véhicules conventionnels, présentent d'autres
avantages en termes d'émissions.
Les véhicules hybrides ont en effet la possibilité de :
• rouler entièrement à l'électricité sur une distance limitée, par exemple en milieu urbain, et donc
sans produire aucun émission locale ;
• rouler entièrement à l'électricité au démarrage ou si la puissance nécessaire est faible et que les
batteries sont suffisamment chargées ;
• rouler en mode hybride quand il faut épauler le moteur thermique en phase d'accélération et lui
éviter de travailler au-delà de ses capacités avec un faible rendement ;
• réduire les émissions lors du démarrage à froid.
Dans les moteurs à essence, ces émissions lors de démarrage à froid représentent un réel problème ; c'est
pendant les premières minutes du trajet que la voiture émet le plus. Les émissions lors du démarrage à froid
sont principalement dues au faite que le mélange est enrichi et que le catalyseur n'est pas encore à
température. Les véhicules hybrides peuvent fonctionner électriquement pendant cette première partie du
37
trajet, pendant que le catalyseur est réchauffé électriquement, avant que le moteur à combustion interne ne
soit mis en marche.
La réduction de la consommation et des émissions des véhicules hybrides par rapport aux véhicules
6
conventionnels peut être illustré par l’exemple de la Toyota Prius . L’émission de CO2 de Prius II atteint 104
g/km en cycle mixte, ce qui représente environ 55% du rejet des voitures de même cylindrées équipées d’un
système antipollution. Toyota a adopté le catalyseur à trois voies, le VVT-i (système de distribution variable
en continu), améliorant ainsi le rapport d’air combustible, le calage à l’allumage et le système de contrôle
d’évaporateur d’émission (fuel evaporative emission control system) etc. afin de réduire toutes les émissions
nocives et de les purifier. Le taux d’émissions standards de NOx (oxyde d’azote) est à 0,010 g/km, et le HC
(hydrocarbures) de Prius est à 0,020 g/km soit de prés de la moitié du rejet par la même cylindrée équipée
d’un système de contrôle d’émissions.
7
Une autre étude menée par Green Propulsion a montré (voir figure ci dessous) le gain potentiel important
de l’hybride combinée avec une recharge de la batterie sur le réseau en Belgique par rapport à l’hybride dont
la charge est soutenue uniquement par le moteur à combustion interne. Les émissions de CO2 des véhicules
hybrides diesel électriques sont de loin inférieures aux autres véhicules excepté le véhicule hybride pile à
combustible rechargé également sur le réseau durant la nuit.
Total CO2 emissions (g/km)
225
200
175
150
Energ prod.
Vehicle use
Prod./recycling
125
100
75
50
25
in
pl
ug
ce
ll,
us
t
ai
ni
ng
Fu
el
H
yb
rid
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rid
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lu
gin
H
yb
1.
2
LP
G
el
di
es
ci
D
1.
5
1.
2
ga
so
lin
e
0
Figure : Comparaison des émissions de CO2 de véhicules utilitaires de puit à la roue pour un cycle urbain avec
des arrêts fréquents (source Green propulsion.be).
Après les succès de Toyota notamment avec la Prius vendue aujourd’hui à plus d’un million d’exemplaires et
de Honda avec notamment ses Civic IMA, le marché du véhicule hybride semble lancé. Voir la banque de
données suivantes sur les véhicules propres. La plupart des constructeurs développent des prototypes de
véhicule hybride et préparent la mise sur le marché d’un ou plusieurs modèles pour l’horizon 2010-2015. La
diversité des réalisations montre que les choix techniques sont extrêmement variés ; aucune architecture
hybride ne s’est pour l’instant imposée, même si en Europe beaucoup misent sur les hybrides doux. En
Europe où le moteur diesel est fortement implanté dans le marché, l’utilisation de moteurs diesel
6
7
http://www.hybridsynergydrive.com/fr/prius_emissions.html
www.green propulsion.be
38
performants dans les hybrides permettra encore des gains substantiels en termes de consommation et
d’émissions de CO2.
Un avantage des véhicules hybrides est qu'il n'est pas nécessaire de prévoir une infrastructure particulière
puisqu'ils font usage du même carburant que les véhicules conventionnels.
Le fait que deux systèmes de propulsion soient intégrés dans le même véhicule le rend évidemment plus cher
qu'un véhicule conventionnel. Pour les véhicules disponibles (PRIUS et LEXUS), le surcoût s'élève à environ
50%. Le coût du carburant est par contre moindre par rapport aux véhicules conventionnels puisque la
consommation est plus faible. Actuellement seule une petite minorité de véhicules hybrides peuvent faire le
plein via le réseau. Cela a un impact sur la consommation et sur les coûts d'exploitation.
Puisque deux systèmes de propulsion sont présents dans le même véhicule, les coûts d'entretien seront
également plus élevés que pour un système conventionnel.
La motorisation électrique, l’électronique de puissance, et surtout les batteries appellent de nouveaux
développements pour la production en série des véhicules hybrides.
39
2. TECHNOLOGIE DES VEHICULES DEUX ROUES
Les caractéristiques des véhicules à deux roues pourraient également à terme être proposées sur
« Ecoscore ».
Certains d’entre eux, surtout les petites cylindrées, sont motorisés par des moteurs deux temps. Ces moteurs
ont, dans le passé, également équipé de petites voitures. Mais à l’heure actuelle, même sur les 2 roues, les
moteurs 2 temps tendent de plus en plus souvent à être remplacés par des moteurs 4 temps.
2.1.
MOTEUR DEUX TEMPS
Le moteur 2 temps réalise les 4 mêmes phases du cycle que le moteur 4 temps mais en 2 courses (un aller et
un retour) de piston seulement (plutôt que 4 pour le moteur 4 temps), soit un seul tour de vilebrequin.
Le moteur 2 temps est constitué de :
• un cylindre à 3 lumières ;
• un carter inférieur étanche ;
• un canal de transfert permettant la communication entre le carter et la chambre située au dessus du
piston.
L'admission s'effectue sous le piston, dans le carter inférieur étanche. Cela permet d'une part de
précomprimer les gaz frais avant leur admission via le canal de transfert et donc de faciliter le remplissage, et
d'autre part de lubrifier les différents roulements et parois des cylindres.
Le moteur 2 temps est généralement utilisé avec un cycle à allumage commandé (bougie). Néanmoins, il est
possible de concevoir des moteurs 2 temps selon un cycle d’allumage par compression (cycle Diesel). Dans ce
cas cependant le démarrage du moteur exige l’adjonction d’un compresseur ou d’un turbo compresseur.
FONCTIONNEMENT DU MOTEUR 2 TEMPS
Figure : Lors de la course montant du piston ((a) et (b)), le moteur 2 temps réalise
d’une part (a) l’admission d’une charge fraîche en air et en essence carburant via la
lumière d’admission A et d’autre part (b) la compression d’un charge emprisonnée
précédemment. Arrivé au point mort haut du piston, l’allumage de la charge se produit
(c). L’énergie libérée par la combustion du carburant pousse le piston vers le bas et
communique le mouvement au vilebrequin (c). Dans son mouvement vers le point mort
bas (d), le piston obstrue la lumière d’admission A et démasque la lumière
d’échappement E permettant au gaz brûlés de s’évacuer vers l’échappement chassés
40
par la nouvelle charge qui peut entrer dans le piston par la communication établie entre
le bas moteur et le piston.
Course ascendante du PMB (point mort bas) au PMH (point mort haut) (a) et (b):
• Le piston commence à monter et ferme successivement les lumières d'admission et d'échappement
(a).
• La montée du piston crée une dépression dans le carter. Les gaz frais pénètrent par la lumière
d'admission (b). L'allumage est déclenché en fin de compression, c'est l'explosion.
Course descendante du PMH au PMB :
• La pression repousse le piston (c) : c'est la détente ou le temps moteur.
• La lumière d'admission est occultée (d) : c'est la pré compression des gaz frais.
• La lumière d'échappement s'ouvre avant la fin de la course du piston, puis le canal de transfert. Les
gaz frais pénètrent dans le cylindre avec une légère pression. Le départ des gaz d'échappement crée
un appel d'air (phénomène de balayage).
La remontée du piston ferme successivement les lumières de transfert et d'échappement et le cycle
recommence.
Avantages
• A même vitesse, le moteur 2 temps produit 2 fois plus de temps moteurs que dans un moteur à 4
temps ;
• La distribution du moteur sans soupape permet d'augmenter la vitesse de rotation du moteur sans
risque d'affolement ;
• La régularité des poussées sur le vilebrequin diminue les à-coups et les vibrations. Cela permet de
réduire la masse du volant.
Ces avantages permettent d'obtenir des rapports puissance / cylindrée et masse / cylindrée élevés (environ
deux fois plus puissant pour la même cylindrée). La fabrication du moteur est également plus simple.
Inconvénients
Il est impossible de séparer parfaitement les gaz brûlés des gaz frais :
• le temps de compression débute plus tard que dans le moteur 4 temps. ;
• l'huile de lubrification est mélangée à l'essence, ralentissant le processus de combustion et
produisant de nombreux résidus (calamine) ainsi qu'une fumée d'huile polluante à l'échappement
• le moteur 2 temps a des rejets de polluants comparativement beaucoup plus importants que son
équivalent 4 temps. A ce jour, le moteur 2 temps ne bénéficie pas de systèmes de post traitement
des gaz d’échappement performants.
Malgré cela, la puissance par litre de carburant est plus de 50% plus élevée que celle du moteur 4 temps
(grâce notamment à une vitesse de rotation élevée).
Améliorations possibles
• Il est possible d'augmenter le remplissage des cylindres grâce à des dispositifs particuliers :
distributeurs rotatifs ou coulissants, admission à clapets, piston à lumière.
• Il est possible de réduire la quantité d'huile brûlée grâce à un dispositif de graissage séparé
comportant un circuit étanche de graissage des roulements de vilebrequin (dosage variable en
fonction de la vitesse de rotation).
• La carburation peut-être réalisée par injection.
• Développement de systèmes de post traitement performants pour les gaz d’échappement
• Développement de moteurs diesel deux temps suralimentés très compacts pour des applications
hybrides.
41
Aujourd’hui le moteur 2 temps a pratiquement disparu du marché à cause des normes de pollution de plus
en plus sévères. Toutefois ce type de moteurs pourraient faire sa réapparition pour des applications
particulières comme la motorisation de petits véhicules légers avec des moteurs de petite cylindrée ou dans
des groupes de motorisation hybride moyennant des développements nouveaux sur le système de post
traitement des gaz d’échappement et le développement de cycle Diesel turbocompressé ou de l’injection
directe.
Le moteur 2 temps est rarement utilisé dans les voitures pour lesquelles le rapport puissance / masse a
moins d'importance que pour une moto. Pour les grosses cylindrées, les complications de fabrication sont
équivalentes à celles des moteurs 4 temps.
La consommation et donc le taux de pollution sont supérieurs et les décalaminages périodiques augmentent
les frais d'entretien.
2.2.
MOTEUR QUATRE TEMPS
2.2.1. TECHNOLOGIE
La technologie des moteurs quatre temps des motos, motocyclettes est identique à celle des moteurs à
essence des véhicules légers à quatre roues à essence. Le lecteur peut donc se référer utilement à la section
1.2
La technologie de dépollution des moteurs des motos, motocyclettes suit la même évolution que celle des
véhicules légers mais avec un certain retard (norme EURO3 par exemple pour les motos alors que les
véhicules légers sont déjà en norme EURO 4). Le lecteur peut donc se référer utilement à la section 1.3 à cet
égard.
Pour plus d’informations, il convient de consulter une fiche d’information rédigée par l’IBGE, disponible sur
leur site Internet (actuellement exclusivement disponible en français) :
http://documentation.bruxellesenvironnement.be/documents/Air_62.PDF
Aujourd’hui la grande majorité des motos de cylindrée supérieure à 125cc sont équipées de moteurs quatre
temps essence.
2.3.
MOTEUR ELECTRIQUE
2.3.1. TECHNOLOGIE
La technologie des moteurs électriques des motos, motocyclettes est identique à celles des moteurs
électriques des véhicules légers à quatre roues.
42
Les moteurs électriques des motos bénéficient des mêmes avantages que ceux des véhicules légers. Le
lecteur peut donc se référer utilement à la section relative aux véhicules électriques à cet égard.
Aujourd’hui le marché des véhicules à 2 roues avec motorisation électriques reste relativement faible en
Europe. Il est toutefois extrêmement populaire sur d’autres continents (exemple la Chine avec environ 50%
du parc de motos). Récemment la part de marché de motos électriques a commencé à démarrer aussi en
Europe sous l’impulsion des contraintes environnementales.
43
3. TECHNOLOGIE DES TRANSPORTS LOURDS
Les principales tendances relatives à la motorisation des véhicules lourds (bus, camions) sont exposées par
technologie. Ces technologies sont, à quelques différences près, similaires de celles exposées pour les
véhicules légers. Plus de détails sont donc fournis dans cette partie. Une technologie de propulsion peut être
liée à un ou plusieurs carburants. On trouvera plus d'informations sur les données de ces carburants dans le
chapitre "carburants".
3.1.
MOTEUR DIESEL
3.1.1. TECHNOLOGIE
Dans les moteurs diesel, ou moteur à allumage par compression, le processus de combustion est déclenché
par inflammation spontanée du carburant à cause de l’élévation de la température dans la chambre de
combustion de la phase de compression.
Le système d’injection de carburant est une partie importante des moteurs diesel modernes parce qu’il
conditionne fortement le déroulement du processus de combustion. L’instant auquel survient l’injection est
crucial pour le processus de combustion et influence fortement les performances énergétiques, le bruit et les
émissions.
Dans les moteurs diesel lourds, le diesel est injecté directement dans la chambre de combustion (injection
directe). Pour que le diesel soit bien vaporisé et subisse une bonne combustion, on l'injecte sous haute
pression. Les systèmes d'injection moderne emploient des nouvelles technologies comme les rampes
communes ou « common rail ».
Common rail
Le common rail ou rampe commune est un réservoir de carburant commun à tous les cylindres dans lequel le
carburant est amenée à très haute pression (1350-1800 bar) au moyen d’une pompe robuste. Les injecteurs
fonctionnent alors comme des valves. Lorsqu’elles s’ouvrent, le carburant sous haute pression provenant de
la rampe commune peut pénétrer dans le cylindre via un injecteur qui réalise une pulvérisation très fine du
carburant afin de réaliser une bonne combustion. Le pointeau d’ouverture de l’injecteur peut être actionné
très rapidement par des solénoïdes ou des cristaux piezoélectriques de sorte qu’il est aujourd’hui possible de
réaliser plusieurs injections par cycles. Ce système permet de disposer d’une grande flexibilité pour contrôler
la combustion. On peut de cette manière réaliser une économie de carburant et diminuer fortement les
émissions.
Injecteur pompe
L’utilisation des injecteurs pompes est une alternative à la rampe commune. Les injecteurs pompes
permettent d’augmenter encore plus la pression d’injection (jusqu’à 2050 bar), ce qui conduit à une
combustion encore plus efficace. Cependant les injecteurs pompes sont plus bruyants que les systèmes à
rampe commune.
Suralimentation et intercooling
De nombreux moteurs diesel sont munis d’une suralimentation. Celle-ci consiste à comprimer l’air admis
dans la chambre de combustion pour augmenter la quantité d’air frais et donc aussi celle de carburant dans
le moteur. Cela permet d’accroître la puissance et les performances du moteur à cylindrée égale. La
compression de l’air peut être réalisée par un compresseur attelé au vilebrequin du moteur, mais dans ce cas
la puissance absorbée par le compresseur est soustraite au moteur, ce qui abaisse le rendement dans
44
certaines conditions. Souvent on utilise un turbocompresseur (turbo) qui récupère l’énergie des gaz
d’échappement dans une petite turbine jumelée au compresseur.
L’air comprimé s’échauffe. Pour accroître la quantité d’air d’admission, on le refroidit dans un échangeur de
chaleur appelé intercooler avant qu’il n’entre dans la chambre de combustion. Le refroidissement de la
charge d’air d’admission est également favorable pour diminuer les points chauds lors de la combustion et
donc à prévenir la formation de NOx.
Il existe différentes manières de diminuer les émissions des moteurs diesel. Nous donnons ci-après les
techniques utilisées à l'heure actuelle ou celle présentant un grand potentiel dans un proche avenir.
Traitement des gaz d'échappement
Catalyseur à oxydation
Un catalyseur à oxydation peut réduire les émissions d’hydrocarbures (HC) (de 50 à 80%) et de monoxyde de
carbone (CO) (de 40 à 70%)
Dans une voiture, il permet également de diminuer les émissions de particules de 30 à 40 %. Par contre dans
les moteurs de véhicules lourds (camions et bus), le catalyseur monte beaucoup plus haut en température, si
bien qu'il y a formation de particules de sulfate (par oxydation du soufre présent dans le carburant), ce qui
conduit finalement à une augmentation des émissions de particules. Cette situation devrait s’améliorer avec
la réduction de la teneur en soufre des carburants. Les catalyseurs à oxydations ne sont pratiquement pas
utilisés dans les véhicules lourds.
Le catalyseur déNOx
Dans les systèmes SCR (Selective Catalytic Reduction), de l'ammoniac, généralement sous forme d'urée, est
mélangé aux gaz de combustion. L'ammoniac et les oxydes d'azote sont alors transformés dans le catalyseur
en azote (gazeux) et en eau. Ces systèmes peuvent réduire les émissions de NOx de plus de 80 %. Les
inconvénients sont l'introduction d'un réservoir d'urée qu'il faut stocker à bord et son coût. Après une phase
de développement, le catalyseur déNOx est aujourd’hui introduit sur de une fraction de plus en plus
importante de camions. Le catalyseur de type piège à NOx constitue le progrès le plus récent. Les NOx y sont
piégés dans le catalyseur jusqu'à ce que la composition des gaz d'échappement soit momentanément
enrichie en oxygène et les NOx peuvent alors être réduits en azote.
8
Filtres à particules
Les particules de suie peuvent être filtrées des gaz d'échappement via un filtre. Celui-ci comprend :
• un milieu filtrant présentant une très grande surface pour une masse donnée et résistant aux hautes
températures sur lequel on applique un matériau catalytique, c’est-à-dire facilitateur des réactions
chimiques. Il s’agit typiquement de céramique poreuse ou de structures fibreuses ;
• un équipement de régénération du filtre ;
• un système de contrôle et de monitoring.
Le filtre piège les particules qui s’accumulent. Pour éviter que le filtre ne se bouche, il est nécessaire de le
régénérer régulièrement. Cela peut se faire en brûlant les suies. Or l'oxydation n'a lieu qu'en présence d’un
excès d’oxygène et une température supérieure à 550°C soit bien supérieure à la température des gaz
d'échappement. On distingue dès lors régénération passive et active. En régénération passive, la combustion
des suies est obtenue spontanément en diminuant la température d'oxydation à l'aide d'un catalyseur (filtre
catalytique) ou par adjonction d’un additif au carburant (filtre avec adjonction d’additifs). Les systèmes CRT
(Continuously Regenerating Trap) sont aussi des systèmes passifs où la régénération a lieu grâce à l’oxygène
8
Particulate traps for heavy duty vehicles, Swiss Agency for the Environment, Forests and
Landscape (SAEFL) ENVIRONMENTAL DOCUMENTATION No. 130, 2000
45
libéré par le NO2 formé dans un catalyseur à oxydation NO/NO2 placé en amont. En régénération active, on
augmente momentanément la température des gaz d'échappement par un petit système de postcombustion
ou bien par un chauffage électrique (filtre à particules avec régénération thermique). Aujourd’hui on
rencontre les différents systèmes sur les véhicules lourds. Avec les nouvelles normes en matière de pollution
des poids lourds, tant en Europe (EURO 4 et 5), aux USA et au Japon, on assiste à l’utilisation de plus en plus
grande des filtres à particules que ce soit en première monte ou en retrofiting.
Dans un filtre à particules avec régénération thermique, on utilise un brûleur de diesel
(post combustion) ou un chauffage électrique pour augmenter momentanément la
température des gaz d'échappement au-delà de 550°C pendant la régénération. Ses
performances en termes de réduction de particules s'élèvent à 90% alors que les
émissions de CO et HC ne sont pas réduites. L'inconvénient de cette technologie est la
complexité du système et le prix d'achat qui en résulte (10.000 €). Si la régénération est
trop fréquente, cela peut également mener à une surconsommation de carburant.
Dans le filtre à particules catalytiques, on applique un matériau catalytique sur le filtre
pour diminuer la température de régénération des suies par l'oxydation avec l'oxygène
de l’air (jusqu'à 300-400°C). Il s’agit d’un système passif. La diminution des particules
peut atteindre 95% si le carburant utilisé ne contient pas de soufre. Dans le cas où on
utilise un métal noble comme matérial catalytique, plus la teneur en soufre augmente,
plus les performances diminuent (par la formation de sulfates). La recherche tend à
développer de nouveaux matériaux moins sensibles à la teneur en soufre du carburant.
Le prix d'achat d'un tel système atteint environ 5000 €.
Le CRT (Continuously Regenerating Trap) est une technologie très prometteuse
brevetée par la société JMC en 1989. Il utilise les propriétés d’un catalyseur
d’oxydation utilisant un revêtement en métaux précieux pour convertir le NO des gaz
d’échappement en NO2. Le processus inverse est ensuite réalisé dans le filtre à
particules. Grâce à l’oxygène constamment disponible du fait de la décomposition du
NO2 dans le filtre à suie, la combustion du carbone de la suie s’opère, sans apport
complémentaire d’additifs, à des températures beaucoup plus basses. Le CRT est donc
un système passif. Le CRT permet de réduire les émissions de particules plus de 90%
au prix d’une augmentation de la consommation d’environ 1%. Un problème du filtre est
de conduire à une augmentation des émissions de NO2, gaz cinq fois plus toxique pour
le système respiratoire que le NO et ayant un fort effet de serre. Toutefois cet
inconvénient est contrebalancé par l’effet très positif de la réduction des émissions de
particules, mais aussi de manière annexe par une réduction des émissions de
monoxyde de carbone (CO) et d’hydrocarbures (HC). Une autre condition d’utilisation
de ce filtre est de disposer d’un taux de NO2 important (NO2/suies >8 voire 15) pour
que le processus chimique puisse avoir lieu. Le filtre CRT est donc inapplicable pour
des véhicules produisant des gaz d’échappement très chauds et beaucoup de
particules matérielles. Un autre prérequis est d’utiliser un carburant presque
complètement désulfuré (< 50 ppm minimum, idéalement < 10 ppm), ce qui n’est pas
toujours le cas dans des pays hors union européenne. Dans ce cas on produit des
émissions importantes de sulfates, on diminue la conversion NO/NO2 et on
endommage le catalyseur. Le CRT a été choisi par de plusieurs constructeurs de poids
lourds pour équiper leurs véhicules, principalement des bus. Ils sont maintenant
montés d’origine sur plus de la moitié des véhicules vendus.
Une autre technique de régénération passive consiste à ajouter un additif au carburant
pour diminuer la température de régénération. Ces additifs contiennent des éléments
métalliques de la famille des métaux de transition et plus récemment des métaux
précieux ou leur alliage : (e.g. cérium, fer, cuivre, strontium, platine…) Lors de la
combustion, l'additif catalytique est incorporé aux particules de suie et est capturé dans
le filtre où prend place la régénération avec l'oxygène. Le rendement de réduction des
particules atteint alors environ 90%. Il convient néanmoins de faire remarquer que dans
ces systèmes où le catalyseur est incorporé au carburant, les émissions gazeuses (CO
et HC) sont réduites en moindre mesure comparativement aux technologies
précédentes. Dans ce type de filtre, le taux de réduction du CO est de 20% (contre 90-
46
99% pour le filtre catalytique et 70 – 99% pour le CRT). Le taux de réduction des HC
est quant à lui de 40% (contre 60 – 80% pour le filtre catalytique et 70 – 95% pour le
CRT). L'avantage de cette technologie est qu'elle est insensible à la teneur en soufre
du carburant. Un autre désavantage est lié à la complexité du système qui contient une
unité de dosage de l'additif. En outre, l'utilisation de l'additif provoque en plus un dépôt
de cendres plus important dans le filtre, ce qui nécessite son nettoyage fréquent. Le
choix du filtre adéquat est important pour minimiser les émissions de particules
métalliques de l’additif. Le prix d'achat est d'environ 5000 €.
Recirculation des gaz d'échappement
L'EGR (Exhaust Gas Recirculation) consiste à renvoyer une partie des gaz d'échappement inertes vers la
chambre de combustion où ils remplacent une partie de l'air frais. Cela a pour effet de diminuer le pic de
température lors de la combustion et donc la quantité de NOx formée. On peut s'attendre à des réductions
de 20 à 80 %. L'inconvénient est que les émissions de particules augmentent aux plus fortes charges.
Les émissions de gaz à effet de serre CO2, N2O et CH4 ne font pas partie des gaz qui sont réglementées
aujourd'hui par les normes EURO. Les émissions de CH4 des moteurs diesel sont négligeables. La quantité de
N2O, produite dans le catalyseur, et qui est relâchée à l'air libre peut être également considérée comme
minime. Les émissions de CO2 sont liées à la consommation de carburant et à la concentration en HC du
carburant. Puisque les moteurs diesel ont une plus faible consommation, ils émettent un peu moins de CO2
que les moteurs à essences.
Vous trouverez plus d'info sur "transport et environnement".
Les moteurs diesel sont plus robustes et plus lourds que les moteurs à essence. Les moteurs diesel sont les
mieux adaptés à supporter de fortes charges du moteur inhérentes aux véhicules lourds: transports de
marchandises et de passagers. En outre les moteurs diesel présentent un bon rendement et le prix du diesel
est relativement bas. Les frais d’entretien du moteur sont moins élevés et leur durée de vie est plus longue.
Considérées comme un carburant professionnel, les accises sur les diesels sont plus faibles que sur l'essence.
Le diesel est donc relativement moins cher et il est disponible partout.
En Europe, la grande majorité des bus et camions roulent au diesel.
3.2.
MOTEUR LPG
3.2.1. TECHNOLOGIE
Le LPG peut également être utilisé dans les moteurs diesel des bus et des camions. Les moteurs à gaz
spéciaux, exclusivement conçus pour rouler au LPG n'existent pas. En effet il n’existe quasiment pas de
moteur à allumage commandé de grosse cylindrée. Les différents systèmes existants sont tous basés sur des
blocs moteurs Diesel (en diminuant éventuellement le rapport volumétrique, en ajoutant des bougies et un
système d'injection de carburant).
Un premier système fonctionne avec un mélange diesel / LPG. Le moteur diesel n'a pas besoin d'être
fortement adapté pour ce type de système. On utilise une injection pilote de diesel pour enflammer le
combustible puis on y mélange du LPG. La part de diesel pouvant être substituée par du LPG est limitée à 35-
47
40% à pleine charge. Le pourcentage moyen de substitution de diesel par du LPG, sur tout un cycle, dans le
cas d'un bus urbain circulant en ville par exemple, s'élève à environ 25%. Ce système permet de continuer à
rouler au diesel.
Un autre système plus courant consiste à échanger tout le système de carburant et à transformer le moteur
en moteur à allumage commandé avec un rapport volumétrique plus faible que celui du moteur diesel. Ce
système ne permet plus l'utilisation de diesel.
Il faut distinguer les moteurs fonctionnant en mélanges stoechiométriques des moteurs à mélange pauvre
suivant l'excès d'air auquel le moteur fonctionne. Dans les moteurs stoechiométriques
λ =1),
( la teneur en
oxygène est juste suffisante pour brûler la quantité de carburant. Le fonctionnement à la stoechiométrie est
adapté à l'emploi d'un catalyseur à 3 voies (pouvant réduire simultanément les NOx, CO et HC). Dans les
moteurs à mélange pauvre (λ = 1.4 à 1.7, excès d'oxygène), l'excès d'air permet de réduire les émissions de
NOx qui ne peuvent pas être réduites par un catalyseur. Au résultat global, ce type de moteur présente
l'avantage d'être plus propre.
Un avantage non négligeable des bus et camions fonctionnant au LPG est qu'ils sont également moins
bruyants. Il est possible de réduire les émissions sonores de 40% par rapport au même véhicule fonctionnant
au diesel.
L'inconvénient du LPG est la masse supplémentaire et le volume du réservoir. Le LPG est stocké dans des
réservoirs sous pression (environ 8 bar) dans le véhicule. Pour un bus urbain au LPG dont l’autonomie est de
500 km, il faut compter une augmentation de masse de 200 à 400 kg. Actuellement, le réservoir d'un camion
roulant au diesel est d'environ 1500 litres. Pour que le même camion roulant au LPG puisse avoir la même
autonomie, il faudrait une capacité de stockage de carburant supérieure à 2000 litres.
Le risque d'endommagement du réservoir pressurisé en cas d'accident est moindre que pour les réservoirs
d’essence ou de diesel. En pratique, les accidents liés à une fuite de gaz sont très rares, car les systèmes
modernes sont pourvus d'un limiteur de remplissage, limitant le remplissage à 80% du volume du réservoir et
que la manipulation est effectuée par un personnel qualifié.
Voir moteur LPG.
Alors que l’utilisation du LPG est relativement courante pour les véhicules de tourisme, la motorisation de
véhicules lourds (les bus par exemple) avec des moteurs au LPG est relativement rare.
3.3.
MOTEUR AU GAZ NATUREL
3.3.1. TECHNOLOGIE
Le gaz naturel peut être utilisé pour les véhicules lourds. Le moteur des véhicules lourds au gaz naturel est un
moteur à allumage commandé. Comme il n’existe pas de moteur de grosse cylindrée à allumage commandé,
ces moteurs résultent de la transformation d’un bloc moteur diesel standard pour qu'il puisse fonctionner au
gaz naturel (en diminuant le rapport volumétrique, en ajoutant des bougies et un système d'injection de
carburant), Il est alors transformé en un moteur conçu pour rouler uniquement au gaz naturel (moteur
dédicacé au gaz naturel). Contrairement aux véhicules légers, les véhicules lourds emploient majoritairement
des moteurs à gaz naturel dédicacé.
48
Il faut distinguer les moteurs stoechiométriques des moteurs à mélange pauvre suivant l'excès d'air auquel le
moteur fonctionne. Les moteurs stoechiométriquesλ (=1, pour lesquels la teneur en oxyg
ène est juste
suffisante pour brûler la quantité de carburant) sont adaptés à l'emploi d'un catalyseur à 3 voies (pouvant
réduire simultanément les NOx, CO et HC). Les moteurs fonctionnant en mélange pauvre λ( = 1.4 à 1.7, excès
9
d'oxygène ou mélange pauvre), présentent une plus faible consommation (-10 à -20%) , mais au prix d’une
augmentation des émissions de NOx. Les catalyseurs 3 voies sont inapplicables mais on peut employer des
catalyseurs d’oxydation. La plupart des bus sont équipés de ce type de système.
Le gaz naturel est généralement stocké sous forme gazeuse à haute pression (200 bar). C'est ce que l'on
appelle les systèmes CNG (Compressed Natural Gas). Il est également possible de le stocker sous forme
liquide à très basse température (LNG – Liquid Natural Gas) mais cette option est très rarement utilisée.
L'inconvénient du CNG est la masse et le volume supplémentaires du réservoir. Pour un réservoir de même
capacité en volume, l’autonomie est environ 5 fois plus faible. C'est pour cette raison que les véhicules au gaz
naturel sont principalement utilisés pour des flottes captives en milieu urbain, où le nombre de km parcourus
quotidiennement reste limité et où le véhicule revient régulièrement à son point d’attache pour faire le plein.
Un avantage non négligeable des bus et camions roulant au CNG est qu'ils font moins de bruit. Il est possible
de réduire le niveau des émissions sonores de 40% par rapport à un même véhicule fonctionnant au diesel.
Avec son rapport hydrogène carbone élevé, le gaz naturel est favorable à la réduction des émissions de CO2
car la combustion du gaz naturel conduit à moins d’émission de CO2 que le carburant diesel. Toutefois la
consommation des bus motorisés au gaz naturel se révèle souvent être de 17% à 41% plus élevée que les bus
équipés de moteurs au Diesel. En outre leur autonomie se trouve réduite à environ 400 km tandis que les bus
au Diesel peuvent généralement parcourir de l’ordre de 550 km avec un plein.
L'utilisation du gaz naturel à la place du diesel pour les transports lourds réduit considérablement les
émissions de particules et de NOx. Ajouté à cela une diminution du niveau sonore, la motorisation au gaz
naturel est particulièrement bien adaptée à une utilisation en zone urbaine. Les moteurs travaillant en
mélanges pauvres sont plus souvent employés principalement à cause de leur meilleur rendement. Dans ce
cas, les émissions peuvent fortement varier (les émissions de NOx peuvent même parfois être supérieures à
celle d'un moteur diesel).
Les moteurs au gaz naturel sont principalement employés dans les véhicules lourds consacrés au trafic urbain
(bus urbains, camions poubelles...). De nombreux fabricants de véhicules lourds proposent des véhicules au
gaz naturel.
3.4.
MOTEUR A HYDROGENE
3.4.1. TECHNOLOGIE
L'hydrogène peut être utilisé dans un moteur à allumage commandé. L’utilisation d’une bougie est nécessaire
pour enflammer le mélange parce que la température d'auto-inflammation de l'hydrogène est trop élevée et
que cela nécessiterait de réaliser de trop grands rapports de compression (et donc des rapports
volumétriques trop importants en pratique, voir véhicules légers).
9
http://www.cleanairnet.org/infopool/1411/propertyvalue-17731.html
49
On peut utiliser aussi bien des mélanges pauvres que riches. Dans un premier projet de démonstration, MAN
a développé quelques bus propulsés par un moteur atmosphérique (i.e. non suralimenté) travaillant avec des
mélanges riches, équipés d'un catalyseur pour réduire les émissions de NOx. Dans un projet plus récent
réalisé à Berlin depuis 2006, des bus MAN ont été équipés de nouveaux moteurs turbo de 200 kW
fonctionnant en mélange pauvre (λ>2). Le moteur diesel a été modifié afin d’accueillir des injecteurs
directement dans la chambre de combustion et des bougies servant à l’allumage. La pression d’injection est
relativement faible (3 à 10 bar) et le démarrage de l’injection est précoce. Le système ne comprend pas de
traitement des gaz brûlés. Le moteur présente une puissance plus grande qu’en mélange riche dans un
moteur atmosphérique. Le projet pilote rapporte des efforts de maintenance relativement grands ce qui est
compréhensible parce qu'il s'agit de prototypes. L'université de Gand a transformé un moteur diesel en un
moteur à hydrogène pour qu'il soit placé dans un bus urbain. La composition du mélange varie en fonction de
la charge. Il a fallu optimaliser la durée d'inflammation, le temps d'injection et la pression d'injection du
moteur à hydrogène pour qu'il ait assez de puissance pour être utilisé dans un bus urbain.
L'inconvénient de l'hydrogène est sa faible densité d'énergie par unité de volume. On peut stocker
l'hydrogène sous haute (350 bar) ou très haute (700 bar) pression, en le liant chimiquement à des hybrides
métalliques ou sous forme liquide dans un réservoir cryogénique (température très basse, -253°C). Pour les
bus, cela n'est pas un problème parce que le carburant peut être stocké sur le toit du véhicule.
Le tableau ci-dessous donne des émissions d'un moteur à hydrogène pour un bus urbain.
Tableau : émission du bus MAN's H2-ICE utilise dans le programme HyFLEET:CUTE
mesurées selon les cycles européens stationnaires (ESC 13-stage test))
NOx
HC
PM
CO
10
(Les valeurs sont
0.2 g/kWh
0.04 g/kWh
0.005 g/kWh
Below measurable limits
Un certains nombre de bus à hydrogène sont actuellement utilisés dans le cadre de projets de
démonstration. Citons par exemple le moteur MAN dans le Munchen Airport Project.
3.5.
MOTEUR ELECTRIQUE
3.5.1. TECHNOLOGIE
Un véhicule électrique est un véhicule propulsé par un moteur électrique dont l'énergie est fournie par des
batteries ou qui est lié d'une manière ou d'une autre directement au réseau de distribution d'électricité. La
traction électrique est courante dans les transports en commun (train, métro, tram, trolley bus), dans les
véhicules industriels (ex. les chariots élévateurs), les voiturettes de golf, sur les plate-formes vicinales et les
aéroports. Les voitures et camions électriques sont par contre plus rares sur la route. Mais les minibus et les
bus électriques restent bien adaptés aux transports urbains pour répondre au besoin des collectivités de
réduire la pollution et les nuisances sonores dans les villes.
Le système de propulsion des véhicules lourds électriques est semblable à celui des voitures électriques (avec
des composants proportionnels à la taille du véhicule) et consistent en les éléments suivants :
10
http://www.ika.rwth-aachen.de/r2h/index.php/Hydrogen_Internal_Combustion_Engine
50
•
•
•
•
un moteur électrique qui transforme l’énergie électrique en énergie mécanique ;
une source d’énergie électrique généralement des batteries ;
un système électronique (hacheur et onduleur) pour transformer le courant continu en courant
alternatif et moduler la puissance, le couple et la vitesse de rotation du moteur électrique ;.
une transmission (réducteur, différentiel, roues).
Différents types de moteur peuvent être utilisés pour propulser des véhicules électriques. Les moteurs
électriques les plus courants utilisés pour équiper les voitures sont les moteurs à courant continu (shunt ou
série, circuit alimenté séparément) ou les moteurs à courant alternatif asynchrones (monophasés ou
triphasés) ou les synchrone monophasé. Ces moteurs électriques ont un bien meilleur rendement que les
moteurs à combustion interne. La puissance du moteur installée est en générale plus faible que celle des
poids lourds conventionnels, ce qui entraîne également une diminution de la vitesse maximale.
Comparativement aux moteurs à combustion interne traditionnels, un moteur électrique dispose d'un
couple beaucoup plus élevé aux bas régimes et une grande plage de fonctionnement (0-13000 tours), si bien
qu'il ne nécessite souvent pas de boite de vitesses avec différents rapports. Cela donne un plus grand confort
de route aux véhicules électriques. D'autres caractéristiques importantes du moteur électrique est qu'il émet
peu de bruit et de vibrations ainsi qu'un faible temps de réponse.
Le stockage de l'énergie dans le véhicule représente le réel point faible des véhicules électriques.
L'autonomie des véhicules électriques est limités (70 à 150 km) et le temps de charge des batteries est
relativement long (4-6 heures), la masse des batteries est relativement grande et le nombre de batteries
limite le tonnage.
On trouve une grande variété de batteries, des plus anciennes (Acide Plomb) aux plus modernes (Lithium
Ions ou Lithium Polymère) chacune ayant ses avantages et ses inconvénients. Certains véhicules,
principalement des véhicules industriels, sont équipés de batteries acide-plomb. L'avantage de ces batteries
est le coût relativement bas tandis que l'inconvénient est sa capacité de stockage par unité de masse
relativement faible. On utilise également des batteries Ni Cd (Nickel-Cadmium). Celles-ci ont une capacité
plus élevée et une durée de vie plus longue mais sont plus chères et le Cd doit être impérativement recyclé.
Une technologie de batterie plus avancée permettrait une réduction supplémentaire de la masse du véhicule.
A moyen terme, les batteries Lithium-ion offrent vraisemblablement de meilleures possibilités. On dépense
dans le monde entier beaucoup d'énergie dans le développement de ces batteries.
La batterie ZEBRA (NiNaCl2) utilisée dans certains bus électriques permet une autonomie de l'ordre de 76 à
140 km pour le bus électriques Europolis IrisBus et de 120 km pour le minibus GRUAU (toujours avec un
temps de recharge de plusieurs heures).
D'autres aspects importants pour l'utilisation pratique des batteries sont la variabilité de la capacité
électrique de la batterie par rapport au vieillissement ou à la température et le problème de l’auto-décharge.
Cela peut en effet réduire fortement l'autonomie du véhicule. Les nouveaux développements prêtent
également attention à ces problèmes.
On réfléchit également au stockage de l'énergie électrique dans des supercondensateurs plutôt que dans des
batteries. Cette technologie est encore en phase de développement. Ces avantages sont la dynamique (pic
de courant et de puissance) et la compacité.
Les systèmes de propulsion électrique conviennent très bien à la récupération de l'énergie cinétique au
freinage. Lorsque le véhicule freine, le moteur travaille alors comme une génératrice. Une partie de l'énergie
cinétique du véhicule peut alors être reconvertie en énergie électrique et restockée en vue d'être utilisée
ultérieurement.
51
Le rendement d’une chaîne de traction électrique est supérieur à 60% (contre environ 22% pour une véhicule
diesel). Le rendement énergétique « Tank-to-Wheel » des véhicules électriques (de la prise électrique aux
roues) est typiquement de 60% (55 à 65%) avec des batteries au plomb et de 72% (65 à 80%) avec les
batteries au lithium : env. 85-87% pour le chargeur et de 75 à 85% pour le cycle de charge et décharge avec
batteries au plomb ; env. 88-90% pour le chargeur et de 85 à 95% pour le cycle de charge et décharge avec
batteries au lithium ; 96-98% pour l’électronique de contrôle du moteur; et de 90 à 95% pour le moteur
électrique. C'est-à-dire que typiquement 60 à 72% de l’énergie électrique consommée à la prise est
transmise aux roues – et 40 à 28% est perdu en chaleur ! Le rendement énergétique « Tank-to-Wheel » des
véhicules électriques est donc autour de trois fois supérieur à celui des meilleurs véhicules à carburant (hors
hybrides).
Un rendement global de 70 % signifie que 70 % de l'énergie prélevée à la prise de courant arrive sous forme
d'énergie utile aux roues. La régénération de l'énergie de freinage permet, en circulation urbaine, une
récupération de 10 à 17 % de l'énergie communiquée aux roues, ce qui influence favorablement le
rendement.
Les véhicules électriques ne produisent pas de gaz polluants locaux, mais cela ne veut pas dire que ces
véhicules n'émettent rien. L'électricité nécessaire est produite dans une centrale électrique et les émissions
qui en découlent doivent être prises en compte dans les mêmes proportions que l'utilisation énergétique des
véhicules électriques. Les émissions des voitures électriques dépendent donc de la composition du réseau de
production d'électricité (340 gC02/kWh en moyenne en Europe). Les véhicules électriques sont en principe
bien adaptés pour fonctionner intégralement à partir de sources d'énergie renouvelable, tels que
l'hydroélectrique et l'énergie solaire mais en pratique, dans de nombreux pays, on utilise des méthodes
basées sur les énergies fossiles qui sont beaucoup moins respectueuses de l'environnement pour produire
l'électricité.
Avec les possibilités actuelles, la traction électrique avec stockage d'énergie électrique dans le véhicule est
particulièrement bien adaptée à une utilisation moyennement lourde. Pour les véhicules les plus lourds
comme les bus, trolley, l'électricité doit être fournie via une caténaire.
L’autonomie des bus électriques est limitée à une centaine de km. La vitesse maximale est comparable à celle
des bus de ville conventionnels (60 à 70 km/h). Ce qui ne pose aucun problème en zone urbaine.
Certains prototypes de bus électriques existent dans différentes villes Européennes. En 2005, près de 20
villes en France ont déjà mis en service leur réseau de bus électriques, et 18 autres villes en 2006. Dans le
monde, ce sont plus de 2000 bus électriques qui devraient être en circulation vers 2010. Malheureusement
en 2009, il y a peu de bus électriques (hormis les trolleys bus) commercialisés.
3.6.
PILES A COMBUSTIBLE
3.6.1. TECHNOLOGIE
Dans les piles à combustible, le courant est produit par une réaction électrochimique. L'énergie chimique du
carburant est directement convertie en énergie électrique sans processus thermiques ou mécaniques
intermédiaires. Le carburant réagit avec l'oxygène et l'énergie produite est libérée sous forme de courant
basse tension et partiellement de chaleur (à cause des irréversibilités). Le courant électrique est utilisé dans
un moteur électrique servant à la propulsion du véhicule.
Différents types de piles à combustible sont disponibles mais pour les applications aux moyens de transports,
on utilise la plupart du temps une pile PEM (Proton Exchange Membrane).
52
Le rendement thermodynamique des piles à combustible est meilleur que celui des moteurs à combustion
interne (plus de 90% en théorie, aux alentours de 50% en pratique). Le rendement à charge partielle est aussi
plus élevé car peu sensible à la charge dans une large plage de fonctionnement.
Voir aussi Véhicules légers – piles à combustibles
Par rapport aux possibilités d'applications de la pile à combustible aux véhicules particuliers à court ou
moyen terme, les piles à combustibles sont plus intéressantes dans le domaine du transport en commun. En
effet, outre les avantages procurés en termes de silence de fonctionnement et de respect de
l'environnement appréciables en milieu urbain, cette technologie apparaît bien plus rentable dans le cas de
bus étant données que la gestion du carburant est facilitée par ravitaillement aux dépôts (flotte captive). A
titre d'exemple le bus allemand NEBUS, sorti en 1997, roule à 80km/h et il a une autonomie de 250km. Ce qui
est largement suffisant pour les besoins quotidiens d'un bus avec un ou deux ravitaillements. En outre
l’architecture des bus se prête généralement bien à l’intégration du système à hydrogène. Les surfaces du
toit sont à cet égard propices à accueillir les réservoirs (emplacement ventilé notamment).
Fig. Projet NEBUS de Mercedes-Benz
Les piles à combustible qui fonctionnent directement avec de l'hydrogène (sans reformeur) n'émettent rien si
ce n'est de l'eau et de la chaleur. L'impact environnemental dépend alors du processus de production de
l'hydrogène.
Voir aussi Véhicules légers – piles à combustibles
Des bus avec pile à combustible sont déjà consacrés à un certains nombre de projets de
démonstration.
Plusieurs prototypes de bus ont été construits à partir de 1993. Le canadien
Ballard, a fait office de pionnier avec six bus (pile de 200kw), qui ont été déjà testés
aux USA. La firme allemande Daimler développe des bus fonctionnant à l'hydrogène. Le premier
53
bus NEBUS (New Electric Bus) fut présenté en 1997. L’industriel allemand MAN a programmé un
modèle de bus pour la ville de Berlin équipé de la PAC.
Récemment, le projet CUTE a mis en service une flotte expérimentale de 30 bus
(Mercedes – Benz – Citaro) répartis dans 10 villes européennes. (http://www.fuelcell-bus-club.com). En Belgique la firme Van Hool en collaboration avec UTC
Power, Siemens and Air Liquide va produire une petite série de 8 bus motorisés par
une pile à combustible. Le premier de ces bus sera mis en service sur les lignes de
la société flamande De Lijn. Pour plus de détails consulter le site de la firme Van
Hool (http://www.vanhool.be).
A côté de ses applications routières, des constructeurs planchent sur un tramway propre et sans
caténaire (développé par MATRA et IRISBUS), ainsi que pour des applications pour des navires
(notamment pour l'armée car la propulsion est plus discrète).
La technologie des PAC n'ayant pas encore atteint le stade de la production industrielle de masse, le prix
d'achat des véhicules à pile à combustible reste très élevé. En autres obstacles, la recherche devra résoudre
le problème de la quantité de matériaux nobles (e.g. platine) dont le prix est très élevé, l’amélioration des
matériaux de membranes perméables aux protons, etc.
3.7.
MOTORISATION HYBRIDE
3.7.1. TECHNOLOGIE
Par analogie avec les voitures, on trouve ici aussi différents systèmes de propulsion qui ont naturellement
une puissance plus grande vu la masse plus élevée des véhicules (par ex. 200 kW pour un 14 tonnes).
Le principe de la récupération d'énergie au freinage et du "stop and go" avec redémarrage électrique ou
hydraulique constitue un atout intéressant pour les véhicules hybrides électriques lourds particulièrement les
poids lourds ou les bus qui roulent dans un contexte urbain, ou encore pour les camions de livraisons ou de
ramassage des ordures ménagères. Avec leurs arrêts fréquents et leurs systèmes hydrauliques énergivores,
les camions à ordures sont de bons candidats pour la conversion à la propulsion hybride diesel-électrique.
Ceci est aussi valable pour les engins militaires ayant des masses très élevées et fréquentant des terrains
souvent accidentés.
Les deux types de système de propulsion les plus utilisés sont :
• Les hybrides série:
La propulsion du véhicule est toujours électrique. L'utilisation hybride entre en action lorsque, alors que le
véhicule est en marche, les batteries doivent être rechargées par ce que l'on appelle une APU (Auxiliary
Power Unit) qui transforme par exemple le combustible en électricité au moyen d'un moteur à combustion
interne qui entraîne une génératrice. Celle-ci est en général déconnectable par le conducteur si bien qu'il
peut rouler en centre ville en mode électrique pure, diminuant ainsi les émissions à zéro momentanément.
• Les hybrides parallèles :
Ils offrent l'avantage de combiner le système de propulsion électrique et de propulsion classique utilisant un
moteur thermique. Mais cela augmente la complexité du système global. Le poids lourd électrique hybride
parallèle est une voie prometteuse avec des développements très variés en cours. Quelques modèles sont
déjà opérationnels. Ils permettent de couvrir les besoins d’utilisation urbaine de manière nettement moins
54
restrictive que les véhicules purement électrique: ramassage d'ordures ménagères, distribution de
marchandises en ville, etc. Leurs niveaux de pollution sont moins élevés que les meilleures solutions diesel
actuelles et les réductions de consommation atteignent 20 à 40 % selon la technologie et selon l’énergie qui
peut être récupérée lors des phases de décélération et de freinage.
Il est évident que l'énergie du freinage régénératif – c'est le freinage sur les moteurs électriques avec
récupération de l'énergie électrique – est clairement plus élevée que dans les voitures (17% au lieu de 12%).
Dans ce cas, la conduite et l'inertie du véhicule jouent clairement un rôle important.
Un autre aspect remarquable est la présence d'un grand couple sur une zone linéaire entre l'arrêt et en
vitesse, rendant l'usage de la boite de vitesse inutile et permettant par exemple de franchir aisément une
côte ou de développer des forces de traction très importantes.
Les véhicules hybrides lourds ne sont pas encore disponibles dans le commerce, mais l’offre des
constructeurs et la demande évoluent très vite.
Des bus hybrides sont déjà utilisés dans des projets de recherche en collaboration avec différentes villes.
Plusieurs prototypes, comme e700, sont développés et expérimentés aux USA avec la Société FEDEX dont 18
camionnettes hydrides diesel /électrique parallèle destinés à la distribution des colis à Sacramento, New
York, Tampa et Washington. Les mêmes projets ont lieu en France avec l’ADEME et dans d’autres pays
européens au sein du groupe ELCIDIS (electric vehicle city distribution systems) ainsi qu’au Japon. A
STOCKHOLM, 6 camions hybrides électriques MERCEDES ATEGO 1217 d’une capacité de 2300 kg ou 35 m3
sont utilisés. Ils ont une autonomie de 30 km en mode électrique pour les livraisons de marchandises en
centre ville et si nécessaire passent en mode diesel en dehors du centre. En Wallonie et à Bruxelles, Green
Propulsion développe avec les TEC un projet pilote de bus hybride diesel (configuration parallèle). La société
VOLVO a annoncé son intention de mettre en production un bus 12 mètres hybride diesel électrique (Volvo
11
7700 hybrid bus) . Ce nouveau modèle sera disponible en 2009.
Les évaluations du surcoût des bus hybrides l'élèvent entre 35% et 80% au dessus des coûts d'un bus
conventionnel, mais la plupart des études annoncent des gains de consommation de l’ordre de 30% et une
réduction de 40 à 50% des émissions de polluants gazeux et de bruit.
Selon les comparaisons faites aux USA entre l’hybride e700 et un véhicule diesel classique W700, équipé d’un
moteur Diesel CUMMINS 6 cylindres de 5,9 litres; les réductions de consommation sont comprises entre 42
et 57 %. Cela est dû en particulier à la récupération d’énergie cinétique lors des ralentissements fréquents
dans les services urbains.
Voir Véhicules léger – propulsion hybride
11
http://www.volvo.com/bus/global/en-gb/volvogroup/Environment/going+greener/hybrid/hybrid.htm
55
4. CARBURANTS ET TECHNOLOGIES
Ce chapitre décrit les aspects techniques et environnementaux des carburants conventionnels et alternatifs.
Les carburants sont utilisés dans une technologie de propulsion déterminée.
Vous trouverez plus d'informations sur les technologies de propulsion dans les rubriques
"technologie des transports légers" ou des applications spécifiques aux véhicules lourds dans
"technologie pour véhicules lourds".
4.1.
Raffinage du pétrole :
La majorité des carburants actuels sont dérivés du pétrole. L’essence, le diesel et le LPG sont produits par
raffinage à partir du pétrole brut. Le raffinage du pétrole peut être défini comme la séparation physique,
thermique et chimique du pétrole brut en différentes fractions. La raffinerie de pétrole est l’installation où se
déroule ce processus.
La première étape du raffinage est la distillation, procédé qui consiste à séparer les fractions d'hydrocarbures
contenues dans le pétrole, les unes des autres. Les toutes premières raffineries de pétrole se résumaient à
peu près à une colonne de distillation.
La distillation est basée sur la différence des températures d'ébullition de chacun des produits purs contenus
dans le pétrole. Tout comme chez le distillateur de whisky, on chauffe le pétrole dans une colonne fermée
qu'on appelle la colonne de distillation et grâce à la différence de température d'ébullition des composants
en présence, on recueille à différents niveaux de la colonne des fractions de produits légers (LPG),
intermédiaires (essence), moyens (diesel) et lourds (fuels lourds).
Ces fractions de distillation sont ensuite transformées en produits pétroliers finis.
Article Raffinage du pétrole de Wikipédia en français
4.2.
Essence
4.2.1. CARACTÉRISTIQUES
L'essence est un des produits du raffinage du pétrole brut. Les informations relatives à l’utilisation de
l’essence par les véhicules se trouvent au chapitre 1. L’essence est constituée d’un mélange d'hydrocarbures
issus du pétrole et d’autres produits combustibles ou adjuvants permettant d'améliorer les caractéristiques
du carburant, notamment l’indice d’octane. L'essence est liquide et possède une grande densité d'énergie
mesurée par son pouvoir calorifique.
Pouvoir
Calorifique Masse
Inférieur (MJ/kg)
(kg/litre)
volumique Pouvoir Calorifique volumique
(MJ/litre)
Essence ordinaire
43,3
0,735
31,8
Essence super
42,9
0,755
32,4
Elle s'évapore relativement vite, d’autant plus vite que la température est élevée si bien que lorsque
l’on introduit l'essence dans le moteur, il y a formation d'un mélange de gaz pouvant alors être
enflammé. C’est aussi un carburant particulièrement bien adapté aux moteurs quatre temps à
allumage commandé.
Le pétrole contient des quantités variables de soufre selon son origine. Le soufre doit absolument être
éliminé pour satisfaire aux normes de qualité de l’essence. Lors du raffinage, la teneur en soufre de l’essence
est réduite de façon à respecter les normes réglementaires.
56
Dans le passé, on ajoutait du plomb (plomb tétraéthyle) à l'essence pour en augmenter la résistance au
cliquetis (mesuré par l'indice d'octane). On ajoute désormais d'autres additifs, le plus souvent contenant de
l’oxygène (alcools, éthers,…) dont la nature peut varier suivant le producteur de carburant.
Essence :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Essence_(hydrocarbure)
Benzine :
http://nl.wikipedia.org/wiki/Benzine
4.2.2. FACTEURS DE QUALITÉ (NORMES)
Les essences européennes sont soumises aux spécifications de la norme CEN EN 228. Celle-ci spécifie pour
deux types d’essence une série de caractéristiques dont l’indice d’octane.
L'indice d'octane mesure la résistance d'un carburant utilisé dans un moteur à allumage commandé à l'autoallumage (allumage sans intervention de la bougie). Pour améliorer l'indice d'octane, on ajoute des produits
anti-détonants (par exemple du tétraéthyle de plomb, maintenant interdit en Europe et remplacé par
exemple par le methyl-tert-butylether (MTBE)) qui permettent l'utilisation du carburant dans un moteur à
plus haut taux de compression, et donc potentiellement un moteur à plus haut rendement.
Si on utilise un carburant à indice d'octane trop faible dans un moteur, le combustible risque de
s'enflammer spontanément à cause de la compression dans le cylindre. Lorsqu'un tel allumage
spontané se produit, la combustion se fait dans des conditions anormales qui fatiguent
12
l'embiellage et le vilebrequin. Dans ce cas, on dit que le moteur cliquette.
L'indice est dit RON ou MON selon le système de mesure utilisé. L’indice d’Octane Recherche
(Research Octane Number, RON), est mesuré dans des conditions de vitesse et d'accélération
faibles. Il caractérise le comportement d’un carburant à bas régime ou lors des accélérations.
L’indice d’Octane Moteur (Motor Octane Number, MON) est mesuré en conditions sévères et évalue
la résistance d’un carburant au cliquetis à haut régime.
12
Adaptation de la bielle au vilebrequin. Aussi, l'ensemble des pièces mécaniques qui permettent de
transformer le mouvement rectiligne du piston en mouvement circulaire.
57
Caractéristiques
Unités
Masse volumique à 15°C
kg/m³
Norme NBN
EN 228
Essences
720 à 775
Indice d’octane Recherche (RON)
• Eurosuper 95
• Superplus 98
95,0 min.
98,0 min.
Indice d’octane Moteur (MON)
• Eurosuper 95
• Superplus 98
85,0 min.
88,0 min.
Teneur en soufre (depuis 2005)
Teneur en soufre (à partir de 2009)
mg/kg
mg/kg
50 max.
10 max.
Teneur en hydrocarbures aromatiques (depuis 2005)
Teneur en benzène
Teneur en oléfine
Teneur en O2
Teneur en méthanol
Teneur en éthanol
Teneur en éther à plus de 5 atomes de Carbone
% v/v
% v/v
% v/v
% v/v
% v/v
% v/v
% v/v
35 max.
1 max.
18 max.
2,7 max.
3 max.
5 max.
15 max.
Distillation
• % évaporé à 70°C - été (du 1er mai au 30 septembre)
• % évaporé à 70°C - hiver (du 1er novembre au 31 mars)
• % évaporé à 100°C
• Point final de distillation
% v/v
% v/v
% v/v
% v/v
°C
20 à 48
22 à 50
46 à 71
75 min.
210 max.
Pression de vapeur - été (du 1er mai au 30 septembre)
Pression de vapeur - hiver (du 1er novembre au 31 mars)
kPa
kPa
46 à 50
65 à 95
4.2.3. TECHNOLOGIES RÉCENTES
La nécessité d’offrir de l’essence sans plomb a demandé aux pétroliers d’autres solutions pour augmenter le
taux d’octane. Après avoir augmenté la teneur en composés aromatiques (dont notamment le benzène,
caractérisé par une forte carcinogénicité), actuellement ce sont essentiellement des composés oxygénés qui
sont ajoutés. Ces composés peuvent être des alcools, des éthers ou des molécules plus complexes
synthétisées spécialement pour être ajoutées aux essences. L’éthanol qui est actuellement obtenu par
fermentation de productions agricoles (voir le chapitre « agro-carburants) peut être ajouté dans l’essence.
L’éthanol peut également servir à synthétiser la molécule de ETBE (éthyl tertio butyl éther, obtenu
par synthèse chimique résultant de l'addition catalytique d´éthanol sur l´isobutène). L'ETBE peut
être incorporé jusqu'à 15% en volume dans l'essence. Le méthanol quand à lui sert à synthétiser le
MTBE (méthyl tertio butyl éther). Le MTBE, à base de méthanol moins coûteux à produire, est
actuellement largement préféré.
58
4.2.4. CARBURANTS AMÉLIORÉS
Les compagnies pétrolières ont récemment mis sur le marché des carburants améliorés : Total Excellium, BP
Ultimate et Shell V-Power. Ces carburants, plus chers à la pompe, permettraient de réduire la consommation
et les émissions de polluants atmosphériques, même si leur efficacité n'est pas toujours mesurable par
l'automobiliste, surtout sur les modèles un peu anciens.
Il n’existe pas de sources indépendantes attestant de ces avantages. Ces résultats, rendus disponibles
essentiellement par les compagnies, seraient rendus possibles grâce à des additifs et à une préparation
particulière du carburant. Disposant d'un pouvoir détergeant supérieur aux carburants classiques, ces
carburants permettraient d'éviter le dépôt des saletés, tout en conservant un fort pouvoir lubrifiant qui
permet de limiter les phénomènes de friction.
Les avantages de réduction des frottements se présentent sous deux formes. Tout d'abord, les carburants
améliorés peuvent réduire les frottements du moteur directement en déposant les composants sur les parois
supérieures des cylindres. Mais on note également un avantage prolongé puisque ces composants passent
directement du carburant au lubrifiant. En fait, ces nouvelles formulations peuvent améliorer les propriétés
de réduction des frottements de l’huile lubrifiante entre deux révisions en introduisant constamment des
nouveaux composants de réduction des frottements. Cela compenserait ainsi la perte de propriétés
lubrifiantes, habituellement constatée, au fur à mesure de la dégradation du lubrifiant.
4.2.5. CONSOMMATION (DEMANDE) MONDIALE
La part de l’essence vendue en Belgique en 2007 a été de 19 % du volume total des carburants vendus. En
1973, elle était de 70 % et en 1985, de 54 %. En 2007, la consommation d’essence en Belgique s’est élevée à
1 394 000 tonnes.
Fédération pétrolière belge : http://www.petrolfed.be/
La proportion de plus en plus grande du diesel vendu en Europe accroît les quantités d’essence disponibles
en sortie des raffineries. Elle peut donc être exportée en Amérique du Nord qui est grande consommatrice
d’essence. La consommation d’essence des Etats-Unis qui s’élève à environ 450 millions de tonnes par an,
représente 45 % de la demande globale US en produits raffinés. C’est une part importante (environ 11 %) de
la consommation mondiale de produits pétroliers. En raison de capacités de raffinage limitées, les USA
importent 12% de cette essence (un million de barils par jour).
4.2.6. RÉSERVES MONDIALES
L’essence est produite aujourd’hui presque exclusivement à partir de pétrole. Le pétrole représente 35 % de
la demande mondiale de l'énergie primaire. La consommation mondiale de pétrole est de 83 millions de
barils/jour (en 2005, contre 69,5 en 1995). L'OPEP (Organisation des Pays Exportateurs de Pétrole) assure
41,7 % de la production totale.
D’après l’Association Internationale de l’Energie (AIE), les réserves de pétrole exploitables (c'est-à-dire
exploitables au prix du marché) seraient de 130 milliards de tonnes soit l’équivalent de 13 années de
consommation mondiale d’énergie primaire (la part du pétrole dans la consommation d’énergie primaire
étant de 34 %). Actuellement, la planète consomme 3,9 milliards de tonnes de pétrole par an dont 50% pour
les transports (diesel, essence, LPG, kérosène…).
59
Au rythme actuel, les réserves mondiales prouvées de pétrole peuvent couvrir environ 40 années de
production, mais c’est sans compter sur une augmentation vraisemblable de la demande tandis que la
découverte de nouveaux gisements est de plus en plus difficile.
L'OPEP dispose de 75% des réserves prouvées de pétrole.
Pays
Arabie Saoudite
Iran
Iraq
Koweït
Emirats Arabes Unis
Venezuela
Russie
Réserves en % du total
22%
11,5%
9,6%
8,5%
8,1%
6,6%
6,2%
La composition de l'essence a évolué au cours des années. Dans un premier temps pour en augmenter les
performances, mais, ces dernières années, également pour diminuer l'impact environnemental. Les impacts
environnementaux de l’utilisation de l’essence sont dus à la combustion dans le moteur mais également à ses
caractéristiques intrinsèques. La commercialisation de l'essence plombée est interdite en Europe depuis l'an
2000. On considère toutefois que des traces de plomb subsistent dans l’essence en raison d’impuretés dans
le pétrole. La teneur maximale en benzène a été limitée à 1% depuis 2005. Une spécification limitant la
teneur en aromatiques a été introduite en 2000 et a été sévérisée en 2005.
La grande volatilité de l’essence en fait une source importante d’émissions atmosphériques de Composés
Organiques Volatils (COV). Les pertes de COV par évaporation peuvent survenir à tous les stades de la
production, lors du transport et des transvasements divers du produit. Des réglementations européennes,
destinées à réduire les émissions de ces opérations de transfert, sont également en vigueur. La teneur des
13
oléfines , qui peuvent intervenir dans la production d’ozone, est elle aussi réglementée depuis 2000.
Un moteur à explosion classique fonctionnant à l’essence est susceptible d’émettre des quantités
significatives de CO, de NOx et d’hydrocarbures imbrûlés. Les pots catalytiques trois voies réduisent
efficacement ces émissions hormis lors des démarrages à froid.
On considère généralement que les véhicules à essence n’émettent pas de poussières. En fait, de très fines
poussières sont émises dont une partie s’explique par la présence de soufre dans le carburant. Dans la
mesure où la masse de ces poussières est très faible, elles sont difficiles à quantifier. L’évaluation sanitaire de
ce type de particules est encore en cours.
Depuis 2005, tous les carburants doivent avoir une teneur en soufre inférieure à 50 ppm et tous les États
membres de l’Union européenne ont l'obligation de commercialiser depuis 2009 des carburants à teneur en
soufre inférieure à 10 ppm. Ceci permet la mise en œuvre de systèmes de post traitement des fumées plus
efficaces et une meilleure utilisation des catalyseurs pour satisfaire aux normes d'émissions Euro 4 et Euro 5.
13
Nom générique des hydrocarbures insaturés, linéaires ou ramifiés, possédant une double liaison (dite
éthylénique) entre deux atomes de carbone, par exemple, l'éthylène.
60
4.3.
Diesel
Comme l’essence, le diesel est produit par distillation de pétrole brut. Il consiste en un mélange
d'hydrocarbures issus de la distillation du pétrole et d’autres produits combustibles ou adjuvants
permettant d'améliorer les caractéristiques du carburant.
Le diesel contient une plus lourde fraction d'hydrocarbures que l'essence. Il est donc moins volatil et
moins fluide que l'essence mais possède une plus grande densité d'énergie. La composition du
diesel a évolué au cours du temps et changera encore dans le futur pour répondre aux nouvelles
exigences européennes.
Pouvoir
Calorifique Masse
Inférieur (MJ/kg)
(kg/litre)
Diesel
42,6
0,840
volumique Pouvoir
Calorifique
volumique (MJ/litre)
35,8
4.3.2. FACTEURS DE QUALITÉ (NORMES)
L'indice de cétane permet de mesurer la qualité de combustion d'un gazole. L'indice se rapporte au
délai d'inflammation, c’est à dire la période qui s'écoule entre le début de l'injection de carburant et
le début de la combustion. Une combustion de bonne qualité se produit avec une inflammation
rapide suivie d'une combustion régulière et complète du carburant. Plus l'indice de cétane est élevé,
plus le délai d'inflammation est court et meilleure est la qualité de la combustion. Inversement, les
carburants avec un faible indice de cétane sont lents à s'enflammer, puis brûlent trop rapidement,
entraînant des taux élevés d'augmentation de pression.
Si l'indice de cétane du gazole est trop faible, ces mauvaises caractéristiques de combustion
produisent un bruit excessif du moteur, augmentent les émissions de gaz d'échappement et
réduisent les performances du véhicule tout en accentuant les contraintes exercées sur le moteur.
Une fumée excessive, ainsi que les autres émissions invisibles et le bruit de combustion sont des
problèmes fréquemment associés aux véhicules diesel, en particulier lors de démarrages à froid.
Caractéristiques
Unités
mm²/s
Norme NBN
EN 590
Diesel
845 max.
51 min.
2,0 à 4,5
Masse volumique à 15°C
Taux de cétane (depuis 2000)
Viscosité à 40°C
Distillation
Température limite de Filtrabilité (CFPP) hiver
Température limite de Filtrabilité (CFPP) été
Teneur en soufre (depuis 2005)
Teneur en soufre (à partir de 2009)
Teneur en hydrocarbures polyaromatiques
kg/m³
% v/v
% v/v
% v/v
°C
°C
mg/kg
mg/kg
% v/v
< 65
> 85
> 95
- 15
0
50 max.
10 max.
11 max.
61
4.3.3. CARBURANTS AMÉLIORÉS
Les compagnies pétrolières ont récemment mis sur le marché des carburants diesel améliorés : Total
Excellium, BP Ultimate Diesel et Shell Diesel Extra. Ces carburants, un peu plus chers à la pompe,
permettraient de réduire la consommation et contribuent à la prévention de dépôts de saleté. Disposant
d'un pouvoir détergeant supérieur aux carburants classiques, ces carburants améliorés permettraient
d'éviter le dépôt des saletés, tout en conservant un fort pouvoir lubrifiant qui permet de limiter les
phénomènes de friction.
Certains fabricants annoncent des émissions diminuées de polluants
atmosphériques (surtout CO et hydrocarbures) et même des réductions de bruit.
4.3.4. CONSOMMATION (DEMANDE) MONDIALE
La part du diesel vendue en Belgique en 2007 a été de 81 % du volume total des carburants vendus. En 1973,
elle a été de 30 % et en 1985, de 46 %. En 2007, la consommation de diesel en Belgique s’est élevée à
6 462 000 tonnes.
La production des raffineries de l’Union européenne est excédentaire pour les essences alors qu’elle est
déficitaire pour le diesel. Ainsi, pour les gasoils et le diesel, les importations nettes correspondent à 8 % de la
production.
Au cours des dernières années, c’est le marché américain qui a absorbé l’excédent d’essences du raffinage de
l’UE, alors que le déficit en gasoil et en diesel a été couvert par des importations venant de Russie et du
Moyen Orient.
Les carburants diesel sont actuellement quasi uniquement fabriqués à partir du pétrole. La discussion sur les
réserves mondiales se trouve au paragraphe relatif à l’essence.
Une des évolutions les plus importantes est la diminution de la teneur en soufre maximale du diesel
er
de 500 mg/kg à 50 mg/kg. Depuis le 1 janvier 2009, la teneur maximale sera de 10 mg/m³ (ppm).
A noter que depuis 2005, une partie du diesel contient moins de 10 mg/kg (ppm) de soufre et est dit
« sans soufre ». Cette diminution a été rendue obligatoire par la norme européenne de 2005. En
Belgique, c'est cependant par une diminution des accises sur le diesel pauvre en soufre qu'on a pu
concurrencer le diesel plus riche en soufre. Le diesel pauvre en soufre réduit les émissions de
particules de suie et rend possible l'utilisation de catalyseurs et de filtres à particules.
En 2000, la densité maximale a été réduite et une spécification sur la teneur en polyaromatiques a été
introduite en raison de l’influence de ces deux caractéristiques sur les émissions d’imbrûlés et de particules à
l’échappement.
4.4.
LPG
LPG est l'abréviation de Liquefied Petroleum Gas. C'est le terme générique employé pour définir un
mélange de composés hydrocarbonés volatils (hydrocarbures en C3 (propane et propylène) et en
C4 ( butane, iso-butane, isobutène) issus de l’exploitation et du traitement du pétrole brut et du gaz
naturel. Le LPG est largement utilisé pour le chauffage et la cuisine ainsi que comme produit de
base de la pétrochimie. Il peut également être utilisé comme carburant de moteurs à allumage
commandé. L’Europe importe une quantité significative de sa consommation.
62
A pression atmosphérique et température extérieure normales, ces composés se trouvent sous
forme gazeuse mais il suffit d'une faible surpression (6 à 8 bar) à température ambiante pour que le
LPG soit liquide. Il est stocké sous une dizaine de bars dans les véhicules. Les constituants les
plus importants du LPG sont le propane et le butane. En hiver, on diminue la teneur en butane pour
être certain que le gaz ait suffisamment de pression à basse température. En Belgique, le LPG d'été
consiste en un mélange de 60% de propane et 40% de butane alors que celui d'hiver contient 70%
de propane et 30% de butane.
Grâce au fait qu’il est liquide et malgré sa faible masse volumique, le LPG possède une densité
énergétique intéressante.
Pouvoir
Calorifique Masse volumique Pouvoir
Calorifique
Inférieur (MJ/kg)
(kg/litre)
volumique (MJ/litre)
LPG
46
0.55
25.3
4.4.2. PRODUCTION
Le LPG provient soit d’opérations de purification du gaz naturel effectuées lors de son extraction, soit du
raffinage du pétrole brut.
4.4.3. TRANSPORT ET DISTRIBUTION (INFRASTRUCTURES)
Le LPG se transporte liquide, sous pression, du lieu de production aux stations-service, par bateau et par
camions citerne.
Les disponibilités de LPG sont liées aux réserves de pétrole et de gaz naturel. La consommation potentielle
de ce carburant est limitée toutefois par les capacités de raffinage qui ne permettent pas une production de
LPG excédent 5% environ des carburants produits par la raffinerie.
4.4.5. INTÉRÊT ENVIRONNEMENTAL
L’intérêt environnemental du LPG réside notamment dans sa composition. Son rapport H/C élevé entraîne
des émissions de CO2 moindres. Le fait qu’il ne contient pas de composés aromatiques assure une
combustion plus facile et une formation moindre de suies. Il n’y a pas ou peu de rejet de soufre, ni de plomb,
ni de benzène et peu d’évaporations dans la mesure où le remplissage est étanche. Par rapport au diesel, le
LPG a des émissions plus basses de NOx et de poussières mais des émissions de CO et d’hydrocarbures plus
élevées.
Actuellement, les véhicules fonctionnant avec ce combustible sont majoritairement commercialisés avec un
système "bicarburation" (fonctionnement à l'essence ou au GPL) qui permet de s'adapter à la densité de
stations de ravitaillement disponibles. Cette approche qui fait intervenir le GPL comme une "surcouche" sur
des véhicules essence existants, rend le fonctionnement en essence optimal. En revanche, le système n'est
pas optimisé pour le fonctionnement en GPL.
Voir également le paragraphe relatif au LPG dans le chapitre « Véhicules légers ».
Liens :
•
FEBUPRO, Fédération Butane Propane http://www.febupro.be/
63
•
Annuaire des stations LPG http://www.lpgonline.be
4.5.
Gaz naturel
Le gaz naturel est un carburant d’origine fossile dont les réserves sont importantes et dont la répartition
géographique est moins concentrée à l'échelle de la planète que celle de pétrole. Le gaz naturel convient très
bien comme carburant dans les moteurs à combustion interne. Le gaz naturel pour véhicules (abrégé en
GNV) peut être utilisé aussi bien dans des véhicules lourds que dans des véhicules légers.
Actuellement, seuls de très rares véhicules circulent en Belgique. Les véhicules roulant au gaz
naturel utilisent des technologies classiques de moteurs thermiques.
Le gaz naturel est constitué en grande partie de méthane (CH4), de petites quantités d'hydrocarbures plus
lourds (essentiellement de l’éthane et du propane), d'azote, de CO2... Il peut contenir une plus ou mois
grande quantité de soufre (H2S). La composition dépend de la source mais également de l'ajout éventuel
d'autres gaz. En utilisation domestique, le gaz naturel est « odorisé » : des traces de soufre organique
malodorant sont ajoutées pour donner une odeur détectable. Des spécifications ont toutefois été élaborées
sur le plan européen, si bien que les variations dans la composition ne peuvent pas poser de problème pour
le véhicule. A température ambiante, le méthane reste à l'état gazeux (il ne se liquéfie qu'à -160°C).
Le GNV présente un PCI massique plus élevé, d’environ 10 % que celui des carburants liquides traditionnels.
L’indice d’octane du méthane est d’environ 130.
Pouvoir Calorifique Inférieur (MJ/kg)
GNV
40 à 49 (selon sa composition et sa provenance)
Méthane
50
Le CH4 est toutefois un gaz à effet de serre dont le potentiel de réchauffement est élevé. On estime qu’un kg
de méthane est équivalent à 21 kg de CO2.
4.5.2. PRODUCTION
L’intérêt pour le gaz naturel date des premiers chocs pétroliers. Le secteur électrique, par la mise en œuvre
de centrale à cycle combiné (TGV) a été un moteur important de la croissance du marché gazier mondial.
L’exploitation tardive du GN s’explique en grande partie par le coût de son transport, plus élevé que celui du
pétrole. Il peut représenter la moitié du prix final.
L’extraction ne pose pas de difficultés particulières. Les techniques sont similaires à celles employées pour
récupérer le pétrole.
Le gaz naturel peut être remplacé par le biogaz. Produit par méthanisation de déchets fermentescibles,
déchets organiques ou produits verts, le biogaz est neutre sur le plan des émissions de CO2 car il restitue à
l’atmosphère ce que les végétaux ont capté par le cycle de photosynthèse. Le biogaz, après traitement, peut
être utilisé pour les motorisations GNV sans aucune adaptation. Pour devenir “biogaz carburant” et être
parfaitement équivalent au GNV obtenu à partir du gaz naturel, le biogaz doit toutefois subir une épuration
(hydrogène sulfuré, gaz carbonique…).
4.5.3. TRANSPORT
Aujourd’hui, le transport international se fait pour les trois quarts par gazoducs et le reste par méthanier,
sous forme de gaz naturel liquéfié. Le méthane est liquide à –160°C. Son volume est alors réduit de 600 fois.
64
Sous cette forme, il est plus facilement transportable par bateau sur de grandes distances et il peut aussi être
transporté par camion-citerne.
4.5.4. DISTRIBUTION (INFRASTRUCTURES)
Le GN est largement disponible en Europe via un réseau de gazoducs basse pression couvrant quasi toutes
les zones densément peuplées. Un réseau plus limité, à haute pression (40-60 bar) alimente le réseau basse
pression et quelques consommateurs industriels. Le réseau belge est particulièrement dense.
Le gaz naturel du réseau peut être utilisé pour approvisionner les stations-service. Il doit être comprimé à
une pression suffisante pour assurer un ravitaillement rapide. Pour des véhicules comportant des réservoirs
à 200 bar, une pression de 250 bar est requise.
Deux systèmes de remplissage existent :
• le système rapide : la station de compression est équipée de compresseurs plus ou moins
importants et de réservoirs de stockage de GNV. Le véhicule venant pour un ravitaillement
est alimenté en carburant directement à partir du stockage de GNV. Le temps de
remplissage est dans ce cas très rapide, de l’ordre de quelques minutes pour un plein.
Pendant ce temps, le compresseur complète le réservoir de stockage GNV ;
• le système “à la place” : le remplissage se fait lorsque le véhicule est stationné, par exemple
la nuit. Dans ce cas, la compression à partir du réseau basse pression s’effectue
directement dans le réservoir du véhicule et l’investissement de l’installation doit être
raisonnable. Le temps d’une opération de plein complet est de l’ordre de quelques heures.
4.5.5. STOCKAGE
Au niveau du stockage, la Belgique dispose de trois installations :
• le stockage souterrain de Loenhout (gaz riche), à l'état gazeux, dans des nappes aquifères à grande
profondeur : volume de stockage total d'environ un milliard de m³ ;
• L'installation ‘peak shaving’ de Dudzele dans la plate-forme de Zeebrugge (GNL) possède une
capacité de stockage utile de 57 250 m³ de GNL. Un investissement complémentaire était prévu
pour 2002-2003, entraînant une augmentation de la capacité de stockage de 19 000 m³ de GNL ;
• les trois réservoirs de GNL de la plate-forme de Zeebrugge peuvent également être considérés
comme capacité de stockage. La capacité de stockage utile s'élève à 3 x 87 000 m³ de GNL = 261 000
m³ de GNL. En avril 2008, un quatrième réservoir de stockage de GNL a été mis en service à
Zeebrugge. Avec la mise en service du quatrième réservoir, la capacité de stockage tampon au
Terminal atteint 380.000 mètres cubes de GNL, soit l'équivalent de trois cargaisons.
Dans les véhicules, le GN ne peut être utilisé à pression atmosphérique parce que son contenu énergétique
par unité de volume est trop faible. La densité d'énergie peut être augmentée en mettant le gaz sous
pression (en général à 200 bar), en le rendant liquide à basse température ou en l’adsorbant sur un solide,
par exemple du charbon actif ou des oxydes métalliques.
Actuellement, il est stocké à bord des véhicules, sous pression dans des bouteilles similaires aux bouteilles de
plongée.
Un premier point de vue concerne les impacts environnementaux de l’ensemble de la filière « amont », c'està-dire tout ce qui précède la combustion dans le véhicule. Deux aspects au moins doivent être envisagés :
1) Les émissions de CH4. Dans la mesure où le méthane est un gaz à effet de serre, les pertes et les
fuites à tous les stades de la production et du transport (champ d’exploitation, stations de
65
compression, accidents et opérations de maintenance, gazoducs). Les pertes de méthane
correspondant aux étapes de transport du gaz naturel par gazoducs jouent un rôle considérable
dans le bilan de l’impact sur l’effet de serre. Ces pertes sont relativement bien connues pour le
réseau de transport européen bien entretenu et sont considérées comme très faibles. La situation
est différente pour les autres réseaux. Dans les années 1990, les pertes de méthane de l'industrie
gazière russe équivalaient à 7 % du gaz transporté. Actuellement, de nouvelles estimations
montrent que les pertes se sont considérablement réduites pour atteindre 2 %.
2) Les consommations énergétiques. On a estimé les dépenses énergétiques de l’amont de la filière
(torchage sur champ, transport, distribution et compression) à un peu plus de 16 % de l’énergie
disponible. Cette valeur croît si le champ d’exploitation est plus lointain. L’autoconsommation liée
au transport par gazoducs est de l’ordre de 2 à 2.5 % pour 1000 km. La liquéfaction et le transport
du gaz naturel sur 1800 km implique une autoconsommation énergétique de l’ordre de 13.5% du
gaz transporté, dont 12% correspondent à l’usine de liquéfaction et 1.5% à l’acheminement par
méthanier.
Le deuxième point de vue est relatif à l’impact de l’utilisation du gaz naturel au niveau du véhicule (voir les
paragraphes correspondants dans le chapitre véhicules légers et véhicules lourds). Il convient de souligner ici
le fait que le rapport hydrogène sur carbone de la molécule de méthane implique, à consommation
énergétique équivalente, des émissions de CO2 plus faibles que pour les carburants classiques.
Liens :
International Association for Natural Gas Vehicles (IANGV) : http://www.iangv.org/index.php
Association Française du Gaz Naturel pour Véhicules :http://www.afgnv.com/
Association Royale des Gaziers Belges (ARGB) : http://gaznaturel.gazinfo.be/
4.6.
Hydrogène
L'hydrogène est actuellement une des matières de base des industries chimiques et pétrochimiques,
notamment dans la synthèse de l’ammoniac (industrie des engrais) et en raffinerie de pétrole. Il est
considéré également comme un des vecteurs énergétiques du futur.
L’hydrogène est capable de produire de la chaleur et de faire fonctionner des moteurs par combustion
directe (moteurs à combustion interne) avec de l’eau comme seul résidu. Il peut aussi produire directement
de l’électricité dans les piles à combustible, électricité qui servira dans le véhicule. Mais, il est nécessaire de
produire l’hydrogène et, en cela, comme l’électricité, il n’est pas à proprement parler une source primaire
d’énergie mais seulement un vecteur d’énergie.
Mais adopter l’hydrogène comme vecteur d’énergie demande de le produire, de le stocker (en particulier à
bord des véhicules), de le distribuer et d’assurer la sécurité de son utilisation.
La production d'hydrogène peut se faire en centrale ou sur le site d'utilisation. En ce qui concerne les
transports, il est également possible de produire l'hydrogène dans une installation dédicacée (reformeur) à
bord du véhicule.
La molécule d’hydrogène est très énergétique : elle a un PCI (pouvoir calorique inférieur) de 120 MJ/kg à
comparer, par exemple, au gaz naturel : 50 MJ/kg. Il est aussi le gaz le plus léger, ce qui lui permet de
diffuser très rapidement dans l’air (quatre fois plus vite que le gaz naturel), ce qui est un facteur positif pour
la sécurité. Lors de sa combustion, il ne génère que de l’eau (voir Environnement).
Toutefois, sa densité énergétique volumique est faible. Il occupe, à poids égal, beaucoup plus de volume
qu’un autre gaz. Ainsi, pour produire autant d’énergie qu’avec 1 litre d’essence, il faut 4,6 litres d’hydrogène
comprimé à 700 bar. Ces volumes importants constituent une contrainte pour le transport et le stockage
sous forme gazeuse.
66
En mélange avec l’air, comme la plupart des combustibles, l’hydrogène peut former des mélanges explosifs.
Il doit donc être utilisé avec précaution. Il possède une énergie minimale d’inflammation faible (0,02 mJ
contre 0,26 mJ pour le propane). Ses limites d’inflammabilité dans l’air sont larges, entre 4 et 75 % vol.
contre 2,1 à 9,5 % vol. pour le propane.
Depuis l’explosion du ballon dirigeable « Hindenburg », l’hydrogène possède malheureusement la mauvaise
image d’un gaz dangereux. Cependant, les risques associés à l’hydrogène ne sont pas plus importants que
ceux des autres combustibles mais ses propriétés étant différentes, il demande des règles de bonne pratique
adaptées.
4.6.2. FILIÈRES DE PRODUCTION
A partir de carburants fossiles par vaporeformage
A l'heure actuelle, la plus grande partie de l'hydrogène est produite par des techniques de
reformage thermochimiques à partir de combustibles fossiles. Le reformage est un processus
chimique par lequel les carburants contenant de l’hydrogène sont mis en présence de vapeur et,
éventuellement, d'oxygène et se transforment en un mélange riche en H2. La technique de
reformage thermochimique la plus connue est le vaporeformage du gaz naturel. Le rendement
énergétique du vaporeformage varie de 65% à 85% selon les investissements consentis pour
économiser l’énergie.
Toutes les voies attrayantes qui vont des énergies fossiles à l’hydrogène passent par le gaz de synthèse,
mélange de CO + H2.
Pour maximiser la production d’hydrogène à partir de gaz naturel, les deux principales réactions chimiques à
mettre en œuvre sont la production de gaz de synthèse et la conversion du CO sont :
Réaction 1 : CH4 + H2O  CO + 3 H2
Réaction 2 : CO + H2O  CO2 + H2
Bilan des deux réactions :
CH4+ 2 H2O  CO2 + 4 H2
Quatre m³ d’hydrogène peuvent ainsi être produit à partir d’un m³ de gaz naturel.
La réaction 1 correspond au vaporeformage proprement dit. Elle est endothermique, c’est à dire
qu’elle consomme de l’énergie. Les conditions opératoires dépendent du mode de purification finale
de l’hydrogène.
La réaction 2 correspond à la conversion du CO (ou water gas shift). Elle est légèrement
exothermique et plus ou moins complète, selon qu’elle est effectuée en 1 ou 2 étapes. Globalement,
le bilan des deux réactions précédentes est endothermique.
On peut mentionner également que le gaz de synthèse, après conversion du CO, contient en
moyenne 16 à 20% en volume de CO2. Les étapes suivantes consistent à séparer le CO2 et
l’hydrogène puis à éliminer les dernières traces d’impuretés. Ces étapes dépendent de la pureté
désirée de l’hydrogène et donc du mode de purification final.
67
Source : http://www.cea.fr/jeunes/themes/les_nouvelles_energies
A partir de carburants fossiles par oxydation partielle
L’oxydation partielle peut être effectuée sur des produits plus ou moins lourds allant du gaz naturel au
charbon. D’un point de vue économique, le traitement des charges lourdes se justifie quand le
surinvestissement consenti est compensé par un coût réduit de la matière première. Le rendement
énergétique est de 55% en moyenne.
A haute température (1200 à 1500 °C) et à pression élevée (20 à 90 bar ou plus), en présence d’oxygène en
tant qu’oxydant et d’un modérateur de température (la vapeur d’eau), l’oxydation partielle des
hydrocarbures conduit, à l’instar du vaporéformage, à la production de gaz de synthèse. En revanche, la
réaction est exothermique et se déroule en général sans catalyseur.
68
A partir de carburants fossiles par reformage autotherme
D’autres voies sont développées pour diminuer le coût du gaz de synthèse. Parmi celles-ci, le procédé «
Autotherme » de reformage auto-thermique est probablement le plus intéressant. Son principal atout est de
compenser (dans un même réacteur à lit fixe) les réactions endothermiques du vaporeformage par les
réactions exothermiques de l’oxydation partielle. Dans ce procédé, le gaz naturel et l’oxygène sont mélangés
en parallèle à de la vapeur d’eau avant d’être préchauffés. Ils sont ensuite dirigés vers le réacteur (catalyseur
à base de nickel, pression de 20 à 60 bar et température de 900 à 1100°C) pour la production de gaz de
synthèse.
La composition typique du gaz obtenu est la suivante :
H2 68%, CO 20%, CO2 10%, un peu de CH4 et de N2.
Il est à noter que le rapport H2/CO peut être modifié (selon la charge) et que les émissions de NOx
sont nulles. Les étapes suivantes sont classiques.
Ce procédé suscite beaucoup d’intérêt pour les grosses capacités et notamment la filière GtL (Gas
to Liquid) (voir paragraphe « carburants de synthèse »).
A partir de l'électrolyse de l'eau.
L'électrolyse est le procédé le plus simple de production d'hydrogène. Il transforme l'eau en
hydrogène et oxygène en consommant de l’énergie électrique. Ce processus est simple et très bien
maîtrisé mais il est très énergivore. Selon les conditions opératoires et la taille de l’installation, son
rendement se situe entre 50 et 85%. Si l’électricité est produite au départ de combustibles fossiles,
il faut tenir compte du rendement de production de l’électricité et le rendement global varie alors de
20 à 45 %.
Les impacts environnementaux dépendent surtout du mode de production de l’électricité : à partir d’énergie
fossile, renouvelables, nucléaire.
Il convient de citer ici la possibilité de production d’hydrogène par dissociation directe de l’eau à
haute température. Ce mode de production serait possible dans des réacteurs nucléaires dit à haute
température, actuellement en phase de démonstration.
69
Production à partir de biomasse
La production d'hydrogène à partir de biomasse est également possible mais elle se situe toujours en phase
de développement. La filière de transformation de la biomasse consiste en une succession de traitements
thermochimiques réalisés, tout d'abord en l'absence d'oxygène (thermolyse vers 500 à 600 °C), puis en
présence d'un réactif comme la vapeur d'eau (gazéification vers 900°C). Un étage supplémentaire de
rectification, vers 1200 à 1300°C peut s'avérer nécessaire pour éliminer les dernières traces d'impuretés
(goudrons à forte masse moléculaire).
Globalement, l'ensemble des réactions peut se traduire par:
C6H9O4 + 2 H2O = 6 CO + 6,5 H2
Le monoxyde de carbone (CO) coproduit serait utilisé pour produire la chaleur nécessaire au procédé. Une
tonne de bois sec permettrait ainsi d’obtenir 90 kg d’hydrogène, soit 1000 m³.
70
Les difficultés techniques qui restent à résoudre avant d'envisager un développement industriel de cette
filière, sont principalement liées à la présence, dans le gaz de synthèse, soit de poussières, soit de
condensables pouvant générer des acides et des goudrons, ce qui entraîne des problèmes de colmatage des
installations et d’empoisonnement des catalyseurs. Les rendements énergétiques obtenus, de l’ordre de
40%, sont faibles.
Production à partir de micro-organismes
Par rapport aux autres procédés, la production d'hydrogène par voie microbiologique possède de nombreux
avantages et potentialités qui s’appuient sur le fait que beaucoup d’espèces microbiennes produisent de
l’hydrogène, que ce procédé consomme peu d'énergie pour son fonctionnement et qu'il est envisageable
pour des effluents liquides ou semi-solides.
Le procédé de production d'hydrogène par des micro-organismes a surtout été étudié au Japon mais il
semble actuellement susciter de l'intérêt aux Etats Unis et un peu en Europe. La plupart de ces études n'ont
toutefois pas dépassé le stade de laboratoire ou utilisent un substrat relativement onéreux.
Les espèces de micro-organismes peuvent être scindées en deux groupes :
71
1) Le premier groupe est constitué de micro-organismes photosynthétiques tels que les algues et les
bactéries qui trouvent leur énergie dans le rayonnement solaire. Les micro-organismes photosynthétiques
semblent peu adaptés à la conception de production à grande échelle vu que le design du réacteur et le
procédé en lui-même sont limités par la nécessité d'un apport continuel d’énergie solaire. De plus, leur
cinétique de dégradation est généralement plus lente bien que les rendements soient meilleurs (peu ou pas
de sous-produits autres que l'hydrogène).
2) Le deuxième groupe comprend les bactéries fermentatives qui produisent de l’hydrogène par utilisation
des substrats chimiques au sens large du terme. On trouve ces bactéries fermentatives dans presque tous les
écosystèmes et elles peuvent dégrader presque tous les types de composés organiques : les composés
carbohydratés, les alcools, les protéines, les acides organiques, les acides aminés, etc. Il s'agit donc a priori
de micro-organismes de choix pour produire, à moindre coût, de l'hydrogène à partir de sources diversifiées
(sous-produits agricoles, déchets etc…).
Le gaz produit par des microorganismes contient plus de 50% d'hydrogène, du CO2 et quelques traces de
composés organiques.
La production à partir de biomasse offre de nombreux avantages :
• La matière première est renouvelable et par conséquent, son utilisation, même si elle n'exclut pas
la production de CO2, offre un écobilan plus avantageux que les ressources fossiles.
• Lorsque la biomasse est un déchet, le coût de la matière première est très faible voire négatif.
• Elle est applicable à de la biomasse liquide, semi-solide ou solide.
• Les besoins en énergie sont faibles.
4.6.3. STOCKAGE
L'utilisation de l'hydrogène comme carburant pour les automobiles, suppose que l'on soit en mesure de le
stocker de manière aussi efficace, banale et sûre que le gaz butane sous forme liquide dans des bouteilles
métalliques.
Toutefois, le stockage de l’hydrogène est techniquement plus difficile, plus coûteux que pour le butane ou
même le gaz naturel à cause de sa très faible masse spécifique et de sa très basse température de
liquéfaction, tout particulièrement quand il s’agit d’un stockage mobile.
Concevoir des réservoirs à la fois compacts, légers, sûrs et peu coûteux est déterminant puisque c’est
précisément cette possibilité de stockage qui rend l’hydrogène particulièrement attractif par rapport à
l’électricité. Ils doivent donc être d’une robustesse remarquable. En outre, dans le cas d’un transport de
personnes ils sont au voisinage immédiat des passagers, typiquement sous le plancher ou sur le toit pour un
autobus, sous les sièges arrières pour une voiture particulière, ce qui impose d’autres précautions et
dispositifs de sécurité.
Les deux modes de stockage, liquide ou à haute pression, exigent un certain degré de technologie. Quand à
l’énergie nécessaire, elle est importante : 22 MJ/kg pour le gaz comprimé à 700 bar. Cette énergie pourrait
être fortement réduite si un réseau de distribution sous pression est utilisé comme c’est le cas aujourd’hui
au niveau industriel. L’énergie nécessaire serait de deux à dix fois supérieure pour la liquéfaction suivant
qu’elle est effectuée en grande ou en petite quantité. La conséquence est, dans les deux cas, un coût élevé.
Stockage de l’hydrogène liquide
Conditionner l’hydrogène sous forme liquide est une solution a priori attrayante. Mais l’hydrogène est,
après l’hélium, le gaz le plus difficile à liquéfier. On est en effet confronté aux difficultés de mise en œuvre
résultant de la très basse température de 20 K à laquelle l'hydrogène est liquide sous la pression
atmosphérique. Ces difficultés ne sont pas insurmontables comme le montre le stockage de l'hydrogène
72
sous forme liquide pour alimenter les moteurs fusées. Néanmoins, aux difficultés techniques s’ajoutent le
coût des réservoirs cryogéniques aptes à contenir l'hydrogène liquide pendant des périodes de temps
longues, ainsi que le coût de l'énergie consommée pour réaliser la liquéfaction, des contraintes qui rendent
cette possibilité de stockage peu économique aujourd’hui.
Stockage gazeux sous haute pression
Le conditionnement de l’hydrogène sous forme gazeuse est une option prometteuse. Les contraintes sont
toutefois nombreuses. Léger et volumineux, l’hydrogène doit être comprimé au maximum pour réduire
l’encombrement des réservoirs. Des progrès ont été faits : de 200 bar, pression des bouteilles distribuées
dans l’industrie, la pression est passée à 350 bar aujourd’hui et les réservoirs pouvant résister à des
pressions de 700 bar sont disponibles commercialement. Mais cette compression a un coût. De plus, même
comprimés à 700 bar, 4,6 litres d’hydrogène sont encore nécessaires pour produire autant d’énergie qu’avec
1 litre d’essence.
En raison de la petite taille de sa molécule, l’hydrogène est capable de traverser de nombreux matériaux, y
compris certains métaux. De plus, il en fragilise certains en les rendant cassants. L’étude du stockage haute
pression consiste donc, pour l’essentiel, à éprouver la résistance des matériaux à l’hydrogène sous pression.
Ces matériaux doivent être résistants mais relativement légers surtout pour une utilisation dans des
véhicules légers.
Les réservoirs métalliques, utilisés actuellement, se révèlent encore coûteux et lourds au regard de la
quantité de gaz qu’ils peuvent emporter. Des réservoirs non plus métalliques mais en matériaux polymères
composites commencent à être disponibles commercialement pour répondre à ces contraintes.
Stockage dans les solides sous basse pression
Une alternative à l’utilisation de réservoirs sous pression gazeuse consisterait à stocker l’hydrogène dans
certains matériaux carbonés ou dans certains alliages métalliques capables d’absorber l’hydrogène et de le
restituer lorsque cela est nécessaire. Ce mode de stockage fait actuellement l’objet de nombreuses études.
Les charbons actifs actuels ne semblant pas avoir les capacités d'adsorption aptes à réaliser un stockage
avantageux, de nombreux travaux ont été entrepris pour estimer les capacités de matériaux nouveaux, par
exemple, par des nanotubes de carbone.
Une autre méthode de stockage de l'hydrogène est fondée sur la formation d'hydrures métalliques solides.
Cette absorption résulte de la combinaison chimique réversible de l'hydrogène avec les atomes composant
ces matériaux, liaison dite liaison métallique. Les composés ainsi formés sont appelés hydrures métalliques.
4.6.4. DISTRIBUTION
Gazoducs
Dans les schémas actuels, l’hydrogène est produit dans des unités centralisées, puis utilisé sur site ou
transporté par gazoducs.
Air Liquide exploite depuis 1966 plusieurs gazoducs dans le Nord de la France, en Belgique et aux Pays-Bas.
Il n’existe généralement pas de problèmes particuliers connus liés à l’exploitation de ces gazoducs. Les
pressions de service des canalisations varient selon les réseaux et sont, en général, comprises entre 3,4 et
100 bar. Leur diamètre peut varier entre 10 et 300 mm.
73
Transport de l’hydrogène liquide
Le transport de l’hydrogène liquide par camion est courant pour l’alimentation de clients industriels.
Certaines stations-service à hydrogène de démonstration mises en œuvre dans de nombreux pays sont
également alimentées à l’aide de camions d’hydrogène liquide. L’hydrogène est contenu dans des réservoirs
cryogéniques cylindriques à l’image des camions citernes transportant des liquides. Ces véhicules peuvent
transporter jusqu’à 3.5 t d’hydrogène liquide pour un poids total de 40 t.
Il existe également la possibilité d’adapter à l’hydrogène liquide ce qui se fait pour le gaz naturel liquéfié
pour le transport par mer sur de grandes distances.
Stations-service
Pour distribuer l’hydrogène, des infrastructures de ravitaillement devront être développées. La mise au
point de stations-service ne semble pas poser de problèmes techniques particuliers. Une quarantaine de
stations pilotes existent d’ailleurs déjà dans le monde.
Il faudra cependant du temps pour que ces stations-service couvrent tout le territoire, ce qui risque de
freiner le développement de l’hydrogène dans les transports.
Afin de permettre un remplissage rapide du réservoir des véhicules se présentant « à la pompe » - moins de
5 minutes pour un véhicule léger et moins d’une demi-heure pour un poids lourd - les stations de
remplissage devront disposer d’unités de stockage beaucoup plus grandes et travaillant à pression beaucoup
plus élevée, surtout en tenant compte des besoins de type poids lourd, ou encore être interconnectées avec
un réseau à haute pression.
74
L'impact environnemental des véhicules fonctionnant à l'hydrogène est surtout déterminé par le
processus de production d'hydrogène. L'hydrogène peut être produit à partir de n'importe quel
vecteur énergétique primaire (gaz naturel, pétrole brut, gazéification du charbon).
L’utilisation de l’hydrogène comme carburant pour le secteur des transports, que ce soit dans des
moteurs à explosion classique ou par la mise en œuvre de piles à combustibles, est très séduisante.
Elle n’implique en effet aucune émission de CO2 au niveau de l’échappement des véhicules,
avantage seulement partagé avec les véhicules électriques.
Les autres polluants atmosphériques sont également absents (en ce qui concerne les piles à
combustibles) ou extrêmement réduits. Les moteurs à combustion interne alimentés en H2 sont
susceptibles de rejeter des NOx et une faible quantité de poussières liées à la présence de
lubrifiants dans le moteur. Des adaptations des moteurs et des systèmes de post-traitement des
fumées sont toutefois possibles. Ces émissions spécifiques sont bien inférieures à celles relatives à
l’emploi des carburants classiques.
Capture et séquestration du CO2
L’utilisation à grande échelle de l’hydrogène comme vecteur énergétique, à partir de combustibles fossiles,
même si cela permet de meilleurs rendements par l’utilisation de piles à combustibles, conduirait en même
temps à des émissions accrues de CO2. Il n’est donc pas possible de ne pas considérer parallèlement la
capture et la séquestration du CO2.
Cette approche est actuellement envisagée pour toute les combustions ou processus industriels générateurs
de ce gaz (centrales thermiques, reformage de produits pétroliers etc.). Une telle opération doit comporter
comme étapes principales : la capture, le transport et enfin le stockage proprement dit du CO2. Dans le cas de
la production centralisée d’hydrogène, les flux de CO2 sont beaucoup plus concentrés et facilitent
grandement les étapes de capture.
La capture du CO2 peut s’effectuer lors de l’étape de purification de l’hydrogène. Le CO2 est un gaz dont les
propriétés physiques permettent un conditionnement et un transport relativement aisé. En effet, il est un gaz
dense qui peut à la température ambiante se liquéfier relativement facilement. Le CO2 liquide serait alors
acheminé par gazoduc des lieux d’émission vers ceux de la séquestration.
Après sa capture, il faut pouvoir séquestrer le CO2 pour des durées importantes. On envisage des solutions
qui permettent d’effectuer cette séquestration sur des périodes pouvant atteindre quelques centaines à
quelques milliers d’années, voire beaucoup plus.
Actuellement plusieurs solutions sont étudiées.
a) La séquestration du CO2 dans l’océan
L’absorption naturelle du CO2 par l’eau de mer peut être accélérée par l’injection du gaz liquéfié dans l’océan
à des endroits appropriés et à une profondeur suffisante.
b) La séquestration géologique dans le sous-sol
Les principales options possibles sont alors les suivantes :
– Stockage dans des gisements de pétrole et de gaz épuisés ou en cours d’exploitation.
– Stockage dans les veines de houille non exploitées.
– Stockage dans les aquifères salins profonds.
Les travaux de R&D en cours devraient permettre dans le futur de réduire les coûts et d’assurer la sûreté à
très long terme de ce type de stockage.
Liens hydrogène
75
•
Dossier hydrogène sur le site du CEA :
http://www.cea.fr/energie/l_hydrogene_les_nouvelles_technologies_de_l_ene#chap2
http://www.cea.fr/jeunes/themes/les_nouvelles_energies/l_hydrogene
•
•
•
European Hydrogen Association :http://www.h2euro.org/
Véhicules à hydrogène et à pile à combustible
o h2 Cars http://www.hyweb.de/h2cars/
o California Fuel Cell Partnership http://www.cafcp.org/
o HBT (Hydrogen Burner Technology) http://www.hydrogenburner.com
o Alstom-Ballard http://www.de.alstom.com/
o General Motors Corp. http://www.gm.com/
4.7.
Agrocarburants
4.7.1. DIFFÉRENTS TYPES D’AGROCARBURANTS
Ethanol
L'éthanol-carburant, qu'on appelle aussi parfois « essence-alcool », a été distillé et déshydraté de façon à
obtenir un alcool anhydre à indice d'octane élevé. Il est donc couramment utilisé comme additif dans
l’essence pour en augmenter l’indice d’octane (voir également point 3.8.2).
Esters méthyliques d’huiles végétales
Le biodiesel est un carburant dont les caractéristiques sont très similaires au carburant diesel conventionnel.
Son indice de cétane est égal voire supérieur à celui du diesel ordinaire. Sa densité est un peu plus élevée,
son pouvoir calorifique (contenu énergétique par litre) est un peu plus faible et sa viscosité légèrement plus
grande (bien que la viscosité de l'huile végétale non estérifiée soit beaucoup plus importante). Comme les
différences de qualité entre ces deux carburants sont minimes, le biodiesel peut être employé dans un
moteur diesel ordinaire sans adaptation importante. Il peut également être mélangé au diesel d'origine
fossile. Les technologies de moteurs actuels nécessitent peu d'adaptations. Certains matériaux
(principalement le caoutchouc) peuvent cependant être endommagés par l'utilisation de biodiesel. Au fil du
temps, ces matériaux peuvent se dilater et provoquer des fuites. C'est pour cette raison qu'il est nécessaire
de remplacer un certain nombre de joints et de tubulures d'admission de carburant par des matériaux
capables de résister au biodiesel, comme le polyamide ou le caoutchouc fluoré.
4.7.2. FILIÈRES DE PRODUCTION D’AGROCARBURANTS
Filière sucrière (betterave en Belgique)
Après le lavage et le découpage des betteraves, la première étape de la production de bio-éthanol est
l’obtention d’un jus sucré fermentescible, extrait par diffusion. Le co-produit de cette étape est la pulpe de
betterave qui, après un séchage fortement énergivore, peut être utilisée pour l’alimentation du bétail.
L’éthanol est ensuite obtenu par fermentation alcoolique du moût, donnant une solution aqueuse dont la
concentration en éthanol ne dépasse pas 10%. Une distillation permet d’obtenir de l’alcool brut, dont la
teneur en alcool avoisine les 95%. Une déshydratation par filtration membranaire ou sur tamis moléculaire
ou bien une distillation particulière (azéotropique) permettent ensuite d’obtenir de l’éthanol pur à 99,7%.
76
Filière amylacée
L’amidon contenu dans des céréales comme le blé ou le maïs ou encore la pomme de terre peut être extrait
de la plante puis hydrolysé par un procédé enzymatique. On obtient alors une solution de sucre qui peut être
fermentée pour donner de l’éthanol de la même manière que dans le cas du sucre extrait de la betterave.
Filière oléagineuse (colza ou tournesol en Belgique)
Le biodiesel est produit à partir de produits renouvelables, à savoir des huiles végétales ou des graisses
animales. En général, il s'agit d'huiles végétales comme l'huile de colza, de tournesol ou l'huile de palme ou
de soja. Pour obtenir un carburant de haute qualité, ces matières grasses subissent des réactions chimiques
avec du méthanol. Le résultat donne un ester méthylique (EMHV, ester méthylique d’huile végétale).
Les graines sont tout d’abord traitées mécaniquement (broyage par rouleaux) et thermiquement (60-90°C).
Ce traitement permet la séparation mécanique de l’huile et d’un gâteau contenant encore environ 10%
d’huile. L’huile résiduelle est alors extraite par percolation d’hexane à contre-courant. L’hexane est ensuite
séparé de l’huile par distillation et recyclé. Le co-produit de cette étape de trituration est le tourteau. Riche
en protéines, en phosphore et en calcium, il est souvent utilisé pour l’alimentation du bétail en substitution
au tourteau de soja, mais une valorisation comme combustible pourrait également être envisagée.
La trituration est suivie d’une étape de semi-raffinage pour éliminer différentes impuretés (acides libres,
phosphatides, etc) par traitement acide (phosphorique ou sulfurique) suivi d’un traitement basique (soude
caustique). Les huiles acides sont ensuite séparées de l’huile neutre par distillation. L’huile ainsi obtenue peut
ensuite être transformée en biodiesel par une réaction de transestérification avec du méthanol
(généralement fossile). Cette réaction produit également de la glycérine qui peut être valorisée dans
l’industrie chimique.
4.7.3. AGROCARBURANTS DE SECONDE GÉNÉRATION, PERSPECTIVES
Contrairement aux agrocarburants actuels, les agrocarburants de seconde génération seront
produits à partir des plantes "entières" (y compris la cellulose). On peut donc prévoir deux
avantages principaux : la possibilité d’utiliser des sols plus pauvres, et une production de biomasse
« utile » plus élevée par hectare. Leur production entre donc beaucoup moins en concurrence avec
la filière agroalimentaire. Deux filières de production sont actuellement envisagées : une filière
thermochimique et une filière biochimique.
Dans la filière thermochimique, les végétaux sont chauffés à 800°C, leur structure se disloque en
molécules d'hydrogène et de CO2, puis ce gaz est transformé en " gazole de synthèse " dans un
réacteur chimique (similaire à la production d’hydrogène, vue plus haut).
Dans la filière biochimique, les végétaux sont transformés par des micro-organismes, ce qui permet d'obtenir
du sucre qui peut ensuite être fermenté. Cette filière est l'une des meilleures en matière de réduction de gaz
à effet de serre.
Le bilan énergétique des agrocarburants de seconde génération est normalement supérieur à ceux de
première génération. Selon l'IFP (Institut Français du Pétrole) les carburants de seconde génération
produiront trois à quatre unités d'énergie pour une unité investie.
4.7.4. ENVIRONNEMENT, EFFET DE SERRE
A l’heure actuelle, l’intérêt majeur des agrocarburants, est qu’ils diminuent les émissions globales de
CO2. D’autres avantages existent : ils se dégradent plus facilement en milieu naturel, ils ne sont pas
toxiques et ils contiennent très peu de soufre et de composés aromatiques.
77
La quantité de CO2 libéré lors de la combustion d’un agrocarburant est la même que la quantité de
CO2 pris à l’atmosphère, nécessaire au développement de la plante (colza, betterave, blé, etc.). Il
faut également tenir compte de la production de l’agrocarburant et de ses matières premières qui
provoquent des émissions de CO2 supplémentaires : production et application des engrais et
pesticides nécessaires à la croissance de la plante, travail des machines agricoles, transport des
matières et transformations chimiques de la biomasse en carburant. Il convient également de tenir
compte de l’agrocarburant qui peut être produit. Si l’on tient compte du cycle de vie complet du
biodiesel, les émissions de CO2 totales fossiles représentent environ 40% de celles du diesel
traditionnel. L’éthanol, quant à lui, a un niveau d’émission de gaz à effet de serre (fossiles) de l’ordre
de 60% de l’essence traditionnel. Ces valeurs indicatives sont toutefois très dépendantes des
hypothèses de calcul, des rendements, de l’estimation et de l’évaluation des avantages
environnementaux des divers sous-produits.
4.7.5. AUTRES IMPACTS (ENGRAIS, SOLS, PESTICIDES)
Parmi les autres impacts environnementaux liés à l’utilisation de agrocarburants, on peut citer des
dommages écotoxiques liés à l’application des pesticides et l’acidification des sols due à l’application
d’engrais. Par ailleurs, les émissions d’oxydes d’azote à l’échappement sont plus élevées pour les véhicules
roulant au biodiesel. Par contre, l’usage des agrocarburants permet de réduire les émissions de composés
organiques volatils et de particules fines.
Mais l’impact le plus important que la production massive d’agrocarburants risque de provoquer dans un
futur proche se situe au niveau de l’utilisation des sols agricoles. En effet, les terres en jachère de l’Union
européenne ne suffiront pas à la production d’une quantité suffisante de carburant pour atteindre les
objectifs qu’elle s’est fixée pour l’horizon 2010. Elle devra donc avoir recours à l’importation de carburants
depuis des pays comme le Mexique, la Malaisie ou le Brésil. Dans ces pays, afin de maximiser la production,
des terres utilisées pour la production alimentaire seront utilisées, ce qui entraînera inévitablement une
augmentation des coûts de l’alimentation. La déforestation risque également d’être fortement accélérée
pour dégager des terres arables supplémentaires.
•
•
Institut Français du Pétrole : http://www.ifp.fr/actualites/dossiers/les-biocarburants
Actu-Environnement :http://www.actuenvironnement.com/ae/dossiers/agrocarburants/focus_agrocarburants.php4
4.8.
Electricité
Les véhicules électriques fonctionnent le plus souvent sur batteries. Les premiers modèles équipés de
batteries au plomb souffrent d'une autonomie faible. De nouvelles technologies de batteries arrivant à
maturité (Ni-Cd / Ni-Mh / Li-ion / Li-polymère), on note une recrudescence de l’intérêt pour le véhicule
électrique. Des problèmes liés au vieillissement et au recyclage des batteries doivent néanmoins encore être
résolus. La durée de vie des batteries est réduite ; leur fabrication et leur recyclage sont, selon les cas,
polluants.
Le rechargement des batteries nécessite un système de recharge et de gestion. Il en existe plusieurs modes
de recharges différents.
La première option, la plus simple, est de recharger sa batterie à la maison (ou au travail), avec une prise
standard. Il faut alors toute la nuit (7 à 8 heures) compte-tenu du faible débit des prises. Un tel système de
recharge demande un dispositif interne à la voiture pour gérer le transfert ; la voiture peut être rechargée à
n'importe quelle prise électrique domestique. Le courant y étant limité, ce type de recharge demande
beaucoup de temps. On choisira souvent de recharger les batteries pendant la nuit pour pouvoir également
bénéficier du tarif de nuit meilleur marché.
78
Un système de recharge externe au véhicule (bornes de recharges professionnelles) épargne le surplus de
masse et d'espace d'un système de recharge interne. Ce type de système de recharge peut aussi être utilisé
sur une connexion de réseau plus puissant. Les chargeurs de batteries externes sont particulièrement bien
adaptés pour fonctionner pendant la nuit puisque le temps de recharge est de 6 à 8 heures lorsque la
batterie est complètement vide.
Le système de recharge rapide est un type à part. Il permet d’utiliser une connexion à un réseau puissant
pour raccourcir le temps de recharge. La recharge rapide peut se faire en 1 ou 2 heures, dépendant de l'état
de charge initial de la batterie.
Les systèmes de recharge inductive n'utilisent plus de prise. La voiture est stationnée contre ou au dessus
d'une plaque de recharge inductive et le chargement se fait entièrement de façon automatisée. Il est
important de savoir quelle connexion est utilisée. Celle-ci n'est pas encore standardisée, si bien que chaque
fabricant utilise son propre système. L'utilisation du véhicule ne peut donc se faire que dans un territoire
limité autour de son propre chargeur.
Une autre façon d'aborder la recharge rapide est l'échange de batteries. Le véhicule contient un "pack de
batteries" qui, lorsqu'il est vide peut être remplacé en quelques minutes par un plein. L'avantage de ce
système est la rapidité. L'inconvénient est que le pack de batterie est très lourd. Les packs de batteries ne
sont pas interchangeables mais spécifiques du modèle de voiture, ce qui en limite l’intérêt.
4.8.1. FILIÈRES DE PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ
L’électricité est produite classiquement à partir de chaleur produite par combustion d’énergie fossile
(charbon, gaz ou dans une moindre mesure de fuel dérivé du pétrole). Les gaz de combustion font
(1) tourner une turbine qui entraîne un alternateur et/ou (2) génèrent de la vapeur qui à son tour fait tourner
une turbine vapeur et un alternateur.
Cette vapeur peut également être produite à partir de combustibles renouvelables (bois, pailles, déchets,…),
de fours solaires, de chaleur géothermique ou d’énergie nucléaire. Les alternateurs peuvent également être
entraînés par un moteur à explosion ou par énergie hydraulique, marémotrice ou éolienne.
Enfin, rappelons la possibilité de produire de l’électricité au moyen de piles à combustible.
Le bilan environnemental de l’usage de l’électricité pour les transports est donc dépendant du « mix » de
production de celle-ci. Le tableau suivant donne le « mix » belge pour l’année 2006 (Statistiques du
Ministère de l’économie). D’autres pays ont une structure de production tout à fait différente : par exemple,
la Suisse (60 %) et la Norvège (90 %) ont une part d’hydraulique très importante, les Pays-Bas et l’Italie
produisent leur électricité essentiellement par voie thermique non nucléaire.
Belgique
2006
% de la production primaire
Production primaire
85 534
100,0%
Nucléaire
46 645
54,5%
Hydraulique
359
0,4%
Centrales de pompage
1 269
1,5%
Geotherm, soleil, éolienne, etc
620
0,7%
Combust renouvelables et récupération
3 027
3,5%
Combustibles fossiles
33 614
39,3%
Le solde importé (importations – exportations) ont représenté 10 158 GWh, soit 11.9 % de la production
primaire.
GWh
79
Les émissions des véhicules électriques sont considérées dans la méthode ECOSCORE comme
étant les émissions moyennes résultant du total de la production belge d’électricité en 2003.
Beaucoup d’éléments doivent être pris en compte lorsque l’on compare les véhicules électriques aux autres
véhicules à combustion interne. Une première grande différence, c’est l’utilisation de l’électricité à la place
de combustibles liquides. Si l’électricité est produite à partir de sources renouvelables ou d’énergie nucléaire,
ce mode de fonctionnement présenterait un avantage important en termes de pollution atmosphérique en
tout cas. Les impacts environnementaux de l’énergie nucléaire sont toutefois difficilement comparables aux
procédés classiques. Elle produit notamment des déchets radioactifs de longue durée de vie.
Si l’électricité est produite à partir de combustibles fossiles, l’avantage des véhicules électriques est
substantiellement réduit.
Outre le mode de production de l’électricité, une évaluation complète de la solution électrique doit tenir
compte de la fabrication et du recyclage des batteries ainsi que du rendement charge/décharge de celles-ci
dans des conditions qui ne sont pas toujours idéales. Toutefois, la durée de vie des batteries est inférieure à
la durée des véhicules. Leur recyclage ainsi que les implications environnementales de celui-ci sont mal
connus.
Un intérêt majeur de la voiture électrique, outre l'absence de consommation de carburant, est sa durée de
vie potentielle. Les moteurs électriques peuvent de très longue durée de vie, l’absence de boîte de vitesse, le
nombre réduit de courroies devraient réduire le nombre de pannes. Les véhicules électriques sont
généralement moins bruyants en circulation urbaine comparativement à leurs homologues équipés de
moteurs thermiques.
4.9.
Autres
4.9.1. CARBURANTS SYNTHETIQUES
Les carburants synthétiques sont fabriqués à partir de matières premières contenant du carbone tel que le
gaz naturel, le charbon, la biomasse ou certains sous-produits de la pétrochimie. Le GTL (gas-to-liquid) est
une technique qui transforme le gaz naturel en un carburant liquide. On parlera également de CTL (Coal to
Liquids) pour les carburants dérivés du charbon et de BTL (Biomass to Liquids) pour les procédés de
liquéfaction de la biomasse.
Il existe deux familles de procédés : la liquéfaction directe et la liquéfaction indirecte via la formation d’un
gaz de synthèse.
La liquéfaction directe s’applique à certains types de charbons. Elle présente un meilleur rendement
énergétique ainsi d’ailleurs qu’un meilleur rendement en carburants obtenus (3,5 barils par tonne de
charbon contre 2,5 barils par tonne pour le procédé indirect) . Le charbon est d’abord broyé et mélangé à un
solvant à haute pression, il est ensuite chauffé sous atmosphère d’hydrogène. On obtient un liquide qui est
ultérieurement transformé dans des installations de raffinage.
80
Cette technologie semble moins aboutie et les projets sont moins nombreux que ceux relatifs à la
liquéfaction indirecte. Le groupe chinois Shenhua a cependant construit une première installation de un
million de tonnes par an selon la technique de liquéfaction directe, L’usine a produit pendant une phase
d’essai, le tout premier baril de carburant liquide, fabriqué à partir de charbon du pays, en décembre 2008.
La liquéfaction indirecte par formation d’un gaz de synthèse est le procédé le plus connu et mis en œuvre en
Afrique du Sud par Sasol. Il est considéré comme très robuste et permet d’utiliser une large gamme de
charbons, de lignite ou de la biomasse. C’est également la voie suivie pour la transformation de gaz naturel
en carburant (GTL). Plusieurs projets sont envisagés au Quatar qui possède d’immenses réserves de gaz
naturel.
Le processus de production est appelé processus FT (Fisher-Tropsch), ou GTL (Gas-To-Liquid)
lorsque c’est le gaz naturel qui est utilisé comme matière première, à cause de l'étape intermédiaire
pendant laquelle le gaz de synthèse (mélange de CO et H2) est transformé en produit liquide. Le
carburant diesel synthétique est le produit final le plus économique de ce processus. Il est
également possible de produire du méthanol ou de l'essence synthétique.
Ces procédés nécessitent des investissements très élevés ; l’ordre de grandeur, en ce qui concerne le
charbon, est estimé de 110 000 à 120 000 $ pour une capacité d’un baril par jour, ce qui représente, pour
une installation moyenne, trois fois le coût d’une raffinerie de pétrole produisant la même quantité de
carburants.
Produits obtenus :
Les procédés se distinguent notamment par la quantité et la qualité des produits obtenus. On obtient, à
partir de charbon, pour la filière directe : 20 à 30% de naphta (base de l’essence), 25 à 35 % de kérosène, 35 à
45 % de diesel et entre 0 à 5 % de fuel lourd. Pour la filière indirecte, on a environ 10 % de LPG, 20 à 30 % de
naphta et 60 à 70 % de diesel.
Les deux voies diffèrent notablement par la qualité du diesel produit. Le diesel synthétique obtenu par la
voie directe donne un produit de densité élevée et dont l’indice de cétane est trop bas. Le diesel obtenu par
la liquéfaction indirecte est quant à lui, de très bonne qualité, son indice de cétane est très élevé ; il contient
très peu de soufre et quasiment pas de composés aromatiques. Il peut être utilisé directement dans les
moteurs diesel modernes. Toutefois, la densité de ce diesel très paraffinique est de seulement 780 kg/m³, ce
qui oblige sur la base des spécifications actuelles à l’utiliser en mélange, au moins en Europe. Néanmoins,
cette restriction est uniquement réglementaire, une densité relativement plus faible n’entraînant pas de
problème technique pour les moteurs Diesel. L’idéal serait de mélanger les deux diesels pour respecter les
spécifications réglementaires en ce qui concerne le diesel obtenu par voie indirecte et pour des raisons
techniques en ce qui concerne celui produit par voie directe. L'augmentation des caractéristiques
lubrifiantes du carburant pour réduire l'usure du système d'injection peut également s’avérer nécessaire.
Cela peut se faire par l'ajout d'additifs commercialement disponibles.
•
GTL : http://www.ifp.fr/information-publications/notes-de-synthese-panorama/panorama-2006/legtl-perspectives-et-developpement
81
•
Liquéfaction
du
charbon :
http://www.ifp.fr/information-publications/notes-de-synthesepanorama/panorama-2008/la-liquefaction-du-charbon-ou-en-est-on-aujourd-hui
Environnement
D’un point de vue environnemental, le bilan des émissions de CO2 sur l’ensemble de la chaîne
(production/véhicule) est très défavorable. Ce constat peut être nuancé en ce qui concerne le BTL (Biomass
to Liquid) pour lequel une grande partie du CO2 émis pourra être considéré comme neutre puisque
provenant de la biomasse. Pour la filière de liquéfaction indirecte, les émissions globales représentent
environ 230 % des émissions du diesel pétrolier. Une grande partie du CO2 provient de l’étape de production
d’hydrogène. Dans les unités de liquéfaction indirecte, basées sur une gazéification, afin d’éviter qu’il soit
émis dans l’atmosphère, le captage du CO2 peut se faire dans des conditions relativement favorables grâce à
la pression élevée et aux fortes concentrations en CO2 au niveau de l’absorbeur. Dans ces conditions, le bilan
du puits à la roue se rapproche considérablement du diesel conventionnel (mais reste légèrement plus
défavorable avec 125 % des émissions de carbone).
Par contre, le procédé avec gazéification livre une coupe diesel de grande qualité, ne contenant
pratiquement pas de soufre, ni d’aromatiques et bénéficiant d’un indice de cétane très élevé. Il résulte de
ses propriétés une réduction de toutes les émissions à l’échappement par rapport à un diesel standard, en
particulier des NOx, du CO et des fumées.
4.9.2. ALCOOLS (METHANOL – ETHANOL)
Deux alcools sont employés comme carburants : le méthanol et l'éthanol. L'éthanol est déjà utilisé à grande
échelle au Brésil. Aux Etats-Unis, il est également beaucoup utilisé comme additif à l'essence ('le gasohol'
contient 10% d'éthanol). Le méthanol a été essentiellement employé aux Etats-Unis dans le début des
années 90 dans le cadre de projets de démonstration. Mais l'utilisation du méthanol a chuté depuis et il n'est
plus envisagé à terme que dans les véhicules munis de piles à combustible.
D'un point de vue utilisation, l'éthanol et le méthanol sont très similaires mais leurs matières premières sont
différentes. Le méthanol peut être obtenu à partir de gaz naturel, de biomasse ou de charbon; l'éthanol, lui,
est actuellement presque toujours produit à partir de la fermentation de la biomasse. L'emploi d'alcool peut
être non seulement intéressant d'un point de vue environnemental mais il peut diminuer la dépendance
énergétique vis-à-vis des pays producteurs de pétrole.
Les alcools sont des carburants adaptés aux moteurs à allumage commandé (indice d'octane élevé, faible
indice de cétane). La densité de l’éthanol est un peu plus élevée que celle de l’essence mais son pouvoir
calorifique est beaucoup plus faible. Ils sont principalement utilisés en mélange avec l'essence dans des
véhicules appelés "fuel flexible" ou FFV. Ces véhicules peuvent fonctionner avec n'importe quel mélange
alcool-essence. Les adaptations nécessaires des véhicules essence au FFV sont minimes. La plupart des
véhicules à essence peuvent fonctionner avec un mélange contenant majoritairement de l’essence et jusqu'à
10% d'éthanol, appelé E10. Certains véhicules sont conçus de façon à être alimentés spécifiquement par de
l'essence à l'éthanol qui contient jusqu'à 85% d'éthanol (E85). Ce pourcentage résiduel d'essence est
nécessaire pour faire démarrer le véhicule parce que l'éthanol pur s'enflamme difficilement. S’il est utilisé
comme additif, le véhicule ne nécessite aucune modification si la teneur en alcool ne dépasse pas 15%, si ce
n'est que les matériaux (principalement les matières synthétiques) doivent pouvoir résister à l'alcool. Pour
de plus grandes teneurs en alcool, il faut également adapter le système d'injection à des débits de carburants
plus élevés. Si l’on utilise des alcools dans des moteurs diesel, il faut prévoir une injection pilote, l'ajout
d'accélérateurs d'ignition ou envisager la conversion du moteur vers un moteur à allumage commandé.
Les inconvénients des alcools sont que leurs caractéristiques de démarrage à froid sont très mauvaises et
qu’ils ont tendance à endommager les pièces métalliques, les matières synthétiques (élastomères) et les
lubrifiants.
82
Une certaine quantité d’alcools est actuellement déjà introduite dans les carburants classiques. Le
méthanol peut être incorporé directement jusqu’à 3 % dans l’essence. L’éthanol sert à synthétiser la
molécule de ETBE (éthyl tertio butyl éther obtenu par synthèse chimique résultant de l'addition
catalytique d´éthanol sur l´isobutène.). L'ETBE peut être incorporé jusqu'à 15% en volume dans
l'essence. Le méthanol quand à lui est incorporé dans le MTBE (méthyl tertio butyl éther). Ces
deux molécules qui permettent d’augmenter le taux d’octane, sont incorporées en quantités
significatives dans les essences. Le MTBE, à base de méthanol moins coûteux à produire, est
largement préféré.
•
•
ETBE : http://en.wikipedia.org/wiki/Ethyl_tert-butyl_ether
MTBE: http://en.wikipedia.org/wiki/MTBE
Il convient de signaler que le biodiesel est obtenu à partir d'huile végétale ou animale, transformée
par un procédé chimique appelé trans-estérification faisant réagir cette huile avec un alcool
(méthanol ou éthanol). Il est actuellement incorporé en quantité variable dans le diesel.
Environnement
L'inconvénient des alcools est leur plus faible contenu énergétique (48% de l'essence pour le
méthanol et 65% pour l'éthanol). Pour un réservoir de même capacité, cela réduit fortement le rayon
d'action du véhicule.
En général, ces carburants n'ont pas démontré d’effet important sur l'efficacité intrinsèque des
moteurs. Quelques sources d’information citent ces combustibles comme susceptibles d’accroître
l'efficacité énergétique. A ce stade, il convient toutefois de considérer que de telles revendications
n’ont pas été suffisamment prouvées.
L'ajout de petites quantités d'alcool à l'essence permettrait d'obtenir une combustion plus complète
et donc de diminuer les émissions d'hydrocarbures, de monoxyde de carbone et d'oxydes d'azote.
Un problème du méthanol est qu'il émet du formaldéhyde en grande quantité.
4.9.3. DIMETHYLETHER
L'utilisation de DME (dimethyl éther) comme carburant est relativement récente. Il est par contre
utilisé depuis de longues années comme gaz de propulsion pour les bombes aérosols. Une nouvelle
méthode de production, meilleur marché, le rend désormais plus attirant pour une utilisation en tant
que carburant. Le DME est produit par déshydratation à partir de méthanol (qui à son tour peut être
produit à partir de diverses matières contenant du carbone). Le DME peut donc aussi bien provenir
du pétrole brut que du charbon, du gaz naturel ou de la biomasse. Il peut être également considéré
comme une voie de synthèse pour la production d’un substitut à l’essence à partir de méthanol.
Le DME est particulièrement bien adapté aux moteurs diesel à cause de son taux de cétane élevé
(plus de 55). Les moteurs diesel peuvent être assez facilement convertis pour le DME. Le véhicule
doit être muni d'un réservoir de stockage et le système d'injection doit être adapté à un plus grand
débit volumique de carburant. Le DME peut également être utilisé à la place d’essence en mélange
avec du LPG (30% DME / 70% LPG).
L'inconvénient du DME est qu'il est agressif pour la plupart des matières synthétiques et le
caoutchouc si bien qu'il faut utiliser d'autres matériaux pour l’étanchéité. Le DME est à peine
lubrifiant, ce qui fait que la pompe d’injection qui dans les moteurs diesel sert à obtenir la bonne
pression d’injection, doit être modifiée.
Le transport, le stockage et la distribution du DME sont à peu près les mêmes que ceux du LPG. Le
DME doit, tout comme le LPG, être stocké sous pression. En pratique, la pression de stockage doit
être de 9 bars et le réservoir doit donc être rempli sous pression comme pour le LPG.
83
Le DME est utilisé pour des mêmes rapports de compression que le diesel. L'expérience a montré
que le DME était presque aussi efficace que le diesel. Le contenu énergétique du DME vaut à peu
près la moitié de celui du diesel. Ajouté au fait que le réservoir doit être sous pression, cela signifie
un plus petit rayon d'action ou un plus grand réservoir de stockage.
Transports Canada : http://www.tc.gc.ca/TDC/publication/pdf/13700/13788e.pdf
Environnement
Le DME est un carburant relativement propre. La simplicité de sa structure chimique conduit à des
émissions faibles de suies. Les émissions d'oxydes d'azote et de monoxyde de carbone sont
inférieures ou égales à celles des véhicules fonctionnant avec des carburants classiques.
4.9.4. AQUAZOLE
L’Aquazole est composé d’environ 85% de diesel, 13% d’eau et 2% d’agents stabilisants,
d’émulsifiants organiques. L'eau est émulsionnée dans le diesel en gouttelettes de moins de 1 µm.
L'aquazole est une substance laiteuse. L’utilisation de l’émulsion eau/diesel ne requiert aucune
modification technologique au niveau des moteurs, même les plus anciens. Le passage à l’Aquazole
nécessite cependant la modification des circuits d’alimentation et notamment la suppression du préfiltre de carburant. Il est surtout utilisé et envisagé pour des flottes captives de type autobus
urbains. Surtout présent en France, il n’est pas disponible en Belgique.
En raison de la présence d’eau, l’Aquazole est moins énergétique que le diesel et provoque une
baisse de puissance du moteur et une surconsommation de l’ordre de 8 à 12 %.
Le problème avec le mélange eau-diesel est l'instabilité du mélange.
L’Aquazole permet la réduction d’environ 10 à 15% des émissions de NOx en abaissant la
température maximum de combustion et réduit de 50 à 80 % l’opacité des fumées noires en
réduisant la taille des gouttes de carburant dans la chambre de combustion. Néanmoins, l’impact
sur les émissions de poussières fines est moins marqué. Toutefois, le carburant n’est pas
compatible avec un filtre à poussières (FAP) car il diminue la température des gaz d’échappement
et par conséquent empêche son fonctionnement.
84
5. TRANSPORT ET ENVIRONNEMENT
Le transport, particulièrement le transport sur route, est responsable d’un impact important sur
l’environnement et par conséquent sur la santé de la population. Dans cette rubrique, on trouvera des
informations sur les rôles et les effets respectifs joués par les différentes émissions, ainsi que quelques
informations relatives à la législation associée. L'impact d'un véhicule sur l'environnement peut être estimé
par un "score" environnemental consultable dans la banque de données ‘ECOSCORE’. On trouvera également
des informations expliquant comment le style de conduite peut influencer la consommation et les émissions
des voitures ainsi que quelques recommandations aidant à adopter une conduite respectueuse de
l'environnement.
5.1.
EMISSIONS
Le processus de combustion dans le moteur produit des émissions atmosphériques. Celles-ci peuvent être
subdivisées en deux catégories : les émissions dites nocives, ayant un effet sur la qualité de l'air, et les gaz à
effet de serre.
Le tableau ci-dessous donne les émissions importantes relatives à l’utilisation des différents carburants (☹:
émission forte, ☺: émission relativement faible).
Essence
Diesel
LPG
Gaz naturel
Qualité de l’air
Particules
PM
☺
☹
☺
☺
Oxydes d’azote
NOx
☺
☹
☺
☺
COVNM
☹
☺
☺
☺
CO
☹
☺
☺
☺
Renforcement de l’effet de serre
Dioxyde de carbone
CO2
☹
☹
☹
☹
Méthane
CH4
Protoxyde d’azote
N2O
Composés
Organiques
Méthaniques
Monoxyde de carbone
Volatils
Non
☹
☹
☹
☹
☹
Les émissions ayant un impact sur la qualité de l'air présentent un certain nombre d'effets négatifs sur la
santé et l'environnement. Les effets les plus importants vont des dommages corporels directs à la formation
d'ozone, l'acidification et à la dégradation des écosystèmes et des constructions.
Des inventaires des émissions des principaux gaz sont disponibles :
• Bureau fédéral du Plan :
http://www.plan.be/databases/database_det.php?lang=fr&TM=27&IS=79&ID=14&DB=TRANSP
•
Federaal Planbureau:
http://www.plan.be/databases/database_det.php?lang=nl&TM=27&IS=79&ID=14&DB=TRANSP
•
Vlaamse Milieumaatschappij (VMM)
http://www.milieurapport.be/nl/feiten-cijfers/MIRA-T/sectoren/transport/
85
•
Région wallonne
http://airclimat.wallonie.be/spip/-L-inventaire-des-emissions-.html
•
Région de Bruxelles-Capitale
http://documentation.bruxellesenvironnement.be/documents/Air_43_2007.PDF
•
Brussels Hoofdstedelijk Gewest
http://documentatie.leefmilieubrussel.be/documents/Lucht_43_2007.PDF
5.1.1. IMPACT DIRECT SUR LA SANTÉ :
La plupart des polluants peuvent avoir un impact direct sur la santé des gens. Ces effets peuvent prendre
différentes formes : des effets aigus sur la santé (substances toxiques, effets sur les voies respiratoires, effets
neurologiques) et des effets chroniques (cancer, affections physiques chroniques, effets sur le système
cardiovasculaire, développement d'allergies et d'asthme).
Particules
Le terme «particules» désigne d’une manière générale toutes les particules solides et les gouttelettes se
trouvant en suspension dans l’air, qu’il s’agisse de poussières, d’impuretés, de fumées ou de gouttelettes.
Les émissions de particules directement imputables au trafic automobile et les particules obtenues par
transformation des émissions gazeuses produites par les véhicules automobiles sont généralement des
particules dites « fines », c’est-à-dire d’un diamètre inférieur à 2,5 microns (PM2,5). Ce sont de petits
agglomérats de suie sur lesquels différents composants organiques et inorganiques ont été adsorbés,
principalement des restes d'huile et de carburant. Ces particules suscitent des inquiétudes pour la santé
parce qu’elles pénètrent jusque dans les alvéoles pulmonaires les plus profondes.
Une inquiétude existe sur la possibilité que les filtres à particules déplacent le spectre des particules émises
vers les plus fines granulométries, et que finalement le nombre de particules émis par km ne serait pas
réduit.
Elles peuvent provoquer des irritations du nez, de la gorge et des oreilles. Une exposition prolongée peut
causer des affections pulmonaires chroniques. Récemment, l’attention s’est surtout portée sur les
caractéristiques cancérigènes et les conséquences que ces particules peuvent avoir sur le système
cardiovasculaire, principalement lors de l'adsorption des hydrocarbures polyaromatiques (HAP). Les
véhicules roulant au diesel sont la principale source de particules de suie. Une étude récente a démontré
l'impact significatif d'émissions de particules (plus petites) de moteurs essence à injection directe. Le
transport est responsable d'approximativement 31% des émissions totales de PM2,5 en Flandre (2007). En
Région bruxelloise (2007), le transport routier a contribué à 71% des émissions de PM2,5 ; en Région wallonne
(2005), à 30 % des émissions de PM2,5.
Composés Organiques Volatils Non Méthaniques
Le groupe des Composés Organiques Volatils Non Méthaniques (COVNM ou COV) consiste en un large
éventail de substances différentes. Outre un effet indirect sur la santé par la formation d'ozone
troposphérique (voir plus loin), certaines substances de ce groupe peuvent avoir un effet direct sur la santé.
Le benzène et le 1,3 butadiène sont les principales substances cancérigènes appartenant à ce groupe.
L’utilisation d’essence est la principale source de composés organiques volatils. Le transport routier est
responsable de 33% (Région flamande, 2006), 16% (Bruxelles, 2007), 40% (Région wallonne, 2005) des
émissions totales de composés organiques.
86
Monoxyde de carbone
Le CO est un gaz toxique émis lors d'une combustion incomplète du carburant. De grandes concentrations en
CO sont mortelles. Une exposition à de plus faibles concentrations peut engendrer des problèmes
cardiovasculaires et neurologiques et peut endommager les voies respiratoires. Le transport est responsable
d’environ 18,6% (en Région flamande) des émissions totales de CO (84% à Bruxelles, 65% en Région
wallonne). Des concentrations dangereuses peuvent être atteintes dans des espaces fermés (tunnels,
garages) ou en ville dans un trafic très dense.
Oxydes d'azote
Parmi tous les oxydes d'azote, le NO2 est le principal composé provoquant des effets directs sur la santé. Le
NO2 peut endommager les voies respiratoires et peut altérer de façon irréversible le tissu pulmonaire. Le
transport est la source principale d'émissions de NOx (60% des émissions totales en Région flamande, 42% en
Région wallonne (2005) et 48% à Bruxelles (2007)).
Dioxyde de soufre
Le SO2, essentiellement par son oxydation en acide sulfurique en présence d’eau, peut endommager les voies
respiratoires et les irritations prolongées peuvent provoquer des infections (bronchites chroniques). La faible
teneur en soufre de l'essence et du diesel rend leurs émissions de SO2 insignifiantes comparées aux
émissions propres à la production du carburant.
5.1.2. FORMATION D'OZONE
Un effet important du transport sur la santé est le smog d’été qui doit être différencié du smog d’hiver
principalement dû quant à lui aux poussières et aux gaz acides tels le SO2. Certains COVNM et les NOx
réagissent sous l'influence de la lumière du soleil et des températures élevées pour former de l'ozone
troposphérique, c'est-à-dire dans la partie basse de l’atmosphère. Pendant les chaudes journées d'été, la
concentration en ozone peut être trop élevée. Les fortes concentrations provoquent des irritations de la
gorge, du nez et des yeux. Elles rendent la respiration difficile et peuvent conduire à un vieillissement
prématuré des poumons. Les personnes les plus sensibles aux fortes concentrations en ozone sont les
enfants et les personnes âgées.
5.1.3. GAZ À EFFET DE SERRE
Outre les impacts négatifs directs sur la qualité de l'air, les véhicules émettent également des gaz à effet de
serre. Il existe un consensus scientifique général rendant ces gaz responsables du réchauffement de
l'atmosphère terrestre qui influence fortement les conditions climatiques.
Certains gaz présents dans l'atmosphère laissent passer les rayons solaires incidents ; toutefois, ils absorbent
les rayons infrarouges émis par la terre. C’est ce qu’on appelle l’effet de serre. Ce phénomène rend vivable
le climat de la terre. Sans la présence naturelle de ces gaz à effet de serre, la température de la terre serait
en moyenne plus basse d’environ 33°C. Cependant les émissions supplémentaires de gaz à effet de serre
dues aux activités humaines perturbent cet équilibre. Les effets de ce déséquilibre ne sont pas encore
précisément connus mais on craint déjà un changement climatique, l'augmentation du niveau des mers,
l’accroissement de la surface des régions désertiques ou la disparition de certains biotopes, etc. On sait déjà
que les effets sur la terre peuvent être très importants, qu'ils continueront à se manifester à long terme et
qu'ils toucheront toutes les régions du monde.
87
Dioxyde de carbone (CO2)
Le CO2 est formé lors de la combustion du carburant. Les émissions de CO2 sont donc proportionnelles à la
consommation de carburant de la voiture : plus grande est la quantité de carburant brûlé, plus grande sera la
quantité de CO2 émise. Les voitures à essence émettent donc plus de CO2 que les voitures roulant au diesel.
Le CO2 n'est pas un gaz dangereux mais il joue un rôle très important dans l'effet de serre. Le CO2 est le gaz à
effet de serre le plus important libéré par l'activité humaine.
Contrairement aux émissions d'autres polluants (voir plus loin), les émissions de CO2 propres au
fonctionnement du véhicule ne sont pas encore assujetties à des normes. De telles normes sont néanmoins
actuellement en préparation au niveau de l’Union européenne. Une convention a par contre été signée entre
l'industrie automobile et la Commission européenne pour réduire de 25% les émissions moyennes de CO2
des nouvelles voitures dès 2008 par rapport à 1995 (pour arriver à environ 140 g/km en moyenne).
Un protocole a également été établi par les pays industrialisés à la conférence de Kyoto en 1997 lors de
laquelle différents pays ont élaboré un accord dans le but de réduire d'au moins 5% d'ici 2012 les émissions
totales de CO2 par rapport à leur niveau de 1990. La Belgique s’est engagée à une réduction de 7,5%.
Toutefois, par rapport à 1990, on constate une légère augmentation des émissions totales belges de dioxyde
de carbone (CO2) de 0,24 % durant la période 1990-2006 (avec une décroissance marquée depuis 2004). Le
transport est cependant le secteur où l’on constate la plus forte croissance des émissions de CO2 sur la même
période : + 26 %. La part du CO2 émis par le transport routier est estimé, pour 2006, à 21 % des émissions
belges.
Méthane (CH4)
Le méthane est, tout comme le CO2, un important gaz à effet de serre. 1 g de CH4 équivaut à 21 g de CO2 ce
qui montre son potentiel à augmenter l'effet de serre. Les émissions de méthane sont significatives pour les
véhicules fonctionnant au gaz naturel. Ces émissions ne sont pas mesurées lors du test de certification du
véhicule. A l’heure actuelle, ce sont surtout les véhicules à essence qui sont responsables de ces émissions,
vu leur nombre important par rapport aux véhicules alimentés au gaz naturel
Protoxyde d’azote (N2O)
Le protoxyde d’azote est le troisième gaz à effet de serre émis par les véhicules. 1 g de N2O est équivalent à
310 g de CO2 ce qui montre sa propension à contribuer à l'effet de serre. Ces émissions dépendent du type
de carburant et du type de catalyseur. Elles ne sont pas actuellement réglementées. Ces émissions sont
surtout liées au vieillissement des pots catalytiques installés sur les voitures à essence et sont donc en
croissance.
5.1.4. DOMMAGES AUX ÉCOSYSTÈMES ET AUX CONSTRUCTIONS
Les composés émis dans l’atmosphère et contenant du soufre et de l’azote sont responsables de
l’acidification dont les effets sur la nature et sur les constructions sont particulièrement dommageables. Le
SO2 et les NOx sont transformés en acides puis déposés sur la surface terrestre sous forme liquide ou sèche.
C’est ce que l’on appelle la déposition humide (pluies acides) ou déposition sèche. L'acidification du sol
dégrade la végétation et modifie la faune et la flore.
L'acidité et les poussières dégradent également les matériaux, les constructions et le patrimoine historique.
Les poussières émises par les véhicules diesel sont particulièrement fines et adhésives, ce qui induit un
noircissement des façades. Certaines substances se fixent sur les particules (sulfates, nitrates) et accélèrent
ainsi les dégradations acides.
Les émissions de NOx entraînent également l’eutrophisation des milieux naturels. L’eutrophisation provoque
le dérèglement des processus et des cycles écologiques par l'apport excessif de nutriments (azote et
88
phosphore) à l'environnement. Les conséquences les plus importantes de l’eutrophisation sont la
dégénérescence qualitative de la végétation et des eaux de surface. Le transport est responsable par
exemple de 16% des émissions totales acidifiantes en Région flamande. Pour ce qui est de l’eutrophisation,
6% des apports de composés azotés et phosphorés seraient attribuables au transport.
5.1.5. NUISANCE SONORE
Le désagrément sonore est un problème environnemental important vu son impact sur la santé et la qualité
de vie des personnes. Le bruit d'un moteur de voiture est réglementé. La norme impose actuellement 75 dB
pour les moteurs diesel et 74 dB pour les moteurs à essence. Le niveau sonore du trafic provoque rarement
des dommages directs et irréversibles. Le bruit et les vibrations peuvent perturber certaines activités comme
le sommeil, la communication ou la lecture,... La santé des personnes peut donc être indirectement
influencée par la fatigue, les maux de tête, un sommeil agité, une tension artérielle plus élevée. Le risque
d'infarctus augmente également avec le niveau de nuisance sonore. Le transport est responsable par
exemple de 60% des nuisances sonores totales en Flandre. Environ 25% de la population est exposée au
désagrément sonore du trafic.
89
5.2.
ECOSCORE
La qualification d'un véhicule « propre » ou plus « respectueux de l’environnement » n'est pas simple parce
qu'il faut attribuer une valeur pondérée à différentes émissions dont les effets sur l’environnement sont
différents.
Dans le projet de recherche 'Ecoscore', mené par le VITO, la VUB et l'ULB, financé par la Région flamande, la
Région de Bruxelles-Capitale, une méthodologie a été développée pour le calcul d’un Ecoscore permettant de
comparer l'entièreté du parc automobile (technologies conventionnelles et alternatives, véhicules anciens ou
neufs, voitures, camions, deux roues).
L'Ecoscore est l’amélioration de deux méthodologies précédentes, lesquelles ont été développées dans les
projets
Schone
voertuigen/Véhicules
propres
pour
la
Région
Bruxelloise
((http://www.bruxellesenvironnement.be) et la méthodologie 'Cleaner Drive' développée lors d’un projet de
recherche européen.
Les Ecoscores de tous les véhicules disponibles sur le marché belge sont comparés dans la banque de
données Ecoscore
L'Ecoscore est calculé à partir des émissions les plus importantes du véhicule (émissions des gaz
d'échappement et émissions sonores) et des émissions provenant de la production et de la distribution du
carburant (émissions associées à la production et à la distribution du carburant). Les valeurs obtenues sont
combinées dans un score environnemental allant de 0 à 100. Plus le score est élevé, plus le véhicule est
respectueux de l'environnement. Les émissions sont subdivisées en trois catégories : les émissions avec
impact sur l'effet de serre, les émissions avec impact sur la qualité de l'air (scindées suivant leur impact sur la
santé ou sur l'écosystème) et les émissions sonores.
Les gaz à effet de serre pris en compte sont :
• Le dioxyde de carbone (CO2)
• Le méthane (CH4)
• Le protoxyde d’azote (N20)
Le poids relatif des différents gaz à effet de serre est pris en compte par le potentiel de réchauffement global,
le 'Global Warming Potential, GWP' où tous les gaz à effet de serre sont exprimés en équivalent CO2. Le
facteur de conversion est calculé suivant le GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du
climat ou IPCC en anglais : Intergovernmental Panel on Climate Change) des Nations Unies.
Les polluants altérant la qualité de l'air repris dans l’Ecoscore sont les suivants :
• Monoxyde de carbone (CO)
• Hydrocarbures (HC)
• Dioxyde d'azote (NO2)
• Particules (PM)
• Dioxyde de soufre (SO2)
Pour la pondération des émissions de ces polluants, il a été fait appel à une méthodologie de coûts externes.
Dans cette méthodologie, on attribue une valeur monétaire (exprimée en €/g) aux différentes émissions en
se basant sur leur impact et les dommages qu'ils provoquent sur l'homme et l'environnement. Ces valeurs
monétaires ont été calculées dans un large panel de projets de recherche avec l'aide d'experts en santé et
environnement et d'économistes. La méthodologie donne également différentes valeurs suivant que les
émissions sont produites en milieu urbain ou rural. Pour les émissions associées à la production du carburant,
seuls des coûts externes ruraux ont été employés. Pour les émissions à l’échappement des voitures, on a
utilisé une pondération urbain/rural, spécifique à la Belgique pour le calcul du score environnemental. Les
valeurs employées ont été reprises du projet ExterneE, un projet financé par la Commission Européenne et
qui représente une référence scientifique sur le plan des coûts externes.
90
En ce qui concerne les émissions sonores, il a été tenu compte du :
• Bruit du moteur (dB(A))
Pondération
Pour chaque type de véhicule, l'impact dans les trois catégories a été comparé à l'impact causé par un
véhicule de référence. Ce véhicule de référence a été défini comme 'la meilleure technologie disponible'.
Pour une voiture, il s'agit par exemple d'un véhicule à essence satisfaisant à la norme Euro 4 avec des
émissions de CO2 de 120 g/km. La pondération des trois catégories d'impact en un indicateur du 'respect de
l'environnement' du véhicule se fait sur la base des facteurs de pondération suivants.
Facteurs de pondération pour les catégories d’impact :
• Effet de serre 50%
• Qualité de l'air 40%
o Santé humaine (20%)
o Ecosystème (20%)
• Bruit 10%
Différence entre Ecoscore et émissions de CO2:
Les émissions de CO2 sont toujours indiquées pour les nouvelles voitures. Vous en
entendrez même parler dans les publicités. Certains constructeurs exhibent des
“voitures très écologiques” qui émettent peu de CO2. Mais les émissions de CO2 ne
disent rien des autres émissions, telles que les émissions de fines particules (particules
de suie). Une voiture qui émet peu de CO2 n’est donc pas par définition un véhicule
écologique.
L’Ecoscore tient compte non seulement du CO2, mais aussi d’autres émissions
produites et donne ainsi une image globale.
Différence entre Ecoscore et norme Euro:
Un véhicule commercialisé doit répondre à certaines conditions. Ainsi, l’Europe impose
certaines limites pour les émissions de NOx, CO, hydrocarbures et fines particules
(particules de suie). Ces normes sont de plus en plus strictes et ont un chiffre chaque
fois plus élevé. Depuis 2005, c’est par exemple la norme Euro 4 qui est en vigueur pour
les voitures de tourisme, laquelle est plus stricte que la précédente norme Euro 3.
Pourtant, cette norme Euro ne donne pas une indication globale du caractère
écologique de votre voiture. Ainsi, les émissions de CO2 ne sont pas prises en compte.
Il y a aussi une différence importante entre les limitations imposées aux voitures à
l’essence et à celles au diesel. Une voiture au diesel Euro 4 n’est donc pas aussi
écologique qu'une voiture à l’essence Euro 4. Même pour le même type de carburant et
la même norme, de grandes différences sont encore possibles au niveau des
émissions. Un diesel Euro 4 avec filtre à particules émet par exemple plus de 90% de
fines particules en moins qu’un diesel Euro 4 sans filtre à particules.
L’Ecoscore tient compte des émissions individuelles de chaque voiture, ainsi que des
émissions de CO2. Ainsi, il vous donne une image globale.
L’évaluation des émissions réglementées (CO, HC, NOx, particules diesel) et les émissions sonores sont
basées sur les tests de certification (voir législation des émissions). Chaque modèle de véhicule mis sur le
marché doit subir plusieurs tests préalables. Les émissions sont, entre autres paramètres, mesurées selon
des cycles de fonctionnement standardisés. Depuis l’année 2000, les véhicules particuliers doivent satisfaire
aux normes d’émission EURO 3. Depuis 2005, la limite EURO IV plus stricte est entrée en vigueur. Cette
réglementation vise les émissions de NOx, le CO, les hydrocarbures et les particules.
91
L'utilisation des valeurs d'émissions mesurées lors du test de certification permet de recueillir des données
comparables pour l'entièreté du parc automobile alors que les émissions dans le trafic réel peuvent
fortement différer de celles enregistrées pendant le cycle de test.
Si ces données ne sont pas disponibles, c’est-à-dire pour les véhicules avec carburants ou technologies de
propulsion alternatifs ou encore une technique modernisée, les valeurs employées ont été mesurées lors de
programmes de test objectifs suivant des cycles de test comparables. Dans le cas d’anciens véhicules pour
lesquels aucune date d'homologation n'était disponible, on a utilisé les données d'émission du programme
de recherche COPERT.
Les émissions associées à la production du carburant (ou de l'électricité nécessaire aux véhicules utilisant ce
mode de propulsion) sont celles émises lors de l'extraction, du raffinage, du transport et de la distribution du
carburant (ou de l’électricité). Les émissions sont exprimées en gramme par gigajoule de carburant produit et
sont recalculées en g/km à l'aide de la consommation en carburant de la voiture. Dans cette méthodologie,
les émissions de CO2, CO, NOx, CH4, NMHC, SO2 et PM ont été calculées à partir du projet 'Methodologies for
Estimating Air Pollutant Emissions from Transport', abrégé MEET, financé par la Commission Européenne.
5.3.
REGLEMENTATION RELATIVE A L’ENVIRONNEMENT
Plusieurs directives européennes s'appliquent aux émissions à l'échappement et aux émissions par
évaporation, aux émissions de gaz de carter et à la durabilité des dispositifs antipollution de tous les
véhicules. Elles prévoient également des spécifications minimales basées sur des critères techniques
sanitaires et environnementaux pour les carburants utilisés dans les véhicules. Ce sont les États membres qui
doivent mettre en place des systèmes de surveillance de la qualité des carburants.
5.3.1. VÉHICULES LÉGERS
La réglementation européenne sur les émissions des nouveaux véhicules légers (voitures et véhicules
utilitaires légers) a été définie dans la Directive 70/220/EEC. Cette directive comprend différents
amendements ; les plus importants sont définis dans les directives 93/59/EC et 96/69/EC (concernant les
normes Euro 1 et Euro 2), la Directive 98/69/EC concernant les normes Euro 3 et Euro 4 et le Règlement
715/2007 du 20 juin 2007 définissant les normes d'émissions Euro 5 et 6.
er
La nouvelle norme Euro 5 est entrée en vigueur le 1 septembre 2009, elle fixe des niveaux plus stricts
d'émission de particules et de NOx pour les nouveaux véhicules et les camionnettes vendus sur le marché
communautaire. Ce durcissement entraîne l'obligation d'équiper les véhicules à moteur diesel de filtres à
particules. La norme Euro 6 abaissera notablement les limites d'émission des oxydes d'azote par les véhicules
à moteur diesel et entrera en vigueur cinq années après Euro 5, c'est-à-dire en 2014.
Les tableaux suivants contiennent les valeurs relatives aux différentes normes d'émissions et leur date
d'introduction respective. Cette date d'introduction est d'application sur les certifications des nouveaux
véhicules. Les directives prévoient une période durant laquelle les véhicules munis d'une certification qui est
en rapport avec une norme d'émissions précédente, peuvent encore être immatriculés et mis en circulation.
92
Tableau : Union européenne, normes d'émission pour les voitures particulières (Catégorie M1*), (masse <
2610 kg), en g/km.
Date de mise
en application CO
HC
Diesel
Euro 1
1992.07
2.72
Euro 2, IDI
1996.01
1.0
Euro 2, DI
1996.01 a
1.0
Euro 3
2000.01
0.64
Euro 4
2005.01
0.50
Euro 5
2009.09 b
0.50
Euro 6
2014.09
0.50
Essence ou fonctionnant au gaz naturel ou au GPL
Euro 1
1992.07
2.72
Euro 2
1996.01
2.2
Euro 3
2000.01
2.30
0.20
Euro 4
2005.01
1.0
0.10
Euro 5
2009.09 b
1.0
0.10 c
Euro 6
2014.09
1.0
0.10 c
HC+NOx
NOx
PM
0.97
0.7
0.9
0.56
0.30
0.23
0.17
0.50
0.25
0.18
0.08
0.14
0.08
0.10
0.05
0.025
0.005 e
0.005 e
0.97
0.5
-
0.15
0.08
0.06
0.06
0.005 d, e
0.005 d, e
* : aux étapes Euro 1 à 4, les véhicules pour passagers > 2500 kg ont été réceptionnés en tant que véhicules de catégorie N1.
a : jusqu’au 30 septembre 1999 (après cette date les moteurs DI (à injection directe) doivent rencontrer les limites des moteurs IDI (à
injection indirecte).
b : janvier 2011 pour tous les modèles (véhicules de catégorie N1 et N2).
c : et HCNM = 0.068 g/km.
d : applicable seulement aux véhicules munis de moteurs DI.
e : afin de garantir le contrôle des émissions de particules ultrafines (PMμm
0,1et moins), la Commission devrait adopter le
plus
rapidement possible et introduire au plus tard au moment de l'entrée en vigueur de l'étape Euro 6, une démarche fondée sur le
nombre de particules en plus de la démarche fondée sur la masse qui est actuellement suivie.) en utilisant la procédure de mesure
PMP« Programme de mesure des particules »
Les émissions sont mesurées suivant un cycle de test obligatoire. Ce cycle est une combinaison de l'UDC
(Urban Driving Cycle) et de l'EUDC (Extra Urban Driving Cycle). Depuis l'introduction de la norme Euro 3, la
procédure de test prend en compte la mesure des émissions pendant les premières 40 secondes, c'est-à-dire
pendant le réchauffage du moteur. Le cycle actuellement utilisé est le New European Driving Cycle (NEDC),
qui comprend quatre cycles urbains à une vitesse maximale de 50 km/h plus un cycle extra urbain à une
vitesse maximale de 120 km/h.
Il convient de signaler que le comportement de conduite dans les conditions réelles de circulation
est mal représenté par ce cycle : les accélérations sont trop faibles comparées aux conditions
réelles. Les cycles de conduite issus de mesures réelles présentent une dynamique nettement plus
importante que les cycles officiels, à vitesse moyenne similaire. De plus, l’utilisation de la boîte de
vitesse entraîne des régimes faibles, en particulier pour les véhicules puissants.
La figure ci-après représente un enregistrement sur un véhicule (en rouge) comparé au cycle officiel
européen (en bleu).
93
Parcours mixte à Liège
Cycle européen mixte
120
110
100
90
Vitesse (km/h)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000 1100 1200 1300 1400
Temps (s)
Figure : Usage réel d’un véhicule en conditions réelles (en rouge) comparé au cycle officiel européen (en
bleu).
D’autres tests concernent l'obligation de réaliser un test d'émissions à basse température (7°C) pour les
véhicules à essence depuis 2002 ainsi que l’évaluation des émissions par évaporation et les émissions du
carter.
Outre le respect des limites d'émission mentionnées ci-dessus, les constructeurs doivent garantir la
durabilité des dispositifs de contrôle de la pollution pour une distance de 160 000 km.
La réglementation Euro 3 et 4 avait veillé également à l'introduction d'un certain nombre de mesures comme
l'introduction d'un système de diagnostic embarqué (OBD : On-Board emission Diagnostics system)
obligatoire entre 2000 et 2005 permettant de contrôler le niveau des émissions et de détecter un éventuel
dysfonctionnement de l'équipement antipollution des véhicules. La réglementation Euro 5 et 6 précise et
complète le dispositif.
•
Synthèse législative, normes Euro 5 et Euro 6: réduction des émissions polluantes des véhicules
légers :
http://europa.eu/legislation_summaries/internal_market/single_market_for_goods/motor_vehicles
/interactions_industry_policies/l28186_fr.htm
•
Online information service on clean diesel engines and diesel emissions :
http://www.dieselnet.com/standards/eu/ld.php
5.3.2. VÉHICULES LOURDS
Pour les véhicules lourds, contrairement aux véhicules légers, ce sont les émissions du moteur et non du
véhicule qui sont réglementées. En effet, les poids lourds ne sont pas produits en masse, mais avec une
grande variété de dimensions de châssis et de transmissions différentes. C’est pourquoi la réception par type
94
porte sur le moteur (ou plus exactement le moteur parent d’une famille de moteurs), qui est homologué par
rapport à ses émissions à l’échappement. Les procédures d’essai et les valeurs limites sont précisées dans la
réglementation.
La base législative européenne pour les normes d'émissions des véhicules lourds est la directive 88/77/EEC,
amendée par la directive 1999/96/EC concernant les standards Euro III, IV et V pour les années 2000 à 2008.
Dans cette directive, on définit de la même façon les normes d'émissions pour les véhicules à basses
émissions (EEV, Enhanced Environmentally friendly Vehicle). On note habituellement les normes Euro,
relatives aux poids lourds avec des chiffres romains pour les distinguer de celles concernant les véhicules
légers.
Depuis la norme Euro III, l'ancien cycle de test ECE R-49 a été remplacé par deux cycles de test : ESC
(European Stationary Cycle) et le plus dynamique ETC (European Transient Cycle). Pour la certification des
nouveaux véhicules avec moteur diesel de standard Euro III, le fabricant peut choisir entre les deux cycles de
test. Pour la certification de Euro IV et des véhicules EEV, les émissions doivent être certifiées suivant les
deux cycles.
Les limites d’émission Euro IV pour les camions et les bus sont applicables à partir du 9 novembre 2006 et les
limites d’émission Euro V s’appliqueront à partir du 1er octobre 2008 pour les nouvelles réceptions dans les
deux cas.
Une nouvelle proposition « Euro VI » (Proposition de Règlement COM(2007)851) est en discussion
actuellement au sein des instances de l’Union européenne. Elle exige un nouveau resserrement des limites
d’émissions des véhicules lourds pour les particules et les oxydes d’azote (NOx) par rapport aux limites
définies dans le cadre de l’étape Euro V.
La proposition comporte également une exigence selon laquelle les informations du système de diagnostic
embarqué (OBD) et les informations sur la réparation et l’entretien des véhicules devront être
communiquées par l’intermédiaire de sites Web
Le règlement proposé introduit également des exigences élaborées dans le cadre du groupe de travail CEEONU WP.29 qui est un forum mondial pour l’harmonisation des réglementations concernant les véhicules.
Elles visent notamment à l’utilisation, pour l’évaluation des émissions de polluants, de cycles de conduites en
régime stabilisé (WHSC) et en régime transitoire (WHTC) harmonisés au niveau mondial, plus proches des
conditions réelles de fonctionnement.
La proposition introduit enfin des exigences concernant l’homologation des composants de post-traitement
des gaz d’échappement tels que les catalyseurs et les filtres à particules diesel (DPF).
La norme Euro VI devrait entrer en vigueur en avril 2013. La proposition prévoit des périodes transitoires
pour accorder des délais suffisants aux constructeurs automobiles.
Le tableau suivant contient les valeurs d'émission relatives aux différentes normes Euro et leurs données
d'implémentation suivant les deux cycles de test.
95
Etape
Euro I
Test
ECE R-49
Euro III
Date
1992, < 85 kW
1992, > 85 kW
Oct. 1996
Oct. 1998
Oct. 1999, EEVs only
Oct. 2000
Oct. 2005
Oct. 2008
Avr. 2013 b
ESC & ELR
Euro IV
Euro V
Euro VI†
Euro II
ESC & ELR
CO
4.5
4.5
4.0
4.0
1.5
HC
1.1
1.1
1.1
1.1
0.25
NOx
8.0
8.0
7.0
7.0
2.0
2.1
1.5
1.5
1.5
0.66
0.46
0.46
0.13
5.0
3.5
2.0
0.4
PM
0.612
0.36
0.25
0.15
0.02
0.10
0,13 a
0.02
0.02
0.01
Fumées c
0.15
0.8
0.5
0.5
† Proposition (21/12/2007)
a : pour les moteurs de moins de 0,75 dm³ de cylindrée par piston et le régime nominal supérieur à 3000 min-¹
b : oct. 2014 pour tous les modèles
c : l’opacité des fumées est mesurée selon le test « European Load Response (ELR) »
avec prises en charges.
ou
cycle
d'essai
•
Proposition de Règlement européen : réception des véhicules à moteur et des moteurs au regard
des émissions des véhicules utilitaires lourds (Euro VI) et accès aux informations sur la répartition et
l'entretien des véhicules :
http://www.europarl.europa.eu/oeil/file.jsp?id=5578852&noticeType=null&language=fr
•
Online information service on clean diesel engines and diesel emissions :
http://www.dieselnet.com/standards/eu/ld.php
5.3.3. QUALITÉ DES CARBURANTS
La directive 98/70/CE prévoit des spécifications minimales basées sur des critères sanitaires et
environnementaux pour les carburants utilisés dans les véhicules. La qualité des carburants revêt une
importance particulière du point de vue environnemental, car elle a une incidence sur les émissions
polluantes des moteurs et donc sur la qualité de l'air. Elle détermine également la facilité avec laquelle les
constructeurs parviennent à respecter les limites souhaitées d'émission de polluants et de gaz à effet de
serre.
Le non-respect des spécifications applicables aux carburants peut entraîner une augmentation des émissions
(par exemple, un excès de composés oxygénés peut accroître les émissions de NOx) et risque d'endommager
les moteurs et les systèmes d'épuration des gaz d'échappement (par exemple, un excès de soufre peut
endommager les catalyseurs), occasionnant une hausse des émissions de polluants atmosphériques. Afin de
garantir le respect des normes de qualité imposées par la directive, les États membres doivent mettre en
place des systèmes de surveillance de la qualité des carburants.
Par exemple, des normes sur la qualité du carburant ont été définies en ce qui concerne la teneur maximale
en soufre dans le diesel et l'essence.
Tableau: teneur maximale en soufre (ppm)
Année d’introduction
Essence
2000
150
2005
50
2009
10
Diesel
350
50
10
96
Le Fonds d’Analyse des Produits Pétroliers, appelé FAPETRO, contrôle la qualité des produits pétroliers mis
sur le marché belge. Les contrôles de qualité réalisés par FAPETRO concernent le respect des “normes
produits” (EN228 pour les essences et EN590 pour les diesels, normes européennes d’application en
Belgique). Voir chapitre sur les carburants.
La qualité des carburants mis sur le marché belge s’améliore depuis plusieurs années. Toutefois, en 2007,
une proportion plus importante d’analyses n’ont pas respecté les valeurs limites essentiellement suite à
l’introduction des carburants à basse teneur en soufre (10 ppm) au début de 2007. Cette dégradation des
performances “qualité” en 2007 est expliquée par des difficultés d’analyse du soufre dans le diesel, en
dessous de 20 ppm et à la qualité des pompes dites “blanches” qui s’est dégradée en 2007.
Source : Fédération Pétrolière Belge
•
Ministère de SPF Economie, PME, Classes moyennes et Energie :
http://mineco.fgov.be/energy/fapetro/home_fr.htm
•
Fédération pétrolière belge :
http://www.petrolfed.be/french/dossiers/controle_qualite.htm
5.4.
CONDUITE RESPECTUEUSE DE L'ENVIRONNEMENT
La consommation ainsi que les émissions d'un véhicule dans le trafic réel ne sont pas seulement liées à la
technologie du véhicule, mais elles sont aussi en grande partie déterminées par la conduite du chauffeur et
les conditions de trafic. On trouvera ci-après quelques recommandations à suivre pour une utilisation de la
voiture plus respectueuse de l’environnement :
5.4.1. STYLE DE CONDUITE ET COMPORTEMENT AU VOLANT
Une conduite sportive se caractérise par des vitesses élevées, de fortes accélérations et des freinages
brusques.
Un tel style de conduite peut provoquer, aussi bien en milieu urbain que rural, une augmentation de
consommation de 20 à 50% par rapport à une conduite normale. De plus, le graphique suivant montre bien
que la vitesse moyenne de déplacement n’est pas très différente si l’on opte pour un style de conduite ou
l’autre.
97
Figure: Consommation moyenne de carburant et vitesse de voitures (essence et pot catalytiques trois voies)
sous diverses conditions de conduite (DB = driving behaviour, CS = cold start, HS = hot start).
La consommation sera d’autant plus faible que la vitesse reste constante. C'est pourquoi il est important
d'anticiper ce qui se passe devant soi dans la circulation et de garder une distance suffisante par rapport à la
voiture qui précède. De cette façon, on évite de devoir freiner brusquement lorsque celui qui précède freine.
Aussi, il ne faut pas changer inutilement de bande de circulation. Il convient de modérer sa vitesse. On a
démontré qu'une conduite sportive ne fait pas (en ville) ou peu (hors de la ville) gagner de temps comparé à
une conduite tranquille. La vitesse idéale pour minimiser la consommation se situe en 80 et 90 km/h dans le
plus grand rapport.
Accélérez franchement et engagez le rapport supérieur le plus rapidement possible (à bas régime). La
technologie du moteur a beaucoup changé au cours des années et elle exige une nouvelle manière de
conduire. La plupart des véhicules actuels ont un moteur avec un système d'injection de carburant et ont une
force de traction (le couple) optimale aux bas régimes. Vous pouvez donc parfaitement accélérer à bas
régime. Afin de réduire les consommations, il est communément admis que la valeur cible pour changer de
vitesse est de 2500 t/min pour les voitures à essence et LPG et de 2000 t/min pour les diesels. Il convient
néanmoins de signaler qu’une récente étude du TNO (TNO report 2006 The effects of a range of measures to
reduce the tail pipe emissions and/or the fuel consumption of modern passenger cars on petrol and diesel)
estime que, pour réduire les émissions de NOx en ville, il convient de changer de vitesse à 2500 t/min, tant
pour les véhicules diesel qu’essence. Le type de voiture et les conditions de circulation jouent naturellement
un rôle. Ces informations se trouvent habituellement dans les manuels d’utilisation de la plupart des
véhicules.
98
Figure: la consommation moyenne en fonction de la vitesse aux différents rapports.
Lorsque vous devez ralentir et laisser rouler la voiture, faites le sans débrayer. Les moteurs avec injection de
carburant peuvent couper l'alimentation en carburant lorsque le véhicule roule sur le frein moteur. Si vous
débrayez, le carburant continuera à être injecté pour laisser le moteur tourner au ralenti.
5.4.2. DEMARRAGES ET ARRETS
Un moteur froid consomme quasiment deux fois plus de carburant que lorsqu'il tourne à chaud. Il est donc
préférable de ne pas utiliser la voiture pour de courts trajets. C’est également vrai pour les émissions de la
plupart des autres polluants étant donné que les systèmes d’abattement catalytique ne sont pas à bonne
température et sont donc inefficaces.
Consommation (l/100 km)
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
Distance (km)
Figure : Consommation de carburant pendant la phase de chauffage du moteur
Il convient de laisser monter doucement la température du moteur en appliquant une conduite calme
immédiatement après la mise en marche du véhicule. La voiture se réchauffe mieux lorsqu'elle est roule que
lorsqu'elle reste à l'arrêt. Lorsque vous vous parquez, veillez à placer la voiture dans la direction de départ du
prochain trajet pour éviter les manœuvres inutiles à froid. N'accélérez pas inutilement lors du démarrage.
99
Faire tourner le moteur au ralenti entraîne un gaspillage du carburant. Eteignez le moteur lorsque vous devez
attendre plus d'une minute et que les circonstances le permettent.
5.4.3. PRESSION DES PNEUS ET ENTRETIEN
Une pression des pneus trop basse de 25 % augmente la résistance au roulement et la consommation de 2 %.
Faites donc contrôler régulièrement (tous les mois) la pression des pneus et choisissez la pression
correspondant au manuel d'instruction. En outre, vos pneus s'useront en plus moins vite, l'adhésion sur la
route et donc votre sécurité seront également accrues.
Un bon entretien de la voiture vous permettra également de moins consommer. Suivez les recommandations
du constructeur et faites entretenir régulièrement votre voiture.
5.4.4. EQUIPEMENTS
Des fenêtres latérales à moitié ouvertes provoquent une surconsommation de carburant de 5%. Mieux vaut
laisser les fenêtres fermées et utiliser la ventilation. Tous les accessoires électriques (réchauffage du parebrise arrière, phares anti-brouillard,...) entraînent une consommation supplémentaire.
Le fonctionnement de la climatisation entraîne une surconsommation de carburant de 25 à 35 % en ville et
de 10 à 30 % en dehors des villes. Toutefois, des améliorations sont possibles parce que l’efficacité
énergétique des compresseurs est basse et la surface des condenseurs est souvent sous- dimensionnée.
S’ajoutent également les rejets des autres polluants (NOx, CO, particules,…) que cette surconsommation
induit ainsi que les rejets des fluides frigorigènes des circuits de refroidissement, à très fort potentiel de
réchauffement de l’atmosphère. On a estimé que les fuites de ces fluides (diffuses ou lors de l’entretien ou
de la fin de vie du véhicule) pouvaient entraîner une surémission en équivalent CO2 de 10 à 25 g/km.
Tableau : impact sur la consommation de l'air conditionné ; surconsommations moyennes en l/100 km entre
l’essai climatisation en marche et sans climatisation (source ADEME, 2003).
Surconsommation en l/100km
(entre parenthèses variation en %)
Cycle urbain
Cycle extra-urbain
Cycle mixte
(ECE)
(EUDC)
(MVEG)
+ 3,1 (+ 31 %)
+ 0,9 (+ 16 %)
+ 1,7 (+ 23 %)
Essence
(moyenne 10 véhicules)
Diesel atmosphérique
+ 2,4 (+ 26 %)
+ 0,7 (+ 12 %)
Diesel
suralimenté
+ 4,0 (+ 43 %)
+ 1,5 (+ 28 %)
(turbo Diesel)
Ensemble
des
Diesel
+ 3,2 (+ 35 %)
+ 1,1 (+ 20 %)
(moyenne 10 véhicules)
T extérieure = 30°C, T consigne = 20°C, essai sur cycle NMVEG cf. Dir. 98/69.
+ 1,3 (+ 19 %)
+ 2,5 (+ 36 %)
+ 1,9 (+ 27%)
La directive européenne 2006/40/CE du 17 mai 2006, vise à diminuer les émissions des gaz à effet de serre
fluorés utilisés dans les systèmes de climatisation des véhicules à moteur.
La directive prévoit, dans un premier temps, de contrôler les fuites des systèmes de climatisation conçus
pour contenir des gaz à effet de serre ayant un potentiel de réchauffement planétaire supérieur à 150. Une
mesure transitoire interdit ainsi lesdits systèmes de climatisation, à moins que le taux de fuite du système ne
dépasse pas les limites maximales tolérées. Cette mesure s'applique aux nouveaux types de véhicules à partir
du 21 juin 2008 et aux véhicules neufs à partir du 21 juin 2009.
100
Dans un second temps, la directive prévoit l'interdiction totale des systèmes de climatisation conçus pour
contenir des gaz fluorés ayant un potentiel de réchauffement global supérieur à 150. L'interdiction vise les
nouveaux types de véhicules à partir du 1er janvier 2011 et s'applique à tous les véhicules neufs à partir du
1er janvier 2017. La directive prévoit également des dispositions relatives au post équipement et au
rechargement des systèmes de climatisation.
5.4.5. CHARGE
N'importe quelle masse supplémentaire entraîne une consommation supplémentaire de carburant. Une
charge additionnelle de 100 kg sur un véhicule moyen de 1500 kg entraîne une augmentation de la
consommation d’environ 6 à 7 %.
Des bagages ou un coffre à ski sur le toit de la voiture augmentent en plus la résistance à l'air. A une vitesse
de 120 km/h, il peut entraîner une augmentation de consommation de 20%.
Placez plutôt les vélos sur un porte vélo à l'arrière de la voiture et enlevez le porte-bagages, vélo ou coffre à
skis immédiatement après utilisation.
5.4.6. PREPARATION DU VOYAGE
Planifiez votre trajet avant de prendre la route pour éviter les détours inutiles. A cet effet, les systèmes de
navigation se révèlent être très efficaces. Evitez de conduire en zone urbaine : la consommation sera deux
fois plus élevée que sur autoroute.
Le fait de rouler dans un trafic dense peut également conduire à une consommation deux fois plus élevée
qu'en cas de trafic normal. Lorsque le trafic est dense (mais pas à l'arrêt), sur autoroute, il est déconseillé
d'emprunter des raccourcis. La consommation sur routes rurales reste toujours plus élevée que sur
autoroute, même lorsque le trafic y est encombré.
5.4.7. ENREGISTREMENT DE VOTRE CONSOMMATION
L'enregistrement et la rétroaction de votre consommation de carburant vous rendent conscient de
l'économie que vous pouvez réaliser en adoptant un style de conduite respectueux de l'environnement. Des
expériences ont montré qu'un gain de 5% peut être atteint simplement par l'enregistrement de votre
consommation.
L'utilisation d'instruments de bord comme un limiteur de vitesse, un « cruise control » ou un ordinateur de
bord permettent également de diminuer la consommation.
Vous trouverez plus d'informations sur la conduite respectueuse de l'environnement sur :
•
•
•
•
•
•
http://www.ecodrive.org
Le projet TREATISE http://www.treatise.eu.com
Conduite écologique http://www.belgium.be/fr/mobilite/vehicules/conduite_ecologique
Febiac et DrivOlution promeuvent ce nouveau style de conduite : http://www.e-positief.be/
La Région flamande soutient le projet ROB (Rustig Op de Baan, 'calme sur la route') pour la
promotion d'une conduite respectueuse de l'environnement. Plus d'informations sur
http://www.ikbenrob.be
En Flandre, des formations sur une 'conduite environnementale' sont offertes par
http://www.mobimix.be/
101
6. FISCALITE ET PROMOTION
La rubrique suivante a pour objectif de présenter les mesures existantes et planifiées les plus importantes au
sein des trois Régions, de l’Autorité fédérale et de l’Union européenne.
6.1.
Mesures européennes
6.1.1. STRATÉGIE COMMUNAUTAIRE DE RÉDUCTION DES ÉMISSIONS DE CO2 DES
VOITURES ET VÉHICULES COMMERCIAUX LÉGERS
Environ 12 % des émissions globales de CO2 de l'Union européenne proviennent du carburant consommé par
les voitures particulières. L'UE dans son ensemble est parvenue à réduire ses émissions de gaz à effet (GES)
de serre de près de 5 % entre 1990 et 2004, mais les émissions de CO2 du secteur des transports ont
augmenté de 26 %.
La stratégie actuelle de l’Union en matière de réduction des émissions de CO2 provenant des voitures repose
sur trois piliers :
• des engagements volontaires des constructeurs ;
• l’information des consommateurs (étiquetage des voitures) ;
• ainsi que sur des mesures fiscales destinées à favoriser l'achat de véhicules plus économes en
carburant.
Conformément à ces engagements volontaires, les constructeurs européens s’étaient engagés à ramener
pour 2008 les émissions moyennes de leurs voitures neuves à 140 grammes de CO2 par kilomètre, les
constructeurs japonais et coréens s’étaient, quant à eux fixé jusqu’à 2009 pour atteindre cet objectif.
Cette stratégie n’a toutefois permis que des progrès limités vers l'objectif fixé pour 2012 de 120 grammes de
CO2 par kilomètre.
Lors du réexamen de sa stratégie, la Commission a conclu que les engagements volontaires n’avaient pas
produit les résultats escomptés et qu'il fallait prendre d’autres mesures pour garantir que l’objectif
de 120 grammes soit atteint dans les temps.
Le 7 février 2007, la Commission européenne a publié deux communications sur «les résultats du réexamen
de la stratégie communautaire de réduction des émissions de CO2 des voitures et véhicules commerciaux
e
légers» et sur un «cadre réglementaire concurrentiel pour le secteur automobile au XXI siècle». Comme
indiqué dans ces communications, la Commission a décidé de mettre en œuvre une approche intégrée afin
d'atteindre l'objectif de l'Union européenne de 120 g/km d'émissions moyennes de dioxyde de carbone
(CO2) provenant des voitures neuves d'ici à 2012.
Certaines mesures ont abouti à des textes réglementaires, d’autres sont toujours en discussion dans les
différents organes de l’Union européenne : Parlement, Conseil des Ministres,…
Les principales mesures proposées par la Commission dans la stratégie révisée sont les suivantes :
• Un cadre législatif visant à réduire les émissions de CO2 des voitures et camionnettes neuves qui
laissera à l’industrie automobile un délai d'exécution suffisant et lui garantira une prévisibilité
réglementaire. Cette démarche a abouti au Règlement (CE) No 443/2009 du Parlement européen et
du Conseil du 23 avril 2009, établissant des normes de performance en matière d’émissions pour les
voitures particulières neuves dans le cadre de l'approche intégrée de la Communauté visant à
réduire les émissions de CO2 des véhicules légers:
o Les émissions moyennes des voitures neuves vendues dans l’Union européenne ne devront
plus dépasser 120 grammes de CO2 par kilomètre d’ici à 2015. Les améliorations de la
technologie automobile devront permettre de limiter ces émissions à 130 grammes par
kilomètre, des mesures complémentaires permettant de porter les émissions globales à
120 grammes par kilomètre.
o Cette valeur limite est une moyenne qui autorise des émissions plus élevées pour les
voitures plus lourdes, compensées par les émissions moindres des voitures légères.
Si la moyenne d’émission de CO2 de la flotte d’un constructeur dépasse sa valeur limite, à
partir de 2012 le constructeur devra payer une pénalité pour émissions excessives pour
chaque voiture enregistrée. Cette prime sera de 5€ pour le 1er gramme en excès, 15€ pour
le deuxième, 25€ pour le 3e et 95€ pour chaque gramme supplémentaire. A partir de 2019,
tout dépassement coûtera 95€ par gramme.
102
Un objectif à long terme est fixé à 95g/km pour 2020. Les modalités pour atteindre cet
objectif, sa mise en œuvre, dont les pénalités de dépassement pour émissions excessives,
devront être étudiées et fixées au plus tard début 2013.
o Eco-innovations: la méthode de test pour approuver les types de véhicule est déjà
ancienne. De ce fait, il n’est pas possible de démontrer par le test type les effets de
certaines nouvelles technologies sur la réduction des émissions de CO2. Une procédure
transitoire est établie dans l’attente d’une nouvelle méthode de test en 2014. Elle permet
aux constructeurs d’obtenir un crédit moyen pour leur flotte de maximum 7g/km s’ils
équipent les véhicules de nouvelles technologies dont les performances sont attestées de
façon indépendante.
Les mesures complémentaires évoquées plus haut pour la réduction supplémentaire de 10
grammes concernent notamment l’amélioration des équipements automobiles qui influencent
le plus fortement la consommation de carburant, comme les pneus et les systèmes de
climatisation, ainsi qu’une réduction progressive de la teneur en carbone des carburants
routiers, en particulier grâce à l’utilisation accrue des agrocarburants.
Mesures visant à encourager l'achat de véhicules économes en carburant, notamment grâce à
l’amélioration de l’étiquetage et à des dispositions incitant les États membres qui prélèvent des
taxes automobiles à calculer celles-ci en fonction des émissions de CO2.
La Directive 2009/33/CE du Parlement européen et du Conseil du 23 avril 2009 relative à la
promotion de véhicules de transport routier propres et économes en énergie, impose aux États
membres à faire en sorte que les autorités publiques acquièrent un certain quota de véhicules
propres.
o
•
•
Pour de plus amples informations:
•
Site Internet de la DG Environnement sur les émissions de CO2 des véhicules:
http://ec.europa.eu/environment/co2/co2_home.htm
•
Site Internet CARS21 de la DG Entreprises et industrie:
http://ec.europa.eu/enterprise/automotive/pagesbackground/competitiveness/cars21.htm
•
Résultats du réexamen de la stratégie communautaire de réduction des émissions de CO2 des
voitures et véhicules commerciaux légers :
http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/site/fr/com/2007/com2007_0019fr01.pdf
Les mesures fiscales constituent un des trois piliers de la stratégie communautaire visant à réduire les
émissions de CO2 des voitures particulières. Une proposition (COM 2005 (261)) de Directive européenne
(toujours en discussion au second semestre 2009) concerne les taxes sur les voitures particulières. Elle
n'envisage pas d'introduire de nouvelles taxes sur les voitures particulières, mais elle envisage seulement la
restructuration de telles taxes lorsqu'elles sont appliquées par les Etats membres.
Proposition: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/site/fr/com/2005/com2005_0261fr01.pdf
6.1.2. NORMES D’ÉMISSIONS
Les émissions de polluants par les véhicules sont soumises à des normes spécifiques selon qu’il s’agit de
véhicules légers (voitures et camionnettes) ou de véhicules lourds (camions, cars et bus).
Pour les véhicules légers, la norme d’émission actuellement d’application est Euro 4, selon la Directive
98/70/EC, une des directives amendant la Directive 70/220/EEC. La norme Euro 5 est entrée en vigueur en
septembre 2009 pour les nouveaux modèles de voitures et sera d’application pour tous les modèles à partir
de janvier 2011. L’effet principal d‘Euro 5 est la réduction des particules émises par les voitures au diesel de
25 à 5mg/km.
La nouvelle norme Euro 6 a déjà été approuvée par le Conseil et le Parlement.
Les normes Euro 5 et Euro 6 ont été formulées selon une approche à deux niveaux ; les aspects importants
d’un point de vue politique font partie d’un ensemble approuvé à la fois par le Conseil et le Parlement, alors
103
que les aspects techniques font l’objet d’une législation de mise en œuvre à préparer par la Commission en
s’appuyant sur un Comité.
Le Règlement a été approuvé d’un point de vue politique par les institutions en décembre 2006 et
formellement adopté par le Conseil le 30 mai 2007. Cependant, il n’a pas encore été publié, de sorte qu’on
ne dispose pas encore d’un numéro de référence. La législation de mise en œuvre est en préparation.
Euro 6 devrait entrer en application en janvier 2014 et portera principalement sur une réduction renforcée
des émissions de NOx des voitures au diesel, de 180 mg/km à 80 mg/km.
La législation actuellement d’application pour les véhicules lourds est composée de la Directive 2005/55/EC
(approuvée en co-décision) et de la Directive 2005/78/EC (dispositions de mise en œuvre). Cette législation
fixe les standards d’émission : Euro IV, en application jusque octobre 2008, puis Euro V, en application
depuis octobre 2008.
La Commission a proposé un nouvel Euro VI en décembre 2007. Comme pour le cas des véhicules légers, la
proposition porte sur des données de l’industrie mises à jour par un panel d’experts indépendants.
Le service de la Commission en charge des normes d’émissions pour les véhicules roulants est la DG
Entreprise.
Enfin, la Directive 96/96/CE impose la vérification périodique de l’état des véhicules en circulation.
6.2.
Mesures fédérales
6.2.1. RÉGLEMENTATIONS FÉDÉRALES RELATIVES AUX AGROCARBURANTS
La Directive européenne (2003/30/CE) du 8 mai 2003 impose des objectifs aux Etats membres de l’Union
européenne pour la substitution des carburants fossiles par des agrocarburants ou plus communément
appelés biocarburants. Pour 2010, ces agrocarburants devraient prendre une part de marché de 5,75%.
Pour encourager cette énergie et en raison du prix plus élevé des agrocarburants, la Commission européenne
autorise des exonérations fiscales en faveur des agrocarburants. Cette autorisation est conditionnée au fait
que les bénéficiaires de la réduction du taux d’accises biodiesel et bioéthanol soient sélectionnés sur la base
d’un appel à candidature européen.
La Belgique a transposé la Directive européenne par l'arrêté royal du 4 mars 2005 relatif aux dénominations
et aux caractéristiques des biocarburants et d'autres carburants renouvelables pour les véhicules à moteur et
pour les engins mobiles non routiers, qui :
•
reprend les définitions européennes de la biomasse, des biocarburants et des combustibles
renouvelables;
•
fixe l'objectif de pénétration des biocarburants sur le marché belge;
•
régit la mise sur le marché de biocarburants sur le territoire belge.
L'arrêté royal du 10 mars 2006 autorise l’utilisation de l'huile de colza pure comme carburant et l’exonère
d'accises depuis le 3 avril 2006, à certaines conditions.
La loi relative aux biocarburants du 10 juin 2006 prévoit une diminution des accises pour :
• l'essence et le diesel auxquels est mélangé une quantité de biocarburants, et
•
les carburants utilisés par les sociétés régionales de transport, dans lesquels se trouve une
composante « bio » supérieure aux pourcentages prévus dans la norme diesel et essence.
La loi du 10 juin 2006 vise également à certifier, au moyen d'agréments, des unités de production sur la base
de critères de durabilité.
Le gouvernement fédéral approuvé le 3 juillet 2009 le cadre légal imposant aux sociétés pétrolières
d’incorporer 4% de biocarburant durables dans l’essence et le diesel (bio-éthanol ou bio-ETEBE pour
l’essence, FAME pour le diesel). L’application de la loi est limitée dans le temps, à savoir une période de 24
er
mois à partir du 1 juillet 2009 (avec une prolongation possible de 24 mois).
104
Horizon 2020 :
La Commission européenne a proposé que chaque État membre parvienne à une part minimum de 10%
d'énergies renouvelables (au premier rang desquelles les biocarburants) pour 2020. Cet objectif est
actuellement en passe d'être formalisé dans deux projets de directive européenne : l'un sur la qualité des
carburants, l'autre sur les énergies renouvelables. Dans les deux cas, cet objectif de 10% est conditionné à la
fixation de critères de durabilité sur la biomasse.
• http://mineco.fgov.be/energy/biofuels/home_fr.htm
•
http://www.petrolfed.be/dutch/dossiers/biobrandstoffen/bio_BE_wetgeving_wet_KB.htm
6.2.2. RÉDUCTION DE LA FACTURE DES VOITURES ÉMETTANT PEU DE CO2 ET/OU
ÉQUIPÉES DE FILTRES À PARTICULES
Depuis le mois de janvier 2005, le Gouvernement fédéral a adopté un système permettant de promouvoir
l’acquisition des personnes physiques de voitures à faibles émissions de CO2. Dans un premier temps, ces
véhicules ont bénéficié d’une réduction d’impôt, qui a été ultérieurement convertie en remise directe lors de
l’achat du véhicule. La promotion des véhicules à faible émission de CO2 par l’autorité fédérale a également
été complétée d’une réduction lors de l’acquisition de certaines voitures équipées de filtres à particules.
RÉDUCTION POUR L’ACQUISITION D’UN VÉHICULE QUI ÉMET AU MAXIMUM 115 GRAMMES
DE CO2 PAR KILOMÈTRE
Le montant de la réduction est égal à 15 % du prix d’achat du véhicule lorsque l’émission de CO2 est
inférieure à 105 grammes par kilomètre, sans dépasser le montant de 3.280 euros (non indexé).
Le montant de la réduction est égale à 3 % du prix d’achat du véhicule lorsque l’émission de CO2 est de 105
grammes jusqu’à 115 grammes au maximum par kilomètre, sans dépasser le montant de 615 euros (non
indexé).
Ces montants sont annuellement indexés et s’élèvent pour l’année budgétaire 2009 respectivement à 4.540
euros et 850 euros.
RÉDUCTION POUR L’ACQUISITION D’UN VÉHICULE DIESEL ÉQUIPÉ D’ORIGINE D’UN
FILTRE À PARTICULES
La réduction pour les véhicules diesel équipés d’origine d’un filtre à particules et qui émettent moins de 130
g/km de CO2 s’élève à 150 euros (non indexé). Ce montant est annuellement indexé et s’élève pour l’année
budgétaire 2009 à 210 euros.
VÉHICULES VISÉS
Les réductions sur facture sont accordées pour toutes les dépenses effectivement payées pour acquérir à
l’état neuf une voiture, une voiture mixte ou un minibus.
L'acheteur du véhicule qui bénéficie de la réduction doit être une personne physique (les sociétés et les
personnes morales ne sont donc pas concernées par cette mesure) qui a sa résidence en Belgique et dont le
véhicule est immatriculé auprès de la DIV.
Pour plus d'informations sur cette réduction de taxe, voir :
•
www.zuinigewagen.be
•
www.voiturepropre.be
•
http://fiscus.fgov.be/interfisc/nl/faq/Auto/aankoop.htm#F
•
http://fiscus.fgov.be/interfisc/fr/faq/Auto/aankoop.htm#E
105
6.2.3. RÉGLEMENTATIONS FÉDÉRALES RELATIVES AUX VÉHICULES DE SOCIÉTÉ
Cotisation CO2
er
Depuis le 1 janvier 2005, l’ancienne cotisation de solidarité de 33 % calculée sur l’avantage de toute nature
résultant de l’usage privé du véhicule de société est remplacée par une cotisation CO de solidarité à charge
de l’employeur. Dorénavant, le montant de la cotisation est fonction du taux d’émissions de CO du véhicule
et de la consommation de carburant. La nouvelle cotisation de solidarité ne tient plus compte ni des CV
fiscaux ni du nombre de km domicile-lieu de travail.
Le montant mensuel de la cotisation CO2 tel qu'obtenu par application d'une des formules ci-dessous est à
multiplier par 1,0543 pour obtenir le montant indexé.
2
2
Véhicule essence
((Taux de CO2 x 9) - 768) : 12
Véhicule Diesel
((Taux de CO2 x 9) - 600) : 12
Véhicule LPG
((Taux de CO2 x 9) - 990) : 12
Véhicule électrique
20,83 €
Cotisation obtenue x 1,0543 = montant
indexé
indexé
indexé
montant indexé : 21,96 €
Déduction des frais de voiture
À partir du 1er avril 2008, la déductibilité des frais de voiture dans l’impôt des sociétés est déterminée par
l’émission de CO2 du véhicule. Le taux, pour l’impôt des sociétés, est modulé en ce qui concerne le taux de
déductibilité des frais, en fonction de l’émission de CO2 par kilomètre et ceci selon le carburant utilisé (les
taux vont de 60 % à 90 %).
Type de carburant / Emission de CO2 en g par km
Déduction
Diesel
Essence
< 105 g
< 120 g
90 %
105 – 115 g
120 – 130 g
80 %
115 – 145 g
130 – 160 g
75 %
145 – 175 g
160 – 190 g
70 %
175 g
> 190 g
60 %
Les frais de carburant restent cependant déductibles à 100 %.
Vous trouverez plus d'informations sur les tarifs de la fiscalité automobile en Belgique :
• http://www.minfin.fgov.be
• http://www.fisconet.fgov.be
• https://portal.health.fgov.be/portal/page?_pageid=56,9444442&_dad=portal&_schema=PORTAL
106
6.2.4. ÉTIQUETTE CO2, GUIDE CO2, MESSAGE PORTANT SUR LE CO2 DANS LA PUBLICITÉ
Conformément à la Directive européenne 1999/94/CE, la Belgique a transposé en droit belge la mise en place
de l'information aux consommateurs sur la consommation de carburant et des émissions de CO2 des
voitures.
L’arrêté royal du 5 septembre 2001 décrète que le consommateur doit être informé de la consommation et
des émissions de CO2 des voitures neuves en vente, via quatre canaux :
• parution annuelle du guide de consommation de carburant contenant toutes les nouvelles voitures
vendues en Belgique avec leur consommation et leurs émissions de CO2 ;.
https://portal.health.fgov.be/portal/page?_pageid=56,3208400&_dad=portal&_schema=PORTAL
•
•
•
une étiquette CO2 qui doit être appliquée sur toutes les voitures exposées ;
une insertion obligatoire des informations concernant la consommation et les émissions de CO2
dans toutes les publicités promotionnelles qui ont un lien avec une marque et un modèle
spécifique ;
des informations dans chaque point de vente au moyen d'un poster contenant les données de
consommation et CO2 des modèles exposés.
En Belgique, l'étiquette de consommation de carburant indique le niveau de performances de la voiture par
rapport à la consommation moyenne des voitures fonctionnant avec le même type de carburant. Dans la
figure ci-dessous, les classes A à G sont reproduites pour les voitures essence et diesel.
107
Plus d’information sur :
• Service public fédéral (SPF) Santé publique, Sécurité de la Chaîne alimentaire et Environnement :
www.zuinigewagen.be, www.voiturepropre.be
6.3.
Mesures régionales
6.3.1. ECOSCORE
Lors de la Conférence Interministérielle de l’Environnement du 16 juin 2006, les trois Régions et l’Autorité
fédérale ont reconnu Ecoscore en tant que critère de définition du caractère « respectueux de
l’environnement » d’un véhicule.
Elles ont décidé d’utiliser le terme « respectueux de l’environnement/propre » ou un autre terme apparenté
lorsqu’elles communiquent sur l’ensemble des émissions d’un véhicule de manière à le distinguer du terme
« économe en énergie /favorable au climat » lorsqu’il s’agit de mettre en lumière les émissions de CO2 ou
108
l’aspect « énergie » ;
l’environnement.
ces derniers aspects ne représentant qu’une partie de la protection de
Les trois Régions se sont engagées à maintenir et à développer le site web Ecoscore. Les trois Régions et
l’Autorité fédérale s’engagent à intégrer, si possible, Ecoscore dans les mesures politiques en vue de
promouvoir les véhicules respectueux de l’environnement.
6.3.2. TAXES DE CIRCULATION ET DE MISE EN CIRCULATION
Depuis 2002, la base d’imposition, les taux d’imposition et les exonérations sont une compétence régionale.
La loi spéciale de financement prévoit que lorsque le redevable de ces impôts est une société, une entreprise
publique autonome ou une asbl à activités de leasing, les régions ne peuvent exercer cette compétence que
dans le cadre d’un accord de coopération conclu au préalable avec les autres Régions.
Toutes les régions
. La fiscalité automobile classique consiste en :
• une taxe de mise en circulation (TMC) est prélevée à l'achat d'une voiture (mais également d'un
minibus et d'une moto) neuve ou d'occasion. Cette taxe est calculée sur base de la puissance fiscale
(en CV fiscaux) ou de kilowatts ;
• une taxe annuelle de circulation ;
• une taxe annuelle de circulation supplémentaire (véhicules LPG) ;
• La taxe annuelle compensant la consommation (véhicules diesel) a été annulée.
• La taxe d'immatriculation du véhicule a été supprimée en 2006. Elle était à payer lors de
l'immatriculation de la voiture, sous forme de timbres fiscaux (31 Euros) à coller sur la demande
d'immatriculation, lors d'une demande de plaque ou de nouveau certificat d'immatriculation (carte
rose).
Le calcul de ces taxes pour les voitures est basé sur la puissance fiscale du véhicule exprimée en chevaux
(CV). Celle-ci dépend à la fois de la cylindrée et du poids du véhicule. Elle n’est pas directement corrélée aux
émissions.
Les voitures immatriculées comme voitures au LPG bénéficient, en fonction de l’âge de la voiture, d'une
réduction (jusqu’à 297 €) sur la taxe de mise en circulation. Un montant minimal est toujours perçu.
Pour des raisons de fiscalité européenne, les propriétaires de voitures équipées au LPG doivent
néanmoins payer une taxe annuelle supplémentaire de 89,16 à 208,20 euros. En effet, au regard
des législations européennes, les carburants doivent être soumis aux accises, ce qui n'est pas le
cas du LPG en Belgique.
La taxe actuelle de circulation pour les poids lourds est calculée sur base de la masse maximale autorisée du
véhicule.
Plus d’informations:
• http://ccff02.minfin.fgov.be/KMWeb/document.do?method=view&id=cca25487-e817-4ebc-a01a02896eb6de6b#findHighlighted
•
Guide fiscal de votre voiture a commander par :
http://koba.minfin.fgov.be/commande/form/commande1.php?clan=n
•
Tarifs taxe de circulation :
http://fiscus.fgov.be/interfisc/fr/faq/auto/tariffs.htm
109
•
FAQ Guide fiscal de votre voiture – Achat :
http://fiscus.fgov.be/interfisc/fr/faq/auto/aankoop.htm#7
Région wallonne :
Incitant fiscal (écobonus - écomalus) dans le cadre de l’acquisition d’un véhicule neuf ou d’occasion selon les
performances en matière d’émissions de CO2
er
Le Gouvernement wallon a instauré depuis le 1 janvier 2008 un mécanisme d’écobonus afin d’inciter les
personnes physiques à acquérir un véhicule qui émet peu de CO2. A côté de cet incitant, le Gouvernement
wallon a instauré un supplément d’impôt qui prend la forme d’une majoration de la taxe de mise en
circulation et qui se dénomme l’écomalus lors de l’acquisition d’un véhicule émettant une quantité
importante de CO2.
Les voitures de société ne sont donc pas concernées.
er
Plus précisément (montants d’application à partir du 1 janvier 2010) :
1. Lors de la première acquisition d’un véhicule, qu’il soit neuf ou d’occasion
•
•
•
Un bonus de 200 à 1200 € (selon la tranche d’émission de CO2) est octroyé lorsque le choix se porte
sur un véhicule rejetant moins de 126 gr de CO2/km ;
Un malus de 100 à 1500 € (selon la tranche d’émission de CO2) est réclamé lorsque l’émission du
véhicule dépasse 155gr de CO2/km.
Pour un véhicule dont le rejet est compris entre 126 gr et 155gr de CO2/km, ni bonus, ni malus.
Cette zone correspond à la moyenne des émissions de CO2 du parc automobile.
2. Lors d’un changement de véhicule (que le véhicule à immatriculer soit neuf ou d’occasion)
•
•
•
•
-
-
-
Emissions inférieures à 116 grammes : octroi systématique d’un bonus (400 à 1200 €).
Emissions comprises entre 125 et 116 grammes : octroi d’un bonus pour autant que le véhicule
remplacé émette au moins 126 grammes (100 à 400 €).
Emissions comprises entre 126 et 155 grammes : ni bonus, ni malus.
Emissions de 156 grammes ou plus : malus (100 à 1500 €). Pour les véhicules d'occasion, le malus
n’est toutefois appliqué qu'en cas d'aggravation de la pollution par le nouveau véhicule
Le régime d'écobonus est applicable pour les véhicules neufs, pour autant que le prix d'achat hors TVA et
options non comprises ne dépasse pas 20.000 €. Pour les personnes handicapées et les familles ayant au
moins trois enfants à charge, la limite du prix d'achat est majorée de 5.000 €.
Les familles nombreuses, qui ont souvent besoin d'un véhicule plus volumineux, jouissent d'un régime
plus avantageux. Elles bénéficient d'un saut d'une catégorie d'émissions polluantes et d'un saut de deux
catégories pour les familles comportant au moins quatre enfants à charge.
Les véhicules automobiles LPG jouissent également d'un avantage supplémentaire pour tenir compte de
leur pollution moindre (saut d’une catégorie d’émissions polluantes).
L’écomalus est intégré automatiquement à la taxe de mise en circulation et est réclamé via le Service Public
Fédéral des Finances
Pour plus d’informations relatives au bonus-malus, vous pouvez consulter les informations disponibles à
l’adresse suivante :
• http://fiscalite.wallonie.be/rubrique.php3?id_rubrique=5
110
Région flamande
Le 20 juillet 2006, le Gouvernement flamand a donné son approbation de principe à la réforme de la taxe de
circulation tant pour les voitures particulières que pour les poids lourds avec l’objectif de calculer les taxes de
circulation sur base des caractéristiques environnementales du véhicule. Pour les poids lourds, les discussions
sont liées à celles sur l’introduction d’une taxation au kilomètre pour les poids lourds. Pour les voitures
particulières, une Communication du Gouvernement flamand relative à l’état de situation de la réforme des
taxes de circulation pour les voitures particulières a été approuvée le 12 décembre 2008.
Plus d’informations :
• http://www.lne.be/themas/milieu-en-mobiliteit/milieuvriendelijke-voertuigen/premies-belastingenen-subsidies
6.4.
Primes environnementales
6.4.1. POUR LES POIDS LOURDS EURO V ET ÉQUIPÉS DE FILTRES À PARTICULES
Les poids lourds immatriculés en Europe doivent respecter les normes d'émissions EURO. Les limites
d’émission Euro V s’appliqueront à partir du 1er octobre 2008 pour les nouvelles réceptions.
Région wallonne
Les installations «environnementales» installées sur des poids lourds bénéficient d’une prime de la Région
wallonne. Si les investissements concernent la mise conformité avec la norme Euro V, les coûts pris en
compte sont plafonnés à 4.500 EUR, sauf s’il s’agit d’acheter un filtre à particules.
Cette prime de mise en conformité est réservée aux PME du transport. Le texte est entré en vigueur le 16
juin 2008.
Arrêté du Gouvernement wallon relatif aux incitants destinés à favoriser la protection de l’environnement et
l’utilisation durable de l’énergie :
• http://wallex.wallonie.be/index.php?doc=10577&rev=9932-3384
Région flamande
er
Depuis le 1 août 2006, le gouvernement flamand accorde, sous certaines conditions, une prime aux
entreprises qui achètent des véhicules dotés de moteurs Euro V ou qui équipent leurs camions Euro I, II ou III
d’un filtre à particules. Toutefois, depuis juin 2008 la prime n’est plus valable pour les poids lourds dotés
d’une motorisation Euro V.
Cette prime correspond à un pourcentage (20% pour les PME et 10% pour les grandes entreprises) du
surcoût engendré par cet investissement..
Si la société dispose d’un certificat de gestion écologique ‘Milieucharter’, du certificat ISO 14001 ou du
certificat EMAS, ou bien si elle s’engage à obtenir l’un d’entre eux avant la fin du programme
d’investissement, la prime peut passer respectivement à 36,5%, 38% ou 40% (PME) et à 26,5%, 28% ou 30%
pour les grandes entreprises.
Pour tout renseignement :
• www.vlaanderen.be/ecologiepremie
•
http://www.lne.be/themas/milieu-en-mobiliteit/milieuvriendelijke-voertuigen/premiesbelastingen-en-subsidies/ecologiepremie
111
6.4.2. POUR LES VOITURES ÉQUIPÉS DE FILTRES À PARTICULES
Région flamande
Le Gouvernement flamand a prévu de subventionner certains filtres à particules. Il s'agit d'une prime pour
l'installation de filtres à particules (80% des coûts, plafonné à € 400) sur les anciennes voitures, notamment
les voitures Euro 3. Les voitures neuves ne sont pas éligibles à la prime. Pour les voitures neuves en effet, il
est préférable de favoriser les filtres d’origine, bien plus efficaces.
Plus d'informations sur la prime consultable sur le site :
• http://www.lne.be/campagnes/roetfilter/subsidies-roetfilter
6.4.3. MESURES RÉGIONALES VISANT L’ACQUISITION DE VÉHICULES PLUS PROPRES PAR
LES POUVOIRS PUBLICS
L’Ordonnance Air impose aux organismes publics de la Région de Bruxelles ayant une flotte de plus de 50
véhicules de posséder au moins 20% de véhicules propres pour 2008. Les administrations concernées par
cette mesure sont identifiées par l’arrêté d’exécution du 3 juillet 2003, dit Arrêté «véhicule propre».
L’Arrêté, est arrivé à terme en 2008, a été évalué et une nouvelle version se basant sur l’écoscore est entrée
en vigueur le 18 juin 2009. Les acquisitions de nouveaux véhicules doivent dorénavant respecter un écoscore
minimal
Région flamande
Le Plan d'action 2007-2010 « Protection de l'environnement dans la flotte de véhicules du Gouvernement
flamand » définit des clauses environnementales dans les marchés publics relatifs à l’acquisition de véhicules
par les pouvoirs publics. Tant dans la circulaire en matière d'acquisition des véhicules de service que dans le
cahier des charges pour les nouveaux contrats cadres de l'Agence de Gestion des Installations (AFM) a été
inclus un Ecoscore minimal auquel doivent satisfaire les nouveaux véhicules de service.
Protection de l'environnement dans la flotte de véhicules :
•
Milieuzorg in de Vlaamse overheid :
http://www.lne.be/campagnes/milieuzorg-in-de-vlaamse-overheid
http://bz.vonet.be/nlapps/docs/default.asp?fid=515
Région wallonne
Le Gouvernement wallon a adopté en 2008 un avant-projet de circulaire concernant le parc automobile de la
Région. C’est une mesure prévue au Plan Air-Climat (mesure prioritaire n° 78 : renforcer la prise en compte
des critères environnementaux lors de l’achat des véhicules par l’Administration).
Cette circulaire prévoit que l’Ecoscore constitue le critère d’évaluation environnemental des véhicules. Il
interviendra à concurrence de 20% dans l’attribution des marchés publics des véhicules de la Région
wallonne. Les autres critères d’attribution concernent les aspects financiers, techniques, fonctionnels et
commerciaux.
112
•
http://gov.wallonie.be/IMG/pdf/CPGW080717B.pdf
6.4.4. MESURES RÉGIONALES FAVORISANT LE RENONCEMENT À LA VOITURE
Toute personne domiciliée en Région de Bruxelles-Capitale qui radie sa plaque d'immatriculation et le cas
échéant, procède à la destruction de son véhicule pourra bénéficier, sous certaines conditions, d'une prime
Bruxell'AIR.
L'objectif de cette prime est d'encourager les automobilistes bruxellois à renoncer à leur voiture au profit de
moyens de déplacements plus respectueux de l'environnement et très adaptés à la ville : les transports
publics, le vélo, la marche et le carsharing Cambio.
•
http://www.prime-bruxellair.be/
Région flamande
Si vous déposez votre plaque d'immatriculation auprès de la Direction pour l'Immatriculation des Véhicules
(DIV), il est possible d’obtenir un abonnement gratuit auprès de De Lijn « Dina-abonnement ». Si c’est le
numéro d'immatriculation du véhicule de votre famille qui est supprimé, vous pouvez obtenir des
abonnements pour tous les membres de la famille. Dans ce cas, aucun membre de la famille ne peut encore
disposer d’une voiture, même de société ou en leasing. Si vous vous défaites d'une voiture, mais qu’il y a
encore une ou des voitures dans la famille, alors vous pouvez indiquer un membre de la famille pour
l'abonnement gratuit.
•
http://www.delijn.be/vervoerbewijzen/types/abonnement/dina_abonnement.htm?ComponentId=2
33&SourcePageId=624
Région wallonne
Diverses mesures de promotion des transports en commun ont été récemment décidées en Région wallonne.
On peut notamment citer :
•
La prise de quatre nouvelles mesures tarifaires dont les deux principales sont :
o gratuité des bus pour les enfants de moins de 6 ans étendue aux moins de 12 ans ;
o réduction de 50% sur les prix des abonnements destinés aux 12-24 ans qui fréquentent un
établissement scolaire organisé ou subventionné par la Communauté française.
•
L’octroi d’un abonnement libre parcours durant trois années sur tout le réseau TEC et des avantages sur
les abonnements de voitures partagées Cambio aux personnes qui rendent une plaque à la DIV. En outre
cette mesure est étendue à tous les membres de la famille si le ménage ne possède plus aucune voiture
après avoir rendu la plaque.
•
La décision de faire du Groupe TEC le Manager de la Mobilité et d’étendre son champ d’actions aux
différents modes de transport alternatifs à la voiture individuelle. Dans ce cadre, les Maisons du TEC se
transforment peu à peu en Maisons de la Mobilité. Les Maisons de la Mobilité TEC dispensent, outre les
informations liées à la mission de prestataire d’autobus, toute une série de renseignements sur les
acteurs de la mobilité présents en Région wallonne : les partenariats avec les sociétés de taxis, la
promotion des voitures partagées Cambio, le vélo, les abonnements combinés TEC-SNCB, TEC-STIB, TECDe Lijn, l’échange de sa plaque d’immatriculation.
113
•
Le lancement d’une étude sur l’utilisation du vélo pliable en combinaison avec les autres modes de
transport, notamment les bus. Afin de déterminer le potentiel de ce mode de transport combiné, le TEC
a fait appel à 60 abonnés volontaires qui ont testé jusqu’au mois de juin 2009 la combinaison vélo
pliable – bus et éventuellement train.
114

Université de Liège, 2009

Transcription

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