fiches conseil environnement

Transcription

FICHES CONSEIL ENVIRONNEMENT
ENERGIES :
QUELLES FILIERES TECHNOLOGIQUES
POUR LES AUTOCARS ?
AVRIL 2007
TABLE
DES MATIERES
INTRODUCTION
3
LE GAZOLE
6
LE DIESTER 30
8
LES EMULSIONS EAU GAZOLE
11
L’ETHANOL
13
LES FILTRES A PARTICULES (FAP)
15
LES SYSTEMES DENOX
17
LE GAZ NATUREL POUR VEHICULE (GNV)
20
LE GAZ DE PETROLE LIQUEFIE (GPL)
22
LES VEHICULES ELECTRIQUES
23
LES VEHICULES HYBRIDES
24
LA PILE A COMBUSTILE
26
CONCLUSION
28
INTRODUCTION
Les acteurs
La Fédération Nationale des Transports de
Voyageurs (FNTV) représente près de 1 500
entreprises de transport par autocar exécutant des
services de transport régulier, scolaire ou à la
demande ainsi que des transports occasionnels et
touristiques pour le compte de collectivités locales.
Ces entreprises, de toutes tailles et réparties sur
l'ensemble du territoire, représentent 75 000 emplois
directs et indirects. Chaque année, ce sont près de
1,2 milliard de personnes qui empruntent un autocar.
L’Agence de l'Environnement et de la Maîtrise
de l'Energie (ADEME) est un établissement public
à caractère industriel et commercial, placé sous la
tutelle conjointe des Ministères en charge de
l'Ecologie et du Développement durable, de
l'Industrie et de la Recherche. Ses missions
consistent à susciter, animer, coordonner, faciliter
ou réaliser des opérations ayant pour objet la
protection de l'environnement et la maîtrise de
l'énergie.
Contexte
Le transport routier est un élément primordial dans l’économie d’un pays. En effet, les flux de biens et de
personnes sont aujourd'hui nécessaires pour assurer la vie et la croissance économique. Cette mobilité
s’accompagne de nombreux inconvénients :
♦
des émissions de gaz polluants et de particules ayant un impact sur la santé, le patrimoine et le
cadre de vie ;
♦
des émissions de gaz à effet de serre, synonymes de changement climatique ;
♦
une consommation de ressources fossiles (de type pétrole) ;
♦
une congestion du trafic routier avec des conséquences sur la sécurité routière ;
♦
une augmentation des niveaux de bruit, ayant également un impact sur la santé.
Les transports dépendent fortement des ressources pétrolières. Par leur densité énergétique (en volume)
sans concurrent à ce jour, les carburants liquides issus du pétrole représentent la quasi-totalité des énergies
utilisées pour le transport de voyageurs. Cette limitation des sources d'approvisionnement fragilise fortement
l'activité de transport en période de tensions internationales et laisse percevoir de futures difficultés,
notamment une raréfaction accélérée du pétrole, et par conséquent, une hausse continue des prix du baril.
Selon les prévisions actuelles, le pic de production d’énergie devrait être atteint entre 2010 et 2025, et le prix
du baril de pétrole pourrait être d’environ 250 à 300 dollars en 2015 (78,43 dollars en août 2006).
Objectifs environnementaux
Dans ce contexte, les objectifs environnementaux sont multiples :
♦
réduire les émissions de polluants : monoxydes de carbone (CO), hydrocarbures (HC), oxydes
d’azote (NOX) et particules ;
♦
réduire les émissions de gaz à effet de serre : gaz carbonique (CO2), méthane (CH4) et protoxyde
d’azote (N2O) ;
♦
réduire la dépendance énergétique vis-à-vis du pétrole et anticiper sa raréfaction ;
♦
mettre en oeuvre des solutions compatibles avec les conditions d’exploitation des véhicules.
Moyens
Les moyens pour atteindre ces objectifs sont :
♦
La mise en place des réglementations, notamment les normes anti-pollution européennes ;
♦
Le développement de nouvelles filières technologiques.
Afin de limiter les émissions polluantes unitaires (CO, HC, NOX, et particules), la Commission Européenne a
introduit en 1987 les normes Euro qui s’appliquent aux moteurs des véhicules lourds de plus de 3,5 tonnes,
dont les autocars.
ère
En fonction de leur date de 1
mise en circulation, les véhicules lourds doivent respecter les normes :
♦
Euro 0 : véhicules immatriculés avant le 1 octobre 1993 ;
♦
Euro 1 : véhicules immatriculés entre le 1 octobre 1993 et le 1 octobre 1996 ;
♦
♦
♦
Euro 4 : véhicules immatriculés au 1 octobre 2006 ;
♦
Euro 5 : véhicules immatriculés au 1 octobre 2009.
er
er
er
er
er
er
er
er
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Pour produire de l’énergie et/ou mieux respecter l’environnement, des filières technologiques alternatives ont
été étudiées. Bien que les pistes soient nombreuses, aucune d’entre elles ne peut actuellement être
considérée comme une alternative totale au pétrole. Pour la plupart elles constituent des compléments
permettant de réduire les émissions polluantes et/ou d’apporter une énergie complémentaire.
Certaines solutions peuvent être adaptées aux autocars et autobus actuellement en circulation. D’autres
solutions ne peuvent s’appliquer à ce parc et nécessitent son renouvellement, c’est le cas du gaz naturel de
ville (GNV), du gaz de pétrole liquéfié (GPL), de la pile à combustible, et des systèmes électriques et
hybrides.
Objectif et usage des Fiches Conseil Environnement
Au regard de ces éléments, en collaboration avec l’ADEME, la FNTV a décidé d’élaborer 11 Fiches Conseil
Environnement traitant des filières technologiques étudiées qui sont de la plus connue (1) à la plus
expérimentale (11) :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Le gazole
Les biocarburants
Les émulsions eau gazole
L’éthanol
Les filtres à particules (FAP)
Les systèmes de réduction des NOX
Le GNV
Le GPL
Les véhicules électriques
Les véhicules hybrides
La pile à combustible
Ces fiches ont été réalisées à partir de données techniques de l'ADEME - Optibus, Opticamion - et du
document téléchargeable sur le site Internet de l’ADEME, "Les technologies des véhicules lourds et leurs
carburants".
Elles ont été enrichies des expérimentations réalisées dans les entreprises adhérentes à la FNTV. Elles ont
ensuite été conceptualisées pour devenir un outil de dialogue clair et constructif entre les Autorités
Organisatrices de Transport, les représentations régionales et départementales de la FNTV, et les
entreprises.
Pour ce faire, elles détaillent les avantages et inconvénients techniques, environnementaux et économiques
des différentes filières technologiques.
Enfin, sur quatre critères, chaque fiche comprend un tableau de synthèse présentant le positionnement de
la filière étudiée relativement à la filière choisie comme référence de l’étude (Diesel Euro 3) de la façon
suivante :
Impact sur la santé
CO
HC
Filière
étudiée
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Perception
Exploitation
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumée
Image
Eléments de couleurs progressifs du rouge au vert, choisis selon la grille ci dessous
Beaucoup moins bien
que Diesel Euro 3
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Pour un respect de l’environnement toujours meilleur, l’ADEME et la FNTV vous souhaitent le meilleur usage
de ces fiches.
Gabriel PLASSAT
Daniel PARSY
ADEME
Commission Technique et Sécurité FNTV
LE GAZOLE
Présentation / Caractéristiques
La plupart des carburants utilisés actuellement sont des distillats de pétrole ayant, selon les caractéristiques
du brut, subis en raffinerie différents niveaux de transformations destinés à en améliorer les performances.
Les raffineries produisent tous les types de carburants (GPL, essence, fuel lourd …), et notamment le
gazole. Ce carburant est utilisé pour les moteurs Diesel.
En dehors des normes Euro, les deux méthodes de réduction des émissions polluantes appliquées au
gazole consistent d’abord à en abaisser la teneur en soufre et en aromatiques puis d’y incorporer une part
croissante de biocarburant (Diester). Actuellement, il y a en moyenne 1,6 % de Diester dans le gazole à la
pompe, les objectifs français sont d’atteindre 7% en 2010 (cf. fiche Diester).
Avantages
•
Techniques / Environnementaux :
o
o
Gazole standard (50 ppm) :
maturité des technologies en termes de moteurs ;
disponibilité du produit ;
infrastructure simple d’approvisionnement ;
stockage très facile ;
réduction progressive des émissions polluantes avec la mise en place des
normes anti-pollution.
Gazole à très basse teneur en soufre (10 ppm) :
o
réduction des émissions d’oxydes d’azotes (NOX), d’hydrocarbures (HC), de
monoxydes de carbone (CO) et de particules ;
réduction à zéro, ou presque, des émissions de dioxyde de soufre (SO2) ;
amélioration du fonctionnement des filtres à particules (FAP).
Incorporation progressive de biocarburant (Diester) dans le pool gazole :
•
réduction des gaz à effet de serre.
Économiques :
o
Gazole à très basse teneur en soufre (10 ppm) :
Faiblesse relative du coût jusqu’à présent par rapport aux autres filières
existantes ;
Fort pouvoir énergétique au litre ;
Faiblesse relative du prix des véhicules par rapport aux autres solutions.
o
Incorporation progressive de biocarburant (Diester) dans le pool gazole :
Filière créatrice d’emplois, notamment induits (estimation de 8,8 emplois pour 1
000 tonnes de Diester) ;
Impact positif sur la balance commerciale de la France (variable selon le taux
d’utilisation de cette filière).
Inconvénients
•
o
o
Importance des émissions de gaz carbonique (CO2) et impact négatif sur l’effet de
serre ;
Pour le gazole à très basse teneur en soufre (10 ppm) :
•
risque de grippage du moteur jusqu’aux motorisations Euro 3.
Économique :
o
Raréfaction proche, et par conséquent, augmentation permanente du coût.
Synthèse (gazole à très basse teneur en soufre avec introduction progressive de Diester)
CO
HC
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Exploitation
Perception
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumée
Image
Gazole
10 ppm
Légende
Moins bien que
Diesel Euro 3
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Source : ADEME
Préconisations FNTV / ADEME
Si le gazole apparaît, en termes de coût d’utilisation, comme la solution la plus répandue à ce jour, il
convient néanmoins d’anticiper une augmentation du coût de ce carburant et d‘explorer de nouvelles filières
énergétiques pour faire face aux défis « énergie - effet de serre ».
En termes de protection de l’environnement, la combinaison entre les normes anti-pollution européennes et
les filtres à particules (FAP) semblerait efficace. Une solution de gazole à très basse teneur en soufre
(10 ppm) avec un filtre à particules (FAP) est actuellement testée.
LE DIESTER 30
Les biocarburants sont constitués à base de végétaux. Les principaux types de biocarburants existants sont
les suivants :
♦ le bioéthanol (voir fiche spécifique) : produit de la fermentation de plantes riches en sucre et en
amidon ;
♦ le biodiesel : carburant compatible avec les moteurs Diesel, produit à partir d’oléagineux
(biocarburant de première génération) ou par synthèse à partir de la biomasse (biocarburant de
seconde génération) ;
♦ le biogaz : gaz combustible (essentiellement méthane) produit par la fermentation de matières
organiques. Ce carburant pourra être utilisé sur moteur fonctionnant au GNV (voir fiche spécifique)
Deux modes de fabrication permettent de distinguer les biocarburants :
♦ les filières « traditionnelles » dont les procédés de fabrication reposent sur la fermentation, la
distillation et l’estérification. Les produits obtenus sont les biocarburants utilisés
actuellement (biogaz, éthanol, ester, etc.) ;
♦ les filières de synthèse où la biomasse est transformée en phase gazeuse composée de monoxyde
de carbone (CO) et de dihydrogène (H2), puis en liquide de caractéristiques variables « selon la
demande ». Cette voie fait l’objet de recherches avec des industriels et des premières applications
sont envisagées. Par ailleurs, la société Neste Oil (Finlande) produira en 2007 plus de
100 000 tonnes de gazole de synthèse obtenu à partir de graisses (végétales et animales) par
hydrotraitement. Cette filière fournira progressivement une part croissante de carburant.
Le Diester (catégorie biodiesel) est constitué à partir d'un mélange d’huiles végétales estérifiées et de
gazole. Deux actions principales le mettent en œuvre.
Le gazole ordinaire destiné à l’ensemble des véhicules routiers contient une part de biocarburant (maxi 5 %).
Actuellement, il y a ainsi en moyenne 1,6 % d'ester d'huiles végétales dans le gazole servi à la pompe. Pour
la France et avec des biocarburants de première génération, les objectifs sont d’atteindre 5,75 % d’esters
d’huiles végétales dans le gazole en 2008 et 7 % en 2010. Ces seuils sont supérieurs aux objectifs
européens qui sont de 5,75 % en 2010 (cf. : fiche Gazole).
Pour le parc de véhicules d’une entreprise (flotte captive), après contrôle auprès du constructeur, la
proportion d’ester d’huiles végétales peut être portée à 30 % d’où le nom « Diester 30 », ceci sans
modifications fondamentales du moteur.
Avantages du Diester 30 :
•
o
o
o
o
o
•
Mise en œuvre aisée sur tous les véhicules répondant aux normes antérieures à Euro 3,
sans surcoût d'investissement (si toute la flotte est concernée) ;
Facilité de stockage ;
Durabilité assurée ;
Compatibilité avec les filtres à particules (FAP) ;
Réduction de 20 à 25 % des émissions de gaz carbonique (CO2), en prenant en compte
la croissance de la plante (notion appelée : bilan énergétique du « puits à la roue »).
Économiques :
o
o
o
Filière créatrice d’emplois, notamment induits (estimation de 8,8 emplois pour 1 000
tonnes de Diester) ;
Impact positif sur la balance commerciale de la France (variable selon le taux
d’utilisation de cette filière) ;
Réduction de 40 %, en termes monétaires (coûts externes), de l’impact négatif sur
l’environnement par rapport à la filière Diesel.
Inconvénients du Diester 30 :
•
o
o
o
o
o
•
Nécessité d’une adaptation particulière de certains moteurs (les garanties doivent être
fournies par les constructeurs – des problèmes de garanties existent pour les véhicules
répondant aux normes Euro 4 et euro 5) ;
Nécessité d’une maintenance plus rapprochée avec vidange, contrôle des filtres, des
jeux de soupapes, des durites ;
Emissions d’odeurs caractérisées au niveau du pot d’échappement dans certains cas ;
Difficultés de ravitaillement selon le lieu d'utilisation (peu de producteurs et peu de sites
de distribution) ;
Impact quasi nul par rapport au gazole sur les émissions de monoxyde de carbone (CO)
et d’hydrocarbure (HC), et légère augmentation des émissions d’oxyde d’azote (NOX).
Économiques :
o
Surconsommation de carburants liée à une différence de PCI (pouvoir calorifique
inférieur) ;
o
Coûts plus importants liés notamment aux coûts de transport du produit et au plus faible
volume de production du Diester 30 par rapport au gazole ordinaire.
Synthèse
CO
HC
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Exploitation
Perception
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumée
Image
Diester
Diester
FAP
Légende
Moins bien que
Diesel Euro 3
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Source : ADEME
Le Diester constitue une solution qui peut se substituer partiellement au gazole avec une légère adaptation
des motorisations et des infrastructures de distribution. La filière est d’autant plus intéressante à suivre que
les voies de progrès sont multiples et adaptées pour l'autocar. En permettant de raffiner toute la plante en
lieu et place de la seul fleur, ou en développant la synthèse à partir de la biomasse, les biocarburants de
ème
2
génération bonifieront encore le bilan énergétique du « puits à la roue » et permettront d'accroître les
volumes, le potentiel total mobilisable étant de l'ordre de 30 Mtep (Million de tonnes équivalent pétrole).
Production de biocarburants
et surfaces agricoles disponibles avec les techniques actuelles
2004
2008
2010
2015
% substitution carburants
0,80 %
5,75 %
7%
10 %
Production biocarburants (Mtep)
0,34 %
2,63 %
3,6 %
5,1 %
Surfaces agricoles (terres arables
18,35 Mha)
0,29 %
1,76 %
2,45 %
3,5 %
Légende :
Mtep : Millions de tonnes équivalent pétrole
Mha : Million d’hectares
Source : Ademe
LES EMULSIONS EAU GAZOLE
Ce carburant se compose d'une émulsion d'eau (environ 10 %) dans le gazole. L'utilisation de l’émulsion eau
gazole est limitée par l’arrêté du 4 septembre 2000 relatif aux caractéristiques des émulsions d’eau dans le
gazole, à certaines motorisations, à savoir :
♦ aux moteurs Diesel, entraînant des véhicules dont la masse en charge techniquement admissible est
supérieure à 3,5 tonnes et faisant partie d’une flotte professionnelle disposant d’une logistique
d’approvisionnement spécifique ;
♦ aux moteurs Diesel entraînant des engins ferroviaires ou sur des groupes électrogènes et autres
matériels non routiers.
Les principaux produits distribués, en France, sont :
♦ l’Aquazole de TOTAL ;
♦ l’Eaudiez (symbole : O#) de Gecam France ;
♦ l'Aspira de BP.
Avantages
•
o Facilité de mise en œuvre ;
o Réduction de 10 % des émissions de monoxyde de carbone (CO) et d’hydrocarbure
(HC), de 5 à 10 % pour les oxydes d’azote (NOx) et 30 à 40 % pour les particules selon
les motorisations.
•
Économiques :
o Avantage fiscal (TIPP de 24,54 euros par hectolitre contre 41,69 euros par hectolitre
pour le gazole) ;
o Investissement limité.
Inconvénients
•
o Nécessité d'installer une cuve spécifique pour les véhicules utilisant une émulsion ou
d'utiliser le produit pour toute la flotte ;
o Nécessité d’un entretien quasi quotidien des cuves pour maintenir le produit en
émulsion ;
o Problème de garanties « constructeurs » ;
o Nécessité de remettre ou au moins de contrôler l'état des motorisations antérieures à
Euro 1, en particulier les injecteurs et les systèmes d'injection, et plus généralement
d'utiliser le produit sur des moteurs en bon état ;
o Compatibilité avec les motorisations Euro 4 non connue, tests en cours pour les
motorisations Euro 3.
•
Économique :
o
Surconsommation liée à la présence d’eau.
Synthèse
CO
HC
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Exploitation
Perception
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumée
Image
Emulsion
Légende
Moins bien que
Diesel Euro 3
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Source : ADEME
L’utilisation de l’émulsion eau gazole pour les autocars semble satisfaisante puisque le gazole blanc permet
d’atteindre une réduction de 30 à 40 % des émissions de particules et de 5 à 10 % des NOX.
Ce carburant verra cependant ses avantages réduits par l'introduction des nouvelles motorisations Euro 4.
De plus, la compatibilité avec les systèmes d'injection et le système SCR reste encore à valider.
L’ETHANOL
Il existe deux utilisations possibles de l'éthanol, associé à des additifs adaptés, sur un moteur Diesel :
♦
à hauteur de 10 à 15 % dans le gazole avec des additifs tensioactifs (catégorie des émulsions), car
l'éthanol ne se mélange au gazole qu'à hauteur de 1 ou 2 % uniquement ;
♦
à hauteur de 90 % - dans des moteurs dédiés - avec 5 à 7 % d’additifs procétane (catégorie des
biocarburants) compte tenu de l'indice de cétane (capacité du carburant à s’enflammer) très faible
de l'éthanol.
Cette dernière solution est utilisée notamment en Suède avec une flotte d'environ 400 autobus alimentés
avec du bioéthanol. La Suède consomme plus d'éthanol qu'elle n'en produit du fait de la généralisation de
l'E5 (5 % d'éthanol dans l'essence) et du développement de stations services distribuant de l’E85 pour les
véhicules légers adaptés (85 % d’éthanol).
L'éthanol peut être produit à partir de blé ou de la betterave par fermentation. Il peut être aussi produit à
partir de canne à sucre, de paille ou de bois.
Avantages
•
o
o
Réduction des émissions polluantes réglementées ;
Réduction des émissions de gaz à effet de serre.
Inconvénients
•
o
o
o
o
•
Nécessité de modifier les véhicules et les stations de distribution pour conserver une
bonne fiabilité des véhicules ;
Réduction des performances ;
Fiabilité et durée de vie des moteurs réduites ;
Augmentation de certains polluants non réglementés (aldéhydes).
Économique :
o
Augmentation de la consommation liée à une différence de PCI (pouvoir calorifique
inférieur).
Synthèse
CO
HC
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Exploitation
Perception
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumée
Image
Ethanol
Légende
Moins bien que
Diesel Euro 3
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Source : ADEME
Bien que testée dans les années 1980 notamment à Tours, la filière éthanol pour moteur Diesel n'est pas
utilisée en France et la commercialisation de ce type de carburant n'est pas envisagée à court terme pour
les autocars.
Cette filière devrait se développer fortement sur les véhicules légers (en mélange avec l'essence pour
obtenir de l'E85), et il n'est pas impossible que cela entraîne à moyen ou long terme le développement de la
filière éthanol sur Diesel pour les véhicules lourds. L'ADEME prévoit ainsi de tester en France un autobus à
l’éthanol en 2007.
Pour les véhicules lourds, un seul constructeur met au point une motorisation adaptée.
LES FILTRES A PARTICULES (FAP)
Les FAP ont pour objet de filtrer les gaz d’échappement des moteurs Diesel en réduisant ainsi les émissions
de certains composés, dont les particules solides. Certains constructeurs proposent des FAP sur les
véhicules neufs (première monte). Différents FAP sont également disponibles pour équiper des véhicules
d’occasion (seconde monte ou retrofit).
En tout état de cause, un FAP doit remplir les caractéristiques suivantes :
♦
une grande efficacité de filtration ;
♦
une grande capacité de stockage des particules ;
♦
une température maximale d'utilisation élevée ;
♦
une bonne résistance aux chocs thermiques ;
♦
une bonne résistance mécanique ;
♦
une faible variation de pression ;
♦
une bonne stabilité chimique ;
♦
une résistance aux composés présents dans les gaz d'échappement ;
♦
une faible réactivité avec les cendres ;
♦
une résistance à l'oxydation ;
♦
une compatibilité avec les méthodes de régénération ;
♦
une cohabitation avec le catalyseur ;
♦
une compatibilité avec les additifs carburants ;
♦
une absence d'émissions secondaires (telles que des pertes de fibres) ;
♦
une petite taille ;
♦
un faible poids ;
♦
une grande durée de vie ;
♦
une bonne durabilité ;
♦
un faible coût.
Avantages
•
o
o
•
Possibilité d’équiper les véhicules d’occasion (retrofit) ;
Réduction des particules à hauteur de 90 % en masse pour toutes les tailles de
particules.
Économiques :
o
Réduction importante des coûts externes (nuisances sonores, pollution, etc.).
Inconvénients
•
o
o
o
o
o
Nécessité d’une maintenance annuelle pour brûler les particules stockées non
régénérées et éliminer les cendres ;
Homologation du dispositif par l’UTAC ;
Nécessité d’une formation spécifique des personnels de maintenance ;
En seconde monte (retrofit) :
nécessité de mesures préalables de températures à l’échappement ;
nécessité d’agrément et de validation du couple « moteur - filtre » par le
constructeur ;
nouvelle homologation auprès de l’UTAC et nécessité d’une réception à titre
isolé auprès de la DRIRE ;
nécessité d’un dosage direct de l’additif dans la cuve selon les systèmes ;
nécessité d’un lubrifiant à faible teneur en cendres.
Surémissions de dioxyde d’azote (NO2) par la mise en œuvre de certaines technologies
de FAP.
Synthèse
CO
HC
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Exploitation
Perception
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumées
Image
Diesel
FAP
Diester
FAP
Légende
Moins bien que
Diesel Euro 3
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Source : ADEME
Les FAP représentent une réponse adaptée aux besoins de réduction des émissions polluantes. Les FAP
peuvent être additionnés au Diester, aux systèmes DeNOX et permettent ainsi d’obtenir de très bons
résultats en termes de réduction des émissions polluantes et de gaz à effet de serre. Il faut veiller à utiliser
des FAP ne produisant pas de NO2.
Cette filière constitue une solution environnementale complémentaire. Elle ne permet en aucun cas de
réduire la dépendance énergétique vis-à-vis du pétrole.
LES SYSTEMES DENOX
Ces systèmes ont pour objectif de réduire les émissions d’oxydes d’azote (NOX). Les valeurs de NOX
mesurées correspondent à la somme des rejets de monoxyde d’azote (NO) et de dioxyde d’azote (NO2). Les
NOX ont un impact négatif sur la santé de l’homme, notamment sur les personnes asthmatiques.
Il existe plusieurs techniques de limitation des rejets du moteur :
♦
l’amélioration des performances « moteurs » ;
♦
le système EGR (recirculation des gaz brûlés) ;
♦
les systèmes de post-traitement : le système SCR (réduction sélective catalytique) par injection
directe d’ammoniac, d’urée (AdBlue) ou d’acide cyanurique, les filtres à particules à regénération
continue, la catalyse sélective par hydrocarbures (HC), les pièges à NOX, les traitements par plasma ... ;
♦
la modification de la formulation des carburants.
Pour atteindre les objectifs Euro 4 de limitation des émissions NOX, deux techniques ont été privilégiées par
les constructeurs d’autocars : la recirculation des gaz brûlés (EGR) et le traitement post-combustion (SCR).
Avantages
•
o
Système EGR :
o
Système SCR (la réduction des émissions de NOX est assurée par un dispositif de
dépollution externe au moteur ; cette façon de procéder permet alors de rendre au
moteur un fonctionnement optimisé) :
•
absence de réservoir additionnel, contrairement au système SCR ;
application permettant déjà de répondre aux normes anti-pollution Euro 4 ;
possibilité et nécessité en général de couplage avec un FAP.
réduction forte des émissions de particules à la source et baisse de la
consommation grâce au découplage entre la réduction des NOX et la
calibration ;
possibilité de couplage avec un FAP ;
application permettant déjà de répondre aux normes anti-pollution européennes
Euro 4 et Euro 5.
Économiques :
o
Système SCR :
consommation de 4 % d’urée pour une baisse de consommation du gazole de
l'ordre de 4 à 6 % ;
prix de l’urée (0,50 à 0,70 € par litre) moins cher que le gazole.
Inconvénients
•
o
Système EGR :
o
Système SCR :
•
réduction possible et difficultés d’amélioration des performances du moteur ;
opération difficilement réalisable pour les véhicules actuellement en circulation
(seconde monte ou retrofit difficilement réalisable) ;
nécessité d’une maintenance spécifique et augmentation de la périodicité des
vidanges ;
perturbation des résultats rendant difficile, voire impossible, le suivi des moteurs
par analyse d’huile ;
sollicitation accrue du lubrifiant (effets négatifs potentiels sur l’usure et la
durabilité du moteur) ;
compatibilité difficile avec les normes postérieures à Euro 5.
seconde monte (retrofit) ne permettant pas d'obtenir des gains de
consommation, comme en première monte ;
nécessité d’installation d’un réservoir séparé ;
surpoids du réservoir et de son contenu ;
jusqu'en octobre 2007, possibilité d’utilisation du moteur sans l’additif ramenant
alors les résultats sous la qualité environnementale Euro 1. Une information
prévient le conducteur du dysfonctionnement. A partir d'octobre 2007, la mise en
place d'un capteur de NOX permettra d'agir sur le moteur en réduisant le couple
moteur disponible.
Économiques :
o
o
o
o
Coûts de mise en œuvre et d’entretien non négligeables en première monte (véhicules
neufs) ;
Impossibilité ou coûts de mise en œuvre lourds en deuxième monte (retrofit) ;
Système EGR :
risque d’augmentation de la consommation.
Système SCR :
importance du coût des équipements de stockage de l’additif à base d’urée ;
importance du coût d’approvisionnement.
Synthèse
CO
HC
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Exploitation
Perception
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumée
Image
EGR
SCR
Légende
Moins bien que
Diesel Euro 3
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Source : ADEME
En présentant un bilan de préservation de l’environnement de niveau intéressant - avec des résultats en
terme de respect de l’environnement comparables à ceux du GNV - les systèmes DeNOX répondent aux
objectifs de réduction des émissions polluantes et parallèlement de gaz à effet de serre.
Ils ne répondent pas à la problématique de la dépendance énergétique vis-à-vis du pétrole.
La plupart des motoristes européens ont décidé de choisir le système SCR, à base d’urée, pour les normes
Euro 4 et suivantes. Le développement de la distribution de l'urée est en cours (voir www.findadblue.com).
Deux motoristes ont opté pour le système EGR, dont ils indiquent la compatibilité avec les normes Euro 4 et
suivantes.
LE GAZ NATUREL POUR VEHICULE (GNV)
Comme pour le GPL, le GNV s’utilise avec des moteurs à allumage commandé « essence », et non plus
avec des moteurs Diesel.
Le GNV est un gaz naturel, constitué de plus de 90 % de méthane (CH4). Les principales caractéristiques et
propriétés du gaz naturel sont les suivantes :
♦
incolore ;
♦
inodore naturellement mais odorisé pour des questions de sécurité ;
♦
plus léger que l'air ;
♦
peu soluble dans l'eau ;
♦
liquéfaction et solidification à respectivement -164°C et -185°C.
Avantages
•
o
o
o
Réduction des émissions polluantes locales ;
Amélioration de la diversification géographique des sources d'approvisionnements des
énergies ;
Bilan « effet de serre » (CO2 et CH4) proche de celui de la filière Diesel Euro 3.
Inconvénients
•
o
o
o
•
Limitation de l’autonomie ;
Augmentation du poids du véhicule en raison de réservoirs additionnels ;
Nécessité d’une formation spécifique pour le personnel de conduite et de maintenance.
Économiques :
o
o
Importance des coûts d’investissement, notamment liés aux conditions de sécurité
nécessaires pour le dépôt ;
Importance des coûts de maintenance.
Synthèse
CO
HC
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Exploitation
Perception
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumée
Image
GNV
Légende
Moins bien que
Diesel Euro 3
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Source : ADEME
Le GNV présente une alternative intéressante aux carburants traditionnels pour diminuer les émissions
atmosphériques et réduire la dépendance énergétique des transports terrestres vis-à-vis du pétrole. Les
résultats de cette filière en termes d’émissions polluantes sont ainsi proches de ceux obtenus par une
motorisation Diesel Euro 3 dotée d’un filtre à particules (FAP) et/ou d’un système de réduction des
émissions d’oxydes d’azote (DeNOX). L’utilisation du GNV, qui possède des marges de progrès au niveau
des motorisations, réduit par ailleurs les émissions sonores et olfactives, et améliore l’attractivité des
autocars. De plus, cette filière permet l'utilisation du biogaz qui présente un bilan d’émissions polluantes et
de gaz à effet de serre positif.
Néanmoins, avec les inconvénients de faible autonomie et de surpoids, il semble difficile de prévoir à court
terme un développement significatif du GNV pour le transport interurbain par autocar de longue distance. La
solution mérite cependant d’être étudiée pour des trajets journaliers inférieurs à 250 km, comme l’interurbain
et le scolaire. Un autocar GNV circule actuellement dans le département de l’Essonne.
LE GAZ DE PETROLE LIQUEFIE (GPL)
Le GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié) est un produit liquide constitué d’un mélange de propane (C3H8) et de
butane (C4H10) issu du pétrole et de gaz naturel. Le GPL est à l’état gazeux dans les conditions ambiantes,
mais se liquéfie rapidement (dès une pression supérieure à 10 bars). La limitation des capacités de raffinage
pour cette filière (5 % environ de l’ensemble des carburants) constitue un obstacle majeur à son
développement.
Comme le GNV, le GPL est utilisé avec des motorisations à allumage commandé « essence » et non plus
avec des motorisations Diesel.
Avantage
•
Technique / Environnemental :
Réduction des émissions polluantes locales.
o
Inconvénients
•
o
o
o
o
•
Faible autonomie (environ 400 Km) ;
Nécessité d’un certain nombre de dispositifs de sécurité (résistance à la pression,
limitation du remplissage, test obligatoire tous les 8 ans, etc...) pour le réservoir qui doit
être pressurisé ;
Nécessité de modifications des moteurs ;
Emissions de gaz à effet de serre nettement supérieures à celles du gazole.
Économiques :
o
o
Consommation en carburant deux fois supérieure à celle du gazole ;
Importance des coûts d’investissement.
Synthèse
CO
HC
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Exploitation
Perception
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumées
Image
GPL
Légende
Moins bien que
Diesel Euro 3
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Source : ADEME
Il semble difficile d’adapter le GPL au transport par autocar. C’est pourquoi les constructeurs ne proposent
pas de véhicule équipé avec cette motorisation. Un seul constructeur propose un autobus de ce type.
LES VEHICULES ELECTRIQUES
L’électricité peut être utilisée comme énergie de propulsion des véhicules routiers. Dans ce cas, l’énergie
provient de batteries supplémentaires (supercapacités).
Avantages
•
Absence de pollution sur site ;
Réduction importante des émissions polluantes ;
Amélioration de la robustesse et des performances énergétiques des moteurs ;
Réduction des émissions sonores ;
Réduction des émissions de gaz à effet de serre.
o
o
o
o
o
Inconvénients
•
o
o
o
o
•
Encombrement et poids des batteries ;
Limitation de la durée de vie des batteries ;
Longueur du temps de recharge ;
Faiblesse d’autonomie (60 km).
Économiques :
o
o
Importance du coût des batteries ;
Importance du coût d’investissement.
Synthèse
CO
HC
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Exploitation
Perception
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumée
Image
Electrique
Légende
Moins bien que
Diesel Euro 3
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Source : ADEME
Si sur le plan environnemental et énergétique, l’électricité constitue la meilleure filière, son intégration pour la
traction de ces véhicules ne peut se faire, dans l’état actuel des technologies de manière exclusive, sauf en
zone urbaine dense. Pour les autocars, il reste nécessaire d’avoir recours à l’énergie thermique. Dès lors, il
faut encourager la recherche sur les véhicules hydrides.
LES VEHICULES HYBRIDES
Le système hybride consiste à associer une motorisation thermique et une motorisation électrique (ou
hydraulique). Lors des phases de freinage du véhicule, les batteries du moteur électrique se rechargent en
utilisant une partie de la puissance du moteur thermique. Les batteries (ou supercapacités - stockage
hydraulique) sont principalement utilisées pour les démarrages. Pour de fortes sollicitations, l’énergie de
traction provient à la fois des batteries et du moteur thermique.
Avantages
•
Absence d’infrastructures d’approvisionnement spécifiques ;
Possibilité d’utiliser des systèmes de post-traitement et des carburants alternatifs au
gazole, notamment les biocarburants et la pile à combustible ;
Réduction des émissions polluantes.
o
o
o
•
Économiques :
Gain de consommation sur cycle urbain et également, d'après la bibliographie, des
gains sont à attendre au niveau de l'usure des freins.
o
Inconvénients
•
Techniques :
o
•
Absence actuelle d’offre de la part des constructeurs.
Économiques :
o
Importance des coûts d’investissements.
Synthèse
CO
HC
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Exploitation
Perception
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumée
Image
Hybride
Légende
Moins bien que
Diesel Euro 3
Source : ADEME
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Les constructeurs travaillent à l’heure actuelle sur des projets concernant cette filière. Certaines études sont
financées par l'ADEME dans le cadre des recherches du PREDIT. Ces expériences concernent des
véhicules de transport en commun urbain et des poids lourds à usages urbain et périurbain dont l’utilisation
comprend des arrêts fréquents et des vitesses commerciales relativement faibles.
Les premières versions industrielles devraient être commercialisées d'ici 3 à 5 ans.
Concernant les autocars, il n’y a actuellement aucune offre disponible avec cette filière. Il convient donc
d’estimer précisément les gains à attendre, la pertinence et la faisabilité de ce système pour le transport
interurbain de voyageurs et pour les transports de longue distance.
Ce système pourrait éventuellement être envisagé pour les transports par autocar en zone périurbaine. Un
programme de recherche pourrait être engagé sur le sujet avec une première phase importante de
modélisation et d’estimation des gains potentiels.
LA PILE A COMBUSTIBLE
Le principe de fonctionnement de la pile à combustible est le suivant : il s'agit d'une réaction chimique de
(dihydrogène H2 et dioxygène O2) produisant de l'électricité, de l'eau et de la chaleur selon une réaction
chimique globale universellement connue : 2 H2 + O2 => 2 H2O. Cette réaction s'opère au sein d'une
structure essentiellement composée de deux électrodes séparées par un électrolyte (conducteur ionique
liquide ou solide permettant la migration des ions). Cette réaction peut intervenir dans une gamme de
températures variant de 70°C à 1 000°C.
Diverses filières de piles à combustible existent. Le choix de la pile à combustible devra dépendre des
paramètres suivants : température de fonctionnement, durée de vie, contraintes de volume et de masse,
échéance et coût attendu.
Le combustible le plus approprié pour tous les types de piles est le dihydrogène (H2) dont la production est
destinée en grande partie au raffinage du pétrole.
Avantages
•
o
o
Absence d’émissions polluantes ;
Réduction importante des gaz à effet de serre au niveau du véhicule.
Inconvénients
•
o
o
o
•
Perte énergétique à chaque étape intermédiaire ;
Emissions de gaz à effet de serre en bilan du puits à la roue ;
Stockage très difficile de l’hydrogène.
Économique :
o
Importance des coûts de mise en œuvre.
Synthèse
CO
HC
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Exploitation
Perception
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumée
Image
Pile à
combustible
Légende
Moins bien que
Diesel Euro 3
Source : ADEME
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Cette filière énergétique pourrait jouer un rôle essentiel dans le futur. La Commission Européenne fixe
comme horizon de mise en œuvre 2050. Malgré de nombreuses expériences, notamment en Allemagne,
cette filière ne devrait pas être utilisable avant 15 à 20 ans. De nombreux choix restent à faire, notamment
concernant la (ou les) source(s) principale(s) et la (ou les) technologie(s) pour le transport routier de
voyageurs.
Les coûts pour l’équipement de nombreux véhicules devront également être déterminés de manière plus
précise. L'hydrogène semble être l'une des options de combustible pour l'avenir, bien qu’il existe encore de
nombreux freins à son développement.
CONCLUSION
Résultats
Actuellement, les différentes filières technologiques ne sont pas toutes disponibles ou adaptées au transport
par autocar. Le tableau comparatif ci-dessous détaille la disponibilité de chacune des filières pour le
transport par autocar, en distinguant les véhicules neufs et les véhicules d’occasion.
Tableau des disponibilités des technologies pour les autocars
Véhicules neufs
Véhicules d’occasion
Diesel
FAP
DeNOx
Diester
En test
En test
Disponibilité
Diesel
GNV
GPL
Electrique
Hybride
Pile à
combustible
TBTS
FAP
DeNOX
Diester
Emulsion
Ethanol
En test
Non
Non
Non
Non
Oui
En test
En test
Oui
Oui
Non
Source : ADEME
De nombreuses filières technologiques alternatives existent. Aucune d’entre elles ne peut, à ce jour, ne peut
constituer une alternative complète au pétrole, et par conséquent, au gazole. Ces différentes filières
présentent toutes des avantages et des inconvénients. Elles sont pour la plupart complémentaires au
pétrole. Le tableau comparatif ci-dessous présente, en référence à la norme Euro 3, les filières selon
différents critères.
Tableau comparatif des filières multicritères pour les autocars
CO
HC
NOx
Particules
Gaz à
effet de
serre
Coûts
Investissement
Exploitation
Perception
Fiabilité
Bruit Odeur
Fumée
Image
Gazole
10 ppm
Diester
Emulsion
Ethanol
FAP
DeNOX
GNV
GPL
Electrique
Hybride
Pile à
combustible
Légende
Moins bien que
Diesel Euro 3
Source : ADEME
Moins bien que
Diesel Euro 3
Egal Diesel Euro 3
Mieux que
Diesel Euro 3
Beaucoup mieux que
Diesel Euro 3
Les émissions polluantes principales (NOx et particules), ainsi que les émissions de gaz à effet de serre
(GES), sont indiquées sur le graphique ci-dessous en grammes par kilomètre parcouru. Ces mesures ont été
réalisées sur un cycle représentatif de l'usage d'un autocar avec une vitesse moyenne de 60 km/h
Nota : les émissions de GES sont indiquées à côté du nom de la filière en grammes par kilomètre. Elles sont
proportionnelles au diamètre du cercle de chaque filière.
Détail des émissions polluantes pour les autocars
0,08
Diesel référence, 594
0,07
Particules (g/km)
0,06
Diesel catalyseur, 594
0,05
Diesel émulsion, 582
0,04
GNV, 863
Diesel catalyseur émulsion, 590
0,03
0,02
FAP, 602
DeNOx FAP, 612
0,01
FAP 2, 615
DeNOx FAP Diester, 490
(estimation)
FAP émulsion
590
0
0
1
2
3
4
5
6
7
NOx (g/km)
Source : ADEME
A court terme, le Diester et l’émulsion eau gazole pourraient constituer des réponses adaptées aux enjeux
environnementaux et à la raréfaction du pétrole, éventuellement couplés à des systèmes de post-traitement
(FAP, DeNOx). Néanmoins, ces carburants restent une solution d’appoint et demandent des adaptations
ème
techniques. D’autres filières seraient également à privilégier, comme les biocarburants de 2
génération,
éventuellement couplées avec des motorisations hybrides (à moyen terme) et la pile à combustible (à long
terme).
Le choix d’une filière ne doit pas s’appuyer exclusivement sur l’estimation des coûts internes induits. Il doit
aussi prendre en compte les coûts externes (nuisances sonores, pollution, etc.). Le tableau ci-après
compare chacune des filières par rapport aux coûts externes générés (euro / km).
Tableau comparatif des filières par les coûts externes pour les autocars
0,09
GES
0,08
Part
0,07
NOx
euro / km
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
Diesel
référence
gazole
Diesel
catalyseur
Diesel FAP
Diesel
émulsion
Diesel
catalyseur
émulsion
Diesel FAP
émulsion
GNV euro3
Diesel FAP Diesel FAP
et DeNOx
et DeNOx
(retrofit)
Diester
avec urée (estimation)
Source : ADEME
Les progrès et l'impact des différents systèmes sur les résultats de la filière de référence actuelle, Diesel
Euro 3 (FAP, DeNOx, biocarburant), sont manifestes. Le GNV permet d'atteindre de bons résultats en
termes d'émissions polluantes. Actuellement, les systèmes de post traitement (FAP, DeNOx) permettent
d’atteindre le même niveau d'émissions, mais avec de meilleurs résultats en termes d’émissions de gaz à
effet de serre. Des progrès sont attendus pour la filière GNV.
Perspectives
Les principales pistes d’améliorations et d’évolutions technologiques pour le transport par autocar à l’horizon
2020-2030 sont les suivantes :
♦
Moteurs :
♦
Maintien de la filière Diesel complétée par un système DeNOX (par exemple : système SCR
à base d’urée) et/ou FAP, ainsi que la compatibilité avec du Diester 30 ;
Développement de la filière hybride avec des motorisations Diesel ou allumage commandé
avec des objectifs de réduction des consommations (de l’ordre de 10 à 20 %) et des coûts
kilométriques ;
Progrès sur les motorisations fonctionnant au GNV / Biogaz.
Carburants :
Réduction de la teneur en soufre du gazole ;
ème
Augmentation progressive de la teneur en biocarburant (Diester, puis biocarburant de 2
génération), mais aussi éthanol et localement biogaz.
En parallèle, les autres pistes d’amélioration de l'efficacité énergétique doivent porter sur :
♦
la réduction de la masse du véhicule, notamment sa structure et ses différents organes ;
la diminution de la résistance au roulement (aérodynamique et pneumatique) ;
le perfectionnement environnemental des équipements auxiliaires à l’intérieur du véhicule,
en particulier de la climatisation ;
la récupération de l’énergie au niveau de l’échappement ;
le renforcement des formations à la conduite économique et rationnelle ;
l'aide à la conduite (géopositionnement, intégration du trafic en temps réel).
En tout état de cause, les transports collectifs pourront alors s’imposer encore plus comme une alternative
efficace et pertinente à la voiture particulière par :
♦
♦
l’amélioration continue encore de leurs performances aussi bien en termes de réduction des
émissions polluantes que de gestion des besoins énergétiques ;
le développement d’une politique de transport visant une meilleure fluidité des transports
permettant :
une réduction des temps de parcours (sites propres, trajets directs, baisse des ruptures de
charges, etc...) ;
une augmentation des fréquences (réduction des temps d’attente) ;
la création de zones d’accès (parking relais) ;
la mise en place d’actions visant à faciliter les échanges modaux.
Ces travaux ont été réalisés par la Commission Technique et Sécurité de la FNTV en collaboration avec
l’ADEME. Tous ensemble, ces acteurs espèrent avoir réalisé un outil de travail pertinent et contribué à
préserver votre environnement.
Commission Technique et Sécurité de la FNTV
De gauche à droite : Jean-Pierre MICHEL, Jean-Baptiste MAISONNEUVE, Hubert BOUTE, Bruno
PORT, Daniel PARSY, Bernard PESENTI, Philippe FENART, Pierre HUNOLD et Ronan GOALEN.
Ont également participé : Georges FAUCOUNEAU et Michel SEYT.

fiches conseil environnement

Transcription

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