Les performances attendues des nouveaux carburants automobiles Aicha Iounes, Marianne Obé, Benjamin Stalder présentent : Les performances attendues des nouveaux carburants automobiles et moteurs aéronautiques.

Introduction • Constats : Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion • Constats : Les carburants actuels nuisent à l'environnement. La forte croissance de la demande ne suit pas l'offre du marché en pétrole. • Conséquence : Besoin en nouveaux carburants de substitution.

Les sables bitumeux Appelé aussi pétrole « non conventionnel ». La production de pétrole à partir de sable bitumeux est très coûteuse. Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Le sable bitumeux permettrait de couvrir la hausse de la demande : uniquement 6% de la demande mondiale.

Gaz naturel Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion • 2ème source d’énergie après le pétrole : 25% de la consommation énergétique mondiale. • Dans le domaine automobile, le gaz naturel est appelé GNV ou GNC. • Température d’auto inflammation = 540°C

Gaz naturel • Avantages : o Pas d’émission de suies, ni de SO2. Peu d’émission de NOx et très peu de CO. 50% de HC (hydrocarbures imbrûlés) en moins et environ 25% de moins de CO2 que l’essence. o Peu d’émissions toxiques ou cancérigènes comme le benzène (moteur essence) ou poly-aromatiques (moteur diesel). o Le GNV ne provient pas de ressources alimentaires. o Indice d’octane = 130 IOR. Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion

o Fort taux de compression du moteur. • Avantages (suite): o Fort taux de compression du moteur. o Une installation de compression et de remplissage peut être installée au domicile des particuliers qui sont connectés au réseau du gaz. o Le gaz naturel est sûr car sa température d’auto inflammation est haute (540°C) et comme il est plus léger que l’air, il se dissipe dans l’atmosphère en cas de fuite. o Sa plage d’inflammabilité est plus large que celle de l’essence (5 à 14 % du mélange à température ambiante), ce qui permet éventuellement le fonctionnement en mélange pauvre jusqu’à des richesses de 0,5. o Les moteurs à gaz sont moins bruyants. Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion

Gaz naturel • Inconvénients : Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion • Inconvénients : o L’emploi du gaz naturel comme carburant entre en concurrence avec ses autres utilisations actuelles. o Les stations-service équipées pour distribuer du GNV sont encore rares.

Gaz naturel • Inconvénients (suite) : o Le gaz est stocké à bord sous une pression de 200 bars dans des réservoirs cylindriques lourds et encombrants – 5 fois le volume d’un réservoir d’essence pour un contenu énergétique équivalent. Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion o Les soupapes d’échappement et leurs sièges doivent être de préférence en acier résistant à des températures plus élevées.

Gaz de Pétrole Liquéfié Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion • Mélange de propane et de butane. • Température d’auto inflammation = 420°C (225°C pur l’essence). • Le GPL reste à l’état gazeux dans les conditions ambiantes. Il se liquéfie sous une pression de 8bars à 20°C. • A pression atmosphérique, il se liquéfie à -30°C.

Gaz de Pétrole Liquéfié • Stockage dans des réservoirs cylindriques aux parois en acier de plusieurs cm d’épaisseur => problème d’encombrement. • Les émissions polluantes sont beaucoup plus faibles que pour l’essence ou le gazole : pas de souffre ni de benzène. Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion • Emission de CO2 supérieure à celle du diesel. • Indice d’octane = 110 IOR (selon la proportion propane / butane).

Gas To Liquid Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Stations et véhicules GNV peu nombreux => nouvelles installations Carburant diesel de qualité supérieur par Fischer-Tropsch Investissement 2 à 3 fois supérieur à celui d’une raffinerie

Gas To Liquid Avantages : Diminution des émissions polluantes : Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Avantages : Diminution des émissions polluantes : Carburant sans aromatique, presque sans souffre et molécule simple (brûle bien) Indice de Cétane : 70 au lieu de 50

Gas To Liquid Inconvénients : Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Inconvénients : Synthèse de carburant requiert plus d’énergie et rejette plus de gaz à effet de serre qu’une raffinerie

Biocarburants produits de l’agriculture (exploitation des sucres et matières grasses) : nuisibles gazéifaction de la biomasse totale : récupération des déchets Avantage : contribution à la protection de l’environnement Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion

Biocarburants deux modes de production : extraction des lipides ou hydrates de carbones sucres/amidon = éthanol lipides = huile végétale/biodiesel carburants de synthèse transformation en Syngaz > gazole et kérosène (Fischer - Tropsch) Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion

Biocarburants : éthanol type 1 Monde entier : Brésil > canne à sucre. 20 % du parc automobile Europe, Amérique du Nord > betterave, E85 USA > maïs, E10 Véhicules flex-fuel rendement MP/éthanol mauvais Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

Biocarburants : éthanol Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Avantages : 35 % d’oxygène : meilleure combustion = moins d’émission de HC et CO meilleur remplissage des cylindres Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

Biocarburants : éthanol Inconvénients : lancement à froid difficile haute température de combustion : dégradation O2 => augmentation de la consommation de carburant mais couple de puissance spécifique SUP corrosif => éthanol anhydrique oxydation en acide acétique Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

Biocarburants : Huiles Végétales Pures/Brutes Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion n’importe quelle huile peut servir de carburant haute température de combustion : dégradation viscosité => problème d’alimentation => adaptation couplage gazole / huile qualité variable > pas de garanties Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

Biocarburants : algues Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion richesse huile = 50 % de la masse culture aisée, croissance rapide ( ≠ colza, blé) => soleil rendement meilleur que plantes terrestres recyclage du CO2 développement aux USA : 38500 km2 subviendrait à leur besoin en pétrole Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

Biocarburants : biodiesel type 1 appelé aussi Ester Méthylique d’Huiles Végétales ou diester déjà présent dans le gazole à la pompe (2-5%) améliore le pouvoir lubrifiant Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

Biocarburants : biodiesel Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Inconvénients : propriété décapante : peut dissoudre les dépôts dans le circuit d’alimentation MAIS peut dégrader => incompatibilité avec certains matériaux se fige à plus haute température que le gazole Avantages : contient peu de soufre indice de cétane élevé Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

Biocarburants : DiMéthylEther Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion provient de la synthèse de Syngaz charbon catalyse des gaz naturels fossiles ou biogaz (> matière organique) similaire au GPL : ++ pour le transport production : 150 000 tonnes / an (aérosols...) Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

Biocarburants : DiMéthylEther Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Avantages : importante réduction des émissions sans modification du moteur indice de cétane élevé (50 à 60) combustion propre : moins d’émission de CO similaire au GPL : ++ pour le transport Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

Biocarburants : DiMéthylEther Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Inconvénients : nécessite l’adaptation du véhicule pour stockage et alimentation faible viscosité / pouvoir lubrifiant > détérioration combustion propre similaire au GPL : ++ pour le transport Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

Biocarburants : BTL Utilisation de la biomasse Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Utilisation de la biomasse pas encore opérationnel industriellement recyclage = ++ mais appauvrissement de la terre... production de carburants plus chère que le raffinage du pétrole brut léger ( 2 à 4 fois) Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

Hydrogène Vecteur d’énergie : pas source d’énergie Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Vecteur d’énergie : pas source d’énergie Impossible de l’extraire de l’eau

Hydrogène Inconvénients : Perte dans le stockage (infrastructure à mettre en place) Transport Production chère Le plus dangereux des carburants Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion

Hydrogène Inconvénients (suite) : Nécessité d’un personnel formé Gaz léger => compression forte ou liquéfaction ex : 700 bars : 1kg d’H2 occupe 23 L contient moins d’énergie par unité de volume que le GNV Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion

Propulsion électrique Inconvénients : 1 kg de gazole = 400 kg de batteries au plomb temps de charge élevé Possibilités : Lithium-Ion : 300 km, recharge rapide Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion

Propulsion électrique Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Avantages : Centre de gravité du véhicule plus bas => largeur réduite

Propulsion électrique Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion Conclusion : Bien pour les petits déplacements Solution la moins utopique

Applications aéronautiques Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion kérosène et essence d’aviation Prix élevé => kérosène de synthèse issu de la biomasse (Fischer-Tropsch) : réduction des émissions de CO2 Avions plus économes Futur : possibilité de gaz naturel, hydrogène difficilement applicable, électricité impossible

Conclusion Il faut se concentrer sur les solutions réalistes applicables rapidement Hydrogène : problème de production + distribution Biocarburants de 1ère génération : huile d’algue et Pourghère Biocarburants de 2ème génération : DME > diesel de rendement supérieur + réduction des émissions toxiques Mesures les plus efficaces : le non gaspillage du carburant Introduction Les sables bitumeux Gaz naturel GPL GTL Biocarburants Hydrogène Propulsion électrique Applications aéronautiques Conclusion

Les performances attendues des nouveaux carburants automobiles Aicha Iounes, Marianne Obé, Benjamin Stalder ont présenté : Les performances attendues des nouveaux carburants automobiles et moteurs aéronautiques.