Projet documentaire insa toulouse 2005-2006



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Madi Jennifer

Madamour Pauline

Mora Jean-Baptiste

Modolo Patrick


Projet documentaire
INSA Toulouse 2005-2006







SOMMAIRE

I) Introduction : Les problèmes d’environnement





  1. L’effet de serre

2) La responsabilité de l’homme, et le rôle de la voiture




II) Etats des lieux





  1. Les biocarburants

a) Biodiesel

b) Bioéthanol

c) Biogaz



  1. Les carburants gazeux

a) GPL

b) GNV


c) Comparaison entre GPL/GNV et essence/diesel


  1. Les alternatives électriques

a) Electrique

b) Hybride

c) Pile à combustible

III) Perspectives : L’avenir des biocarburants


INTRODUCTION
LES PROBLEMES D’ENVIRONNEMENT


1) L’effet de serre :

Il existe au sein de notre atmosphère des gaz (les "gaz à effet de serre"), présents en petite quantité, qui jouent pour notre planète exactement le même rôle que les vitres d’une serre.

En effet ces gaz n'empêchent pas la lumière du soleil d'arriver jusqu'à nous (ils sont très transparents au rayonnement solaire), mais empêchent le rayonnement infrarouge émis par le sol de repartir vers l'espace.

Ils retiennent prisonnière, en quelque sorte, l'énergie - donc une température élevée - près du sol.


Si le chauffage supplémentaire du sol lié à cet effet de serre n'existait pas, la surface terrestre aurait une température moyenne de -18°C plutôt que de +15 °C, rendant notre planète tout à fait inhabitable pour nous, êtres humains.


L'effet de serre de notre atmosphère est donc un phénomène bénéfique.
Le danger qui est désigné par le terme "effet de serre" correspond à un abus de langage. Il faut plutôt parler de "réchauffement climatique", ou de "changement climatique".
Ce qui est dangereux n'est pas le phénomène lui-même, parfaitement naturel et essentiel à notre existence, mais sa modification rapide du fait de l'homme, modification qui elle est porteuse de graves dangers potentiels, et qui ne se résume pas à un changement de température.


2) La responsabilité de l’homme, et le rôle de la voiture :

Les deux gaz à effet de serre les plus importants sont parfaitement naturels et présents depuis longtemps dans notre atmosphère :


- la vapeur d'eau, qui occupe environ 0,3% de l'atmosphère, y est présente depuis qu'il y a de l'eau à la surface de la terre, c'est à dire 4 milliards d'années,
- le gaz carbonique, qui occupe actuellement 0,037% de l'atmosphère, mais cette proportion a beaucoup varié au cours des âges.
Les principaux autres gaz "naturels" à effet de serre (on entend par là présents dans l'atmosphère avant l'apparition de l'homme, d'autres sont "artificiels" : ils s'agit de gaz industriels qui ne sont présents qu'à cause de l'homme) sont :
- le méthane (CH4),
- le protoxyde d'azote (N2O),
- l'ozone (O3).
Maintenant, comparons avec les principaux polluants émis par les voitures, qui sont :

- le dioxyde de carbone (CO2),

- le monoxyde de carbone (CO), gaz incolore, inodore et toxique. Il est produit lors de combustions incomplètes.

- les hydrocarbures aromatiques monocycliques (HAM)

- les particules

- les oxydes d'azote : monoxyde d'azote (NO) et dioxyde d'azote (NO2). Les oxydes d'azote forment de l'ozone en réagissant sous l'action des UV.

Le gaz carbonique engendre environ 55% de l'effet de serre anthropique (c'est à dire provoquées par l'homme). Il y a bien sûr des émissions naturelles (la respiration des animaux, une partie de la putréfaction, les incendies naturels...), mais le gaz carbonique venant des activités humaines provient pour l'essentiel de la combustion des énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz).

Ainsi, dans les grandes villes, l'automobile est responsable d'une grande part de la pollution atmosphérique, et partout dans le monde participe à l’augmentation de l’effet de serre, sans parler de l’émission de particules et gaz polluants (HAM, CO, etc.).


La préoccupation émergente, ces dernières années, pour les constructeurs automobiles de créer une « voiture propre » trouve donc tout son sens dans la volonté de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Une voiture « propre » est une voiture conçue pour diminuer au maximum le rejet de gaz à effet de serre. Le principal de ces gaz est le CO2 et les ingénieurs travaillent sur la réduction des émissions unitaires de ce gaz. Cette réduction se joue sur des améliorations technologiques au niveau :

- du moteur ;

- de l’aérodynamique, du poids, de la résistance au roulement, de la récupération d’énergie di freinage, de la consommation des accessoires,

- et des carburants.

Il est bien sûr convenu qu’une voiture ne peut pas être totalement « propre ». Ici, le qualificatif « propre » signifierait « moins nocive pour la planète qu’une voiture habituelle ».



ETATS DES LIEUX


1) Les biocarburants :


Issus de plantes cultivées (betteraves, colza, tournesol…), les biocarburants constituent une solution alternative aux carburants d’origine fossile.


Ils existent principalement sous trois formes : le biodiesel, le bioéthanol et le biogaz. La conversion de ces biocombustibles implique la mise au point de procédés de conversion de la biomasse*, tous issus des biotechnologies.

[*Biomasse : ensemble de la matière organique vivante, formée par les plantes grâce à l’activité de photosynthèse (par exemple la betterave, le blé, le colza...), ou indirectement par les animaux (lisiers...).]


Par rapport aux autres sources d’énergie renouvelable, les biocarburants présentent un certain nombre d’avantages. En particulier, ils peuvent être utilisés très facilement dans les transports, secteur qui consomme actuellement environ le tiers de l’énergie finale utilisée en France.

Ils peuvent être utilisés, soit purs comme au Brésil (bioéthanol) ou en Allemagne (biodiesel), soit en tant qu’additifs aux carburants classiques d’origine fossile comme en France.




  1. Biodiesel :

Le biodiesel est synthétisé à partir des graisses et des huiles végétales extraites du colza ou récupérées, comme les huiles de fritures par exemple.

Ce type de biodiesel peut être utilisé par les véhicules légers ou lourds à la place du diesel conventionnel, sans aucune manipulation particulière dans le moteur.
On peut également faire subir à l’huile de colza une transestérification (on estérifie deux fois) avec du méthanol, ce qui produit de l’EMHV (ester méthylique d’huile végétale), et du glycérol destiné à d’autres usages.

Selon la réglementation européenne, l’EMHV peut être utilisé à hauteur maximum de 5% dans le gazole, mélange appelé diester.


Cependant, d’après une étude de l’Office fédéral de l’environnement (OFEFP), le biodiesel est le carburant le moins écologique actuellement sur le marché.

En effet, ce carburant produit une grande quantité de particules fines, aussi nocives pour la santé que pour le climat, ainsi que des HAP (Hydrocarbures aromatiques polycycliques) et des NOx (oxydes d’azote). Les effets négatifs des particules, valables également pour le diesel conventionnel, peuvent être partiellement réduits grâce à l’installation d’un filtre à particules, mais demeure le problème des NOx.

Le biodiesel présente tout de même un avantage considérable : à côté de l’essence et du diesel minéral, ce carburants représente une énergie renouvelable, et c’est dans cette direction que les produits « bio » doivent être soutenus.



  1. Bioéthanol (ou alcool éthylique) :

Le bioéthanol est un alcool obtenu par fermentation des sucres, en général par des levures. Les sucres sont extraits de la betterave à sucre, la canne à sucre, le blé, le maïs, les pommes de terre, les déchets organiques collectés dans les ordures ménagères ou les résidus des agro-industries. Ces sucres sont transformés en alcool par fermentation ; il peut être utilisé directement ou transformé en éthyl-tertio-butyl-éther (ETBE) par réaction avec un produit pétrolier obtenu en raffinerie, l’isobutène. En Europe, la betterave à sucre et le blé sont les deux matières premières utilisées majoritairement, fournissant un substrat facile à fermenter.

INDICATEUR EFFET DE SERRE POUR LA FILIERE BIOETHANOL

(en grammes équivalent CO2 par kg)



Scénario prospectif 2009 :





(Source : Institut français du pétrole, septembre 2002)
Comme le montre les graphiques précédents, l’impact sur l’effet de serre de la filière essence est 2.5 fois supérieur à celui des filières éthanol. Ainsi, remplacer un litre d’essence par un litre de bioéthanol permet d’éviter 75% des émissions de gaz à effet de serre qu’aurait produit le litre d’essence. Exprimé en équivalent carbone, chaque hectare de betterave transformé en éthanol permet d’économiser 4 tonnes de carbone fossile par an.
De plus, l’amélioration des techniques utilisées, notamment lors de la fermentation et de la distillation, devrait permettre d’améliorer encore le bilan en faveur de la filière éthanol. La réduction des émissions à effet de serre pourrait alors atteindre jusqu’à 86% de celles induites par l’essence.
Les véhicules français neufs émettaient en 2002, 155 grammes de gaz carbonique par kilomètre ; 5% d’éthanol dans les essences permet d’éviter 10 grammes de gaz carbonique par kilomètre.



  1. Le Biogaz

Le biogaz est un mélange composé essentiellement de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2). Suivant sa provenance, il contient aussi des quantités variables d’eau, d’azote, d’hydrogène sulfuré (H2S), d’oxygène, d’aromatiques, de composés organo-halogénés (chlore et fluor) et des métaux lourds, ces trois dernières familles chimiques étant présentes à l’état de traces.




Sources de biogaz
Le biogaz est produit par un processus de fermentation anaérobie des matières organiques animales ou végétales, qui se déroule en trois étapes (hydrolyse, acidogénèse et méthanogénèse) sous l’action de certaines bactéries.
Ce processus est naturel et l’on peut l’observer par exemple dans les marais (« gaz de marais »).

Il se déroule spontanément dans les centres d’enfouissement des déchets municipaux, mais on peut le provoquer artificiellement dans des enceintes appelées « digesteurs » où l’on introduit à la fois les déchets organiques solides ou liquides et les cultures bactériennes.

Cette technique de méthanisation volontaire peut s’appliquer :
- aux ordures ménagères brutes ou à leur fraction fermentescible,

- aux boues de stations d’épuration des eaux usées urbaines ou industrielles,

- aux déchets organiques industriels (industrie agro-alimentaire (IAA), cuirs et peaux, chimie, parachimie,…),

- ainsi qu’aux déchets de l’agriculture et de l’élevage (fientes, lisier, fumier,…).

Dépollution et production d’énergie :
La méthanisation spontanée ou provoquée est donc avant tout un processus de dégradation des déchets organiques et participe de ce fait à la dépollution et à la protection de l’environnement.

Exprimé en « demande chimique en oxygène » (DCO), le taux de réduction atteint :


- 50 à 60% pour les déchets d’élevage,

- 75 à 99% pour les déchets des IAA.

De même, le taux de dégradation de la matière sèche volatile se situe

- entre 6 et 85% pour les ordures ménagères

- aux environs de 70% pour les boues de stations d’épuration des eaux urbaines.
Cette technique de traitement des déchets et effluents polluants présente la caractéristique très particulière de produire de l’énergie au lieu d’en consommer.

Le méthane produit est évidemment le même que celui du gaz naturel et il possède donc la même valeur technique et commerciale.



Mais le biogaz ne contient pas que du méthane. Le tableau ci-dessous indique la composition moyenne de trois sortes de biogaz issues de trois filières de production différentes : la fermentation spontanée au sein d’une décharge équipée d’une aspiration du biogaz (Biogaz 1), une installation de méthanisation d’ordures ménagères brutes, type Valorga (Biogaz 2), une installation de méthanisation d’effluents industriels, ici ceux d’une distillerie (Biogaz 3).

 composition 

 biogaz 1 

 biogaz 2 

 biogaz 3 

CH4

45%

60%

68%

CO2

32%

33%

26%

N2

17%

1%

1%

O2

2%

0%

0%

H2O

4%

6%

5%

H2S

5-20 mg/m3

100-900 mg/m3

400 mg/m3

Aromatiques

1mg/m3

0-200 mg/m3

0

Organo-halogènes

0-100 mg/m3

100-800 mg/m3

0

Comme on le voit, le biogaz est bien loin d’être du méthane pur. Mais après tout, le gaz naturel tel qu’il sort de terre ne l’est pas plus et doit être traité avant d’être injecté dans les gazoducs. Celui de Lacq, par exemple, contient moins de CO2 qu’un biogaz moyen, mais davantage de soufre.
Lorsque le biogaz est produit dans un digesteur, il en est captif et donc facilement récupérable et valorisable. Ce n’est pas le cas des décharges à ciel ouvert qui émettent spontanément du biogaz et le relâche dans l’atmosphère.
Or, le méthane est un gaz à effet de serre 25 fois plus « nocif » que le gaz carbonique. C’est pourquoi le gouvernement français a renforcé la réglementation à cet égard. L’arrêté du 9 septembre 1997 impose désormais aux exploitants de décharge de capter le biogaz et de recherche des solutions de valorisation, ou à défaut de le brûler en torchère.

Les autobus lillois
Il y a quatre ans à Lille, avait été lancé un projet pilote européen lancé par la Communauté urbaine (CUDL) avec la DG 17 visant à expérimenter un bus fonctionnant au biogaz produit à la station d’épuration de Marquette, en banlieue lilloise. Le procédé de préparation permet d’obtenir un biogaz à 98% de méthane, soit un taux supérieur à celui du GNV classique. L’expérience a été menée avec un bus Agora de Renault Véhicules Industriels et a démontré la viabilité économique et technique du projet. L’année dernière la Communauté Urbaine de Lille mettra en service un dépôt de 150 bus fonctionnant au biogaz, alimenté par un centre de tri et de valorisation des déchets produisant du gaz méthane

Le cas de Sonzay
A Sonzay, près de Tours, c’est du biogaz produit par la décharge de déchets municipaux qui est transformé en carburant. Plusieurs alvéoles ont été spécialement aménagées pour garantir sa qualité notamment une teneur en air inférieure à 0,5%. La ligne de préparation traite 10% du biogaz émis et produit environ 50 m3/h de biogaz carburant, suffisamment pour alimenter une trentaine de voitures des services techniques de la ville de Tours. Le temps de retour brut de l’opération est estimé à 10 ans environ.

2) Carburants gazeux :

Parmi les autres solutions, on trouve le Gaz de Pétrole Liquéfié (ou GPL) et le Gaz Naturel Véhicule (ou GNV).



  1. Le GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié) :

Définition :

Le gaz de pétrole liquéfié ou GPL est un mélange d'hydrocarbures légers stocké à l'état liquide et issu du raffinage du pétrole (40 % des ressources mondiales) et plus généralement du traitement du gaz naturel (60 % des ressources mondiales).


Le GPL est composé d’environ 80% de butane (C4H10) et 20% de propane (C3H8). En Italie ou dans d’autres pays européens, les proportions peuvent varier. C'est un carburant dit propre, issu du raffinage du pétrole brut.

Il existe plus de 4 millions de véhicules roulant au GPL dans le monde dont 1 million chez nos voisins italiens ! La France reste à la traîne avec seulement 110.000 véhicules équipés. Pourtant, les administrations ont des obligations : l'article 8 de la loi de 1996 sur l'air incite les gestionnaires de parcs automobiles publics à acquérir au moins 20 % de véhicules à carburant propre - GPL, GNV, électricité.



Principe de fonctionnement :

La bicarburation essence/GPL nécessite la mise en place d’un second réservoir. L’approvisionnement du GPL se fait par un orifice d’emplissage spécifique. Le réservoir supplémentaire est souvent placé dans le coffre ou sous le châssis.

Le passage du GPL à l’essence se fait automatiquement au cas où le GPL serait épuisé. Un calculateur électronique gère le système et assure un fonctionnement optimal du moteur. Une jauge spécifique se trouve sur le tableau de bord. Le commutateur situé au tableau de bord permet de passer manuellement d’un mode de carburant à un autre, à tout moment (même sur l’autoroute).

Avantages et inconvénients :

techniques :

L'homogénéité du mélange air-GPL donne une meilleure régularité du couple moteur aux bas régimes mais perd environ 5% de puissance à haut régime. Les reprises se font plus souples. Le fonctionnement du moteur est plus silencieux et les vibrations diminuent. Contrairement aux carburants classiques, la combustion du GPL ne laisse aucun dépôt (calamine) et procure au moteur et au lubrifiant une longévité accrue. Les révisions peuvent être espacées tous les 30000 km.

La surconsommation du GPL de l’ordre de 15 à 20 % par rapport aux carburants traditionnels est contrebalancée par un coût à la pompe inférieur aux carburants classiques, et par l’amortissement rapide de l’investissement. (40 à 50000 km en moyenne).

Il existe un inconvénient majeur à l’encombrement. Le réservoir peut amputer le volume du coffre. Toutefois, les constructeurs proposent dès la conception de leurs modèles une version GPL avec réservoir intégré. Il est possible de loger les réservoirs sous le plancher. Il existe aussi des réservoirs « toriques » qui prennent la place de la roue de secours, celle-ci étant remplacée par une bombe anti-crevaison.

Pollution évitée :

 Les gaz d’échappement sont exempts de poussière, de plomb et de souffre

 Les émissions en oxyde de carbone sont réduites principalement en circulation urbaine

 Par rapport au SP95, le GPL permet une réduction des émissions :



  • Oxyde d’azote (Nox) de 15 à 40%

  • Oxyde de carbone (CO) de 20 à 60%

  • Gaz carbonique (CO2) d’environ 10%

  • Hydrocarbure (HC) de 30 à 60%

 Par rapport au gazole, le GPL permet de réduire de :

- 50% les émissions d’oxyde d’azote,


- 50% celles des monoxydes de carbone,
- 90% celles des hydrocarbures et particules.

économiques :

Il existe aujourd’hui plus de 1500 stations-service qui distribuent du GPL sur l’ensemble du territoire français.

L’inconvénient majeur est que l’investissement initial est plus important. Mais Le prix du GPL (0,63€ le litre)permet d’amortir rapidement le coût d’équipement du véhicule et le GPL est également économique à l’entretien. De plus, l’amortissement du véhicule est plus rapide.

Les contribuables qui achètent un véhicule fonctionnant au GPL ou en bicarburation essense-GPL (également au GNV ou avec une énergie mixte) peuvent bénéficier d'un crédit d'impôt d'un montant de 1.525 ou 2.300 euros. La même possibilité est offerte à ceux qui prennent en location avec option d’achat ou de location souscrit pour une durée d'au moins deux années un véhicule propre.

Afin d'encourager la diversification énergétique et de soutenir le développement du parc de véhicules peu polluants, il a été proposé, dans le cadre du projet de loi de finances pour 2006, de porter le crédit d'impôt pour un véhicule propre de 1.525 euros à 2.000 euros dans la majorité des cas, et à 3.000 euros au lieu de 2.300 euros lorsque l'acquisition d'un véhicule propre s'accompagne de la mise au rebut d'un véhicule ancien dont la mise en circulation serait antérieure au 1er janvier 1997, au lieu du 1er janvier 1992 actuellement. Cependant, le Sénat a décidé de conditionner le versement de cette aide aux seules voitures n'émettant pas plus de 140 grammes de CO2 par kilomètre.


Ce qui revient à exclure la quasi-totalité des modèles GPL en circulation, car le gaz de pétrole liquéfié convient mal aux plus petites voitures, faibles émetteurs de CO2. Dans la pratique, seuls quatre modèles Renault (2 Twingo et 2 Clio), plus peut-être une ou deux Chevrolet (ex-Daewoo) devraient répondre à ces nouveaux critères, alors que 66 modèles étaient éligibles en 2004, sans parler des véhicules d'occasion transformés par leur propriétaire. Ce qui risque d'asséner un coup fatal à la filière du GPL, laquelle a nécessité un investissement de 200 millions d'euros pour créer un réseau dans les stations services, nettement surdimensionné : les quantités de gaz commercialisées s'avèrent sept fois inférieures aux capacités installées de 1 million de tonnes par an.



b) Le GNV (Gaz Naturel Véhicule) :
Alors que plus de 4 millions de véhicules roulent au GNV dans le monde, seulement 3.000 circulent en France. Avec un pétrole cher et les objectifs fixés par le protocole de Kyoto, la France s'est récemment fixé l'objectif de 100.000 véhicules en 2010.

Définition :

Le GNV est composé de 90% de méthane (CH4) comprimé, stocké en réservoir et distribué sous forme d'injection gazeuse.

La combustion de cet hydrocarbure naturel ne produit ni oxyde de soufre, ni plomb, ni poussières, ni fumées noires et peu d’oxyde d’azote et dégage le moins de monoxyde de carbone.

Principe de fonctionnement :

Une voiture au gaz naturel est un véhicule essence standard, modifié d’origine par le constructeur, équipé simplement d’un ou de plusieurs réservoirs, d’une jauge et d’un circuit d’alimentation moteur supplémentaire pour le gaz naturel. Les voitures actuellement disponibles sur le marché sont appelées véhicules à bicarburation gaz/essence, puisque fonctionnant avec les deux énergies.



Avantages et inconvénients :

techniques :

Le GNV s’utilise pour l’instant en bicarburation et nécessite donc une adaptation du moteur à leur consommation. Un second réservoir indépendant, un commutateur permettant de passer du mode gaz à l’essence (ou l’inverse) et un système d’injection de gaz.

Plus contraignant que le GPL en terme de stockage, le GNV présente toutefois l’avantage de réserves naturelles plus importantes que celles du pétrole. En effet, le gaz naturel est disponible dans de grandes quantités. Plus de 60 ans de consommation mondiale au rythme actuel sont d’ores et déjà comptabilisés. Et 200 ans de consommation sont prévus selon les estimations. Mais cette énergie de substitution est non renouvelable.

Grâce à son réservoir au gaz naturel, un véhicule bicarburation peut parcourir en moyenne 300 km de plus qu’un véhicule classique. En effet, à l’autonomie gaz naturel (de 200 à 500 km selon les modèles) vient s’ajouter celle liée au contenu du réservoir essence qui demeure généralement inchangé. Le véhicule roule en priorité au gaz naturel et le passage à l’essence se fait automatiquement dès que le réservoir de gaz naturel est vide.

La faible teneur en carbone du méthane fait du GNV un carburant propre qui présente des avantages pour l’environnement, tant sur les émissions de polluants réglementés, que sur les émissions de polluants non encore réglementés : CO2, composés organiques volatils (toluène, benzène, xylène...).


La chaîne du gaz naturel utilisé comme carburant émet aujourd’hui 15% de moins de gaz à effet de serre que la chaîne de l’essence et obtient des résultats comparables aux meilleurs diesels.

Pollution évitée :

  • 25 % de moins de CO2 qu’un véhicule équivalent fonctionnant à l’essence,

  • 10 % de moins qu’un véhicule équivalent fonctionnant au gazole.

  • Le GNV permet de réduire fortement les émissions de polluants : oxyde de carbone (CO), hydrocarbure (HC), oxyde d’azote (NOX), particules.

  • Le GNV permet de supprimer les odeurs et les fumées noires. Il répond ainsi à l'une des préoccupations des populations urbaines : les nuisances sonores et olfactives.


économiques :

En 2005, le ministre de l’écologie prévoyait l’augmentation du crédit d’impôt pour les véhicules propres, c’est à dire les voitures hybrides ou électriques ou roulant au GPL ou au GNV, pour 2006. Cependant, le Sénat a décidé de restreindre le versement de cette aide aux seules voitures n'émettant pas plus de 140 grammes de CO2 par kilomètre. Les véhicules fonctionnant au GNV (gaz naturel véhicule), défendus principalement par Citroën, risquent donc de perdre leur bonus fiscal.



Actuellement :

Plus de 4 millions de véhicules roulent au gaz naturel à travers le monde, dont 500 000 véhicules en Europe. En Europe, l’Italie est aujourd’hui le leader en matière de gaz naturel, avec plus de 400 000 véhicules équipés, grâce à la mise en place de tarifs attractifs et d’une taxation favorable. L’Allemagne est un marché en forte expansion avec près de 20 000 véhicules en circulation. Le gaz naturel rencontre également un fort succès dans les pays en voie de développement, le carburant étant moins coûteux que l’essence ou le gazole, et n’imposant pas de construire des installations de raffinage. L’ Inde et l’Egypte enregistrent des fortes progressions en ce sens. Sur le continent américain, les principaux marchés sont l’Argentine, avec 1 200 000 véhicules, le Brésil, avec 600 000 véhicules, et le Vénézuéla avec 50 000 véhicules. Aux Etats-Unis, qui comptent déjà 130 000 véhicules, le développement du gaz naturel comme carburant est impulsé par les grandes villes américaines comme New York ou Los Angeles, qui renouvellent actuellement leurs flottes municipales par des bus au gaz naturel. En Asie, les leaders sont le Pakistan avec 540 000 véhicules, et le Japon avec plus de 18 000 véhicules.

En juin 2005, François Loos, Ministre délégué à l'Industrie avait réuni à Bercy, l'Association Française du Gaz Naturel pour Véhicules (AFGNV) et ses principaux membres énergéticiens, constructeurs automobiles et distributeurs de carburant : Gaz de France, Total, Carrefour, Renault Trucks, Renault et PSA Peugeot Citroën, en vue de signer un protocole pour le développement de la filière du Gaz Naturel pour Véhicules (GNV).

Le Ministre avait déclaré que si le pétrole continuera très longtemps d'y jouer un rôle essentiel, […] il y a une place pour des énergies alternatives. Reconnaissant qu'à plus long terme, l'hydrogène pourrait émerger comme un vecteur énergétique important, le GNV constituait déjà une véritable alternative aux carburants traditionnels, s'en distinguant par un pouvoir calorifique élevé, des émissions réduites de polluants atmosphériques et de gaz à effet de serre ainsi que le faible bruit émis lors de sa combustion.

Fin 2004, près de 1 600 bus (environ 10 % de la flotte française) et plus de 300 véhicules de propreté (Bennes à Ordures Ménagères) roulaient au gaz naturel dans plus de la moitié des grandes villes de France.

L'objectif de la France est d'atteindre 100.000 véhicules en circulation en 2010 mais la distribution de ce carburant devra être démocratisée, notamment sous deux formes : appareil de remplissage à domicile et bornes GNV dans des stations-service classiques (300 en 2010) pour pouvoir décoller.

Récemment, GDF et Peugeot-Citroën ont lancé une initiative pilote en Haute-Garonne ayant pour objectif la commercialisation auprès des particuliers d'une Citroën C3 roulant au gaz naturel (GNV).

« Toulouse, l’énergie par nature » : Gaz de France lance le carburant gaz naturel avec Citroën
Dans un contexte de hausse du prix du pétrole, GDF et Peugeot-Citroën ont lancé une initiative pilote en Haute-Garonne ayant pour objectif la commercialisation auprès des particuliers d’une Citroën C3 roulant au gaz naturel (GNV).

Avec 7.000 véhicules dont 1.600 bus, le GNV n'a pas encore décollé en France essentiellement du fait qu'il n'existe pas à l'heure actuelle de réseau de stations de distribution publique de gaz naturel. Mais la prise de conscience des dangers de la pollution atmosphérique, du réchauffement de la planète et des réserves limitées en pétrole remet à l'ordre du jour certains carburants alternatifs, qu'on croyait définitivement disqualifiés en France.



Nous étions dans un cercle vicieux qui fait qu'on ne vend pas de voitures parce qu'il n'y a pas de pompes et il n'y a pas de pompes parce qu'il n'y a pas de marché, a expliqué Jean-François Cirelli le PDG de GDF à l'occasion de l'opération « Toulouse, l'énergie par nature! » ( Manifestation organisée par la ville de Toulouse, via Tisséo SMTC qui s'est tenu sur la place du Capitole du 30 septembre 2005 au 2 octobre 2005). Toulouse est en effet l'un des sites pilotes en France pour créer une dynamique autour du gaz naturel véhicule. Un protocole pour la filière du GNV, signé en juillet sous l'égide du ministère de l'industrie par Carrefour et Total, prévoit plus largement l'équipement de 300 stations à l'horizon 2010, qui devraient alimenter un parc évalué à 100 000 véhicules. C'est dans le cadre de ce protocole que Carrefour doit ouvrir une première station au premier semestre 2006 dans un hypermarché toulousain.

Mais la ville de Toulouse et le département de la Haute-Garonne serviront aussi de région pilote avant une généralisation nationale d'ici à 2007 d'une solution de recharge individuelle : dès aujourd'hui, PSA lance une Citroën C3 roulant alternativement à l'essence et au GNV alors que GDF commercialisera des compresseurs individuels pouvant se connecter sur l'installation de gaz des particuliers utilisée pour le chauffage ou la cuisson.



Les clients pourront faire installer un compresseur de la taille d'un chauffe-eau dans leur garage pour un coût de 500 euros pris en charge par l'entreprise pendant la période de lancement, selon Pascal Zaneta, chef du projet chez GDF soulignant que cette solution de remplissage à domicile s'adresse, dans un premier temps, au marché de la clientèle des particuliers situés en zone pavillonnaire.

Commercialisée en octobre, la nouvelle C3 1.4i à bicarburation essence-GNV sera vendue au prix du modèle diesel pour un prix de 0,80 € TTC/m3 (1 m3 équivalent à 1 litre de SP98) et sa consommation sera similaire à celle d'un véhicule à essence et son réservoir à gaz lui donnera une autonomie de 200 km s'ajoutant au 500 km de son réservoir d'essence. Selon le constructeur automobile PSA, cette voiture devrait diminuer de 23 % les émissions de CO2 (soit 119 g de CO2/km) par rapport à la version C3 1.4i essence.

Le carburant gaz naturel, disponible en grande quantité et respectueux de l'environnement peut constituer une alternative très intéressante au pétrole. Les réserves mondiales importantes et largement réparties dans le monde, ainsi que ses qualités environnementales (réduction des émissions polluantes et de 25% de rejet de CO2), en font un carburant d'avenir, a rappelé Jean-Martin Folz, président de PSA. Le développement des véhicules particuliers est l'enjeu des années à venir et passe par celui des stations de distribution, estime t'il.

Dans un premier temps, Citroën et Gaz de France visent quelques milliers de voitures vendues en 2006, mais notre marché potentiel ce sont 4,5 millions de pavillons équipés au gaz, estime GDF. Quant à l'offre de compresseurs, elle ne sera pas réservée aux clients de Citroën, assure GDF. Outre la Citroën C3, d'autres constructeurs européens proposent des véhicules de tourisme fonctionnant au gaz et à l'essence. C'est le cas de Volvo (S60, V70 et S80) ; de Fiat (Doblo, Multipla et Punto), Mercedes (ClassE), Opel (Combo et Zafira), Peugeot (Partner), Renault (Kangoo) et Volkswagen (Caddy).



c) Comparons le GPL et le GNV avec l’essence et le diesel

Le graphique ci-dessous présente le positionnement relatif des différentes filières les unes par rapport aux autres pour chaque polluant réglementé et le CO2. Cette hiérarchisation est obtenue pour des véhicules légers Euro 3 à partir de mesures sur le cycle d’homologation européen MVEG.



Emissions des polluants réglementés et du CO2




Commentaires :
Il apparaît que les véhicules GPL sont les plus émetteurs de CO, le GNV se situent au niveau du diesel.

Pour les véhicules GNV, la plus grande partie des HC est du méthane, gaz non toxique mais qui a un potentiel de réchauffement global.

Concernant les Oxyde d’azote, les véhicules diesel en émettent plus de 10 fois plus que les moteurs essence, GNV ou GPL ; ces deux derniers étant les moins émetteurs de NOX.

Les véhicules diesel non équipés de filtre à particules (FAP) émettent jusqu’à 30 fois plus de particules que les motorisations essence et gaz (GPL et GNV). Les véhicules diesel équipés de filtre à particules ont des niveaux d’émission de particules équivalents à ceux des filières essence, GPL et GNV. Jusqu’en Octobre 2004, seuls Peugeot et Citroën commercialisaient depuis 2000 des véhicules équipés de filtre à particules. Les autres constructeurs commencent à présenter également des modèles pourvus de filtre à particules.

Enfin, les véhicules GNV émettent un peu moins de CO2 que les véhicules diesel et GPL et beaucoup moins que les véhicules essence (- 25%). Suivant les constructeurs, le positionnement GPL, GNV et diesel peut varier. Si on considère l’ensemble des gaz à effet de serre (principalement CO2, méthane, N2O) par rapport aux émissions de CO2 il faut rajouter en moyenne 1g/Km pour les véhicules GPL et 2g/Km pour les véhicules GNV et diesel.

Bilan des filières du « puits à la roue »


Le calcul du « puits à la roue » des émissions de gaz à effet de serre prend en compte les émissions des gaz à effet de serre suivants : CO2, méthane et protoxyde d’azote, non seulement au niveau des gaz d’échappement (« du réservoir à la roue ») mais également au niveau de la production des carburants (« du puits au réservoir »). Le graphique ci-après présente un comparatif des émissions des gaz à effet de serre des différentes filières ; pour le GNV les deux catégories de gaz naturel distribuées par Gaz De France sur le territoire français, à savoir le GNV B et le GNV H ont été considérées. Le gaz B est distribué dans le nord de la France, et c’est un gaz à bas pouvoir calorifique (compris entre 9.5 kWh/m3 (n) et 10,5 kWh/m3 (n) ) provenant du gisement de Gronigue (Pays Bas) . Alors que le gaz H est un gaz à haut pouvoir calorifique (compris entre 10,7 kWh/m3 (n) et 12,8 kWh/m3 (n) ) provenant de gisements du sud ouest et d'importations et qui est distribué sur l'ensemble du territoire (sauf dans le nord).






Commentaires :
Il apparaît que la filière la plus émettrice de gaz à effet de serre par kilomètre parcouru es l’essence et les filières les moins émettrices sont le diesel et le GNV. Le GPL, par rapport au diesel, est pénalisé par des émissions de gaz à effet de serre plus importante dans la phase de production du carburant. Le GNV est également pénalisé par rapport au gazole par des émissions importantes de gaz à effet de serre dans la phase « du puit au réservoir » (notamment fuite de gaz en ligne et utilisation d’énergie pour comprimer le gaz), mais reste à un niveau comparable à celui du diesel.
Le GPL, avec les nouveaux véhicules Euro 3, s’est démarqué de l’essence pour se rapprocher du diesel et du GNV.

Pour le GNV, le potentiel de cette filière n’a pas été parfaitement exploité, il lui reste un potentiel d’amélioration.


Suivant les modèles de véhicules, le bilan entre les filières diesel et gaz (GPL et GNV) peut varier.

Conclusion

Chaque filière présente des avantages et des inconvénients suivant les polluants considérés.

Globalement, le diesel est plus favorable pour le CO et les HC. Les filières gaz (GPL et GNV) sont les moins émettrices de NOX et de particules. Enfin, les bilans CO2 son sensiblement équivalents pour les carburants gazole, GPL et GNV (voir au cas par cas par modèle de véhicule).
Des progrès sont attendus sur les différentes filières :


  • l’optimisation des motorisation gaz, plus particulièrement GNV, devrait permettre une réduction sensible de leurs émissions de gaz à effet de serre

  • l’adoption progressive de filtre à particules sur les véhicules diesel devrait ramener leurs émissions de particules au même niveau que les filières essence ou gaz (GPL et GNV).


3) Les alternatives électriques :

a) Les véhicules électriques :
Les avantages de ces véhicules électriques sont un assez faible bruit, très peu de pollution lors de l'utilisation, et surtout un très bon rendement énergétique de la motorisation électrique (au moins 70% de l'énergie électrique est transformée en énergie motrice, contrairement aux moteurs thermiques ou moins de 30% de l'énergie contenue dans le carburant est transformée en mouvement).

Le problème principal est la source d'énergie. Dans le cas des transports en commun, cela nécessite (notamment pour le train) la pose de lignes électriques pour l'alimentation.

Dans le cas de véhicules autonomes (voitures, scooters...), des batteries sont la plupart du temps utilisées (source d'énergie 80% nucléaire et 20% renouvelable en France), mais il est aussi envisageable d'utiliser des piles à combustible utilisant comme source primaire de l'hydrogène ou un hydrocarbure d'origine fossile ou renouvelable.

Aujourd'hui, les voitures électriques sont souvent chères à l'achat et d'une autonomie limitée, principalement en raison des trop faibles rapports performances/poids/prix des batteries.

Leur avenir pour les particuliers peut sembler plutôt sombre (sauf peut-être pour les scooters), tant que les modèles seront réalisés à partir des modèles thermiques existants et que le stockage de l'énergie ne sera pas amélioré.

BlueCar est un prototype conçu par Batscap (filiale du groupe Bolloré). Sa structure légère lui permet une autonomie de 200 km et des vitesses de pointe de 125 km/h.




Dans les transports publics les trains, tramways et trolleybus électriques fonctionnent depuis bien longtemps et des services de bus électriques innovants font leur apparition.

b) Les véhicules hybrides :

Les véhicules hybrides constituent une solution intermédiaire entre les véhicules conventionnels et les véhicules électriques. Leur conception peut toutefois trahir une philosophie radicalement différente.

Le concept est de faire fonctionner le moteur thermique à une charge légèrement plus élevée que nécessaire, et utiliser ce surplus d'énergie mécanique pour charger une batterie. Le rendement du moteur augmentant vite à faible charge, ce surplus d'énergie est presque gratuit.

(Ceci est vrai pour les moteurs « essence », les moteurs diesels sont beaucoup moins sujets à des variation de rendement en fonction de la charge).



c) Les véhicules à pile à combustible :

Les piles à combustibles sont basées sur le principe de la conversion du combustible (de l'hydrogène le plus souvent, parfois du méthanol) en électricité.


C'est en quelque sorte une pile électrique dont le combustible est l'hydrogène et dont le résidu (déchet) est l'eau.


Une cellule élémentaire est constituée de 3 éléments : deux électrodes, et un électrolyte. Les deux électrodes sont séparées par l'électrolyte. A l'anode, on amène le combustible (le plus souvent de l'hydrogène, parfois du méthanol). La cathode est alimentée en oxygène (ou plus simplement en air, enrichi ou non en oxygène).

Les avantages :
- un haut rendement énergétique : Il dépend du type de pile, mais varie entre 40 et 70% (rappel : en comparaison, un moteur thermique d'automobile a un rendement qui varie entre 25 % et 30%).
- peu bruyante
- la compacité
- les émissions polluantes au moment de l’utilisation "quasiment" nulles
- pas de vibration (pas de pièces tournantes)


Les inconvénients :
- le coût : Les piles à combustibles utilisent des catalyseurs. Ce genre de catalyseurs (métaux précieux et/ou rares) ont deux défauts. Ils sont chers et peuvent être empoisonnés par des réactifs insuffisamment purs. C'est d'ailleurs pour permettre l'utilisation de pots catalytiques que l'on a fait des essences sans plomb (car le plomb pollue les catalyseurs)
- la pollution : Une pile fonctionnant uniquement à l'hydrogène ne produit aucun polluant. Par contre les pile à combustibles utilisant de l'éthanol ou méthanol rejètent du gaz carbonique (CO2), du méthane (CH4), et du monoxyde de carbone (CO, en très faible quantité).
- la durée de vie : Aujourd'hui, elle n'est que de quelques milliers d'heures. Pour être intéressantes, les piles doivent atteindre une durée de vie de 20 000 à 40 000 heures (entre 2 et 5 ans).
- la disponibilité des combustibles de qualité adéquate : Qui dit nouveau carburant, dit nouveau réseau de distribution. Nous sommes actuellement équipés de pompes à essence. Si nous voulons mettre en service la distribution du méthanol, il faudra supprimer une pompe de et la remplacer par une pompe méthanol. Il faut savoir également que la pile à hydrogène est fort exigeante quant à la qualité du combustible, trop d'impuretés rendraient le catalyseur inopérant.
- la fabrication : les piles à combustibles sont un thème récurrent dont un des obstacles au développement est, outre les catalyseurs, toute l'infrastructure autour de la cellule d'électrolyse proprement dite. Ceci en interdit donc une réalisation domestique (voir ci-dessous production d’hydrogène)
- production d'hydrogène : Le problème réside (entre autres) dans la production d'hydrogène. En effet si sa combustion est totalement non polluante, il n'en va pas de même pour sa production.

Ainsi, le reformage du gaz naturel (méthane CH4) pour produire de l’hydrogène dégage du dioxyde de carbone (à moins de le produire à partir d'eau par électrolyse, et de récupérer l'oxygène comme comburant mais il faudrait alors de très grandes quantités d'électricité.



PERSPECTIVES :

L’AVENIR DES BIOCARBURANTS

Problème des sols :

Une question demeure : celle de la disponibilité en surfaces agricoles en France. Aujourd’hui, 258 000 hectares sont utilisés pour la production d biodiesel et 25 000 hectares pour l’éthanol. Pour satisfaire la directive européenne visant à promouvoir l’utilisation des biocarburants au sein de l’Union Européenne, qui stipule qu’à horizon 2005, les biocarburants devront représenter 2% de la consommation des carburants puis 5,75% vers 2010, 1,1 millions d’hectares devront être mis en culture. La France dispose de 1,5 millions d’hectares en jachère mais toutes les surfaces disponibles ne sont pas aptes à produire du colza ou du tournesol, du blé ou de la betterave, destinés à la production des biocarburants.


Situation 1997/1998 perspectives 2010



Biocarburants

Tonnage (T)

Surfaces (Hectares)

Tonnage (T)

Surfaces (Hectares)

EMHV

280 000

233 000







ETBE

155 000

22 000







TOTAL

435 000

255 000

500 000 à 1 000 000

300 000 à 600 000

Premiers calculs d’ordre de grandeur des surfaces qu’il faudrait mobiliser pour remplacer l’intégralité du pétrole utilisé pour les transports, soit 50 millions de tonnes de tonnes (noté 50 Mtep) :




Filière

Huile

Huile

Ethanol

Ethanol

Culture initiale

Colza

Tournesol

Betterave

Blé

Poids brut de carburant obtenu par hectare (tonnes)

1.37

1.06

5.78

2.55

Tonnes équivalent pétrole par tonne de carburant

1

1

0.69

0.69

Energie brute produite par Ha (Tonnes équivalent pétrole)

1.37

1.06

3.98

1.76

Nombre minimum de km2 mobilisés pour produire 50 Mtep

365 000

472 000

125 000

284 000

En % du territoire français

66 %

86%

23%

52%

En % des superficies

232%

300%

80%

183%


SOURCES ET BIBLIOGRAPHIE

http://www.demain-la-terre.net

http://www.wwf.fr

http://fr.ekopedia.org/Voiture

http://www.actu-environnement.com

http://www.ademe.fr

http://www.gazdefrance-distribution.com

http://www.notre-planete.info

http://www.ose.cma.fr

http://www.manicore.com

http://www.assemblee-nationale.fr

http://www.econologie.com

http://www.ciele.org

http://www.biogaz.atee.info

http://www.amicale-ensta.org/

http://www.tisseo.fr

http://www.transpole.fr

Science et Avenir novembre 2005



Science et vie décembre 2005


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