Les problèmes d’environnement

Les problèmes d’environnement :
Pourquoi en vient-on à parler de « voiture propre » ? Quel est l’enjeu de ce concept ?


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.

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 » trouvent donc tout leur sens dans la volonté de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

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.

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).

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.

Sources :
http://www.manicore.com

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

http://www.wwf.fr

http://fr.ekopedia.org/Voiture