I - Introduction : 

Dans la première partie, nous avons abordé les problèmes, tant économiques qu'écologiques, liés à l'utilisation du pétrole. La seconde partie sera consacrée aux solutions permettant de diminuer la part des hydrocarbures comme source d'énergie dans les transports.

Deux axes principaux de recherche sont à retenir :

                        + Les carburants alternatifs

Recherche d'énergies sans ou à faible teneur en carbone pouvant se substituer ou venir en complément au pétrole.

                        + Les alternatives au moteur conventionnel
                        

Nous nous intéresserons aux solutions existantes en tant que prototypes, mais aussi aux solutions déjà existantes.

    les biocarburants

  Quel impact sur l'environnement?

Est ce que le véhicule rejette des gaz à effet de serre (CO2...) A t-il un impact négatif sur l'envrionnement? Sa fabrication et son conditionnement émet elle des gaz à effetde serre ou consomme t-elle du pétrole?

  Ces sources d'énergie sont elles renouvelables?

Est-ce que l'énergie est inépuisable ou reconstituable rapidement par la nature?

   La commercialisation à l'échelle planétaire

Cette nouvelle technologie peut elle être produite à grande échelle pour être distribuée dans le monde entier? Son coût de fabrication et donc son prix d'achat n'est il pas trop élevé? Quels sont ses délais de commercialisation ?

 II - Les carburants alternatifs : 

                 

On appelle biocarburants, les carburants fabriqués à partir de la biomasse.

On en distingue deux types : 

Le biodiesel obtenu à partir de végétaux oléagineux comme le colza ou le tournesol.
Dans une usine de trituration, les graines sont séchées et pressées pour obtenir l’huile brute qui sera raffinée.

Le bioéthanol obtenu à partir de végétaux sucrés comme la canne à sucre, de la betterave, du blé, du maïs, de la pomme de terre. Un traitement en usine permet d’obtenir du sucre qui sous l’action de levures fermente pour former l’éthanol. Selon la matière première d’origine un hectare permet de produire trois à six tonnes  de carburant.

Les carburants d'origine végétale, biodiesel pour le moteur diesel, éthanol pour le moteur à essence peuvent être mélangés aux carburants actuels en proportions variables. Il ne demandent pas d'adaptation particulière du véhicule .

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* Utilisation de nouvelles matières premières à partir de la  biomasse cellulosique (tige, paille, bois)

*Augmentation des % d'incorporation au gazole ou à l'essence.

* Réduction des coûts de production par une industrialisation de la filière.  

                 

Le gaz de pétrole liquéfié, communément appelé GPL est le deuxième carburant alternatif le plus utilisé dans le monde après les biocarburants. 

Au niveau mondial, le parc automobile utilisant le GPL progresse régulièrement. Aujourd’hui, les pays de l’Europe de l’Est lui accordent une place importante. Aux Etats-Unis, il est utilisé dans le cadre de flottes captives: taxis, véhicules postaux, bus ou camions de livraisons. Au niveau de la France, 200.000 véhicules sont équipés de cette technologie. Sur les 800 millions de véhicules dans le monde, près de 10 millions utilisent du GPL, ce qui laisse croire que l’expansion du GPL à grande échelle est déjà bien ancrée, et en voie de continuer son expansion.

Fonctionnement et principe:

Le gaz de pétrole liquéfié est un carburant composé de 50% de propane et de 50% de butane. C'est un hydrocarbure, c'est à dire qu'il est composé de carbone et d'hydrogène : 100 tonnes de pétrole brut donnent 3 à 5 tonnes de GPL. Il est incolore , inodore, extrêmement inflammable et volatile. Il est plus lourd que l'air. Le gaz de pétrole liquéfié est stocké sous une forme liquide dans le réservoir; cet état liquide dépend de la pression et de la température auxquelles le GPL est stocké. Le gaz de pétrole liquéfié offre une puissance énergétique nettement supérieure aux autres énergies.

Ci-dessous un tableau présentant le rapport énergétique entre le GPL et les autres énergies.

Notre point de vue sur cette technologie:

Le gaz de pétrole liquéfié présente certains avantages : en effet cette technologie permet une baisse des émissions de C02  (il ne rejette que très peu de rejets de soufre, plomb ou benzène mais également peu d’évaporations et d’émissions de polluants. Son utilisation ne produit pas de particules, contrairement au gasoil qui laisse échapper 10% de particules plus fines), une baisse flagrante de la pollution sonore mais également une puissance énergétique nettement supérieure aux autres énergies.

En revanche, il faudra sur un investissement au long terme, prévoir le développement d' un réseau de distribution de GPL (de moins en moins de stations en France distribuent du GPL). De plus, l’achat d’un véhicule utilisant cette technologie est également onéreuse. 

D'autre part, le GPL ne peut être créé qu’à partir de pétrole ( énergie non renouvelable), or, cette « or noir » ne sera pas toujours présent.

                 

Le gaz naturel pour véhicule est plus connu sous le nom de GNV .

Cette technologie utilise donc le gaz présent sous sa forme naturelle sous terre. Il s’agit d’une énergie fossile ( non renouvelable), présente en quantité limitée qui  s’épuisera à long terme (les réserves de gaz naturel sont très concentrées géographiquement, 40% du total mondial se situe au moyen orient tandis que plus de 30% se situe en ex-URSS). 

Le GNV présente également une réduction de plus de 20% des émissions de C02 par rapport à un moteur diesel. Plus de la moitié de parc GNV mondial se situe en Argentine et au Brésil. Du côté de l’Europe, l’Italie possède le parc le plus grand. La France,quant à elle s’est fixée un objectif qui est d’atteindre les 100 000 véhicules en 2010. On peut dire que l’expansion de cette technologie à travers le monde fonctionne. Elle peut donc s’utiliser à grande échelle.

Fonctionnement et principe:

Une voiture au gaz naturel est un véhicule essence standard, équipé simplement d'un ou de plusieurs réservoirs, pour l’essence et le gaz naturel. Un véhicule utilisant cette technologie peut parcourir en moyenne 300 km de plus qu'un véhicule classique grâce à la bicarburation (essence et gaz naturel). 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.
Toutefois, le méthane composant 90% du GNV est également un puissant gaz à effet de serre, il est considéré comme étant soixante-trois fois plus nuisible sur vingt ans que le CO₂. Il faudrait donc, pour prendre la mesure de la contribution du GNV à l'augmentation de l'effet de serre, prendre en compte toute la filière, de l'extraction à la combustion et comptabiliser les pertes de gaz. Il est donc possible qu'en terme d'effet de serre et en l'état des techniques et de la filière, le GNV présente des performances inférieures au gazole. La combustion du carburant gaz naturel est plus lente que celle des autres hydrocarbures et permet une réduction significative des vibrations et, par conséquent, du volume sonore des moteurs. Le niveau de bruit divisé par deux par rapport à un moteur diesel.

Notre point de vue sur cette technologie:

L’utilisation du gaz naturel pour véhicule permettrait une réduction de plus de 20% des émissions de C02 par rapport à un moteur à essence et de près de 10% par rapport à un moteur Diesel.
Cette technologie utilise des technologies classiques de moteur thermique donc il n’y a pas besoin d’apporter un changement majeur au véhicule.
Enfin, elle permettrait la diversification des approvisionnements énergétiques. 

En revanche, le GNV est lourd et encombrant. Il faut donc stocker le gaz en le comprimant à haute pression.On note également une perte de pression par rapport à l’essence. 
Peu de station services distribuent du gaz naturel pour véhicule, il faudrait alors se munir d’un compresseur individuel connecté au réseau chez le particulier.

Schéma montrant la réduction des rejets polluants d'une voiture utilisant le gaz naturel par rapport à une voiture au moteur conventionnel (diesel ou pétrole)

                    4/ Les carburants de synthèse

Les carburants de synthèse sont des carburants liquides produits via une étape de gazéification  à partir de gaz naturel, de charbon ou de biomasse.

La production de carburants de synthèse à partir du gaz et du charbon pose le double problème de l'épuisement des ressources (ces sources d'énergie ne sont pas renouvelables) et des émissions de CO2.  C'est à partir du charbon que la fabrication de carburant de synthèse est la  plus polluante. Il faut en effet extraire le charbon de la terre ce qui entraîne une émission de C02 considérable. Selon une étude réalisée, le charbon devrait perdurer pendant deux cent ans au rythme de production actuel.

Par contre à partir de la biomasse, la fabrication de carburant de synthèse semble promise à un bel avenir car celle-ci  est totalement renouvelable et permet une diminution des gaz à effet de serre.

La production à partir de biomasse permettrait de réduire la dépendance énergétique vis-à-vis du pétrole.

Les carburants de synthèse (comme le biodiesel) ne tarderont pas à entrer dans la phase industrielle. Ils  pourraient représenter un peu plus de 5 % de la consommation mondiale de carburants en 2020. Le développement de cette technologie à grande échelle pourrait donc avoir de bons résultats.

Fonctionnement et principe:

Les carburants liquides de synthèse sont produits via une étape de gazéification à partir d'autres ressources que le pétrole. Ce sont des carburants essence ou gazole de bonne qualité et qui ne nécessitent pas d'adaptation particulière des véhicules. On peut les produire à partir de biomasse (bois ou paille) ou à partir d’autres énergies fossiles charbon ou gaz. Cette dernière filière ne peut être envisagée massivement que si les émissions de CO2 sont traitées via leur stockage géologique. Deux unités à partir de gaz naturel et une unité de charbon fonctionnent aujourd'hui dans le monde. Quant à la technologie biomasse, elle en est encore au stade de l'unité de démonstration.

A partir de gaz naturel : Les carburants de meilleur qualité peuvent être intégrés au carburant actuel et distribués par les filières existantes. Les carburants obtenus sont de bonne qualité. Ils ne contiennent ni soufre, ni aromatiques et conduisent à des réductions nettes de rejets de particules, d'hydrocarbures et de CO2.

A partir de charbon : Elle est beaucoup plus coûteuse et intéressante pour les pays disposant d’importantes ressources de charbon (Chine et Inde). Des efforts de recherche restent à accomplir et le problème du CO2 émis devra être réglé par sa capture et son stockage géologique.

A partir de biomasse : Les carburants liquides sont issus de résidus agricoles (tiges, pailles) et forestier.

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Notre point de vue sur cette technologie :

L’utilisation d’une telle technologie comporte plusieurs avantages, tout d’abord elle permet une réduction significative des émissions de polluants, de plus les carburants de synthèse peuvent être utilisés en mélange dans les moteurs actuels. Pour de cas du gazole, son carburant de synthèse peut très bien se substituer au gazole sans problème, en améliorant même sa qualité. En revanche subsistent quelques inconvénients, la production de certains de ces carburants de synthèse consomme de l'énergie et consomme beaucoup de C02. Enfin, certains des ces carburants ont encore un coût de revient trop élevé.

 III - Les alternatives au moteur conventionnel : 

                    1/ Le véhicule électrique

Ne fonctionnant qu’à l’électricité, la voiture électrique apparaît sur le plan environnemental comme la solution "zéro émission". Mais, l'impact sur l'environnement du véhicule électrique dépend de la manière dont est produite l'électricité stockée à bord du véhicule. En effet, en France, l’électricité utilisée afin de faire marcher ce véhicule est produite à partir de centrales nucléaires. En Allemagne ou encore aux Etats-Unis l'électricité est produite à partir  du charbon, ce qui entraîne une émission de C02 assez importante. Le véhicule en lui-même ne pollue pas, c’est la technique de fabrication de l’électricité qui engendre une pollution (déchets nucléaires qui mettent très longtemps à disparaître et l’extraction du charbon qui émet beaucoup de CO2). On peut en revanche produire de l’électricité grâce à d’autres technologies utilisant une énergie renouvelable, permettant ainsi de produire de l’électricité tout en ne polluant pas (énergie hydraulique, solaire, éolien et géothermique) .Cependant ces technologies ne peuvent bien sûr pas assurer la création d’électricité pour tous les véhicules électriques de la planète, en plus de l’électricité domestique et autres. Il y aura forcément recours à l’énergie nucléaire, donc à une pollution. 

Cette solution est applicable à grande échelle, l’électricité peut-être fabriquée partout dans le monde grâce à de nombreuses technologies .

En France, on compte aujourd’hui 10 000 voitures électriques en circulation (c’est le premier parc mondial).

Fonctionnement et principe:

Le véhicule électrique fonctionne à l’électricité grâce à des batteries et une motorisation 100% électrique.

Ce véhicule comporte une batterie pour stocker l'énergie, un moteur à courant continu avec un système de contrôle et un chargeur de batteries. Le moteur électrique de traction est relié aux roues motrices. L'ordinateur contrôle, gère et régule la puissance. Il permet également de récupérer une partie de l’énergie de freinage, dès que le conducteur lâche la pédale d’accélérateur. Le moteur se transforme en dynamo et recharge partiellement la batterie. Une fiche de raccordement au réseau électrique permet le chargement des batteries via une prise traditionnelle.

Notre point de vue sur cette technologie :

Le véhicule électrique présente de nombreux avantages, tout d’abord au niveau de sa propreté, il n’émet aucun hydrocarbures, aucunes fumées et aucunes particules; au niveau économique ensuite, le véhicule ne consomme pas d’électricité lorsqu’il décélère, au contraire ses batteries se rechargent ; et enfin au niveau de la fiabilité,  cette technologie ne cale pas car il n’y a pas d’embrayage, simplement deux pédales.

Enfin, cette voiture est très silencieuse. 

En revanche, son autonomie est réduite (seulement 200 km), le temps de recharge des batteries est important. Le coût des batteries est relativement important et leur durabilité assez faible. Le dernier désavantage est le recyclage des batteries. Pour que cette technologie soit accessible à tous et ait du succès, il faudrait développer un nouveau type de batterie.

                 2/ Le véhicule hybride

Le véhicule hybride est un véhicule très respectueux de l’environnement, sa double alimentation, essence (ou diesel)/électricité permet de réduire les émissions de polluants et de CO2. Le véhicule peut ainsi fonctionner sur le système électrique en agglomération pour réduire le taux de pollution. Le véhicule hybride permet également une économie de consommation variant de 10 à 50% selon les capacités du véhicule. Cette solution est déjà en application aujourd’hui, aux Etats-Unis, les études misent sur une part de marché de 10 à 15% pour 2012, ce qui laisse entrevoir une bonne expansion de cette technologie à grande échelle.

Le véhicule hybride utilise d’un côté une énergie non renouvelable, l’essence et le gazole issus du pétrole et de l’autre une énergie en partie renouvelable, l’électricité : on peut la produire à partir de différent moyens mais il faudra bien entendu compter grandement sur l’énergie nucléaire pour la fabriquer, ce qui posera, plus tard, le problème du devenir des déchets nucléaires (voir véhicule électrique).

Fonctionnement et principe:

Le véhicule hybride est équipé d’un système de motorisation mixte essence (ou diesel) et électrique et de deux systèmes de stockage d’énergie : un réservoir de carburant et une batterie. 

Lorsque le moteur fonctionnant à l’essence (ou gazole) est enclenché, il entraîne la voiture (il s’agit de la force motrice) et charge la batterie au même moment. Si ce dernier ne fonctionne pas, c’est le moteur électrique qui prend le relais et joue le rôle de force motrice. De même que pour le véhicule électrique, lors d’une phase de décélération ou de freinage, la batterie se recharge d’elle-même.Elle se recharge également sur le secteur, cependant la longévité de la batterie reste un problème. Un ordinateur de bord pilote le changement de propulsion (thermique ou électrique), les deux modes peuvent fonctionner ensemble pour obtenir une forte puissante au démarrage.

Notre point de vue sur cette technologie :

Malgré un coût élevé dû à l’installation de deux systèmes de motorisation distincts, une augmentation du poids du véhicule et une complexité du système, le véhicule hybride apparaît comme être une des solutions les plus plausibles à la raréfaction du pétrole,.

Il permet une optimisation de l’utilisation de l’énergie, une réduction des émissions de polluants ainsi qu’un réduction de la consommation de pétrole (en pouvant alterner électricité/essence (ou gazole).

Cette solution étant déjà commercialisée, on pourrait s’attendre à quelques améliorations comme le couplage de l’électricité avec le gaz naturel, ce qui permettrait de réduire davantage les émissions de C02, ou encore aller vers une hybridation totale, ce qui entraînerait également une baisse accrue des émissions de C02.

                  3/ Le moteur à pile à combustible

Du côté du véhicule fonctionnant à la pile à combustible, plus particulièrement de la pile à hydrogène, on peut également affirmer qu’il s’agit d’une technologie absolument non polluante, elle ne rejette que de l’eau.

En revanche, la technique de production de l’hydrogène grâce à cette pile engendre une pollution (très faible comparée à la pollution des véhicules diesel ou essence). L’hydrogène pouvant être extrait uniquement de l’air, du pétrole, du gaz ou du charbon, la technique d’extraction de l’hydrogène génère donc pollution. La pollution ne réside donc pas dans le carburant utilisé en lui-même mais dans la manière de la fabriquer. Quant au côté renouvelable de l’hydrogène, on peut en effet affirmer que l’énergie utilisée est renouvelable car l’hydrogène extrait de l’air est présent en quantité infinie (l’air étant une source infinie d’hydrogène). La nature peut donc générer cette énergie elle-même. 

Pour la mise en place du véhicule à pile à combustible à grande échelle, de nombreuses difficultés demeurent, en effet il faudra compter sur la mise en place d’infrastructures de production, la création d’un réseau de distribution de cette technologie, pouvant ainsi engendrer une mauvaise diffusion de la pile combustible à travers le monde, ne profitant pas ainsi à tous les pays. 

Quant au coût de revient d’une telle technologie, des marques tel que Honda se sont avancées sur un coût environnant 6000 euros soit plus de trois fois le prix d’un véhicule du même type à alimentation électrique. Un prix de revient trop élevé pour envisager une mise sur le marché.

La mise en place à grande échelle de cette technologie ne sera donc pas sans difficultés, à commencer par son prix. L’éventualité d’une commercialisation à grande échelle ne serait pas prévue avant 2015- 2020. 

Fonctionnement et principe :

La pile associe l’hydrogène et l’oxygène de l’air pour produire de l’électricité en ne rejetant de l’eau. La production, la production et le stockage à bord sont encore à perfectionner.

 L’électrolyte est une membrane échangeuse, perméable aux protons mais pas aux électrons, entourée d’une anode et d’une cathode.
A l’anode, les molécules d’hydrogène sont décomposées en protons et passent à travers la membrane pour aller se combiner à l’oxygène de l’air et à des électrons pour former de l’eau. Tandis que les électrons migrent vers la cathode, fermant ainsi le circuit électrique. L’énergie du freinage est transformée en électricité pour recharger la batterie.

L’autonomie de la voiture est de 250 à 320km, la vitesse, limitée à 128km/h. Pour être utilisé dans une pile à combustible, l’hydrogène doit être stocké à bord du véhicule sous une pression de 700 bars. Le poids du réservoir est de 75 kg pour contenir 5 kg d’hydrogène, quantité nécessaire pour parcourir quelques 500 kilomètres. 

La solution apparemment viable réside donc dans la possibilité de « fabriquer » l’hydrogène à bord du véhicule lui-même. C’est en effet possible à partir du méthanol. Seul problème, la production d’hydrogène à partir du méthanol, provoque l’émission de dioxyde de carbone, même si la quantité en cause est bien moindre que celle d’un moteur à combustion. Les premières piles à hydrogènes ont servi pour les premières stations spatiales Apollo.

Notre point de vue sur cette technologie :

Malgré son infime quantité de C02 rejetée lors du processus de fabrication de l’hydrogène, la pile à combustible reste une option sur le long terme. Une production en série de véhicules à piles à combustible n'est pas envisageable avant les années 2020. 

L’hydrogène reste difficile à produire et à stocker. Le coût de revient d’une telle technologie est également à prendre en compte. Il faut compter sur la mise en place de structures spécialisées, rendant ainsi difficile l’expansion de la pile à combustible à grande échelle.

Il faut également prendre en compte la dangerosité de la pile à combustible,  car l’hydrogène est stocké à bord du véhicule sous une forte pression (700 bars).

                  4/ Le véhicule à air comprimé

Tout d’abord, le véhicule en lui-même ne pollue pas, au long terme au même titre qu’au court terme, il ne rejette uniquement de l’air et de la vapeur d’eau ; le véhicule fonctionnant à air comprimé peut apparaître comme une solution inépuisable et propre. En revanche, il ne faut pas oublier que l’hydrogène utilisé par le véhicule ne peut être produit qu’à partir d’une source d’énergie. Le véhicule en lui-même ne polluera pas, c’est en revanche le moyen de produire l’énergie nécessaire qui va entraîner de la pollution. Il faudra en effet faire fonctionner d’avantage les centrales nucléaires afin de satisfaire tout le monde, ce qui va entraîner une augmentation des déchest nucléaires, mettant énormément de temps à se désagréger.

Quant à la qualité renouvelable de cette énergie, c’est ici un des plus grand avantage du véhicule à air comprimé. En effet, il utilise l’air comme source d’énergie, source gratuite, propre et présente en quantité infinie. L’énergie répond donc positivement à la définition d’une énergie renouvelable.

Le constructeur automobile français MDI ainsi que le plus grand fabriquant d’automobiles en Inde (TataMotors) ont signés un accord, qui va ainsi permettre à cette technologie de s’étendre de faire bénéficier une partie de l’Asie d’une énergie non polluante.