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Véhicule propre

 

Le transport est une source majeure de pollution. Les véhicules automobiles, massivement développés et diffusés au cours du XXe siècle, sont en effet conçus selon des technologies qui privilégient les performances, le confort, et le coà»t (d'achat et, dans une moindre mesure, de fonctionnement), éventuellement au détriment de l'efficacité (rendement très faible) et des émissions nocives.

à€ la fin du XXe siècle, les normes d'émission se sont fortement durcies, et les constructeurs ont été fortement incités à  mettre en place des solutions permettant de réduire les émissions de toxiques et de polluants. De plus, la prise en compte de l'ensemble de la filière a mis en évidence l'importance des carburants.

Les véhicules peuvent être propres mais ne fonctionnent pas nécessairement avec un carburant issu d'une filière énergétique qui le soit. Pour mémoire, la dépense énergétique actuelle de l'automobile en France équivaut à  sa dépense énergétique électrique.

Si l'électricité est utilisée pour l'automobile ou pour créer des vecteur d'énergie (hydrogène, air comprimé), cela signifie un quasi doublement de la capacité nucléaire française actuelle, ou la génération de l'équivalent de la capacité nucléaire à  l'aide de centrales au charbon, ou issues d'un carburant comme le pétrole, ce qui revient à  déplacer le problème de la pollution.Pour cette raison, certains considèrent que le terme de véhicule propre est usurpé, ou que pour le moins les véhicules propres ne résolvent rien.

D'autres avancent qu'il est plus facile de "nettoyer" une filière de production énergétique que des millions de véhicules individuels. Les véhicules propres présentent en tout état de cause l'avantage discutable de sortir la pollution des villes et de les rendre plus vivables.

Sommaire
1 Les biocarburants
2 Le GPL
3 Véhicules électriques
4 Les véhicules hybrides
5 GNV
6 L'air comprimé
7 Les véhicules à  pile à  combustible
8 Voir aussi
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Les biocarburants

On appelle ainsi des carburants produits (au moins en partie) biologiquement. Le Brésil a, pendant une temps, utilisé la biomasse (canne à  sucre transformée en éthanol) comme carburant automobile mais a finalement abandonné la pratique. Seuls l'éthanol et les huiles végétales sont utilisés dans les transports, le méthane (ou biogaz) issu de la fermentation des déchets est généralement destiné à  la production d'électricité et pour chauffer des bà¢timents. Son utilisation pour propulser un véhicule, comparable à  celle du GNV, reste encore très marginale. Les principaux biocarburants sont :

L'utilisation des biocarburants est particulièrement intéressante du point de la production de CO2 et de l'effet de serre qu'il implique. Le carbone des biocarburants provient de l'atmosphère et ne fait que retourner d'o๠il vient lors de sa combustion alors que les carburants fossiles libèrent dans l'atmosphère du carbone initialement stocké sous terre.

Le bilan environnemental des biocarburants reste sujet à  controverse, la pollution due à  l'agriculture, engrais et pesticides, doit rentrer en ligne de compte selon certains.

Les biocarburants ne pourront néanmoins constituer qu'une énergie de complément, car le rendement des végétaux est assez faible : la superficie des terres agricoles, en France, ne suffirait pas à  alimenter en carburant le parc automobile actuel et son coà»t de production reste environ deux fois plus élevé que celui des carburants pétroliers.

Le GPL

Le GPL (Gaz de pétrole liquéfié) est un mélange de butane (C4H10) et de propane (C3H8) qui permet un stockage liquide à  pression modérée (8 à  10 bars) à  toutes températures courantes. Le GPL est accessoirement utilisé dans les briquets. Il provient des usines de raffinage et des champs de production de pétrole et de gaz o๠on le brà»le le plus souvent en torchère. C'est donc un produit des compagnie pétrolière, qui ne perdent rien à  le substituer à  l'essence ou au gazole.

Utilisation du GPL

Considéré comme propre le GPL est un carburant qui préserve les performances du véhicule et réduit même l'usure du moteur. C'est, en France à  la fin du XXe siècle, le carburant qui a obtenu les plus grands avantages fiscaux (quasi-exonération de la taxe spécifique), ce qui en fait le moins cher à  la pompe. Il est disponible dans 1800 stations en France ce qui en fait le seul carburant propre immédiatement et facilement disponible pour les particuliers. Un moteur modifié pour fonctionner au GPL est également capable de tourner avec son carburant classique, il n'y a donc pas de risque de tomber en panne sèche loin d'une pompe. Le G.P.L. représente près de 60% du parc "essence" en Hollande, plus de 30% en Italie, 40 à  60% aux USA et au Canada alors qu'en France seuls 200 000 véhicules sont équipés pour rouler au GPL. Cet écart est dà» selon certains à  une différence insuffisante entre le prix du GPL et celui du gazole. On peut également prendre en compte les problèmes de sécurité liés à  l'explosivité du carburant et la médiatisation des accidents et des hésitations légales autour de l'obligation d'une soupape sur le réservoir. Pour finir, le surcoà»t lié à  l'installation du GPL que le propriétaire amortit en 50 000 km environ.

Le bilan écologique du GPL

Le GPL est perçu comme un carburant propre, son bilan écologique reste pourtant mitigé même s'il est globalement supérieur à  celui des carburants conventionnels. Son utilisation ne produit pas de particule et très peu de Nox ou de benzène mais les émissions de CO restent proches de celle d'un diesel moderne qui lui est également très supérieur en matière d'émissions de composés organiques non volatils et de CO2. Il existe une grande disparité au sein des véhicules équipés pour le GPL. Les véhicules en première monte (équipés en usine) présentent de bons résultats alors que les véhicules équipés en seconde monte sont particulièrement disparates. Certains peuvent même se montrer nettement plus polluants sur certains points que des véhicules essence conventionnels. Les performances et le bilan environnemental du GPL (comme du GNV) pourraient considérablement progresser avec un moteur spécifiquement conçu pour fonctionner avec ce carburant. Le GPL présente d'autres propriétés appréciables, son utilisation réduit l'usure du moteur génère moins de bruit et de vibrations et offre une grande souplesse dans la conduite.

Véhicules électriques

8 000 véhicules électriques circulent en France dont 5 000 voitures sur les 11 000 présents en Europe. Le nombre de véhicules en circulation est nettement inférieur aux plans prévus au moement de leur introduction. Le véhicule électrique continue pourtant à  être présenté comme la solution disponible en terme de transports propres. Très peu de particuliers disposent d'une voiture électrique dont les collectivités territoriales et certaines grandes entreprises ont été les principaux acquéreurs. Le principal possesseur de voitures électriques en France est La Poste, elle ne semble pas vouloir aujourd'hui renouveler son parc. La loi française impose toutefois à  certains acteurs un quota de véhicules électriques.

D'un point de vue technique, la charge des batteries ne se fait pas sans perte (perte de transport de l'électricité jusqu'à  l'usager, perte à  la charge, perte à  la décharge, rendement du moteur électrique)ce qui réduit le rendement énergétique depuis la production électrique jusqu'aux kilomètres parcourus. Les batteries sont en outre particulièrement lourdes, accroissant l'énergie nécessaire au déplacement du véhicule et son inertie.

Mais les véhicules électriques présentent également de avantages séduisants. Ils sont moins chers à  l'usage, plus simple d'entretien et le moteur peut effectuer jusqu'à  1 million de km pour les voitures. Le surcoà»t à  l'achat est réduit par des aides d'État, une voiture électrique est amortie en 6 ans et un scooter électrique en 2 ans par rapport à  un modèle conventionnel. Leur principal inconvénient réside dans leur faible autonomie et leur prix d'achat élevé, notamment pour les batteries qui sont généralement proposées en location par les constructeurs.

Les voitures électriques

Elles peuvent parcourir 50 km avec des batteries au plomb, 80 à  100 km avec des batteries nickel-cadmium et 200 km avec des batteries lithium/ion mais le prix et la maîtrise des technologies sont d'autant moins favorables que l'autonomie est importante. Elles continuent néanmoins à  utiliser de l'essence pour assurer le chauffage de l'habitacle.

Le prix des batteries est particulièrement important, les constructeurs les proposent généralement à  la location à  un prix imposant une utilisation intensive du véhicule pour être rentable.

On considère que les voitures électriques actuelles couvrent 80% des usages urbains.

Véhicules lourds électriques

Les autobus électriques sont généralement de petits véhicules équipés de racks interchangeables de batteries au plomb, utilisés sur de très courtes distances. On trouve également un certain nombre de véhicules hybrides. Le trolleybus est un autobus électrique alimenté par des perches branchées sur deux lignes de contact aériennes.

Les véhicules de voirie, notamment les bennes à  ordures, connaissent un certain nombre d'applications électriques. Ces véhicules peuvent bénéficier d'une propulsion bimodale, électrique en ville et thermique vers l'usine de retraitement.

Les scooters électriques

Le scooter électrique est une application intéressante car la limitation légale de performance imposée aux deux roues de moins de 50cc permet d'obtenir des performances très proches à  celles des véhicules thermiques. Certains modèles sont équipés d'une batterie amovible chargeable à  la maison.

On peut attendre d'un scooter électrique une vitesse de 45 km/h pour une autonomie de 80 à  100 km.

Conclusion

Le véhicule électrique pur a déjà  fait la démonstration de son inadaptation aux besoins, puisque même les professionnels comme La Poste n'y sont pas particulièrement attachés. Les progrès techniques à  venir ne laissent entrevoir que des progrès à  la marge. Sauf à  envisager une modification profonde des comportements liée à  une prise de conscience des questions d'environnement, les véhicules purement électriques semblent condamnés à  une utilisation de niche.

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 beaucoups moins sujets à  des variation de rendement en fonction de la charge.

Toyota avec la Prius et plus récemment la Prius 2 a fait le choix de construire un véhicule pourvu d'un moteur thermique et d'une transmission mécanique épaulée par un moteur électrique, notamment pour les démarrages. Il s'agit d'un véhicule fonctionnel destiné à  rentrer en concurrence directe avec les véhicules conventionnels. La Prius ne recharge ses batteries que par l'action de son moteur thermique ou par le freinage. Elle se distingue par une consommation deux fois plus faible que celle des voitures équivalentes.

A l'opposé, l'Elect'road de Renault est un véhicule électrique qui se recharge par une prise de courant et pourvu d'un « prolongateur d'autonomie Â» constitué d'un moteur essence de 500 cm3 destiné à  ne fonctionner que 5% du temps. L'autonomie annoncée est de 150 km en cycle urbain. Dassault en coopération avec Heuliez au sein de la SVE (Société des Véhicules Électriques) annonce pour 2006 un monospace hybride nommé NVNX lui aussi équipé d'un moteur de 500 cm3, pourvu de batteries au lithium affichant une autonomie de 200 km en cycle urbain et jusqu'à  500 km à  la vitesse de 90 km/h.

GNV

Le GNV (Gaz Naturel pour Véhicule), est composé de 90% de méthane (CH4). Sa combustion ne produit ni oxyde de soufre, ni plomb, ni poussières, ni fumées noires et peu d'oxyde d'azote et de monoxyde de carbone. C'est aussi un produit des compagnies pétrolières, qui ne perdent rien à  le substituer à  l'essence ou au gazole. Le biogaz étant lui aussi du méthane pourrait parfaitement être utilisé à  la place du GNV mais les filères de production font défaut pour l'utiliser dans les transports.

Caractéristiques du GNV dans les transports

Il est essentiellement utilisé pour les autobus (en France un nouveau bus sur trois roule au GNV) et dans une moindre mesure pour les bennes à  ordures. L'usage du GNV est assez répandu avec plus 2 millions de véhicules dans le monde, en Argentine et en Italie notamment. Les moteurs au GNV présentent de bonnes performances environnementales, Les émissions de substances nocives sont particulièrement faibles à  l'exception des émissions de composés organiques volatils qui sont supérieures à  celles du diesel. Les émissions de CO2 sont sensiblement inférieures mais en restent toutefois assez proches. Notons que le GNV comme le GPL pourraient voir leurs performances s'améliorer considérablement avec un moteur spécifiquement conçu pour ces carburants. Le méthane composant 90% du GNV est également un puissant gaz à  effet de serre à  vie courte considéré comme étant 63 fois plus nuisible sur 20 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 très 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. Outre cette réduction directe des émissions polluantes, la distribution du GNV entraîne d'autres réductions. Alors que les stations classiques doivent être alimentées régulièrement par voie routière ce qui entraîne l'encombrement des villes et signifie donc encore plus de pollution, une station gaz naturel est directement reliée au réseau de distribution GDF.

Les réserves mondiales de GNV sont plus abondantes et moins concentrées que celles du pétrole ce qui assure un prix et un approvisionnement plus stable. Le prix du GNV est en outre inférieur à  celui du gazole.

Avantages et inconvénients techniques

Les principales raisons pour choisir les bus au gaz sont : - Moins polluants, les bus au GNV sont aussi plus silencieux que les autres bus (- 5 à  8 décibels). - Le GNV réduit également les vibrations des véhicules, améliorant ainsi le confort des passagers et des conducteurs. - Le GNV est excellent pour la durée de vie du moteur qui présente un fonctionnement particulièrement souple qui réduit l'usure des véhicules. Les bus avec une motorisation adaptée possèdent des réservoirs en toiture gonflés à  200 bars qui leur offrent une autonomie de 400 km. Le GNV démarre à  toutes les températures sans surconsommation quand il tourne à  froid. Le GNV est particulièrement intéressant en terme de sécurité contrairement à  ce que le sens commun pourrait laisser croire. Le GNV étant plus léger que l'air, une fuite ne peut poser problème que dans un tunnel ou des locaux mal ventilés. Le GNV est difficile à  enflammer (540°C contre 235°C pour le gazole) et n'explose pas comme peut le faire le GPL.

Les moteurs actuels au GNV utilisent le cycle Beau de Rochas et non pas le cycle Diesel, ce qui leur est défavorable en terme de rendement, donc en terme d'émission de CO2.

L'air comprimé

Les véhicules à  air comprimé sont portés par Guy Nègre, un ingénieur français installé près de Nice, qui développe depuis 10 ans l'idée d'un véhicule dont le moteur fonctionne grà¢ce à  l'air comprimé contenu dans des bouteilles à  haute pression.

Annoncé à  de multiples reprises, les véhicules à  air comprimé restent pour l'instant des prototypes qui n'ont pas pu être évalués indépendament des tests du constructeur. De conception originale, ils annoncent une autonomie de 200 km et une vitesse de pointe de 110km/h.

Rechargeable en 6 heures sur le secteur ou 3 minutes avec une station de gonflage, on peut considérer ces voitures comme des véhicules électriques pour lesquelles l'air comprimé est un vecteur d'une énergie électrique actuellement produite par des centrales nucléaires et des centrales thermiques.

Ce type de véhicule dimensionné pour la ville, fonctionnant avec une technologie rustique, peu onéreuse et totalement propre est particulièrement séduisant. Il s'agit d'une solution d'une élégante simplicité qui s'attaque sans compromis à  la question du véhicule propre.

Pour ces raisons, les médias parlent régulièrement de ce projet mais de nombreux spécialistes sont plus que sceptiques sur les performances annoncées. Les nombreux retards et les absences de tests ne favorisent pas la confiance

Les véhicules à  pile à  combustible

Hydrogène et pile à  combustible

Choisir une source d'énergie alternative au pétrole répond au double impératif de la pollution et de la raréfaction annoncée des énergies fossiles. L'application de cette nouvelle source d'énergie aux transports rajoute un impératif de dimension et de sécurité. La pile à  combustible fonctionnant à  partir de l'hydrogène semble constituer la piste privilégiée des pouvoirs publics pour l'avenir, en Europe mais également partout ailleurs dans le monde.

Une pile à  combustible est un appareil produisant un courant électrique à  partir d'une réaction chimique, généralement entre l'hydrogène et l'oxygène contenu dans l'air. Le fonctionnement d'une telle pile est particulièrement propre puisqu'il ne produit que de l'eau. Les piles à  combustible sont aujourd'hui hors de prix, notamment parce qu'elles nécessitent des quantités non négligeables de platine.

L'hydrogène nécessaire au fonctionnement des piles à  combustible peut également être utilisé dans un moteur à  combustion interne conventionnel mais il est considéré plus efficace de l'utiliser comme moyen de stockage de l'énergie que comme combustible. Toutefois, l'hydrogène est particulièrement difficile à  stocker, tous les réservoirs étant poreux par rapport à  cette molécule. Pour limiter les fuites et les problèmes, il faut procéder à  une liaison chimique (par exemple en méthane ou avec des hydrures métalliques) et libérer l'hydrogène juste avant utilisation.

Bilan écologique de l'hydrogène

Si la propreté des piles à  combustible est exemplaire, la production de l'hydrogène nécessaire à  leur fonctionnement est quant à  elle plus problématique. Il existe deux possibilités pour produire de l'hydrogène, l'une consiste à  l'extraire du gaz ou du charbon (technique mise au point par l'ENEL à  Pise), l'autre à  électrolyser l'eau.

La première méthode produit du CO2 en masse et ne présenterait donc que peu d'intérêt en terme écologique s'il n'était question de capturer ce carbone pour le séquestrer ensuite dans le sol. Le carburant circulant ensuite dans les véhicules serait alors parfaitement propre.

La seconde méthode nécessite de l'électricité dont la production ne doit pas elle-même produire du CO2. On pense notamment aux énergies renouvelables qui trouveraient dans l'hydrogène un moyen de stocker leur production d'énergie nécessairement irrégulière. Plusieurs projets ont ainsi vu le jour, le Japon envisage une station offshore portant une éolienne géante, un système espagnol convertit le mouvement des vagues en énergie, une tour solaire d'un kilomètre en Australie est en projet. Harry Braun du « Hydrogen Political Action Comitee Â» estime qu'il faudrait 12 millions d'éoliennes d'un megawatt pour assurer la production, par l'hydrogène, de la consommation énergétique des États-Unis.

Des recherches récentes de l'Institut Californien de Technologie montrent que l'hydrogène là¢ché dans l'air devrait avoir un effet particulièrement néfaste sur la couche d'ozone, d'autres équipes de recherche font valoir des résultat moins catastrophiques, la question reste en débat. Il existe toutefois la crainte que de simples fuites inévitables dans un réseau de distribution de l'hydrogène n'aient des conséquences désastreuses sur l'environnement.

Un projet de centrale nucléaire à  haute température de fonctionnement permettrait de générer de l'hydrogène directement. Ces centrales sont appelées par leur type de réacteur : Réacteur Haute Température et utiliseraient de l'hélium comme fluide caloporteur et du graphite pour diffuser la chaleur. La dissociation de l'eau en ses composants se fait naturellement à  température élevée.

Les politiques énergétiques innovantes

La commission européenne de recherche sur l'énergie prend des positions particulièrement marquées en faveur de l'hydrogène et des piles à  combustible. Le projet CUTE introduisant des autobus à  l'hydrogène dans 9 villes Européennes est dores et déjà  en marche.

Dans la foulée, PSA mise également sur ce duo. Il envisage à  moyen terme de produire des véhicules hybrides électriques recevant une pile à  combustible comme source d'énergie complémentaire. Il envisage ensuite de passer à  l'horizon 2010-2020 à  des véhicules dont la source principale sera une pile à  combustible équipée d'un reformateur produisant l'hydrogène à  partir du bioéthanol ou d'essence de synthèse. A partir de 2020, considérant que les circuits de distribution de l'hydrogène seront en place, PSA projette de construire des véhicules fonctionnant grà¢ce à  une pile à  combustible alimentée par les seules réserves d'hydrogène embarquées.

Le Japon, leader mondial des véhicules à  pile à  combustible, marque également une très forte volonté dans les transports propres et plus particulièrement pour l'utilisation de l'hydrogène. La politique japonaise, très en pointe, est résolument tournée vers l'action, les véhicules hybrides à  essence étant déjà  largement favorisés. Le Japon met en place à  titre expérimental des stations de distribution de l'hydrogène pour une flotte de véhicules dotée de piles à  combustible à  l'essai. Le Japan Automobile Research Institute et le Japan Electric Vehicule Association travaillent conjointement à  produire une proposition de norme sur la pureté de l'hydrogène comme carburant pour les véhicules propulsés par une pile à  combustible.

Les États-Unis mènent des recherches équivalentes au travers notamment du programme freedom CAR, Cooperative Automotive Research visant à  construire des véhicules hydrogène/pile à  combustible. Le Canada se distingue également avec un institut de recherche sur l'hydrogène et des tests grandeur nature à  Vancouver. Le Canada et sa capacité de production hydroélectrique sont particulièrement bien placés pour faire de l'hydrogène propre.

Un accord de coopération entre l'Union Européenne et les États-Unis sur la technologie des piles à  combustible vient d'être signé, montrant ainsi leur convergence de vue sur l'avenir de l'énergie dans les transports.

Une économie de l'hydrogène

L'hydrogène n'est pas une source d'énergie (l'hydrogène sous sa forme H2 ne se trouve pas dans la nature), ce n'est qu'un vecteur, un moyen de transporter de l'énergie. Or cette énergie, il faut bien l'obtenir, soit par le nucléaire, soit par des carburants fossiles, soit par la biomasse.

L'idée de transition d'une économie du pétrole vers une économie de l'hydrogène est un thème récurrent. On est en droit de se poser des questions sur les raisons d'un choix si massif pour des technologies nécessitant encore beaucoup de développement. Ni les piles à  combustible ni l'exploitation ou la distribution de l'hydrogène n'ont d'applications immédiates possibles. Il n'est en outre jamais question d'y associer une quelconque réorganisation des transports ou des circuits économiques. On a le sentiment d'une translation plus que d'une transition.

Certes l'utilisation des énergies renouvelables permet d'accéder à  l'indépendance énergétique et le choix de l'hydrogène comme moyen de stockage permet de tirer parti de cette source à  la production erratique.

On peut malgré tout imaginer plusieurs facteurs guidant ce choix, le premier serait de se fournir un prétexte pour retarder la mise en branle d'un processus de dépollution des transports individuels. On se fixe des objectifs éloignés alors que Toyota a démontré avec la Prius qu'il existe des moyens immédiats et viables de réduire les émissions de CO2 et de polluants. On peut aussi considérer que l'intérêt des compagnies pétrolières, qui ont tout à  perdre dans le tout électrique, soit discriminant. Elles sont par contre les premières productrices d'hydrogène pour des motifs liés à  leur activité. La mise entre parenthèse du mouvement de dépollution permettrait au lobby énergétique de négocier le virage en douceur. Il est à  ce propos intéressant que les écologistes convaincus citent volontiers les énergies renouvelables comme source de production de l'hydrogène quand d'autres parlent de capture et de séquestration du CO2 dans la production à  partir du gaz ou du charbon.

Conclusion

Jeremy Rifkin, auteur de « L'énergie Hydrogène Â», fait une remarque particulièrement intéressante sur cette source d'énergie. Sa production n'est plus dépendante de certaines régions du monde. Elle peut être éparpillée, décentralisée, produite localement serait alors un changement radical en terme de fonctionnement économique qui demande une sérieuse adaptation de la part des géants de l'énergie.

Voir aussi