Automobiles et énergies - comprendre la voiture propre d'aujourd'hui et de demain
Les sociétés d’Europe, d’Amérique et d’Extrême-Orient se sont développées au cours du XXe siècle sur la base d’un large accès à la mobilité des personnes et des biens. L’automobile, le moteur à combustion interne et les énergies issues du pétrole, par leurs performances techniques et leur accessibilité économique toujours en progrès, ont répondu à la demande des sociétés.
Mais, dans un contexte de préoccupations environnementales croissantes, à la fois sur la qualité de l’air des villes, les émissions de gaz à effet de serre et les énergies plus rares et plus coûteuses, une dynamique nouvelle de recherche et développement de motorisations et d’énergies alternatives est désormais de mise. La crise survenue en 2008 ne peut qu’accélérer les progrès et stimuler les mutations. Au cours des dix dernières années, plus de 700 millions de nouveaux véhicules ont été mis sur les routes de la planète. Ces véhicules ont en commun une quasi-exclusivité des motorisations thermiques, essence ou diesel.
Récemment, les technologies automobiles se sont considérablement différenciées par leurs performances et leurs consommations d’énergie. Les constructeurs européens ont répondu aux sollicitations des pouvoirs publics (Grenelle de l’Environnement en France) en proposant des véhicules émettant moins de 100 g CO2/km (soit l’équivalent d’environ 4 litres d’essence aux 100 km). Alors que les progrès en émission de CO2 du marché automobile national n’étaient que de 1 g/km par an entre 2001 et 2007, le gain est passé à 9 g/km entre 2008 et 2009. Le potentiel de progrès des technologies conventionnelles est donc très important. Cette démarche de réduction des consommations d’énergie et d’émissions de CO2 par la technologie aurait des résultats considérables si elle était généralisée aux grands marchés, en particulier nord-américains, où perdurent des moyennes de valeurs bien au-delà des 200 g CO2/km.
La part des énergies alternatives au pétrole est restée dans le passé marginale avec seulement quelques pour cent des 1 500 millions de tonnes de pétrole consommés chaque année sur les routes. Cette part ne peut que poursuivre sa croissance déjà bien amorcée, en particulier pour les vecteurs énergétiques les moins émetteurs de CO2 dans leur cycle de vie, « du puits à la roue ». Il s’agit en priorité des énergies liquides issues de biomasses non alimentaires et de l’électricité produite par des énergies primaires sans carbone fossile.
Alors que les progrès des technologies de l’automobile et des énergies sont réels et très importants, il est difficile pour l’automobiliste de décrypter le flot d’annonces relatives aux nouveautés toujours présentées comme révolutionnaires.
Cet ouvrage a pour objectif d’apporter, sur des bases scientifiques, techniques et factuelles, mais rendues accessibles (les experts excuseront certains raccourcis) les éléments de compréhension des évolutions/révolutions annoncées, voire d’éclairer les décisions de choix.
Une synthèse de grands indicateurs de la mobilité fait l’objet d’une première partie dans le but d’insister sur le caractère massif du transport routier. Toute technologie ou démarche de progrès doit nécessairement pouvoir être appliquée massivement pour avoir un impact significatif. C’est une condition fondamentale, lourde en contrainte d’accessibilité économique.
Les deux chapitres suivants traitent de la dynamique du véhicule. Quel que soit le moteur, le besoin en énergie du véhicule est fonction de sa conception, masse, résistances aérodynamiques, roulement et des conditions d’utilisation. En réponse à la demande, le moteur a pour fonction de fournir au véhicule l’énergie nécessaire à son déplacement aux conditions requises par l’usager compte tenu des contraintes de la route : trafic, réglementation. On explique en particulier comment l’usager peut minimiser sa consommation de carburant en fonction des conditions d’utilisation. Ces pratiques relèvent de « l’éco-conduite ».
Un chapitre est consacré aux moteurs à combustion interne, essence et diesel et à leur potentiel de progrès apporté par les nouveaux procédés de combustion homogène. Les motorisations électriques, dans le cadre d’applications véhicules 100 % électriques et d’applications hybrides thermiques électriques, sont expliquées ensuite.
Un chapitre fait le point sur les tentatives de motorisations alternatives : turbine, stirling, rotatif, pile à combustible hydrogène, air, et même eau. Les technologies de dépollution et de maîtrise des nuisances de l’automobile par grands procédés sont décrites : catalyse de post-traitement des polluants gazeux : CO, NOX, imbrûlés ; solides : filtres à particules ; pièges à NOX pour les moteurs diesel.
La dernière partie, consacrée aux énergies pour l’automobile, traite tout d’abord des carburants conventionnels, essence et gazole avec leurs spécifications de qualités indispensables pour le bon fonctionnement des systèmes de dépollution et le maintien des rendements optimaux du moteur. Les énergies alternatives, gaz naturel, GPL, biocarburants de première et deuxième génération sont ensuite présentées. Enfin, pour toutes les énergies conventionnelles et alternatives, on évalue les bilans d’émissions de CO2, des filières de la production à l’utilisation.
Ce livre se veut être un parcours des technologies de la voiture propre d’aujourd’hui et de demain.
L'auteur : André Douaud
Directeur des recherches en Moteurs et Energies à l’Institut Français du Pétrole (IFP) et coordinateur des programmes européens de R&D jusqu’en 2003, André Douaud a occupé ensuite le poste de directeur technique du Comité des Constructeurs Français d’Automobiles (CCFA), dont les membres principaux sont PSA, Renault et Renault Trucks. Il a créé depuis mars 2009 Carenext, bureau de conseil sur les stratégies présentes et futures à l’attention des acteurs de l’automobile et de ses énergies.
Il a contribué aux innovations technologiques majeures de maîtrise de la combustion et de la dépollution des moteurs : injection directe, contrôle bouclé, détection du cliquetis, véhicule « fuel flexible » essence-alcool, dépollution par catalyse et filtration des gaz d’échappement. Il a dirigé le Groupement Scientifique Moteurs, structure de recherches communes entre PSA, Renault et IFP pour le développement des outils de conception assistée par ordinateur des moteurs. Il a créé avec ses homologues européens l’EARPA, association des laboratoires européens de recherche automobile. Il a contribué à la définition des méthodologies de bilans des gaz à effet de serre CO2 « du puits à la roue » des énergies conventionnelles ou alternatives et a participé au 4e rapport de l’IPCC, chapitre transport.
En 2007, il a présidé un groupe interministériel sur le véhicule propre et économe CIVEPE, qui a publié un rapport de recommandations pour un développement durable des biocarburants en France. Il a représenté les constructeurs français dans les travaux du Grenelle de l’Environnement qui se sont concrétisés par la mise en place d’une dynamique environnementale nouvelle pour le marché automobile décrite dans cet ouvrage.
Il est l’auteur de nombreuses conférences et publications sur les moteurs propres et leurs énergies. Il est membre du comité technique international du Challenge Michelin-Bibendum.
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