Les performances attendues des nouveaux carburants automobiles et moteurs aéronautiques.

1. Aicha Iounes, Marianne Obé, Benjamin Stalder présentent : Les performances attendues des nouveaux carburants automobiles et moteurs aéronautiques.

2. Introduction • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • • Constats : • Les carburants actuels nuisent à l'environnement. • La forte croissance de la demande ne suit pas l'offre du marché en pétrole. • • Conséquence : • Besoin en nouveaux carburants de substitution.

3. Les sables bitumeux • Appelé aussi pétrole « non conventionnel ». • La production de pétrole à partir de sable bitumeux est très coûteuse. • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Le sable bitumeux permettrait de couvrir la hausse de la demande : uniquement 6% de la demande mondiale.

4. Gaz naturel • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • 2ème source d’énergie après le pétrole : 25% de la consommation énergétique mondiale. • Dans le domaine automobile, le gaz naturel est appelé GNV ou GNC. • Température d’auto inflammation = 540°C

5. Gaz naturel • Avantages : o Pas d’émission de suies, ni de SO2. Peu d’émission de NOx et très peu de CO. 50% de HC (hydrocarbures imbrûlés) en moins et environ 25% de moins de CO2 que l’essence. o Peu d’émissions toxiques ou cancérigènes comme le benzène (moteur essence) ou poly-aromatiques (moteur diesel). o Le GNV ne provient pas de ressources alimentaires. o Indice d’octane = 130 IOR. • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion

6. • Avantages (suite): o Fort taux de compression du moteur. o Une installation de compression et de remplissage peut être installée au domicile des particuliers qui sont connectés au réseau du gaz. o Le gaz naturel est sûr car sa température d’auto inflammation est haute (540°C) et comme il est plus léger que l’air, il se dissipe dans l’atmosphère en cas de fuite. o Sa plage d’inflammabilité est plus large que celle de l’essence (5 à 14 % du mélange à température ambiante), ce qui permet éventuellement le fonctionnement en mélange pauvre jusqu’à des richesses de 0,5. o Les moteurs à gaz sont moins bruyants. • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion

7. Gaz naturel • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Inconvénients : o L’emploi du gaz naturel comme carburant entre en concurrence avec ses autres utilisations actuelles. o Les stations-service équipées pour distribuer du GNV sont encore rares.

8. Gaz naturel • Inconvénients (suite) : o Le gaz est stocké à bord sous une pression de 200 bars dans des réservoirs cylindriques lourds et encombrants – 5 fois le volume d’un réservoir d’essence pour un contenu énergétique équivalent. • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion o Les soupapes d’échappement et leurs sièges doivent être de préférence en acier résistant à des températures plus élevées.

9. Gaz de Pétrole Liquéfié • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Mélange de propane et de butane. • Température d’auto inflammation = 420°C (225°C pur l’essence). • Le GPL reste à l’état gazeux dans les conditions ambiantes. Il se liquéfie sous une pression de 8bars à 20°C. • A pression atmosphérique, il se liquéfie à -30°C.

10. Gaz de Pétrole Liquéfié • Stockage dans des réservoirs cylindriques aux parois en acier de plusieurs cm d’épaisseur => problème d’encombrement. • Les émissions polluantes sont beaucoup plus faibles que pour l’essence ou le gazole : pas de souffre ni de benzène. • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Emission de CO2 supérieure à celle du diesel. • Indice d’octane = 110 IOR (selon la proportion propane / butane).

11. Gas To Liquid • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Stations et véhicules GNV peu nombreux => nouvelles installations • Carburant diesel de qualité supérieur par Fischer-Tropsch • Investissement 2 à 3 fois supérieur à celui d’une raffinerie

12. Gas To Liquid • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Avantages : • Diminution des émissions polluantes : • Carburant sans aromatique, presque sans souffre et molécule simple (brûle bien) • Indice de Cétane : 70 au lieu de 50

13. Gas To Liquid • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion Inconvénients : Synthèse de carburant requiert plus d’énergie et rejette plus de gaz à effet de serre qu’une raffinerie

14. Biocarburants • produits de l’agriculture (exploitation des sucres et matières grasses) : nuisibles • gazéifaction de la biomasse totale : récupération des déchets • Avantage : contribution à la protection de l’environnement • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion

15. Biocarburants • deux modes de production : • extraction des lipides ou hydrates de carbones • sucres/amidon = éthanol • lipides = huile végétale/biodiesel • carburants de synthèse • transformation en Syngaz > gazole et kérosène (Fischer - Tropsch) • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion

16. Biocarburants : éthanol • type 1 • Monde entier : • Brésil > canne à sucre. 20 % du parc automobile • Europe, Amérique du Nord > betterave, E85 • USA > maïs, E10 • Véhicules flex-fuel • rendement MP/éthanol mauvais • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

17. Biocarburants : éthanol • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Avantages : • 35 % d’oxygène : meilleure combustion = moins d’émission de HC et CO • meilleur remplissage des cylindres Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

18. Biocarburants : éthanol • Inconvénients : • lancement à froid difficile • haute température de combustion : dégradation • O2 => augmentation de la consommation de carburant mais couple de puissance spécifique SUP • corrosif => éthanol anhydrique • oxydation en acide acétique • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

19. Biocarburants : Huiles Végétales Pures/Brutes • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • n’importe quelle huile peut servir de carburant • haute température de combustion : dégradation • viscosité => problème d’alimentation => adaptation • couplage gazole / huile • qualité variable > pas de garanties Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

20. Biocarburants : algues • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • richesse huile = 50 % de la masse • culture aisée, croissance rapide ( ≠ colza, blé) => soleil • rendement meilleur que plantes terrestres • recyclage du CO2 • développement aux USA : 38500 km2 subviendrait à leur besoin en pétrole Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

21. Biocarburants : biodiesel • type 1 • appelé aussi Ester Méthylique d’Huiles Végétales ou diester • déjà présent dans le gazole à la pompe (2-5%) • améliore le pouvoir lubrifiant • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

22. Biocarburants : biodiesel • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Inconvénients : • propriété décapante : peut dissoudre les dépôts dans le circuit d’alimentation MAIS peut dégrader • => incompatibilité avec certains matériaux • se fige à plus haute température que le gazole • Avantages : • contient peu de soufre • indice de cétane élevé Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

23. Biocarburants : DiMéthylEther • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • provient de la synthèse de Syngaz • charbon • catalyse des gaz naturels fossiles ou biogaz (> matière organique) • similaire au GPL : ++ pour le transport • production : 150 000 tonnes / an (aérosols...) Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

24. Biocarburants : DiMéthylEther • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Avantages : • importante réduction des émissions sans modification du moteur • indice de cétane élevé (50 à 60) • combustion propre : moins d’émission de CO • similaire au GPL : ++ pour le transport Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

25. Biocarburants : DiMéthylEther • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Inconvénients : • nécessite l’adaptation du véhicule pour stockage et alimentation • faible viscosité / pouvoir lubrifiant > détérioration • combustion propre • similaire au GPL : ++ pour le transport Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

26. Biocarburants : BTL • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Utilisation de la biomasse • pas encore opérationnel industriellement • recyclage = ++ mais appauvrissement de la terre... • production de carburants plus chère que le raffinage du pétrole brut léger ( 2 à 4 fois) Ethanol -- HVP/HVB -- huile d’algues -- biodiesel -- DME -- BTL

27. Hydrogène • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Vecteur d’énergie : pas source d’énergie • Impossible de l’extraire de l’eau

28. Hydrogène • Inconvénients : • Perte dans le stockage (infrastructure à mettre en place) • Transport • Production chère • Le plus dangereux des carburants • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion

29. Hydrogène • Inconvénients (suite) : • Nécessité d’un personnel formé • Gaz léger => compression forte ou liquéfaction • ex : 700 bars : 1kg d’H2 occupe 23 L • contient moins d’énergie par unité de volume que le GNV • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion

30. Propulsion électrique Inconvénients : 1 kg de gazole = 400 kg de batteries au plomb temps de charge élevé Possibilités : Lithium-Ion : 300 km, recharge rapide • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion

31. Propulsion électrique • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion Avantages : Centre de gravité du véhicule plus bas => largeur réduite

32. Propulsion électrique • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • Conclusion : • Bien pour les petits déplacements • Solution la moins utopique

33. Applications aéronautiques • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion • kérosène et essence d’aviation • Prix élevé => kérosène de synthèse issu de la biomasse (Fischer-Tropsch) : réduction des émissions de CO2 • Avions plus économes • Futur : possibilité de gaz naturel, hydrogène difficilement applicable, électricité impossible

34. Conclusion • Il faut se concentrer sur les solutions réalistes applicables rapidement • Hydrogène : problème de production + distribution • Biocarburants de 1ère génération : huile d’algue et Pourghère • Biocarburants de 2ème génération : DME > diesel de rendement supérieur + réduction des émissions toxiques • Mesures les plus efficaces : le non gaspillage du carburant • Introduction • Les sables bitumeux • Gaz naturel • GPL • GTL • Biocarburants • Hydrogène • Propulsion électrique • Applications aéronautiques • Conclusion

35. Aicha Iounes, Marianne Obé, Benjamin Stalder ont présenté : Les performances attendues des nouveaux carburants automobiles et moteurs aéronautiques.