F. BATTIN-LECLERC LRGP-NANCY

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1 VERS DE NOUVEAUX TYPES DE MOTEURS ET DE CARBURANTS AUTOMOBILES F. BATTIN-LECLERC LRGP-NANCY

2 1. INTRODUCTION Problèmes environnementaux Chemical & Engineering News, 5 novembre 2012 Réchauffement climatique lié aux émissions de CO 2. Problèmes liés aux autres émissions (suies, NOx) nocives pour la santé.

3 1. INTRODUCTION La solution de la voiture électrique (rendement maximum = 60%) 135 km/k max, 160 km autonomie (6h de recharge sur 220V) Prix similaire à la CLIO par an de location de batterie

4 1. INTRODUCTION Les limitations du moteur électrique Le moteur thermique n est pas encore au rebut! Améliorations possibles du moteur à compression Utilisation de biocarburants

5 2. Améliorations du moteur à compression Principe du moteur à compression La majorité des moteurs fonctionne suivant le cycle à 4 temps (Beau de Rochas, 1862). Admission Compression Combustion Echappement Allumage Détente

6 2. Améliorations du moteur à compression Le moteur à allumage commandé (Otto, 1876) Admission d un prémélange air/carburant (essence, gaz ), Allumage par une bougie. D après Jarosinski et Veyssière Images de l évolution de l intensité de la combustion au cours du cycle (dans un moteur à accès optique obtenues avec une caméra ultra rapide) Faibles émissions grâce à un couplage aisé avec un pot catalytique.

7 2. Améliorations du moteur à compression Le moteur à allumage commandé (Otto, 1876) Admission d un prémélange air/carburant (essence, Gaz ), Allumage par une bougie, Couplage aisé avec un pot catalytique Rendement maximum: 35% Limitation du taux de compression (10 11) à cause du phénomène de cliquetis: uneauto inflammation avant le front de flamme Piston après cliquetis intense Combustion normale Auto inflammation Cliquetis

8 2. Améliorations du moteur à compression Le moteur à allumage commandé (Otto, 1876) Pistes d amélioration du rendement: Gain 10%: Injection directe: injection du carburant près de la bougie en fin de compression pour optimiser la quantité nécessaire Gain 20 35%: Suralimentation ou downsizing: réduire la cylindrée d'un moteur tout en obtenant la même puissance grâce à une suralimentation

9 2. Améliorations du moteur à compression Le moteur Diesel (Diesel, 1893) Admission d une charge d air pur, puis injection du carburant par spray liquide, Allumage par compression Rendement maximum: 55% grâce à un fort taux de compression (16 18). D après Jarosinski et Veyssière Images du jet réactif dans un moteur à accès optique avec piston transparent obtenues avec une caméra rapide. Importante formation de suies et de NOx,

10 2. Améliorations du moteur à compression Le moteur Diesel (Diesel, 1893) Piste de réduction de la formation des suies et des NOX: Diminution de la température par dilution de la charge par des gaz brûlés refroidis et recirculés: Boucle EGR Combustion Dual Fuel:

11 2. Améliorations du moteur à compression Le moteur HCCI (Onishi,1977) Charge air/carburant prémélangée comme le moteur à essence Allumage par compression comme lemoteurdiesel l Rendement proche de ceux du moteur Diesel grâce à un fort taux de compression (> 15) variable. Faible émission de suies et de NOx grâce à une forte dilution et l absence de forts gradients de température et de concentration. Alimentation Diesel en injectant le carburant durant la compression ou essence en utilisant les gaz brûlés chauds. Contrôle du fonctionnement très délicat et dépendant de la chimie du carburant. Limité aux faibles charges, mais peut précéder un fonctionnement Diesel classique

12 2. Les Biocarburants ère génération: 1 ère Utilisation directe des formes de biomasses agricoles classiques Essence: Ethanol (E85) obtenue par la fermentation de sucres Diesel: transestérification (avec méthanol) d huiles végétales (colza, soja )

13 2. Les Biocarburants ère génération: 1 ère Utilisation directe des formes de biomasses agricoles classiques Essence: Ethanol (E85) obtenue par la fermentation de sucres Diesel: transestérification (avec méthanol) d huiles végétales (colza, soja )

14 2. Les Biocarburants ème génération: 2 ème Essence: Utilise la biomasse lignocellulosique (bois, paille) ou les résidus agricoles Ethanol Fermentationduglucose obtenu par hydrolyse y enzymatique, de la cellulose Butanol Meilleure valeur calorifique Fermentationduglucose 2,5 diméthylfurane Meilleure valeur calorifique Conversion catalytique du fructose (Nature, 2007) Diesel: gazéification, puis catalyse tl Fischer Tropsch h

15 2. Les Biocarburants ème génération: 3 ème Utilise des microalgues D après Titica

16 Merci de votre attention

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