Soutenu par la Commission Européenne dans le cadre du programme Energie Intelligente - Europe

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2 Conçu par Energy Saving Trust, Londres pour le projet européen TREATISE, août Soutenu par la Commission Européenne dans le cadre du programme Energie Intelligente - Europe Le contenu de cette publication n'engage que ses auteurs et ne représente pas l'opinion de la Communauté Européenne. La Commission Européenne n'est pas responsable de l'usage qui pourrait être fait des informations figurant dans cette publication. Réalisé en collaboration avec les projets européens e- Atomium et Competence. 2 2

3 Table des matières Essence & diesel 4 Hybrides 10 GPL 14 Gaz naturel 17 Biocarburants 21 Biodiesel 21 Bioéthanol 23 Biogaz 26 Véhicules électriques à batterie 28 Véhicules à pile à combustible 32 Moteurs à combustion interne à l'hydrogène

4 Essence & diesel Introduction Ces dernières années, les véhicules à essence et diesel sont devenus bien plus propres en ce qui concerne les émissions polluantes, c'est-à-dire nocives pour la santé. Quelques améliorations techniques, bien que peu marquées, ont tout de même permis de réduire la consommation et les émissions de CO2 des véhicules à carburant conventionnel. [Pour de plus amples informations, se reporter à la publication Treatise associée Background: Road Transport Emissions, Legislation and Policies (Arrière-plan : émissions, lois et politiques du transport routier)]. La plupart des points mentionnés dans cette section, tels que la réduction de la taille des véhicules, les pots catalytiques et l'impact de l'équipement électrique et de la climatisation, s'appliquent également aux véhicules à carburants de substitution ou hybrides. Réduction de la taille et du poids des véhicules Ces dernières années, la plupart des marchés européens de l'automobile n'ont pas clairement enregistré de changement de comportement concernant l'achat de voitures plus petites, mais c'est un secteur dans lequel de nombreuses améliorations pourraient être apportées. Malheureusement, les préférences culturelles bien ancrées associées à l'image reflétée par les voitures - statut social, personnalité, etc incitent les gens à choisir des voitures bien trop grandes, plus puissantes et, par conséquent, moins efficaces. Les constructeurs ont contribué à renforcer la situation en proposant des promotions sur des voitures grandes et puissantes leur rapportant plus de bénéfices. Toutefois, des exemples encourageants ont été récemment montrés par certains constructeurs mettant en avant les performances environnementales de leurs véhicules. Si les gens sont encouragés à choisir des voitures plus petites, moins puissantes et plus efficaces, des gains considérables pour l'environnement peuvent être envisagés. Certains constructeurs utilisent des alliages légers ou en aluminium pour réduire le poids des véhicules, mais, dans la majorité des cas, tout le poids gagné a été plus que compensé par des équipements supplémentaires, notamment les airbags et les renforts latéraux. Les émissions polluantes, c'est-à-dire nocives pour la santé, ont été considérablement réduites ces dernières années, mais la diminution des émissions de CO2 est restée faible Des gains considérables pourraient être réalisés si la taille et/ou la puissance des voitures étaient réduites L'utilisation de matériaux légers a généralement été compensée par le poids additionnel des équipements de sécurité et de luxe Gaspiller du carburant coûte de l'argent 4 4

5 L'équipement électrique supplémentaire augmente la consommation de carburant, car la puissance utilisée par l'alternateur pour recharger la batterie du véhicule provient du moteur. La climatisation augmente également considérablement la consommation de carburant en raison de la demande mécanique et électrique supplémentaire engendrée. Une étude publiée par l'ademe en 2003 indique que l'utilisation intensive de la climatisation augmente la consommation de carburant d'environ 25 % et qu'une utilisation normale modérée sur une année l'augmente de 5 %. Certains systèmes de conditionnement d'air actionnent toujours les compresseurs de la climatisation sur le mode automatique, alors qu'ils devraient être réglés sur le mode «économie». Sur le marché des véhicules industriels, la situation est différente, car la réduction des coûts de carburant est déjà prioritaire dans la plupart des entreprises. Par conséquent, les futurs développements concernant l'efficacité des véhicules industriels s'attachent plus aux améliorations techniques qu'aux changements culturels. Technologies des véhicules permettant de réduire les émissions polluantes Le développement technologique le plus important ayant contribué à réduire les émissions des véhicules ces 15 dernières années a été l'introduction des pots catalytiques. Ceux-ci ont été installés de manière effective1 sur les véhicules vendus dans l'union Européenne par l'introduction des normes "Euro II" en Les pots catalytiques, ou catalyseurs, se trouvent entre le moteur et l'échappement du véhicule. Ils sont revêtus d'une structure alvéolaire en céramique et les catalyseurs sont généralement en platine, rhodium et/ou palladium. Leur structure alvéolaire est conçue avec un très grand rapport surface-volume étant donné que les réactions avec les catalyseurs ne se passent que sur cette surface. Les moteurs à essence (allumage par étincelle) comportent des «catalyseurs Trois voies» qui réduisent les émissions de 3 polluants : CO, HC et NOx. Un catalyseur Trois voies est constitué de deux parties : le catalyseur de réduction sépare le NO nocif en N2 et O2 bénins [2NO > N2 + O2]. Le catalyseur d'oxydation oxyde alors le CO et le HC nocifs en CO2 et H2O bénins. Les catalyseurs de réduction ne fonctionnent que si le moteur est proche du rapport stœchiométrique, L'équipement électrique embarqué supplémentaire et la climatisation ont plus que compensé la majorité des gains en efficacité Les pots catalytiques ont permis de réduire considérablement les émissions polluantes Les pots catalytiques des moteurs à essence réduisent les émissions de HC, de CO et de NOx Pot catalytique 1 Les normes européennes relatives aux émissions concernent les limites d'émission et non les technologies, même si la mise en conformité selon la norme "Euro II" nécessite l'installation de pots catalytiques. 2 Le CO2 représente bien évidemment un sérieux problème, car il contribue au réchauffement climatique. Cependant, les quantités produites par l'oxydation du CO ne sont généralement pas considérées comme importantes. 5 5

6 à savoir lorsque le rapport air-carburant pénétrant dans les cylindres correspond exactement à celui requis pour que la combustion ne génère pas de surplus d'air ou de carburant. Pour s'assurer que ce rapport est atteint par les moteurs à essence, une sonde d'oxygène se trouve immédiatement en aval du catalyseur (loin du moteur). Cette sonde transmet les données à l'ordinateur qui règle alors la quantité de carburant injectée dans les cylindres. Les moteurs diesel sont conçus pour fonctionner avec un mélange air-carburant «pauvre», c'est-à-dire avec plus d'air que le rapport stœchiométrique. Les catalyseurs de réduction ne peuvent pas fonctionner dans ces conditions, c'est pour cela que les moteurs diesel ne sont équipés que de catalyseurs d'oxydation. Ceux-ci sont efficaces, car ils réduisent les émissions de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrocarbure (HC), ainsi que certaines particules, mais ils ne diminuent pas l'émission de NOx. C'est pour cette raison que les moteurs diesel émettent des quantités plus importantes de NOx que les moteurs à essence. La recirculation des gaz d'échappement (RGE) est une technique permettant de réduire les émissions de NOx des véhicules. Pour comprendre son principe, il est important de savoir que le NOx se forme lorsque la température de la flamme est très élevée, entraînant ainsi le mélange de l'oxygène et de l'azote présents dans l'atmosphère. Ainsi, plus la température est élevée, plus la formation de NOx est importante. Les moteurs équipés du système RGE renvoient à l'entrée d'air du moteur une partie de leurs gaz d'échappement, dont la teneur en oxygène est faible étant donné que la majeure partie a déjà été brûlée. La température du moteur est ainsi plus basse, car la quantité d'oxygène à brûler est plus faible. La formation de NOx est alors également réduite. La technique RGE a d'abord été utilisée dans les voitures à essence aux Etats-Unis dans les années 70 avant que l'installation des catalyseurs Trois voies ne la rende plus nécessaire (car les catalyseurs Trois voies réduisent les émissions de NOx de manière très efficace - voir ci-dessus). En Europe, la technique RGE a été installée sur pratiquement toutes les voitures et fourgonnettes diesel vendues depuis la mise en vigueur des normes "Euro II" en Cette technique augmente légèrement la consommation de carburant. C'est pour cette raison que les constructeurs ont été réticents à l'installer sur les véhicules lourds, car les conducteurs de ces véhicules attachent beaucoup d'importance aux économies de carburant. Toutefois, afin de respecter la norme Euro IV de 2005, certains véhicules lourds sont désormais équipés du système RGE. La réduction catalytique sélective (RCS) est une technologie encore plus efficace qui réduit les émissions de NOx des moteurs diesel. Il s'agit d'un traitement secondaire qui supprime le NOx des émissions d'échappement (un pot catalytique évolué) contrairement à la technique RGE, qui réduit la formation de NOx. De l'ammoniaque (NH3) ou de l'urée est injectée dans les gaz d'échappement en amont du catalyseur RCS. Le NH3 réagit alors avec le NO et le NO2 pour former du N2 et H2O (bénins). [4NO + 4NH3 +O2 = 4N2 + 6H2O]. La technique RCS est déjà commercialisée pour les grands moteurs diesel fixes (pour lesquels la taille et le poids n'ont pas d'importance) et a été installée sur certains véhicules lourds diesel. Cette technologie a de grandes chances de se généraliser à partir de 2006 afin de respecter les limites rigoureuses stipulées par les normes Euro IV et V relatives aux émissions de NOx des moteurs diesel des véhicules lourds. Les filtres à particules diesel (FPD) suppriment les particules des échappements par filtration. Ils sont très efficaces et suppriment souvent plus de 90 % de particules. Les particules sont recueillies comme de la suie, qui est alors supprimée par régénération thermique (elle est brûlée) afin d'éviter de bloquer le filtre. Les pots catalytiques de la plupart des moteurs diesel ne réduisent que les émissions de HC et de CO La recirculation des gaz d'échappement (RGE) réduit les émissions de NOx en diminuant la température maximale des flammes En Europe, le système RGE est monté en série sur les voitures et les fourgonnettes diesel depuis 1996 Le système RGE augmente légèrement la consommation de carburant La réduction catalytique sélective (RCS) est une technique de réduction des émissions de NOx encore plus efficace utilisant un catalyseur à urée La technologie RCS va probablement se banaliser sur les véhicules lourds à partir de

7 Les filtres à particules diesel sont très efficaces pour supprimer les particules Filtre à particules pour les moteurs diesel à régénération continue Les températures d'échappement des moteurs diesel ne sont pas suffisamment élevées pour brûler automatiquement la suie. Les filtres à particules diesel permettent de surmonter ce problème d'une ou de deux manières. Les filtres à particules diesel passifs utilisent les catalyseurs d'oxydation pour réduire la température d'oxydation de la suie, alors que les filtres à particules diesel actifs augmentent régulièrement la température pour atteindre un niveau suffisant. Les méthodes les plus courantes permettant d'augmenter la température dans un système actif consistent soit à brûler régulièrement le surplus de gazole pour chauffer l'échappement, soit à utiliser un chauffage électrique. Les filtres à particules diesel ne sont généralement installés que sur une minorité de véhicules récents, mais ils deviennent de plus en plus courants. Dans certains pays européens, des primes ou des subventions sont désormais accordées pour les filtres à particules diesel. De nombreuses personnes pensent que ces filtres à particules devraient être montés en série étant donné qu'ils sont efficaces et relativement peu coûteux. Certains détails de la norme sur les émissions "Euro V" doivent encore être confirmés, mais il est probable qu'elle entre en vigueur en septembre Elle comportera les limites nécessitant l'installation des filtres à particules diesel. Des constructeurs vendent déjà des voitures équipées de filtres à particules diesel, notamment BMW, Citroën, Mercedes, Peugeot et Toyota. L'installation des filtres sur des véhicules existants est compliquée et n'est généralement mise en œuvre que sur les véhicules lourds. Augmentation du rendement du moteur Les véhicules à carburant conventionnel ont également bénéficié de l'augmentation du rendement du moteur ces dernières années. Ces bénéfices ont notamment été importants pour les moteurs diesel et, avec le prix relativement bas des véhicules diesel dans de nombreux pays, ont contribué à accroître la popularité des voitures diesel dans une grande partie de l'europe ces dix dernières années. Dès le début des années 1990, pratiquement tous les véhicules diesel ont été turbocompressés, ce qui a permis d'améliorer considérablement leur rendement efficacité ainsi que la puissance délivrée. L'injection directe est également devenue plus courante sur les véhicules diesel depuis la fin des années Le carburant est injecté directement dans la chambre de combustion, plutôt que dans une chambre de précombustion. Les moteurs à injection directe sont plus efficaces que ceux à injection indirecte. Ils permettent de consommer moins de carburant et de réduire les émissions de CO2, mais produisent plus de particules et ont tendance à être plus bruyants. Les particules recueillies sont alors brûlées afin d'éviter de bloquer les filtres Les filtres à particules diesel sont toujours relativement rares mais deviennent plus courants Le rendement des moteurs a augmenté ces dernières années. Les moteurs diesel en ont particulièrement bénéficié 7 7

8 Certains moteurs à injection directe à essence ont également été introduits sur le marché ces trois dernières années, bien qu'ils restent relativement peu utilisés. L'injection directe à rampe commune concerne les moteurs équipés d'une seule conduite de carburant sous très haute pression alimentant tous les cylindres. La haute pression de la conduite facilite l'atomisation du carburant. La combustion est ainsi plus efficace. Les solénoïdes situés au niveau de chaque cylindre commandent de façon très précise la quantité de carburant injectée et la durée de l'injection, améliorant ainsi le rendement global du moteur. Carburants à basse teneur en soufre Les carburants à basse teneur en soufre, généralement définis comme des carburants présentant un maximum de 50 ppm (parties par million) de soufre, suppriment quasiment toutes les émissions de dioxyde de soufre (SO2) et réduisent les émissions de particules. De plus, étant donné que le soufre présent dans le carburant réduit l'efficacité des catalyseurs Trois voies et des catalyseurs NOx RCS, l'utilisation de carburants à faible teneur en soufre réduit également les émissions de CO, de HC et de NOx. Dans les 6 ou 7 dernières années, la teneur en soufre de l'essence et du gazole vendus pour un usage routier dans l'union Européenne, a été réduite d'environ 500 ppm (parties par million) pour atteindre la limite légale en Europe de 50 ppm. La législation européenne a pour objectif de réduire la limite maximale légale à 10 ppm d'ici Les carburants ayant une teneur inférieure ou égale à 10 ppm sont parfois considérés comme «sans soufre». Cette diminution de la teneur en soufre a considérablement amélioré la qualité de l'air, bien que le processus de suppression du soufre requière également de l'énergie augmentant ainsi légèrement les émissions de CO2 liées à la production du carburant. Performances environnementales Les véhicules à essence récents sont beaucoup plus propres que leurs équivalents d'il y a seulement quelques années. En réalité, du point de vue de la qualité de l'air, la différence entre les véhicules récents à essence et leurs équivalents au gaz est désormais infime. Les développements concernent la turbocompression, l'injection directe et l'injection à rampe commune L'essence et le gazole à basse teneur en soufre réduisent les émissions des véhicules La législation européenne impose désormais que tous les véhicules à essence et diesel vendus en Europe aient une teneur en soufre basse Comparaison des moteurs à essence modernes avec les combustibles gazeux 8 8

9 Les moteurs diesel sont également devenus plus propres ces dernières années, mais la plupart d'entre eux rejettent toujours des quantités importantes de NOx nocif et de particules, sauf s'ils sont équipés de filtres à particules diesel. Ils possèdent toutefois un avantage inhérent concernant le CO2. Ainsi, dans de nombreuses situations, un moteur diesel équipé d'un filtre à particules et associé à une stratégie appropriée de réduction du NOx représente une solution idéale pour l'environnement. Aussi bien les moteurs à essence que diesel peuvent être utilisés dans les transmissions hybrides [se reporter à la section Hybrides de cette publication], qui permettent d'augmenter considérablement les rendements des véhicules et de réduire ainsi les émissions de CO2. Les moteurs à essence et diesel peuvent également fonctionner avec des biocarburants [se reporter à la section Biocarburants de cette publication], qui permettent de réduire encore plus les émissions de CO2. Les moteurs diesel produisent toujours des quantités importantes de particules et de NOx sauf si un traitement secondaire est mis en place Les moteurs à essence et diesel sont tous les deux adaptés à l'hybridation 9 9

10 Hybrides Introduction Un véhicule hybride est équipé à la fois d'un moteur à combustion interne et d'un moteur électrique. Les véhicules hybrides sont plus propres et plus efficaces que les véhicules conventionnels. Leur coût de fonctionnement est moins élevé, mais ils sont plus chers à l'achat. Ils ne sont pas plus difficiles à conduire que les voitures conventionnelles : ils passent automatiquement d'un mode à l'autre, ne doivent jamais être branchés et sont équipés d'une transmission automatique. En 1997, Toyota a introduit sur le marché japonais la première voiture hybride du monde fabriquée en série : la Prius, première génération. Elle a été suivie par la Honda Insight en Plus récemment, de nouveaux modèles ont été lancés par ces deux constructeurs, mais également par Ford, GM et Peugeot-Citroën. Les hybrides ont beaucoup attiré l'attention, d'abord de la part du monde de l'automobile et plus récemment des principaux médias. De nombreux pays accordent des primes ou des subventions pour les hybrides. Ceci a contribué à leur popularité et a généré des listes d'attente interminables pour plusieurs modèles d'hybrides aux Etats-Unis et en Europe. Les hybrides vont probablement gagner des parts de marché dans les prochaines années et rester une technologie importante pendant de nombreuses années, même si de nombreux spécialistes pensent que les véhicules hybrides vont cohabiter avec les véhicules à pile à combustible à hydrogène pendant 15 à 25 ans, puis que ces derniers prendront le dessus à plus long terme. À l'heure actuelle, toutes les voitures hybrides disponibles sont des hybrides essence-électricité. Des hybrides diesel-électricité encore plus efficaces devraient être bientôt lancées sur le marché, probablement début Les constructeurs ont commencé avec les modèles essence-électricité, car le coût plus élevé des moteurs diesel viendrait s'ajouter à la majoration déjà appliquée pour les hybrides. Technologies hybrides Les systèmes hybrides varient considérablement en termes de coûts, de complexité et de résultats et sont souvent classés de la manière suivante. Les systèmes «Stop-Start» ou les micro-hybrides sont équipées de moteurs électriques assez petits qui n'entraînent pas directement les roues mais qui sont assez puissants pour redémarrer les moteurs quasi instantanément. Les hybrides sont équipées de moteurs conventionnels et de moteurs électriques Elles sont plus propres que les véhicules conventionnels Les hybrides ne doivent jamais être branchées De nombreux fabriquent désormais des hybrides Les hybrides vont probablement devenir de plus en plus populaires Les hybrides dieselélectrique devraient bientôt arriver sur le marché Les moteurs des hybrides «Stop-Start» se coupent automatiquement lorsque le véhicule est à l'arrêt Hybride Toyota Prius 10 10

11 Ceci signifie que le moteur essence d'une micro-hybride peut se couper automatiquement à l'arrêt (par exemple, aux feux de signalisation) et redémarrer dès que le conducteur appuie sur l'accélérateur, sans qu'il ait besoin de tourner la clé de contact et sans même qu'il ne se rende compte que le moteur s'est arrêté. Les hybrides «Stop-Start» ne sont généralement pas considérées comme de vraies hybrides, car elles ne sont pas propulsées par leurs moteurs électriques. Elles ne génèrent que de faibles économies de carburant, environ 10 %, mais présentent l'avantage d'être relativement peu coûteuses. La Citroën C3 est un exemple d'hybride «Stop-Start». Les véhicules «Mild-hybrid» sont équipés de la fonction «Stop-Start» décrite précédemment, mais ils utilisent généralement la puissance délivrée par le moteur électrique pour la propulsion. Ils ne peuvent pas fonctionner uniquement à l'électricité, car leur moteur n'entraîne pas directement les roues, mais ils fournissent une puissance supplémentaire lorsque la charge du moteur principal est élevée, par exemple, lors de fortes accélérations. Ils bénéficient également d'une récupération au freinage : lors du freinage, une partie de l'énergie cinétique dissipée est transformée en électricité utilisée pour recharger les batteries. Le système IMA (Integrated Motor Assist) développé par Honda, sur les modèles Insight et Civic (et Accord sur certains marchés) est un exemple de système «Mild-hybrid», bien qu'il permette également de couper 3 ou 4 cylindres du moteur afin d'améliorer l'efficacité. L'hybride Civic permet de réduire d'environ 25 % les émissions de CO2 par rapport à une voiture similaire non équipée d'un moteur hybride. Un système «Full-hybrid», notamment le système de propulsion hybride «Hybrid Synergy Drive» de Toyota sur la Prius, est capable de propulser un véhicule en utilisant seulement le moteur à essence, seulement le moteur électrique ou les deux simultanément. Le système de Toyota, vendu sous forme de licences à Ford qui l'utilise sur l'hybride Escape, utilise un dispositif de «répartition de la puissance» à variation continue qui envoie une partie de la puissance du moteur à essence directement aux roues et une autre partie au générateur. Celui-ci entraîne alors le moteur électrique qui, à son tour, entraîne les roues. Le système est compliqué, mais permet d'atteindre un très bon rendement, car le moteur fonctionne en permanence de manière efficace. Lorsque toute sa puissance n'est pas nécessaire pour entraîner les roues, le moteur peut actionner le générateur pour recharger les batteries. Les batteries peuvent également être rechargées par une récupération au freinage. Lorsque la circulation n'est pas fluide et que la vitesse est basse (lorsqu'un moteur à essence est le moins efficace) le moteur à essence se coupe complètement et le moteur électrique, alimenté par la batterie, le remplace. Le système utilisé dans la Lexus RX400h à 4 roues motrices est identique, mais comporte deux moteurs électriques, un pour les roues avants et l'autre pour les roues arrières. Alors qu'aucune des hybrides actuellement sur le marché ne peut être rechargée par une source externe, les hybrides «plug-in» ont fait leur apparition depuis quelques années. Ces véhicules seraient équipées de batteries plus grandes que les hybrides actuelles, leur procurant une autonomie électrique bien plus étendue. (La Prius, par exemple, ne peut rouler que pendant un ou deux kilomètres avec la batterie chargée à 100 %). Les conducteurs ne sont jamais obligés de brancher leur véhicule, mais s'ils choisissent de le faire, ils peuvent choisir une autonomie électrique importante (environ 50 ou 65 kilomètres par rechargement) leur permettant de réaliser des économies de carburant supplémentaires au profit de l'environnement. Les moteurs électriques «Mild-hybrid» fournissent la puissance supplémentaire nécessaire au moteur principal, le cas échéant Ils sont également équipés d'une récupération au freinage Un véhicule «Fullhybrid» peut être alimenté par son moteur thermique, son moteur électrique ou les deux Les systèmes «Mildhybrid» et «Full-hybrid» permettent de réduire considérablement la consommation de carburant et les émissions de CO2 Les hybrides actuelles ne peuvent pas être branchées, mais les hybrides «plug-in» vont bientôt être disponibles 11 11

12 Actuellement, aucune hybride «plug-in» n'est présente sur le marché, car les constructeurs souhaitent que leurs clients différentient les hybrides des véhicules purement électriques. Marketing La Lexus est également intéressante d'un point de vue marketing : alors que les premières hybrides ont été vendues grâce à leurs performances environnementales (souvenez-vous du design «spatial» de l'insight et du look inhabituel de la Prius première génération), la Lexus est proposée en tant que variante haute performance de la RX300. L'hybride Accord de Honda utilisant le système IMA (sortie aux Etats-Unis fin 2004, mais pas encore disponible en Europe) a été présentée par Honda comme possédant une puissance et des performances supérieures à l'accord V6 actuelle à 240 chevaux avec l'économie de carburant d'une voiture Civic compacte à quatre cylindres. Ces deux modèles convergent vers un avenir dans lequel les véhicules hybrides deviendront de plus en plus populaires et seront vendus en fonction de leurs performances globales : ce qu'elles offrent plutôt que ce qu'elles sont réellement. Performances environnementales À 80 g/km, la Insight de Honda présente l'émission de CO2 la plus basse parmi toutes les voitures équipées d'un moteur à injection interne commercialisées dans le monde. À 104 g/km, la Prius présente le taux le plus bas pour les voitures équipées d'un moteur à combustion interne, fabriquées en série. Il est ainsi facile de comprendre pourquoi les hybrides ont provoqué tant d'agitation dans les domaines de l'environnement et de l'automobile ces 8 dernières années. En effet, les faibles émissions de la Prius sont très impressionnantes si on considère qu'il s'agit d'une voiture familiale de 5 places et que ces émissions sont bien inférieures à celles des petites voitures diesel, telles que la Yaris de Toyota, la C2 de Citroën et la Lupo de VW. Les émissions polluantes de la plupart des modèles se trouvent bien en dessous des exigences de la norme européenne la plus récente "Euro IV". Plusieurs personnes ont déclaré qu'en réalité les hybrides n'atteignent pas les chiffres officiels concernant la consommation de carburant et l'émission de CO2. Toutefois, ce problème est commun à toutes les technologies moteurs et il n'a pas encore été clairement défini qu'il s'agissait d'une divergence particulière entre les chiffres officiels des hybrides et la consommation de carburant et les émissions de CO2 réelles. Économie Les hybrides sont plus chères que leurs équivalents non-hybrides, mais elles permettent de réaliser d'importantes économies de carburant. Dans la plupart des pays européens, ainsi que dans de nombreux états et de nombreuses villes des Etats-Unis, l'achat de véhicules hybrides est accompagné de l'octroi de primes et/ou d'avantages fiscaux. Pour les usagers faisant beaucoup de kilomètres, l'économie financière nette est conséquente. Du point de vue des constructeurs, l'économie engendrée par les hybrides n'est pas claire, du moins à court terme. En effet, de nombreux spécialistes pensent que les constructeurs ne font pas de bénéfices lors de la vente de tels véhicules. Toutefois, il est prévu que les coûts de fabrication baissent avec l'augmentation du volume de production. Certains des modèles hybrides les plus récents sont lancés sur le marché comme des variantes plus performantes de véhicules conventionnels Les véhicules hybrides rejettent moins de CO2 que leurs équivalents conventionnels Certains utilisateurs déclarent que la consommation de carburant (et les émissions de CO2) est en réalité plus élevée que celle annoncée officiellement Les hybrides sont plus chères, mais permettent de réaliser des économies de carburant et d'obtenir des avantages fiscaux dans la plupart des pays. Pour les usagers faisant beaucoup de kilomètres, l'économie financière nette est conséquente 12 12

13 Pénétration du marché Les ventes d'hybrides restent relativement faibles par rapport à celles des véhicules conventionnels et sont désormais limitées par l'offre plutôt que par la demande. Par conséquent, des listes d'attente se sont créées pour la plupart des modèles hybrides aux Etats-Unis et en Europe. Toyota a vendu plus de Prius depuis le lancement de la première génération en 1997 au Japon, faisant de la Prius, l'hybride de loin la plus vendue au monde. En 2005, Toyota prévoit de vendre Prius au Royaume-Uni. Bien que des listes d'attente existent pour la plupart des modèles, les ventes d'hybrides restent actuellement encore relativement basses 13 13

14 GPL Introduction Le GPL, ou gaz de pétrole liquéfié, est un mélange de propane (C3H8) et de butane (C4H10). Les proportions des deux gaz varient selon les pays, mais la proportion de propane est généralement comprise entre 80 et 95 % du volume total. Le GPL s'obtient de deux manières : par la distillation du pétrole brut dans les raffineries et par l'extraction de produits secondaires dans les champs de gaz associés au gaz naturel. Véhicules GPL Les véhicules GPL sont identiques à leurs équivalents à essence, seuls les systèmes d'alimentation et de stockage du carburant diffèrent. La majorité des conducteurs n'ont même pas remarqué la différence entre les deux véhicules. Le GPL est un gaz à pression atmosphérique normale qui se liquéfie uniquement à des pressions faibles (environ 20 bars). Il est stocké dans les véhicules sous forme de liquide à environ 25 bars et est fourni aux cylindres du moteur sous forme de gaz. La majorité des véhicules GPL en Europe peuvent utiliser deux carburants : ils sont équipés d'un réservoir GPL et d'un réservoir à essence et peuvent passer d'un carburant à l'autre par un simple commutateur, évitant ainsi au conducteur le risque de tomber en panne de carburant dans un endroit où il ne trouvera pas de GPL. Toutefois, de nombreux spécialistes en GPL déclarent que les moteurs GPL (mono-carburant) permettent de réduire la consommation de carburant et les émissions. Les performances et la puissance des véhicules GPL sont identiques à leurs équivalents à essence et la conduite est sensiblement identique. Un véhicule GPL utilise généralement 20 à 25 % de carburant de plus que son équivalent à essence et environ 30 à 40 % de plus qu'un véhicule diesel. La plupart des réservoirs GPL sont cylindrique et se trouvent dans le coffre des voitures ou dans le corps principal des fourgonnettes et réduisent ainsi l'espace de chargement. Un réservoir torique (en forme de beignet) a également été conçu pour être installé à la place de la roue de secours, même si dans ce cas la roue de secours est souvent placée dans le coffre, réduisant ainsi toujours l'espace de chargement. Le GPL est un mélange de propane et de butane Les véhicules GPL sont identiques aux véhicules à essence, seul le système d'alimentation en carburant change La plupart des véhicules GPL ont deux réservoirs : essence et GPL La puissance et les performances sont identiques à un véhicule à essence, mais la consommation de carburant est plus élevée que celle des véhicules à essence ou diesel Ravitaillement en carburant d'une fourgonnette GPL bicarburant 14 14

15 Cependant, dans certains pays, il est légal de transporter une bombe anti-crevaison à la place de la roue de secours. En général, les réservoirs des voitures ont une capacité de 15 à 25 litres et ceux des fourgonnettes peuvent contenir jusqu'à 40 litres. Les bus fonctionnant au GPL sont équipés de réservoirs bien plus grands installés sur leurs toits. La plupart des véhicules à essence peuvent être transformés en GPL. Par contre, les véhicules diesel sont difficiles à convertir en raison des coûts et des complications engendrées par l'introduction de bougies, le changement des taux de compression, etc. Chaque véhicule converti du marché secondaire doit être fourni avec une garantie supplémentaire couvrant tous les aspects annulés dans la garantie d'origine du constructeur du fait de la conversion. Sécurité d'un véhicule GPL Alors que les véhicules GPL achetés chez les constructeurs doivent répondre à des normes strictes, la qualité et la sécurité des véhicules convertis du marché secondaire varie fortement. Un bon véhicule GPL doit être équipé des nombreuses fonctionnalités de sécurité suivantes : un réservoir GPL installé de manière à supporter de fortes pressions lors d'un impact important, une électrovanne de sûreté libérant le GPL du réservoir par explosions contrôlées en cas de surchauffe, des tuyaux d'alimentation en carburant fabriqués dans des matériaux adaptés et fixés au véhicule à une distance de sécurité de l'échappement, un «logement étanche aux gaz» contenant les robinets d'alimentation du réservoir et une aération sous le véhicule. Les clients cherchant à acquérir un véhicule converti au GPL au Royaume-Uni doivent s'adresser à une société agréée par l'association LPG (www.lpag.co.uk), pour avoir l'assurance que les directives de sécurité spécifiques au véhicule sont bien respectées. Performances environnementales Il est difficile de généraliser les avantages relatifs aux émissions des différents carburants, car ils dépendent du modèle du véhicule et de l'équipement supplémentaire. Toutefois, par rapport à son équivalent à essence, un véhicule GPL propre produit généralement 5 à 10 % de CO2 en moins et légèrement moins de HC et de NOx. Par rapport à son équivalent diesel, un véhicule GPL produit environ la même quantité de CO2 ou peutêtre légèrement plus, mais bien moins de particules et de Nox, sauf si le véhicule diesel est équipé d'un filtre à particules (voir chapitre X). Les avantages environnementaux des véhicules GPL, par rapport aux véhicules à essence et diesel, se sont amenuisés ces dernières années, les carburants conventionnels étant devenus beaucoup plus propres. Pénétration du marché Le Royaume-Uni compte environ véhicules GPL, la quasi-totalité d'entre eux étant des voitures ou des fourgonnettes bicarburants, sur un total d'environ 31 millions de véhicules enregistrés tous carburants confondus. Le GPL est disponible dans seulement stations-service du Royaume-Uni, environ 10 % du nombre total de stations-service. Une carte indiquant l'emplacement de ces stations est disponible sur Internet à l'adresse suivante : Les réservoirs GPL sont généralement cylindriques ou toriques La plupart des véhicules à essence peuvent être convertis en véhicules GPL, ce qui n'est pas le cas des véhicules diesel Les véhicules convertis doivent être couverts par une garantie supplémentaire La qualité du marché secondaire des véhicules convertis varie fortement Un bon véhicule GPL présente généralement un faible avantage en termes d'émissions face à son équivalent à essence L'avantage du GPL s'est amenuisé depuis que l'essence et le gazole sont devenus plus propres Le GPL est disponible dans plus de 10 % des stations-service du Royaume-Uni 15 15

16 Le nombre de véhicules et de stations-service GPL a considérablement augmenté à la fin des années 90, en grande partie en raison des avantages fiscaux accordés pour le GPL en 1999 et en 2001 et l'octroi de primes par le gouvernement entre 1996 et Économie Un bon véhicule GPL coûte environ 1500 (2 200 ) de plus que son équivalent à essence et un bon véhicule converti au GPL coûte environ le même prix. Le litre de GPL coûte moitié moins cher que l'essence ou le gazole, mais les véhicules GPL consomment plus de carburant au kilomètre. Le prix du GPL est ainsi pratiquement égal ou légèrement inférieur à celui du gazole et environ 20 % moins élevé que celui de l'essence. Toutefois, étant donné que l'avantage environnemental du GPL s'est amenuisé et que l'accent a été de plus en plus mis sur la réduction des émissions de CO2, les politiques concernant les véhicules ont commencé à changer : les primes accordées pour l'achat de véhicules GPL ne sont plus en vigueur depuis mars 2005 et il a été annoncé en même temps que les avantages fiscaux liés au GPL allaient être réduits de l'équivalent d'1 cent par litre et par an dans les trois prochaines années. L'avenir du GPL au Royaume-Uni semble très incertain. Le nombre de véhicules et de stations-service GPL a rapidement augmenté au Royaume- Uni à la fin des années 90 Les primes ne sont plus accordées et les avantages fiscaux ont été réduits 16 16

17 Gaz naturel Introduction Le gaz naturel est principalement composé de méthane (CH4) et est identique au gaz utilisé par la plupart des personnes pour cuisiner ou se chauffer. Plus précisément, il est généralement composé de 70 à 90 % de méthane et de traces d'éthane, de propane et de butane. Le gaz naturel est un combustible fossile extrait de vastes chambres de stockage souterraines, comme celles situées dans la Mer du Nord ou la Mer Caspienne. Le biogaz, dérivé de la digestion anaérobie de matériaux organiques, est également principalement composé de méthane. Pour de plus amples informations sur les biogaz, se reporter à la section Biocarburants de cette publication. Véhicules au gaz naturel Les véhicules au gaz naturel (VGN) sont équipés de moteurs à combustion interne à allumage par étincelle (à l'exception des modèles à bi-énergie voir ci-dessous) et sont très similaires aux véhicules à essence, seuls les systèmes d'alimentation et de stockage du carburant diffèrent. Le gaz naturel ne se liquéfiant pas sous compression, il doit être stocké dans les véhicules soit sous forme de gaz naturel comprimé haute pression (GNC), généralement à 200 bars, soit sous forme de gaz naturel liquéfié cryogénique (GNL), avec une température inférieure à -180 C. Le GNC est plus couramment utilisé, en raison du coût et de l'énergie requise pour fabriquer le GNL, mais également en raison des problèmes engendrés par la vaporisation lors de la distribution et de l'utilisation du GNL. Les réservoirs de GNC sont généralement fabriqués en acier lourd et épais afin de pouvoir résister à une pression supérieure à 200 bars. Les réservoirs de GNL sont beaucoup plus légers et sont construits sur le principe des bouteilles thermos. Ils doivent tout de même être assez grands pour pouvoir contenir un revêtement isolant suffisant empêchant le GNL de chauffer et de bouillir. Le gaz naturel est principalement composé de méthane extrait de vastes chambres de stockage souterraines Les véhicules au gaz naturel (VGN) sont identiques aux véhicules à essence, seul le système d'alimentation en carburant est différent Le carburant est stocké à bord sous forme de gaz naturel comprimé (GNC) ou de gaz naturel liquéfié (GNL) Réservoir d'un camion au GNL 17 17

18 Les réservoirs des VGN sont donc plus larges ou plus lourds et sont mieux adaptés aux véhicules plus grands, tels que les camions, les bus ou les fourgonnettes. Néanmoins, les politiques de taxation favorables ont amené les voitures GNC à devenir assez populaires dans certains pays. Systèmes et technologies Les véhicules au gaz naturel peuvent être utilisés de trois manières différentes : les véhicules dédiés au gaz naturel n'utilisent que du gaz naturel, les VGN bicarburants peuvent passer du gaz naturel à l'essence et les VGN à bi-énergie fonctionnent avec un mélange de gaz naturel et de gazole, les proportions relatives des deux carburants variant en fonction de la vitesse et de la charge du moteur. Les trois options présentent aussi bien des avantages que des inconvénients : L'utilisation des VGN dédiés (mono-carburant) peut être optimisée en utilisant des taux de compression plus élevés, qui permettent généralement d'augmenter le rendement du moteur. Ceci est possible, car l'indice3 d'octane du gaz naturel est plus élevé que celui de l'essence ou du gazole, ce qui signifie que les taux de compression peuvent être augmentés sans provoquer de cognement. Les VGN dédiés peuvent également être équipés de catalyseurs spécialement conçus pour capturer le méthane encore plus efficacement que ceux des voitures essence ou diesel et réduire ainsi les émissions de méthane. La plupart des VGN vendus par les constructeurs en Europe sont conçus pour fonctionner uniquement au gaz naturel. De nombreux véhicules légers au gaz naturel (voitures et fourgonnettes) sont équipés de moteurs bicarburants qui évitent la panne sèche dans des endroits ne permettant pas de se réapprovisionner en gaz naturel. Ce problème touche plus particulièrement les véhicules légers, car leur consommation est moins prévisible que celle des camions ou des bus et qu'ils ne peuvent pas être équipés de grand réservoirs. Toutefois, les VGN bicarburants ne peuvent pas être optimisés pour fonctionner au gaz naturel et ne déploient donc pas tout leur potentiel concernant la réduction des émissions d'échappement. Les moteurs à bi-énergie tirent profit des rendements plus élevées inhérents aux moteurs diesel à basses charges, en raison des faibles pertes de charge associées aux moteurs à allumage par compression. Les moteurs diesel s'allument sous compression et fonctionnent comme un allumage contrôlé pour enflammer le gaz naturel. À faible charge (par ex. lorsque le moteur tourne au ralenti), les moteurs à bi-énergie fonctionnent principalement ou même entièrement au gazole, mais avec des charges plus élevées, ils utilisent un mélange des deux combustibles, pouvant contenir environ 80 à 90% de gaz naturel à charge élevée. Le GNC est le choix le plus courant Les véhicules utilisant exclusivement du gaz naturel sont optimisés pour fonctionner au gaz naturel et réduire les émissions Les VGN bicarburants peuvent utiliser soit du gaz naturel soit de l'essence et éviter ainsi la panne sèche Les VGN à bi-énergie utilisent un mélange de gaz naturel et de gazole Performances environnementales Les émissions polluantes des véhicules au gaz naturel sont généralement plus propres : particules, monoxyde de carbone (CO), oxydes d'azote (NOx) et hydrocarbures cancérogènes (HC). Les émissions de particules proches du zéro représentent un avantage certain lorsqu'un véhicule au gaz naturel est utilisé à la place d'un véhicule diesel, ce qui est généralement le cas avec les VGN lourds. Le méthane est bien évidemment un hydrocarbure, mais il est généralement traité différemment des autres hydrocarbures. En effet, contrairement à ceux-ci, il n'est pas nocif pour la santé, mais il s'agit d'un gaz à effet de serre. Par conséquent, en parlant des VGN, les gens se réfèrent souvent aux hydrocarbures substitués (NMHC) plutôt que tout simplement aux hydrocarbures. Les VGN produisent généralement moins d'émissions polluantes que les véhicules à essence ou diesel 3 L'indice d'octane du carburant décrit une propriété de sa combustion : plus l'indice est élevé, plus faible sera la probabilité que sa combustion ait lieu au-delà de la «limite de combustion» et les taux de compression les plus hauts peuvent être utilisés

19 Comme décrit précédemment, les VGN dédiés sont généralement équipés de catalyseurs spécialement conçus pour capturer et supprimer les niveaux relativement élevés de méthane produits par leurs moteurs. Ces catalyseurs ne peuvent pas être installés sur les VGN bicarburants et à bi-énergie, car les émissions de méthane peuvent contribuer de manière significative au réchauffement climatique. Un VGN utilisé avec une charge raisonnablement élevée réduit généralement les émissions de CO2 d'environ 20 % par rapport à son équivalent à essence et de 5 à 10 % par rapport à son équivalent diesel. Toutefois, en ville, les moteurs diesel sont plus efficaces à faible charge et les VGN et leurs équivalents diesel produisent généralement les mêmes émissions de CO2. Les émissions relatives de CO2 des véhicules diesel et des VGN présentent en réalité deux effets contraires : les moteurs diesel sont plus efficaces (énergie cinétique libérée par rapport à l'énergie totale du carburant consommé), mais la combustion du gaz naturel produit moins de CO2 par unité d'énergie libérée en raison du rapport carbone-hydrogène plus faible dans sa structure moléculaire. Il est regrettable que les VGN à bi-énergie reviennent à un fonctionnement principalement diesel dans les zones urbaines, où la réduction des émissions polluantes d'une VGN dédiée serait la plus avantageuse. L'évaluation des émissions polluantes d'un véhicule à bi-énergie doit être réalisée avec prudence, notamment si les seules données disponibles sont des données cumulées sur un cycle de tests entier réalisé en milieu urbain et extra urbain. Économie Comme avec les autres véhicules à carburant de substitution, les VGN se caractérisent par un coût d'achat plus élevé, mais des coûts de carburant plus faibles. De plus, les stations de réapprovisionnement en gaz naturel sont onéreuses, bien plus que les stations GPL, et ne sont commercialement viables que si elles réapprovisionnent un grand nombre de véhicules. Ceci signifie que l'introduction sur le marché des VGN est entravée par la réticence des fournisseurs de carburant à construire des stations de réapprovisionnement tant qu'un nombre suffisant de VGN n'est pas atteint et les conducteurs ne souhaitent pas acheter ces véhicules tant qu'il n'y a pas suffisamment de stations. Les émissions de méthane peuvent être élevées, sauf si un catalyseur de méthane est installé Les VGN peuvent réduire les émissions de CO2 par rapport aux véhicules conventionnels. Toutefois, pour une utilisation urbaine, les émissions de CO2 sont pratiquement identiques à celles d'un moteur diesel Les véhicules à bi-énergie passent au diesel dans des conditions urbaines à faible charge Les VGN sont plus chers que leurs équivalents diesel, mais les coûts de carburant sont moins élevés Pénétration du marché Selon l'international Association of Natural Gas Vehicles (association internationale des véhicules au gaz naturel), près de 4 millions de VGN sont utilisés dans le monde, dont 1,4 millions en Argentine et 1 million au Brésil. L'Italie, avec VGN, est de loin le pays européen possédant le plus de VGN, suivi par l'allemagne avec et l'irlande avec Plus de 500 VGN sont utilisés dans le secteur public à Madrid, notamment des bus et des camions de ramassage des ordures. Le Royaume-Uni compte très peu de VGN ou de stations de réapprovisionnement en gaz naturel. Toutefois, un programme de subvention permettant de financer partiellement la construction de stations de réapprovisionnement en gaz naturel a été annoncé en août La situation devrait donc s'améliorer. Les véhicules au gaz naturel sont disponibles auprès de nombreux constructeurs, notamment Cummins, ERF, Ford, General Motors, Iveco, Volkswagen et Volvo. Près de 4 millions de VGN sont utilisés dans le monde Le Royaume-Uni compte peu de VGN, mais un programme de financement des stations de VGN a récemment été annoncé 19 19

20 Biocarburants Introduction Les biocarburants sont des carburants liquides formés à partir de différentes sources de biomasse. Ils sont obtenus à partir de matières végétales, de certains types de cultures et d'huiles végétales recyclées ou usagées. Lorsqu'ils sont utilisés pour alimenter les véhicules routiers, les biocarburants offre la perspective d'un transport à faible teneur en carbone. À plus grande échelle, il s'agit d'une énergie renouvelable et durable, contrairement aux carburants conventionnels, essence et gazole, et aux gaz combustibles, tels que le gaz de pétrole liquéfié et le gaz naturel comprimé, qui sont des carburants fossiles à ressource limitée. Dans le domaine du transport, les biocarburants se sont hissés au premier rang ces dernières années. Les principales raisons sont les suivantes : Ils contribuent à la sécurité de l'approvisionnement énergétique ; Ils contribuent à la réduction des émissions de gaz à effet de serre ; Ils favorisent une utilisation plus importante de l'énergie renouvelable ; Ils ouvrent de nouveaux marchés à l'économie agricole. En fonction de ces considérations, la Commission Européenne a établi une Directive sur les biocarburants en Cette directive exige des États membres qu'ils établissent des objectifs indicatifs sur les ventes de biocarburants en 2005 et Ces objectifs doivent tenir compte des «valeurs de référence» stipulées dans la directive : 2 % du contenu énergétique en 2005 et 5,75 % d'ici Les principaux biocarburants sont le biodiesel et le bioéthanol. Le biodiesel peut remplacer le gazole, alors que le bioéthanol peut se substituer ou être ajouté à l'essence. Les biocarburants peuvent être utilisés dans tous les types de véhicules routiers : voitures, fourgonnettes, bus, camions et véhicules agricoles. Biodiesel Fabrication de biodiesel Le biodiesel est un nom général désignant les esters méthyliques issus de substrats organiques. Le biodiesel peut être obtenu à partir d'une grande variété d'huiles végétales, notamment le colza, l'huile de tournesol, l'huile de palme et le soja. Il peut également être obtenu à partir d'huile animale, de graisse et du suif. Le colza est l'une des principales cultures de protéagineux en Europe et le substrat organique le plus courant utilisé dans la production de biodiesel. L'huile subit un processus chimique (estérification) permettant d'obtenir un ester méthylique possédant les mêmes propriétés que le diesel fossile. Le biodiesel obtenu à partir du colza est également connu sous le nom d'ester méthylique de colza. L'Europe est le plus grand producteur de biodiesel au monde. La production totale européenne en 2004 est estimée à plus de 1,5 millions de tonnes, l'allemagne et la France se plaçant aux premiers rangs. L'Italie, la République tchèque et l'autriche sont également très actifs dans la fabrication de biodiesel. Les huiles végétales utilisées pour le biodiesel sont issues de cultures fermières normales utilisant des techniques agricoles conventionnelles dans plusieurs pays d'europe. Elles permettent de diversifier les cultures et la production de biodiesel à partir d'huiles végétales ouvre un nouveau marché utile pour l'économie rurale. Les biocarburants sont obtenus à partir de différents types de biomasse. Les principaux biocarburants sont le biodiesel et le bioéthanol Les biocarburants contribuent à la sécurité de l'approvisionnement énergétique, réduisent les émissions de gaz à effet de serre et ouvrent de nouveaux marchés à l'agriculture Une Directive européenne a défini des objectifs pour l'utilisation des biocarburants Le biodiesel est obtenu à partir d'huiles végétales ou d'huiles de cuisson recyclées 20 20

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