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 ( 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

21 Le biodiesel est obtenu à partir de plantes oléagineuses ou d'huiles usagées La technologie utilisé pour fabriquer le biodiesel à partir d'huiles végétales est prouvée et est commercialisée depuis plusieurs années. Par exemple, le biodiesel est fabriqué à partir de l'huile de colza par une simple estérification faisant réagir les graines écrasées avec une faible quantité de méthanol en présence d'un catalyseur. Le biodiesel formé est généralement mélangé avec du diesel fossile conventionnel à la raffinerie. Le biodiesel peut également être obtenu à partir d'huiles de cuisson recyclées ou usagées. Cette solution permet de réutiliser ces huiles qui, sinon, auraient dû être traitées de manière écologique avant d'être jetées. La technologie utilisée pour fabriquer le biodiesel est commercialisée Garanties du moteur et des mélanges Le biodiesel peut remplacer le gazole conventionnel ou être mélangé avec ce dernier selon différentes proportions pour être utilisé dans les moteurs à allumage par compression (diesel). Le mélange est courant dans de nombreux pays, avec, généralement, un mélange à 5 %, à savoir 5 % de biodiesel et 95 % de gazole conventionnel. Les propriétés physiques et chimiques du biodiesel se rapprochent fortement de celles du diesel fossile et les moteurs conventionnels ne nécessitent aucune modification pour utiliser les mélanges à 5 %. En réalité, la plupart des moteurs diesel modernes pourraient fonctionner avec des mélanges allant jusqu'à 30 %, mais il faut savoir que l'utilisation de mélanges à plus de 5 % annule les garanties de nombreux constructeurs. Les garanties proposées par les constructeurs de moteurs sont généralement maintenues lors de l'utilisation de mélange à 5 % de biodiesel, mais l'utilisation de mélanges à teneur plus élevée en biodiesel peut ne pas être couverte par le constructeur. Pratiquement tous les moteurs diesel modernes peuvent utiliser du biodiesel sans problème, mais l'utilisation de mélanges à plus de 30 % peut entraîner la dégradation des joints en caoutchouc et bloquer les injecteurs. Le biodiesel doit être de très bonne qualité. La norme européenne EN 590 relative à l'utilisation «normale» du diesel autorise un mélange à 5 % de biodiesel. Le biodiesel pur à 100 % doit être conforme à la norme de qualité européenne EN Le biodiesel est généralement mélangé à 5 % avec du diesel fossile Il n'est pas nécessaire de modifier le moteur avec des mélanges à 5 % L'utilisation de mélanges à 5 % de biodiesel annule les garanties de nombreux constructeurs 21 21

22 Économie & disponibilité La fabrication de biodiesel à partir d'oléagineux revient environ deux fois plus cher que celle du diesel fossile à partir du pétrole brut. Les coûts réels dépendent du coût des substrats organiques du biodiesel et du pétrole brut. La taxe sur les carburants appliquée au biodiesel étant élevée, celui-ci est cher. Cette taxe devrait être réduite pour rendre le biodiesel concurrentiel aux pompes à carburant. De telles réductions sont courantes en Europe et sont utilisées pour encourager les fournisseurs de carburant à développer des biocarburants et pour stimuler le marché. De nombreux pays européens fabriquent désormais du biodiesel. Le prix des substrats organiques utilisés pour produire le biodiesel à partir d'huiles végétales usagées est relativement bas, ce qui rend sa fabrication économique grâce aux tarifs incitatifs. Toutefois, les stocks limités d'huile végétale usagée et les spécifications concernant la qualité du carburant peuvent limiter les avantages apportés par ce type de biodiesel. Performances environnementales Le principal avantage du biodiesel dans le domaine du transport, par rapport au diesel fossile, réside dans le fait qu'il permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre. L'utilisation d'un biodiesel à 100 % (très rare) permettrait de réduire les émissions de CO2 de 40 à 50 %, un mélange à 5 % permet donc une réduction de 2 à 2,5 %. Ces calculs se basent sur le «cycle de vie» complet du biodiesel, de la culture des matières végétales à l'utilisation du biodiesel dans un véhicule en passant par la production du biocarburant. En théorie, le biodiesel ne contient pas de carbone, car le carbone rejeté lors de la combustion du biodiesel a été absorbé dans l'atmosphère pendant la croissance des végétaux utilisés pour fabriquer l'huile. En pratique, ces économies de carbone sont limitées, car la croissance et le traitement des récoltes nécessitent du diesel fossile. L'utilisation du biodiesel permet de contribuer à respecter les objectifs européens visant à atténuer le changement climatique. Le biodiesel permet également de réduire certaines émissions d'échappement des véhicules routiers, bien que ses performances exactes peuvent varier selon le type de véhicule diesel et les spécifications du carburant. Le biodiesel fournit à l'europe une source d'approvisionnement, la rendant moins dépendante des importations de pétrole brut. Le biodiesel est facilement biodégradable en toute sécurité, un avantage pour certaines utilisations, telles que la propulsion des bateaux dans les voies navigables intérieures particulièrement sensibles à l'écologie. Bioéthanol Fabrication de bioéthanol Actuellement, dans le domaine du transport, le Brésil et les Etats-Unis sont les plus grands producteurs au monde de bioéthanol, obtenu respectivement à base de canne à sucre et de maïs. En Europe, le bioéthanol est principalement obtenu à partir de betteraves à sucre ou du blé. L'Espagne, la Pologne et la France dominent le secteur européen du bioéthanol avec une production combinée de plus de tonnes en La Suède, l'autriche et l'allemagne deviennent également très présents dans la production de bioéthanol. Les substrats utilisés pour le bioéthanol sont issus de cultures fermières normales utilisant des techniques agricoles conventionnelles dans plusieurs pays d'europe. Le biodiesel obtenu à partir d'oléagineux revient environ deux fois plus cher que le diesel fossile L'utilisation de biodiesel à 100 % réduirait les émissions de CO2 de 40 à 50 % L'utilisation de mélange à 5 % réduit les émissions de CO2 d'environ 2 à 2,5 % Le biodiesel permet de réduire les autres émissions d'échappement Le bioéthanol est principalement obtenu à partir de betteraves à sucre ou du blé 22 22

23 La fabrication du bioéthanol à partir de cultures arables permettrait d'ouvrir un nouveau marché non négligeable pour l'économie rurale et d'améliorer ainsi le développement rural. Le bioéthanol est issu de la fermentation du sucre, de l'amidon ou de la cellulose avec de la levure. Le choix du substrat dépend de facteurs financiers, techniques et économiques. Les technologies utilisées pour fabriquer le bioéthanol à partir du sucre et de l'amidon sont commercialisées. Les matières cellulosiques, telles que les déchets agricoles, les déchets de bois et les ordures ménagères, pourront être utilisées à l'avenir comme substrats. Toutefois, ces matières doivent également être hydrolysées avant d'être fermentées, à l'aide de processus plus compliqués que ceux utilisés pour les céréales. Les matières cellulosiques sont considérées comme des sources potentielles de sucre à long terme pour la fabrication de l'éthanol et leur utilisation permet de réduire encore plus les émissions de CO2. Les technologies utilisées pour la fabrication du bioéthanol à partir de ces matières ne sont pas encore complètement au point et ne devraient pas être commercialisées avant probablement au moins 5 à 10 ans. Les technologies utilisées pour fabriquer le bioéthanol à partir de betteraves et de blé sont commercialisées Le bioéthanol peut également être obtenu à partir de matières cellulosiques, mais les technologies ne sont pas encore disponibles Garanties du véhicule et des mélanges Le bioéthanol peut être utilisé sous forme de mélange à 5 % avec l'essence conformément à la norme de qualité européenne EN 228 sans qu'aucune modification du moteur ne soit nécessaire. Les propriétaires de véhicules utilisant des mélanges au bioéthanol doivent respecter les recommandations des constructeurs de voitures particulières. Certains constructeurs spécifient que le mélange maximal de bioéthanol avec l'essence ne doit pas contenir plus de 5 % par volume, alors que d'autres spécifient un mélange maximal de 10 %. En cas de dépassement de la limite maximale indiquée, la garantie du véhicule est annulée. Le bioéthanol à 100 % peut être utilisé dans les moteurs à allumage par étincelle modifiés, même si le démarrage à froid du moteur requiert l'ajout d'une petite quantité de composant volatile du carburant, généralement de l'essence. Le mélange à 5 % de bioéthanol et d'essence correspond à 3,4 % du contenu énergétique, car le contenu énergétique du bioéthanol ne correspond qu'à deux tiers de celui de l'essence. Une autre approche consiste à utiliser des véhicules à carburant mixte, spécialement conçus pour utiliser une plage donnée de concentrations de bioéthanol. Ford vend en Suède une Focus à carburant mixte au bioéthanol. Saab et Volvo ont également prévu de lancer des véhicules à carburant mixte pouvant fonctionner avec un mélange à 85 % de bioéthanol et 15 % d'essence. Modifications requises pour les mélanges > 5 % L'indice d'octane de l'essence est défini en mesurant la résistance de l'essence face à une combustion anormale, également appelée «cognement». Plus l'indice est élevé, plus faible sera la probabilité qu'un «cognement» ne se produise. Le «cognement» est provoqué par la combustion incomplète de l'essence dans le cylindre du moteur. Un coup soudain frappe le piston qui finira par endommager sérieusement le moteur. En ajoutant un mélange à 10 % de bioéthanol à l'essence, l'indice d'octane de l'essence augmente de deux points. C'est pour cette raison que le bioéthanol est connu pour améliorer l'indice d'octane. Le bioéthanol peut être utilisé sous forme de mélange à 5 % avec de l'essence Un mélange à 5 % peut être utilisé dans les moteurs classiques sans modifications Les mélanges supérieurs à 5 % exigent quelques modifications du moteur 23 23

24 Le rapport air:carburant nécessaire à l'essence pour la combustion complète sans surplus d'air s'élève à environ 14,6. Ceci signifie que 14,6 kg d'air est requis pour la combustion complète d'1 kg d'essence. Un mélange à 10 % de bioéthanol et d'essence contiendra généralement environ 3,5 % d'oxygène et l'oxygène dans le bioéthanol affecte le rapport air:carburant du moteur. Par conséquent, il est généralement nécessaire de réduire le rapport air:carburant des moteurs afin de prendre en compte la quantité d'oxygène présente dans le mélange au bioéthanol. Les systèmes de gestion du moteur installés sur les véhicules les plus récents détectent et modifient le rapport air:carburant afin de l'adapter lorsque du bioéthanol est ajouté au moteur. Pour certains véhicules, la quantité maximale d'oxygène pouvant être compensée s'élève à 3,5 % (c'est-à-dire un mélange à 10 % de bioéthanol). Les véhicules plus anciens ne sont généralement pas équipés de systèmes de gestion du moteur, mais ils fonctionnent avec un carburateur normal. Ainsi, le mélange air:carburant du carburateur doit être réglé manuellement pour compenser l'augmentation de la quantité d'oxygène présente dans les carburants mélangés au bioéthanol. Les mélanges au bioéthanol pouvant libérer les particules solides présentes dans le réservoir et dans les conduites de carburant, il peut s'avérer nécessaire de changer le filtre à carburant d'un véhicule plus fréquemment. La chaleur latente d'évaporation des mélanges au bioéthanol est plus élevée que celle de l'essence pure. Par conséquent, le démarrage à froid des moteurs fonctionnant avec des mélanges au bioéthanol est plus difficile en hiver. C'est pour cette raison que certains véhicules sont équipés de petits réservoirs ne contenant que de l'essence. Le système de gestion du moteur devra gérer la teneur plus élevée en oxygène du carburant Les filtres à carburant peuvent nécessiter un nettoyage supplémentaire Le démarrage à froid du moteur peut poser un problème Garanties du véhicule Certains constructeurs spécifient que le mélange maximal de bioéthanol avec l'essence ne doit pas contenir plus de 5 % par volume, alors que d'autres spécifient un mélange maximal de 10 %. Les propriétaires de tels véhicules doivent respecter ces recommandations pour ne pas annuler la garantie couvrant leur véhicule. Manipulation du carburant Le bioéthanol attire l'eau, ce qui peut poser problème lors de la manipulation, du stockage et de la distribution du carburant. Le bioéthanol mélangé à l'essence ne peut pas être stocké dans des réservoirs à toit flottant conventionnels, et il est difficile de le distribuer par les canalisations existantes, car il pourrait contaminer le carburéacteur. Par conséquent, le mélange a tendance à s'effectuer au niveau des terminaux de distribution. Les problèmes générés par le respect des spécifications relatives à la pression de vapeur des carburants lors de l'utilisation du bioéthanol engendrent également des frais supplémentaires pour le producteur du carburant. Vérifier les garanties des constructeurs avant d'utiliser des mélanges > 5 % Le bioéthanol doit être manipulé avec précaution Économie & disponibilité La fabrication du bioéthanol coûte environ 2 à 3 fois plus cher que l'extraction de l'essence du pétrole brut et dépend des coûts du substrat du bioéthanol et du pétrole brut

25 Les coûts de fabrication sont également influencés par le coût d'achat élevé des installations requises pour l'hydrolyse et la fermentation. La taxe sur les carburants appliquée au bioéthanol étant élevée, celui-ci est cher. Cette taxe devrait être réduite pour rendre le biodiesel concurrentiel aux pompes à carburant. Comme pour le biodiesel, de telles réductions sont courantes en Europe et vont être utilisées pour encourager les fournisseurs de carburant à développer des biocarburants et pour stimuler le marché. La production de bioéthanol est désormais appliquée dans de nombreux pays européens. Le bioéthanol coûte 2 à 3 fois plus cher que l'essence Avantages environnementaux du bioéthanol Le principal avantage du bioéthanol est la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Pour le bioéthanol à 100 %, les réductions sont généralement de 50 à 60 % sur un «cycle de vie» par rapport aux combustibles fossiles conventionnels. Les avantages liés à l'utilisation des mélanges sont plus réduits. Par exemple, les mélanges à 5 % permettraient de réduire les émissions d'environ 2,5 à 3 %. Comme avec le biodiesel, les avantages bénéfiques pour le changement climatique dépendent du substrat utilisé pour la production de l'éthanol. La réduction de 50 à 60 % des émissions de gaz à effet de serre sur un «cycle de vie» concernent le bioéthanol obtenu à partir des betteraves et du blé. Si des matières cellulosiques sont utilisées, la réduction des gaz à effet de serre peut être encore plus importante et atteindre environ 75 à 80 %, car l'énergie requise pour cultiver les matières cellulosiques est faible et des processus plus efficaces / basés sur l'énergie renouvelable sont utilisés. Il est important de savoir que le processus de fabrication du bioéthanol requiert lui-même une quantité significative d'énergie du combustible fossile conventionnel. Toutefois, il est évident que l'utilisation du bioéthanol permet de contribuer à respecter les objectifs visant à atténuer le changement climatique. Le bioéthanol permet également de réduire certaines émissions d'échappement des véhicules routiers, bien que ses performances varient selon le type de véhicule à essence et les spécifications du carburant. Biogaz Le biogaz est un mélange de gaz, principalement du méthane et du dioxyde de carbone, obtenus par la décomposition anaérobie des déchets domestiques, industriels et agricoles. Le biogaz est fabriqué dans plus de sites en Europe, principalement dans des décharges contrôlées et des stations d'épuration des eaux usées et est utilisé pour alimenter les turbines à gaz et fabriquer de l'électricité. Toutefois, s'il est transformé pour atteindre la qualité du gaz naturel (on parle alors parfois de gaz naturel de substitution (GNS)), il peut également être utilisé pour alimenter les véhicules. La transformation du biogaz implique l'élimination du CO2, qui constitue en général 30 à 45 % du biogaz, mais moins d'1 % du gaz naturel, ainsi que l'élimination de toutes traces de gaz et impuretés, telles que le H2S. Le bioéthanol réduit les émissions de CO2 de 50 à 60 % sur un «cycle de vie» Le bioéthanol permet de réduire les autres émissions d'échappement Le biogaz est principalement composé de méthane et est obtenu à partir de la décomposition des déchets Le biogaz doit être transformé pour être utilisé dans les véhicules Performances environnementales En réalité, le biogaz est un gaz naturel. Les véhicules alimentés au biogaz produisent donc les mêmes émissions d'échappement que les autres véhicules au gaz naturel [se reporter à la section Gaz naturel de cette publication]. Toutefois, l'utilisation du biogaz est encore plus avantageuse en ce qui concerne les émissions de gaz à effet de serre, car il s'agit d'un carburant renouvelable qui permet, depuis peu, d'éliminer de l'atmosphère le dioxyde de carbone libéré lors de sa combustion

26 De plus, l'utilisation du biogaz garantit que le méthane (un puissant gaz à effet de serre) produit dans les décharges contrôlées et les stations d'épuration des eaux usées est capturé au lieu d'être rejeté dans l'atmosphère. Pénétration du marché Le biogaz a été utilisé comme carburant pour les véhicules en Suède, où une norme nationale sur le biogaz stipule que le carburant doit comporter un minimum de 95 % de méthane, et plus récemment en Suisse. Toutefois, le nombre de véhicules concernés reste faible, avec probablement à peine un millier de véhicules alimentés au biogaz dans le monde. L'utilisation du biogaz permet de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre Actuellement, seul un millier de véhicules dans le monde fonctionnent au biogaz 26 26

27 Véhicules électriques à batterie Introduction Les véhicules électriques ne produisent pas d'émissions lors de leur utilisation, ils sont pratiquement silencieux et sont économiques. Les premiers véhicules électriques ont été fabriqués en 1830 et ont été utilisés sous différentes formes depuis ce temps-là. Dans les années 90, de nombreux constructeurs ont établi des programmes concernant les véhicules électriques et ont lancé de nouveaux modèles, notamment Citroën, Ford, Honda, GM, Peugeot et Toyota. Toutefois, même après un effort considérable dans le domaine de la recherche, les véhicules électriques modernes offrent moins de puissance et d'autonomie que les véhicules à essence ou diesel et les ventes sont restées relativement basses. Depuis la fin des années 90, les financements de la recherche et les intérêts se sont tournés vers les véhicules hybrides, au détriment des véhicules purement électriques. Les hybrides sont équipées de moteurs électriques et de moteurs à combustion interne leur procurant plus de puissance et d'autonomie. Néanmoins, les véhicules électriques sont parfaitement adaptés à certaines applications et sont alors très avantageux pour l'environnement. Ils ne doivent donc pas être laissés à l'écart. Propriétés des batteries La différence technique la plus importante entre les différents véhicules électriques est le type de batterie utilisée. La batterie idéale répondrait à la majorité des différents critères de puissance : elle aurait une énergie massique élevée (quantité d'énergie stockée par masse, en kwh/kg), une densité d'énergie élevée (quantité d'énergie stockée par volume, en kwh/m3) et une puissance massique élevée (puissance délivrée de pointe disponible, en W/kg). Elle aurait une longue durée de vie (elle pourrait se décharger et se recharger plusieurs fois sans détérioration significative de ses performances), se rechargerait rapidement et serait à décharge poussée (elle pourrait régulièrement être déchargée et être quasiment vide sans affecter son fonctionnement). Elle fonctionnerait également sur une large plage de température et serait sûre, recyclable et bon marché. Aucune batterie ne répond à tous ces critères. Le choix d'une batterie par un constructeur de véhicules électriques implique donc toujours un certain compromis. Les types de batterie les plus courants sont répertoriés ci-dessous. Types de batteries Les batteries au plomb-acide étaient utilisées dans les premiers véhicules électriques il y a 170 ans et sont toujours les plus courantes aujourd'hui. Elles sont bon marché, facilement recyclables et la plupart des véhicules électriques utilisant ces batteries peuvent être rechargés en 6 heures environ. La plupart d'entre elles contiennent une solution aqueuse (liquide) et doivent rester droites pour éviter toute fuite. Il existe également une version non aqueuse «acide-plomb gélifié» qui ne doit pas nécessairement rester droite. Cependant, l'énergie massique et la densité d'énergie des batteries plomb-acide étant basses, elles sont grandes et lourdes et ne fournissent qu'une autonomie limitée. Elles ne doivent pas être déchargées à une «profondeur de décharge» de plus de 80 %, c'est-à-dire inférieure à 20 % de leur capacité, car leur durée de vie en serait affectée. Ces batteries sont utilisées sur de nombreux véhicules électriques, notamment la REVA, l'ev1 (Mk 1) de GM et plusieurs cyclomoteurs électriques. Les véhicules électriques ne produisent pas d'émissions d'échappement et sont pratiquement silencieux De nombreux constructeurs ont lancé de nouveaux véhicules électriques dans les années 90 Les véhicules électriques sont moins performants que les véhicules conventionnels, mais ils sont adaptés à certaines applications Les batteries des véhicules électriques doivent répondre à de nombreux critères : la batterie parfaite n'existe pas Les batteries au plombacide sont bon marché et ont fait leurs preuves, mais leur autonomie est limitée 27 27

28 Les batteries au nickel-cadmium (Ni-Cd ou nicad) ont également été utilisées pendant de nombreuses années. Elles disposent d'une densité d'énergie et d'une énergie massique (environ 55 Wh/kg) plus élevées que les batteries plomb-acide. Leur durée de vie est longue et elles peuvent être déchargées à une profondeur de décharge de 100 % sans impact négatif. Bien que ces batteries soient recyclables, des inquiétudes quant à la contamination possible par le cadmium (métal lourd) des décharges contrôlées ont entraîné la création d'une Directive européenne en 2002 interdisant leurs ventes pour les nouveaux véhicules électriques dès la fin Ces batteries sont également onéreuses. Par exemple, les batteries Ni-Cd Saft qui alimentent la plupart des véhicules Peugeot et Citroën électriques ne sont généralement disponibles qu'en location chez PSA et coûtent environ 200 / mois. Les batteries à hydrure métallique de nickel (Ni-MH) disposent d'une énergie massique élevée d'environ 90 Wh/kg et d'une durée de vie très longue. Elles sont recyclables et sont relativement peu nocives pour l'environnement, car l'anode est constituée d'un alliage de métaux légers qui ne présentent pas de danger particulier quant à la contamination du sol ou de la nappe phréatique. Les batteries Ni-MH étaient utilisées sur les EV1 de GM pour leur procurer une autonomie d'environ 250 km par charge et sur la Rav4 électrique de Toyota qui dispose d'une autonomie d'environ 200 km. Des batteries Ni-MH plus petites sont également utilisées dans les hybrides Insight de Honda et Prius de Toyota et des unités Ni-MH encore plus petites sont utilisées dans les téléphones mobiles et les ordinateurs portables. Ford a utilisé brièvement les batteries au sodium-soufre sur sa fourgonnette Ecostar basée sur l'escort au milieu des années 90. Ces batteries ne sont plus utilisées pour les véhicules pour des raisons de sécurité, car elles fonctionnaient à 300 C et le sodium explose au contact de l'eau. Les batteries au lithium ont une énergie massique très élevée d'environ 150 Wh/kg et des durées de vie très longues. Plusieurs prototypes de véhicules électriques au lithium ont été fabriqués, notamment une Ka de Ford en 2000 qui disposait d'une autonomie de 150 à 200 km et d'une vitesse limite de 130 km/h. Mitsubishi a également lancé le prototype Eclipse en 2003 et même un prototype à 800 chevaux et 370 km/h appelé «Eliica» en Malheureusement, pour le moment, le coût des batteries au lithium est trop prohibitif pour les utiliser dans les véhicules et aucune amélioration n'est prévue dans un futur proche. Les batteries Ni-Cd procurent une autonomie plus importante que les batteries plomb-acide, mais elles sont onéreuses et vont bientôt être interdites en Europe Les batteries à hydrure métallique de nickel procurent une autonomie encore plus importante et sont utilisées dans de nombreux véhicules électriques modernes Les batteries au sodiumsoufre ne sont plus utilisées sur les véhicules électriques pour des raisons de sécurité Les batteries au lithium procurent la plus grande autonomie et d'excellentes performances, mais sont onéreuses Performances environnementales Les véhicules électriques ne produisent aucune émission d'échappement, ce qui les rend particulièrement attractif du point de vue environnemental pour une utilisation dans les zones urbaines encombrées où la mauvaise qualité de l'air est souvent la cause de problèmes de santé. Les véhicules électriques sont très bénéfiques pour la qualité de l'air en milieu urbain Véhicules électriques Th!nk de Ford 28 28

29 Peugeot 106 électrique en train d'être rechargée Une analyse complète des avantages environnementaux liés aux véhicules électriques doit également prendre en compte les émissions associées à la fabrication et à la fourniture de l'électricité utilisée pour recharger les véhicules. Dans de nombreux pays, les émissions de CO2 sont faciles à calculer, car les chiffres relatifs à la quantité de CO2 produite par kwh d'électricité fournie sont disponibles. Au Royaume-Uni, par exemple, ce chiffre s'élève à 430 g de CO2/kWh fourni. Pour les petites voitures électriques ou les utilitaires de petites tailles, tels que les 106 de Peugeot et les Berlingos de Citroën, ce chiffre passe à g de CO2/km environ. Ce même chiffre est valable pour l'hybride Insight 2 places de Honda et est nettement plus intéressant que pour un autre véhicule conventionnel à essence ou diesel. En France, où la plupart de l'électricité est générée par des centrales nucléaires, ou en Suisse, où elle est générée par des centrales hydrauliques ou nucléaires, les émissions de CO2 par km sont bien plus basses. Les batteries peuvent avoir un impact environnemental très élevé en raison de l'énergie requise pour les fabriquer et de leur risque de contamination de la terre ou de la nappe phréatique lors de leur élimination. Toutefois, les batteries les plus courantes (plomb-acide et Ni-MH) sont facilement recyclables et la Directive européenne sur les véhicules hors-d'usage (2000/53/EC) stipule qu'elles doivent être recyclées. Les émissions dues à la fabrication de l'électricité doivent également être prises en compte Dans de nombreux pays, une telle analyse confirme le fait que les véhicules électriques sont pauvres en carbone En Europe, les batteries des véhicules électriques doivent être recyclées Économie Comme pour de nombreux carburants de substitution et types de véhicule, les véhicules électriques se caractérisent par un coût d'achat élevé et des coûts de fonctionnement plus faibles : le rechargement d'un véhicule électrique est relativement bon marché et dans la plupart des pays, les véhicules électriques bénéficient de baisses de tarifs et/ou de réduction d'impôt. Quelques incertitudes subsistent quant à la durée de vie des batteries et leur remplacement est onéreux, mais la durée de vie des batteries Ni-MH, en particulier, est très longue et une expérience récente suggère qu'elles peuvent durer aussi longtemps que le véhicule lui-même. Les véhicules électriques coûtent plus cher à l'achat, mais leur coût de fonctionnement est moins élevé 29 29

30 La viabilité financière des véhicules électriques doit être considérée dans un contexte plus large, à savoir si les véhicules sont destinés à un usage spécifique et comment ils peuvent s'adapter aux autres véhicules d'un conducteur. Par exemple, un véhicule électrique ne serait pas approprié comme unique voiture d'une famille, mais plutôt comme un véhicule urbain, dans un parc de location situé en ville ou comme une voiture particulière à utiliser pour aller à son travail et faire les courses. Dans ce cas, la voiture électrique est une option pratique et financièrement viable. Dans un avenir prévisible, les véhicules électriques ne seront adaptés qu'à des marchés spécifiques. La viabilité financière des véhicules électriques dépend des circonstances et des exigences spécifiques du conducteur Pénétration du marché Au Royaume-Uni, les ventes de véhicules électriques restent très basses avec tout au plus une petite centaine de véhicules électriques modernes et seulement 12 points de rechargement connus. Les ventes au Royaume- Uni restent faibles 30 30

31 Véhicules à pile à combustible Introduction Une pile à combustible est un dispositif électrochimique mélangeant de l'hydrogène (H2) et de l'oxygène pour ne produire que de l'eau, de la chaleur et de l'électricité. C'est une technologie très prometteuse fournissant une source de puissance propre et efficace pour de nombreuses applications, et notamment dans le domaine du transport. Pratiquement tous les constructeurs de véhicules sont impliqués dans les principaux programmes de recherche relatifs à la pile à combustible, mais la plupart d'entre eux pensent que les véhicules à pile à combustible ne se généraliseront pas avant 2020 au plus tôt. Fonctionnement d'une pile à combustible Une pile à combustible est constitué d'une anode, d'une cathode et d'un électrolyte situé entre les deux électrodes. L'électrolyte a la particularité inhabituelle de laisser passer les ions (chargés positivement), mais pas les molécules (neutres) ni les électrons (chargés négativement). Les molécules d'hydrogène (H2) passent par l'anode de la pile à combustible, où un catalyseur, généralement en platine, divise chaque molécule en deux ions H+ et deux électrons. Les ions H+ passent librement dans l'électrolyte pour combiner les molécules d'oxygène au niveau de la cathode, mais les électrons sont bloqués. Ils passent à travers un circuit externe de l'anode vers la cathode, où ils rejoignent les ions H2 et les molécules d'oxygène pour former de l'eau. Ce mouvement des électrons à travers le circuit externe est un courant direct, qui peut être utilisé pour alimenter le moteur électrique d'un véhicule à pile à combustible. Chaque pile à combustible produit environ 0,7 volts, mais les piles peuvent être reliées entre elles en série pour former un bloc pouvant fournir toutes les tensions souhaitées. Les piles à combustible requièrent une alimentation continue en hydrogène lorsqu'elles sont utilisées. L'oxygène requis pour la réaction provient tout simplement de l'air. Les piles à combustible fonctionnent à l'hydrogène (H2) et produisent de l'électricité Les principaux programmes de recherche sont sur le point de commercialiser des piles à combustible Une pile à combustible ne rejette que de l'eau Les blocs de piles à combustible peuvent fournir toutes les tensions souhaitées Bus à pile à combustible Citaro de DaimlerChrysler 31 31

32 Types de piles à combustible Il existe différents types de piles à combustible, qui se distinguent principalement par la composition de leur électrolyte. La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM) est la plus adaptée au transport routier en raison de sa densité d'énergie élevée, de sa température de fonctionnement relativement basse et de ses temps de chauffage courts. Options de réapprovisionnement Il existe différentes options de stockage de l'hydrogène à bord d'un véhicule. L'une d'entre elles consiste à réapprovisionner les véhicules à pile à combustible avec un liquide contenant une quantité importante d'hydrogène, par exemple du méthanol ou un hydrocarbure similaire à l'essence. Les combustibles liquides sont plus faciles à distribuer, car leur densité d'énergie est élevée, ils ne doivent pas être pressurisés et les infrastructures existantes (camions-citernes, stations-service, etc) sont conçues pour de tels combustibles. Le stockage à bord est également plus simple avec des combustibles liquides, car les véhicules ne doivent pas être équipés de réservoirs pressurisés et la densité d'énergie élevée permet d'atteindre facilement des vitesses élevées. Toutefois, les piles à combustible doivent être alimentées avec de l'hydrogène gazeux pur. Par conséquent, si un liquide est utilisé, les véhicules à pile à combustible doivent être équipés de reformeurs permettant d'extraire le H2 du liquide. Les reformeurs rajoutent du poids aux véhicules, augmentent leur prix et créent des produits secondaires gazeux formant de nouvelles catégories d'émissions. L'utilisation de combustibles liquides excluent également la possibilité de se diriger vers une réelle «économie de l'hydrogène» utilisant de l'hydrogène d'origine renouvelable. Par conséquent, il semble plus probable que les véhicules à pile à combustible soient alimentés en hydrogène et que cet hydrogène soit stocké à bord des véhicules sous forme de gaz sous haute pression. Plusieurs options de stockage de l'hydrogène à bord des véhicules existent Un combustible liquide contenant du H2 serait plus facile à distribuer, mais nécessiterait l'installation de reformeurs à bord des véhicules Le réapprovisionnement en hydrogène pur serait la meilleure option pour l'environnement 32 32

33 Performances environnementales Les véhicules à pile à combustible alimentées avec de l'hydrogène ne rejettent aucune émission d'échappement autre que de la vapeur d'eau. Ils sont donc très avantageux pour l'environnement. À l'origine, la plupart de l'hydrogène est obtenu à partir de gaz naturel par un procédé produisant du CO2. Néanmoins, en raison de la grande efficacité des piles à combustible, une réduction importante des émissions totales de CO2 (étude «well-to-wheel») est possible. À long terme, l'hydrogène pourrait être produit par une électrolyse utilisant de l'électricité d'origine renouvelable et être distribué par des canalisations pour alimenter les piles à combustibles pour les véhicules et pour un usage domestique. Ceci annoncerait l'arrivée de «l'économie de l'hydrogène» avec quasiment plus d'émissions de CO2. Économie La viabilité économique des véhicules à pile à combustible dépend de la réduction considérable des coûts de fabrication et du développement d'une infrastructure de réapprovisionnement commercialement viable. Pénétration du marché Plusieurs centaines de véhicules à pile à combustible de démonstration circulent dans le monde, et notamment trois bus à Londres appartenant au projet de transport urbain propre (Clean Urban Transport) financé par la Communauté Européenne et concernant 30 bus à pile à combustible dans 10 villes. Les piles à combustible alimentées avec de l'hydrogène d'origine renouvelable permettent de supprimer les émissions de CO2 Les véhicules à pile à combustible ne sont actuellement qu'au stade de la démonstration 33 33

34 Moteur à combustion interne à l hydrogène L'hydrogène (H2) peut également être brûlé dans les moteurs à combustion interne qui sont quasiment identiques aux moteurs à essence, mais qui ne rejettent aucune émission d'échappement, CO2, CO et HC, (à l'exception de quantités infimes provenant des lubrifiants). Les moteurs à combustion interne à l'hydrogène présentent certains des avantages des véhicules à pile à combustible, mais dans une technologie déjà éprouvée et acceptée par les clients. Certains constructeurs de véhicules pensent que ces véhicules permettront de combler le vide en attendant les piles à combustible à plus long terme. En effet, l'hydrogène deviendra courant comme carburant et une infrastructure de réapprovisionnement en H2 pourra être développée et permettra d'alimenter les véhicules à pile à combustible à plus long terme. BMW va un peu plus loin et pense que l'avenir à long terme sera fait de véhicules à moteurs à combustion interne à l'hydrogène plutôt que de véhicules à pile à combustible. Toutefois, la plupart des constructeurs, pensent l'inverse, principalement en raison de la plus grande efficacité des véhicules à pile à combustible. L'hydrogène (H2) peut être utilisé pour alimenter les moteurs à combustion interne Les moteurs à combustion interne à l'hydrogène pourraient être une solution intermédiaire avant la pile à combustible Les moteurs à combustion interne à l'hydrogène ne sont pas aussi efficaces que les piles à combustibles 34 34