Le dimensionnement en «mécanique automobile» en 50 questions / réponses Les carburants alternatifs: comparaisons et influence sur les véhicules.



Documents pareils
Véhicules électriques

CORRIGE. CHAP 04-ACT PB/DOC Electrolyse de l eau 1/12 1. ALIMENTATION ELECTRIQUE D'UNE NAVETTE SPATIALE

document proposé sur le site «Sciences Physiques en BTS» : BTS AVA 2015

véhicule hybride (première

Système de propulsion électrique Voltec : il permet d associer sobriété et sportivité

Qu'est-ce que la biométhanisation?

mm 1695 mm. 990 mm Porte-à-faux avant. Modèle de cabine / équipage Small, simple / 3. Codage

Réduction de la pollution d un moteur diesel

ETUDE SCOOTER HYBRIDE PIAGGIO MP3 ( L hybridation(adtdelle(un(intérêt(sur(un(scooter(?(

U-31 CHIMIE-PHYSIQUE INDUSTRIELLES

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR 4 TEMPS

Autos électriques ou hybrides

Les véhicules La chaîne cinématique

L EVALUATION MULTICRITÈRE COMME AIDE À L ORIENTATION DE LA RECHERCHE : APPLICATION AUX TECHNOLOGIES DE STOCKAGE EMBARQUE DE L'HYDROGÈNE

Matériels de Formation du GCE Inventaires Nationaux de Gaz à Effet de Serre. Secteur de l'energie Combustion de Combustibles

Les Énergies Capter et Stocker le Carbone «C.C.S»

CHALLENGE FORMULA CLASSIC

Les émissions de GES au quotidien et les gains possibles

GLOSSAIRE A L USAGE DU FORMATEUR DE CONDUITE TOUT-TERRAIN

L'hydrogène : solution pour des transports automobiles inscrits dans une politique de durabilité?

Traçant le chemin vers l Electrification de l Automobile - Les Véhicules à Pile à Combustible de GM

Le pneumatique dans un environnement «technologie véhicule évolutif» : impacts et perspectives

Eco marathon. Quizz. Entourer les bonnes réponses Plusieurs réponses sont possibles par question

7 ASTUCES POUR L ACHAT DE VOTRE FUTURE VOITURE. Présenté par Transpoco

EXPRIMEZ-VOUS LORS DU CHOIX DE VOS PNEUS : EXIGEZ DES PNEUS SÛRS, ÉNERGÉTIQUEMENT EFFICACES ET SILENCIEUX!

Brochure ALD ELECTRIC PART OF ALD NEWMOBILITY

La traction électrique Une réponse. Vers de nouvelles formes de mobilité. Mobilité : vue d ensemble. Mobilité durable : les ingrédients

Stockage et distribution de Liquides inflammables

LES LOIS PHYSIQUES APPLIQUÉES AUX DEUX-ROUES : 1. LA FORCE DE GUIDAGE

ÉCONOMIES D ÉNERGIE, ÉNERGIES RENOUVELABLES ET PRATIQUES ÉCOLOGIQUES

Moins de consommation. Moins de stress. Plus de sécurité.

Coûts d utilisation d une automobile

Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable ENERGIE THERMIQUE ENERGIE THERMIQUE

BMW : En route pour moins d émissions de polluants, et davantage de plaisir!

En avant! FJR1300A

SCIENCES TECHNOLOGIES

Quad 110 cc - 4 temps - 60 Km/h - QUAD1101 (Lot 10 pcs)

SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES D AVENIR

Perspective de la voiture électrique Quelle technologie pour quel marché?

GPL CARBURANT PRIMAGAZ : UNE SOLUTION PROPRE ET ECONOMIQUE A REDECOUVRIR

Incitations financières véhicules 2014

C3. Produire de l électricité

*"&# +',-./! -! " #$$%&'$## '( '$## ) *! " '%+,&,( '-. #/,(0 )0 ) 1 0 5%6'7'0 5%6'7-0 5%6'760 5%6'7+0 5%6'7%0 5%6'7(0

Volvo FE hybride Pour la distribution et la collecte des ordures

Bilan des émissions de gaz à effet de serre de la société Fromageries BEL SA

4 ème PHYSIQUE-CHIMIE TRIMESTRE 1. Sylvie LAMY Agrégée de Mathématiques Diplômée de l École Polytechnique. PROGRAMME 2008 (v2.4)

Journées de l innovation BMW Group 2015 : les futures technologies d entrainement. Table des matières.

DOCUMENT RESSOURCE SONDES PRESENTATION

la climatisation automobile

Renouvellement à 50000MW étalé sur 20 ans ( ) rythme de construction nucléaire: 2500MW/an

Quelles perspectives de développement pour le gaz naturel dans les transports?

Ecologie Economie d Energie

P7669 MACHINE A VAPEUR MINIATURE P7669R A mouvement alternatif P7669T Turbine

association adilca LE COUPLE MOTEUR

allianceautopropane.com

Production d eau chaude sanitaire thermodynamique, que dois-je savoir?

Notions physiques Niveau 2

PNEUS FREINS ABS ESP HUILE VITESSES

LIVRET DE SUIVI ET D'EVALUATION

Bilan des émissions de gaz à effet de serre. Année 2011

2012 LE NOUVEAU LABEL PNEUMATIQUE EUROPÉEN

Résumé de l étude réalisée par CO 2 logic pour le compte de la STIB

Recensement des flottes de véhicules à motorisation alternative en Rhône-Alpes

Energie: quelques chiffres

Toujours pionnier, Opel fait progresser la mobilité électrique

ASHRAE Montréal STM Construction du centre de transport Stinson. 16 mars 2015

Gestion moteur véhicules légers

Chapitre 6 ÉNERGIE PUISSANCE - RENDEMENT. W = F * d. Sommaire

Un siècle d innovations

THEME 2. LE SPORT CHAP 1. MESURER LA MATIERE: LA MOLE

TOTAL EXCELLIUM DIESEL l assurance d une consommation maîtrisée

L ÉLECTRIFICATION DU TRANSPORT INDIVIDUEL LE SAVEZ-VOUS?

Capture et stockage du CO2 (CCS)

I. Introduction: L énergie consommée par les appareils de nos foyers est sous forme d énergie électrique, facilement transportable.

GIRAFE ENERGIES RENOUVELABLES MATERIAUX RENOUVELABLES LA SYNERGIE PARFAITE

Comment réduire les émissions de CO 2? Les réponses de l'ifp

MetROCab VÉHICULe ÉLeCtRIQUe À RaYON D action ÉteNDU et DIFFÉReNtIeL ÉLeCtRONIQUe

NOTIONS FONDAMENTALES SUR LES ENERGIES

L énergie sous toutes ses formes : définitions

U N I O N D E S P R O F E S S E U R S D E P H Y S I Q U E E T D E C H I M I E 719 Les voitures électriques

THESE L ECOLE CENTRALE DE LYON

Diagnostic Gaz à effet de serre de l Institut National de Recherche en Sécurité (INRS)

SP. 3. Concentration molaire exercices. Savoir son cours. Concentrations : Classement. Concentration encore. Dilution :

Utilité écologique du recyclage du PET en Suisse

Nouveau Partner Electrique : 100% Partner, 100% électrique

Forum du 07 /04 /2011

Le Régime Fiscal des Véhicules

3.11 Instauration d un crédit d impôt remboursable pour l acquisition ou la location d un véhicule neuf écoénergétique

SECTEUR 4 - Métiers de la santé et de l hygiène

Physique Chimie. Utiliser les langages scientifiques à l écrit et à l oral pour interpréter les formules chimiques

ETUDE DU SYSTÈME 1 MISE EN SITUATION:

Energie Nucléaire. Principes, Applications & Enjeux. 6 ème /2015

PETIT GUIDE D ÉCO-CONDUITE

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SESSION 2013 SCIENCES. SÉRIES ES et L. Durée de l'épreuve : 1 h 30 coefficient : 2

Les Rencontres Scientifiques Colas

Rencontre des savoirs. L énergie électrique est-elle bien adaptée à une mobilité durable?

1- Résultats généraux Consommations moyennes pour l ensemble des voitures particulières * Unité : litre/100 km

1 RÉPUBLIQUE FRANÇAISE MINISTÈRE DE L EMPLOI, DE LA COHÉSION SOCIALE ET DU LOGEMENT ARRÊTÉ

La consommation d énergie

Transcription:

Le dimensionnement en «mécanique automobile» en 50 questions / réponses Les carburants alternatifs: comparaisons et influence sur les véhicules. Dominique GUÉRIN

Objectif de la présentation: Cette présentation n'a pas pour but de d'évoquer les adaptations (nécessaires) des moteurs (à allumage commandé) ou des systèmes d'alimentation, mais de comparer les carburants entre eux et de montrer les conséquences en terme de: - dimensions du véhicule et du moteur, - masses et dimensionnement des fonctions de la plate-forme nécessaires au maintien des performances et de l'autonomie, - mais aussi le ravitaillement.

Comparaison des carburants pour moteurs à allumage commandé: Le pouvoir énergétique. Carburant masse volumique énergie calorifique massique et volumique Essence: 750 kg/m 3 43,5 MJ/kg 32,6 MJ/litre GPL: 540 kg/m 3 46,1 MJ/kg 22,5 MJ/litre Méthane (GNV/GNC): 0,714 kg/m 3 50,0 MJ/kg 0,036 MJ/litre Alcool méthylique: 790 kg/m 3 19,7 MJ/kg 15,6 MJ/litre Alcool éthylique: 790 kg/m 3 26,8 MJ/kg 21,2 MJ/litre Hydrogène: 0,089 kg/m 3 120 MJ/kg 0,011 MJ/litre Hydrogène liquide: 70,8 kg/m 3 120 MJ/kg 8,5 MJ/litre L'essence est donc de loin le carburant ayant la plus forte «densité énergétique».

Comparaison des carburants pour moteurs à allumage commandé: Le prix énergétique. Compte tenu de leur pouvoir énergétique différent et du fait qu'ils sont vendus au litre (pas au kg ni au kw.h), il faut comparer 1litre d'essence à: - 1,45 litres de GPL liquide, ( bars - 905 litres de méthane (4,5 litres à 200-2,1 litres de méthanole (alcool méthylique), - 1,5 litres d'éthanole (alcool éthylique), - 2 964 litres d'hydrogène gazeux (plus de 4 litres à 700 bars), - 3,8 litres d'hydrogène liquide.

Comparaison des carburants pour moteurs à allumage commandé: L'émission de CO2 par litre consommé. Compte tenu de leur masse volumique différente rente: Essence: 750 kg/m 3 : 2 365 g de CO2/litre GPL: 540 kg/m 3 : 1 465 g de CO2/litre Méthane (GNV/GNC): 0,714 kg/m 3 : 1,98 g de CO2/litre * Alcool méthylique: 790 kg/m 3 : 1 086 g de CO2/litre Alcool éthylique: 790 kg/m 3 : 1 505 g de CO2/litre hydrogène: 0,089 kg/m 3 : 0,00 g de CO2/litre * hydrogène liquide: 70,8 kg/m 3 : 0,00 g de CO2/litre ( atmosphérique (à pression * Regardé comme cela (g de CO2/litre), le GPL et les alcools semblent intéressants.

Comparaison des carburants pour moteurs à allumage commandé: L'émission de CO2 par MJ fourni. Rappel: Le CO2 est la combinaison des atomes de Carbone d un carburant avec les molécules d oxygène de l air: C + 02 = CO2 12g de carbone + 32 g d oxygène = 44g de CO2. Pour une énergie calorifique fournie donnée, le CO2 émis dépendra du % de cette énergie fournie par la combustion du Carbone. Exemples: Essence: 86% de carbone en masse, 72,5 g de CO2/MJ GPL: 82% de carbone en masse, 65,2 g de CO2/MJ Méthane (GNV/GNC): 75% de carbone en masse, 55,0 g de CO2/MJ Alcool méthylique: 37,5% de carbone en masse, 69,8 g de CO2/MJ Alcool éthylique: 52% de carbone en masse, 71,1 g de CO2/MJ Hydrogène 0% de carbone en masse, 00,0 g de CO2/MJ Mais regardé ainsi, le GPL ne fait gagner que 10% et les alcools pas grand chose...

Besoin en volume de carburant pour «maintenir» l'autonomie: C'est la place prise dans le véhicule pour le carburant. Pour emporter l'équivalent énergétique de 50 litres d'essence soit 1 631MJ, il faut : 65 litres de GPL 104 litres d'alcool méthylique 77 litres d'alcool éthylique 45 305 litres de méthane gazeux 152 227 litres d'hydrogène gazeux 192 litres d'hydrogène liquide

Influence du carburant sur la masse du réservoir et celle du véhicule. Pour transporter l'équivalent énergétique de 50 litres d'essence, soit 1 631MJ, qui pèsent 37,5kg, + 10kg de réservoir, il va falloir: - 65 litres de GPL (+ 20% de volume d'expansion) qui pèsent 33kg + 33kg de réservoir. Soit +28 litres et + 28,5 kg de réservoir - 4,5 kg (de carburant).. - 104 litres d'alcool méthylique qui pèsent 82kg. Soit +54 litres et +10kg de réservoir + 44,5 kg (de carburant). - 77 litres d'alcool éthylique qui pèsent 61kg. Soit +27 litres et +5 kg de réservoir + 24 kg (de carburant). - 45 305 litres de méthane (ou 180 litres à 250bars) qui pèsent 33kg + 180kg de bouteilles en acier ou 55kg de bouteilles en carbone bobiné. Soit +130 litres et + 170 (ou +50) kg de réservoir - 4,5kg de carburant. - 152 227litres d'hydrogène (ou 217 litres à 700bars) qui pèsent 15kg. Soit +167litres et + 240kg de réservoir en carbone 22kg de carburant. - 192 litres d'hydrogène liquide, qui pèsent 14kg. Je n'ai pas de donné sur ce que pèserait un ensemble cryogénique de 200 litres blindé (pour le choc)...

Influence du carburant et du réservoir sur la masse du véhicule. Il est une loi généralement admise dans la littérature qui dit que pour porter, pousser, freiner, refroidir, choquer... 1kg supplémentaire, il faut 300g supplémentaires dans les fonctions de plate-forme (roues, pneus, freins, refroidissement, trains, direction, circuit carburant, suspension GMP, échappement, commandes...) et de GMP (moteur, embrayage, BV, transmissions, moyeux). Nos «surmasses» (carburant+réservoir) de la page précédente deviennent donc pour la voiture complète: GPL: + 31 kg Alcool méthylique: + 71 kg Alcool éthylique: + 38 kg Méthane: ( carbone ) +215 kg (acier) ou + 65 kg Hydrogène: ( carbone ) +284 kg

Les conséquences sur le moteur du véhicule utilisateur: Au premier niveau de motorisation, la masse requière 600cc de cylindrée moteur par tonne de masse véhicule. Au niveau de motorisation maximal, la masse requière 1200cc de cylindrée moteur par tonne de masse véhicule. Pour maintenir la performance: les carburants alternatifs vont donc se traduire par des augmentations de cylindrée de l'ordre de: GPL: Alcool méthylique: Alcool éthylique: Méthane: hydrogène: +18cc à + 37cc +43cc à + 86cc +23cc à + 46cc ( C +129cc (+39cc si Carb) à +258cc (+78cc si ( Carbone ) +170cc à +340cc

Les conséquences sur la consommation du véhicule utilisateur: Sur cycle, un moteur essence consomme: 2,5l aux 100km par litre de cylindrée. En plus de la consommation nécessaire à l'entraînement de la voiture. La masse, au travers d'un coefficient de roulement de 1% qui génère un effort de 98N/tonne représente une énergie à fournir de 9,8MJ pour 100km, soit 2,72 kw.h soit une consommation (à 205g/kW.h) de 558g soit avec une masse volumique de 750g/l: 0,74l/100km d'essence pour 1 tonne. La masse, au travers des accélérations du cycle, représente une énergie à fournir de 794kJ tous les 11km soit 7,2 MJ/100km soit 2kW.h/100km soit une consommation (à 205g/kW.h) de 410g soit avec une masse volumique de 750g/l: 0,55l/100km d'essence pour 1 tonne.

Les conséquences sur la consommation du véhicule utilisateur: Pour un véhicule GPL(+18cc à +37cc et +37kg): ( essence + 0,093l/100km (d'équivalent 0,048= +0,045 + soit en M1: +0,135l/100km de GPL pour cause de masse VODM. ( essence + 0,14l/100km (d'équivalent 0,048= +0,092 + soit en M4: +0,20l/100km de GPL pour cause de masse VODM. Pour un véhicule Méthanol(+43cc à +86cc et +71kg): ( essence + 0,202l/100km (d'équivalent 0,092= +0,110 + soit en M1: +0,42l/100km de méthanol pour cause de masse VODM. ( essence + 0,307l/100km (d'équivalent 0,092= +0,215 + soit en M4: +0,64l/100km de méthanol pour cause de masse VODM. Pour un véhicule Ethanol(+23cc à +46cc et +38kg): ( essence + 0,106l/100km (d'équivalent 0,049= +0,057 + soit en M1: +0,16l/100km d'éthanol pour cause de masse VODM. ( essence + 0,163l/100km (d'équivalent 0,049= +0,114 + soit en M4: +0,25l/100km d'éthanol pour cause de masse VODM.

Les conséquences sur la consommation du véhicule utilisateur: Pour un véhicule Méthane réservoir acier(+129cc à +258cc et +215kg): ( essence + 0,60l/100km (d'équivalent 0,28= +0,32 + soit en M1: +543l/100km de méthane pour cause de masse VODM. ( essence + 0,92l/100km (d'équivalent 0,28= +0,64 + soit en M4: +833l/100km de méthane pour cause de masse VODM. Pour un véhicule Méthane réservoir carbone(+39cc à +78cc et +65kg): ( essence + 0,18l/100km (d'équivalent 0,08= +0,10 + soit en M1: +163l/100km de méthane pour cause de masse VODM. ( essence + 0,28l/100km (d'équivalent 0,08= +0,20 + soit en M4: +254l/100km de méthane pour cause de masse VODM. Pour un véhicule Hydrogène gazeux(+170cc à +340cc et +284kg): ( essence + 0,79l/100km (d'équivalent 0,37= +0,42 + soit en M1: +2341l/100km d'hydrogène pour cause de masse VODM. ( essence + 1,22l/100km (d'équivalent 0,37= +0,85 + soit en M4: +3616l/100km d'hydrogène pour cause de masse VODM. Pour un véhicule Hydrogène liquide(+170cc à +340cc et +284kg): ( essence + 0,79l/100km (d'équivalent 0,37= +0,42 + soit en M1: +3,0l/100km d'hydrogène pour cause de masse VODM. ( essence + 1,22l/100km (d'équivalent 0,37= +0,85 + soit en M4: +4,7l/100km d'hydrogène pour cause de masse VODM.

Synthèse Écart masse Écart masse Écart masse Ecart de Consommation Carburant Cylindrée Consommation carburant réservoir voiture consommation totale Essence Référence 7 0 0 0 0 7 GPL +18cc à + 37cc 10,14-4,5 28,5 31 0,13 à 0,20 10,3 Alcool méthylique +43cc à + 86cc 14,63 44,5 10 71 0,42 à 0,64 15,1 à 15,3 Alcool éthylique +23cc à + 46cc 10,76 24 5 38 0,16 à 0,25 10,9 à 11 Méthane réservoir acier +129cc à +258cc 6339-4,5 170 215 543 à 833 6882 à 7172 Méthane réservoir carbone +39cc à +78cc 6339-4,5 50 65 163 à 254 6502 à 6593 Hydrogène gazeux +170cc à +340cc 20745-22 240 284 2341 à 3616 23086 à 24361 Hydrogène liquide +170cc à +340cc 26,8-22 240 284 3,0 à 4,7 29,8 à 31,5

Le ravitaillement: Pour ravitailler dans le même délai: Si une pompe à essence débite de l'ordre de 60l/mn, soit 50 secondes pour 50litres: Il faudrait débiter: 88 litres/mn de GPL, 130 litres/mn d'alcool méthylique, 94 litres/mn d'alcool éthylique, 60 000 litres/mn de méthane (ou 240 l/mn à 250 bars), 200 000 litres/mn d'hydrogène (ou 257 l/mn à 700 bars), 260 litres/mn d'hydrogène liquide, 32,6 MWatt électrique (11 000 Ampères en 300 volts).

Conclusion: Les «préparations», les «post équipements, voire même les véhicules «d'origine constructeur» avec carburants alternatifs ne présentent pas dans la majorité des cas les mêmes performances, ni les mêmes autonomies, ni les mêmes charges utiles que les véhicule «essence» car les constructeurs cherchent à maintenir le moteur d'origine ainsi que la charge maximale. Des véhicules «dédiés» seraient également moins performants, à autonomie restrainte et à temps de ravitaillement accru. Ne serait il pas «raisonnable» de commencer par proposer des véhicules conventionnels qui auraient ces caractéristiques: petit moteur, petit réservoir... moins lourd et beaucoup moins chers que les «dédiés».