Automobile et énergie

Éternelle question et épineux problème qui est devenu en 2018 un grand dilemme. En effet, depuis un demi-siècle, l'appétit des lobbies et le laxisme des autorités font que nous sommes maintenant entre deux précipices. D'un côté les problèmes de pollution et de réchauffement climatique, de l'autre une transition sociétale et technique vraiment très difficile.

Une chose est certaine, aujourd'hui comme hier, les fausses informations et les fausses-vérités sont pléthores, les vraies solutions rares et ignorées. Voici quelques chiffres non réfutables. Il peut y avoir des variations selon les sources mais c'est sans incidence sur l'analyse et les conclusions qu'on peut en déduire.

Mon vécu automobile

Depuis les années 1970, uniquement des moteurs essence : Simca 1000, Simca 1100, Talbot Horizon, Espace I (2ème version), Espace III, Citroën Picasso, KIA Niro hybride plug-in.

Après son achat, l'espace III à injection avait été équipé au GPL par aspiration (sans bonus) ; 369 070 km parcourus de 2000 à 2018. Le Citroën Picasso 1,8 Ess de 2001 acheté d'occasion en 2006 n'a en 2018 que ~150 000 km au compteur. Depuis mai 2018 le Kia Niro hybride plug-in assure 90% de nos déplacements.

Tableau de données

Ce tableau excel énergie automobile ou en pdf reprend des données physiques et donne leurs valeurs. Il met au clair quelques fausses-vérités et permet de faire des comparaisons.

Liens dans cet article

Des liens sont indiqués pour illustrer et compléter chaque rubrique.
Ils sont repérés dans le texte sous la forme £00
Certains contiennent des fausses-vérités.

Les carburants £01

Essence
1 litre d'essence pèse 0,702 kg, 1 kg fait 1,42 l.
1kg produit 42,7 MJ (mégajoule), soit 30,0 MJ par litre.

Gazole
1 litre de gazole pèse 0,855 kg, 1 kg fait 1,17 l.
1kg produit 41,9 MJ (mégajoule), soit 35,8 MJ par litre.

GPL
1 litre de GPL pèse 0,535 kg, 1 kg fait 1,87 l (état liquéfié).
1kg produit 46 MJ (mégajoule), soit 24,6 MJ par litre.

Super-Éthanol E-85
1 litre de super-éthanol pèse 0,776 kg, 1 kg fait 1,29 l.
1kg produit 29,2 MJ (mégajoule), soit 22,7 MJ par litre.

Les consommations en m3 £02
Essence : 10,5 millions m3
Gazole : voitures 27,7 ; camions + bus 11,5 ; total 39,2 millions.
Il faudrait aussi ajouter le fioul domestique de chauffage.

Rendement des moteurs

C'est le rapport entre l'énergie consommée et l'énergie mécanique restituée, voici les rendements de fonctionnement moyens :
- moteur thermique : entre 10 et 25 % (maximum 40%)
- moteur électrique ~70 % (maximum 92%)
Dans les bilans énergétiques globaux, on prend en compte l'énergie consommée pour produire le carburant ou l'électricité.

Le déséquilibre gazole / essence

Techniquement, le raffinage produit plus d'essence que de gazole. Un baril (159 litres) de pétrole brut produit en moyenne 72 L d'essence et 34 L de gazole (à usage carburant et chauffage). Malheureusement en France on a encouragé le gazole menant à plusieurs désordres prévisibles : raffinage déstabilisé, surcoûts de production et d'approvisionnement, pas de recherches sur des alternatives. Voir cet article de 2011 £03.

En France, pour ne pas faire concurrence au gazole, le GPL est indexé sur le prix du gazole. Une aberration qui a tué le GPL.

Pollution

Les normes et les techniques évoluent ; se méfier des idées reçues, et des arguments fallacieux sur des bases caduques. £04

Monoxyde de carbone CO
Gaz dangereux mais comme les mesures dans l'air ambiant sont en dessous des normes ce n'est plus un enjeu de santé majeur. £05

Oxydes d'azote NOx, NO, NO²
Le dioxyde NO² est quarante fois plus toxique que le CO. Les pics de concentration très supérieurs aux normes et sa dangerosité en font un enjeu inévitable de santé publique. £06

Particules, benzopyrènes
Si les mesures moyennes sont maintenant satisfaisantes, des pics avec des dépassements importants sont observés et obligent à des mesures ponctuelles drastiques.

Autres polluants
Ce sont les dérivés du soufre, les polluants organiques persistants POP, les poussières (pneumatiques, freins, ...), les hydrocarbures aromatiques polycycliques HAP et d'autres encore. Leurs méfaits sont parfois mal connus, parfois connus mais difficilement quantifiables, leur traitement n'est donc pas prioritaire. Cependant leur action simultanée pourrait amplifier fortement leurs effets.

Commentaire
Avec les récentes impositions n'y a pas théoriquement de carburant meilleur ou plus propre qu'un autre. En réalité les normes sont plus ou moins faciles à respecter techniquement, et surtout les valeurs réussies lors d'un test sont souvent complètement dépassées dans les cycles réels d'utilisation . Il y a encore à faire!
£11 £12
L'objectif de rejet CO2 pour 2021 n'est pas réalisable avec les véhicules actuels, sauf électriques. Voir ci-contre.

Effet de serre

Les émissions de gaz à effet de serre sont proportionnelles aux masses de carburant consommées. Le gaz à effet de serre prédominant est le CO². La quantité en gramme ramenée à l'énergie produite varie peu selon les carburants. Le mode de conduite a certainement plus d'incidence. £07

Certains considèrent qu'un bio-carburant n'a aucun effet. Faux car le bio-carburant annule l'absorption des plantes en rejetant dans l'atmosphère ce qui a été absorbé pendant la période de culture. Plus on fait de bio-carburant plus on diminue la capacité d'absorption de CO2. De plus, c'est autant de production alimentaire qui disparaît et qui déstabilise les prix des aliments.

Le protoxyde d'azote N²O est lui un gaz à très fort effet de serre ~300 fois plus puissant que le CO². Grâce aux pots catalytiques les moteurs en rejettent peu. Voir les valeurs des normes. £08 £09
L'Ademe donne +13,3% d'équivalent CO² en plus pour le gazole et -33% pour le GPL par rapport à l'essence. £10

Un véhicule électrique ne relâche pas de gaz à effet de serre, mais la part thermique dans la production électrique n'y échappe pas.

Normes de rejet

Ce sont les normes Euro 1 à Euro 6. Celle en vigueur depuis septembre 2018 est la norme Euro 6c. Voir le tableau de l'évolution des normes réalisé par Wokipi £08. Elles tendent à harmoniser les exigences entre les différents carburants. Des exigences techniques subsistent cependant et des variations importantes dans l'utilisation font que l'incidence d'une valeur normative est dans la réalité, soit moins forte, soit aggravée.

Objectif pour 2021 : 95 g de CO₂ par kilomètre parcouru. Calcul fait, pour l'atteindre il faut moins de 4,2 l/km en E10 et moins de 3,6 l/km en diesel.

Les motorisations hybrides

Le principe est simple : ne pas utiliser le moteur thermique quand le besoin en énergie mécanique est faible ; diminuer la puissance thermique globale et disposer d'un apport aux moments de forte sollicitations. Concrètement on met un moteur thermique de plus faible cylindrée et on ajoute une propulsion électrique en appoint au moteur thermique. Le moteur essence convient le mieux. A bien des égards la motorisation diesel-hybride est un non-sens.

Il existe plusieurs configurations possibles, en voici trois :
- moteurs électriques directement sur les roues, propulsion thermique à l'avant et propulsion électrique à l'arrière, avec l'avantage d'une propulsion 4x4.
- moteur électrique associé à une boîte de vitesses à double embrayage, système d'une grande efficacité, souple et vivace.
- une combinaison de ces deux configurations, mais c'est plus cher.
La consommation globale diminue de 20 à 25%, le réservoir est donc plus petit mais il faut ajouter les batteries, 2,5 à 4 kW.
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La motorisation électrique

Le rendement mécanique > 8 0 % est très supérieur au thermique.
L'impact effet de serre dépend du mode de production
L'autonomie est bridée par le stockage d'électricité et la recharge.
Les autres polluants sont très réduits ou inexistants.

Pour faire 1 km il faut ~ 150 à 200W selon les modèles, les parcours, les conditions atmosphériques, etc. Pour 300 km il faut donc 45 à 60 kW de batteries pour parcourir 300 km.
En France, l'électricité qui serait nécessaire au kilométrage en tout électrique des seuls véhicules particuliers en 2017 est 25% de l'électricité produite la même année. Comment y parvenir?

L'organisation de la recharge butte sur des problèmes cruciaux d'infrastructure et d'aménagement collectifs auxquels devront se soumettre les voitures électriques et leurs utilisateurs.
Une variante intéressante est un moteur thermique de charge, fonctionnant à régime quasi constant, donc au meilleur rendement, avec la propulsion 100% électrique.

Hybride rechargeable

C'est une automobile hybride ayant une capacité de batterie pour 40 à 60 km tout électrique. Quand cette réserve est épuisée le cycle hybride normal se met en marche automatiquement. L'avantage est de disposer d'une autonomie couvrant les petits déplacements souvent journaliers. La capacité batterie est de 9 à 12 kW. La recharge lente sur une installation domestique dure 3 à 4h. L'économie en carburant est substantielle.

Voici en exemple un Kia Niro PHEV moteur essence 1,6.
En électrique, ville et routes limitées à 80 km/h.
En hybride, 30% autoroutes, 60% voies rapides 110 km/h et 10% le reste. Les chiffres sur 12 mois en 2017-2018 sont re-calculés sur 10000 km.
En tout électrique 5220 km estimés soit 52 % et en hybride 48%.
Carburant E10 : 333 litres pour 488 \80
Consommation électrique (compteur dédié) 824 KWh ~ 110 \80.

Le coût total moyen est donc de ~ 6 \80 / 100 km .
Le rejet CO2 par l'essence est de 2280 g/l x 333 l ~760 kg.
Le rejet CO électrique est de 20g/ km x 5220 km = 104,4 kg

Les batteries

La production des batteries a besoin soit de nickel, de cobalt, de graphite ou de lithium. La ressource mondiale de lithium est limitée.
Le recyclage des batteries est surtout une question de moyens. Des usines expérimentales fonctionnent déjà. Les bilans restent à faire.

Les batteries lithium-Ion sont industrialisées depuis une vingtaine d'années. Certaines sont conçues et utilisées pour une quinzaine d'années, avec plus d'une dizaine d'années de fonctionnement.
Elles ne doivent pas être déchargées totalement. Les cycles de charge et de décharge doivent être respectés.
Il faut éviter leur échauffement > 80°C. Des ventilations sont souvent prévues pour dissiper la chaleur produite, notamment en charges rapides. Dans les régions avec des étés très chauds, les durées de vie pourraient être réduites.

De nouvelles batteries au graphène sont très prometteuses, tant du point de vue technique, capacité et recharge qu'écologiquement. A surveiller de près : £18

Taxation

Par principe d'égalité le prix des carburants devrait être calculé sur la masse, car proportionnelle à l'énergie consommée et au CO2 rejeté. Pour cela, 1 litre de gazole devrait coûter 20% de plus que l'essence. Ensuite, il est nécessaire d'équilibrer les besoins pour que le rapport des quantités d'essence et de gazole corresponde rationnellement au rapport de distillation du pétrole, soit 2/3-1/3.
Depuis deux décennies les pouvoirs ont craint la taxation.
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En 2017 il y a eu quatre fois plus de gazole que d'essence vendu en France. Ce n'est pas viable. Fin 2018 le prix du gazole rejoint celui de l'essence et devra encore évoluer. Pour atteindre l'écart nécessaire la taxation sur l'essence pourrait être moindre. Le GPL dont la taxation sous la pression du lobby diesel a été indexée sur le gazole est pénalisé par les augmentations du gazole et va disparaître si cette injustice n'est réparée. Le bioéthanol est une alternative pour abaisser le coût du kilomètre mais n'est une solution ni pérenne, ni globale.

Des solutions?

Les plus immédiates sont sans aucun doute :
- la diminution des déplacements individuels au profit de transports partagés, co-voiturage, prêts entre particuliers, etc.
- une diversification de moyens de transports plus efficaces.
- une amélioration des transports collectifs.
Il est tout à fait incompréhensible que des constructeurs nationaux ne préparent que des modèles hybrides haut de gamme.

Il y a 30 ans les pollutions et leurs causes étaient connues. De même pour les gaz à effet de serre et leurs effets climatiques. Les constructeurs français ont berné les automobilistes. Pourquoi en 2018 développent-ils des modèles "écologiques" haut de gamme?
Cessons de croire aux chimères, notre quotidien de demain dépend de nos exigences et de notre volonté d'aujourd'hui.