bioethanol.pdf

dossiertechnique

d i t a v e c l e c o n c o u r s d e l d u c a t i o n n a t i o n a l e

B i o c a r b u r a n t e 8 5 F l e x f u e l B i o ca r b u r

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La filirebiothanol

3 ANFA / dition 2009

D o s s i e r c r a v e c l a c o l l a b o r a t i o n d u :

G r o u p e m e n t N a t i o n a l p o u r l a F o r m a t i o n A u t o m o b i l e

c h r i s t o p h e n u n e S D A S i L V AF o r m a t e u r e x p e r t a u c e n t r e d e R o u v i g n i e s ( 5 9 )

n u n e s d a s i l v a c @ g n f a - a u t o . f r

La filire biothanol

Dossier technique La filire biothanol 4


sommaire

1. Introduction .................................................................................................................................................7 A. La consommation mondiale ....................................................................................................................... 7 B. Les ressources disponibles ........................................................................................................................... 8

2. Un dfi pour lavenir ....................................................................................................................................9 A. Le problme du transport ............................................................................................................................ 9 B. Le problme des gaz effet de serre ......................................................................................................... 9 C. Quest-ce quun biocarburant ? ............................................................................................................... 12

3. Les filires de production .........................................................................................................................14 A. Les solutions de production du biothanol pour les motorisations essence .................................. 16 B. Lutilisation de lthanol pur ...................................................................................................................... 21 C. Le mlange lessence ............................................................................................................................... 21 D. Les problmes lis la tension de vapeur ..............................................................................................22 E. La production dETBE ..................................................................................................................................23 F. Le bilan CO2 ..................................................................................................................................................24

4. Compatibilit du biothanol avec les moteurs .................................................................................... 26 A. Les modifications apportes sur un vhicule flex fuel .........................................................................26 B. Les adaptations du moteur ........................................................................................................................26 C. Les adaptations du vhicule ......................................................................................................................28 D. Les impacts sur le contrle moteur ........................................................................................................29 E. Ladaptation du fonctionnement .............................................................................................................. 31 F. La gestion du dmarrage froid ...............................................................................................................34 G. Les botiers dadaptation ............................................................................................................................35

5. Conclusion ................................................................................................................................................. 39

6. Pour en savoir plus ...................................................................................................................................40 A. La technologie ..............................................................................................................................................40 B. La production ...............................................................................................................................................40 C. La rglementation ....................................................................................................................................... 41 D. Le dbat sur les biocarburants ..................................................................................................................42


Dans le domaine nergtique, le recours aux nergies dorigine fossile est trs largement prpondrant dans tous les secteurs dactivit, et en particulier dans les transports. cependant, le constat de la rarfaction de ces nergies fossiles est rel et des alternatives permettent de prparer lavenir tout en

minimisant les effets sur la plante.

A. LA CoNsommAtIoN moNdIALe

Selon lAgence internationale de lnergie (Aie), la consommation mondiale en nergie va continuer crotre durant les trente prochaines annes.

Croissance nergtique

tep : tonne quivalent ptrole

Ainsi, toujours selon lAie, la demande mondiale en ptrole (hors biocarburants) devrait saccrotre de 1 % par an en moyenne, passant de 85 106 millions de barils par jour entre 2007 et 2030.

Bien entendu, ces prvisions restent dpendantes de lvolution des populations, des conomies, des modes de vie, des technologies

3.7 milliards hab5 milliards tep

19701.35 tep/hab

Source : Aie/BP stat review

+ 11% + 27%

6 milliards hab9.2 milliards tep

20001.5 tep/hab

8.2 milliards hab15.3 milliards tep

20301.9 tep/hab

1 introduction


B. Les ressoUrCes dIsPoNIBLes

Les quantits de ptrole restantes dans les rserves actuellement exploites sont relativement floues. cependant, la plupart des organismes de prospection saccordent dire quavec les rserves actuellement exploites et au rythme actuel de consommation, il faut chiffrer une quarantaine dannes les possibilits dexploitation du ptrole.

nanmoins, il reste encore dcouvrir , ou plutt exploiter, de nombreux gisements de ptrole connus des industriels mais actuellement difficiles daccs.

cela, il faut encore ajouter les ptroles non conventionnels (sables asphaltiques, bruts extra-lourds) pour obtenir un dlai supplmentaire dutilisation du ptrole.

Rpartition des ressources mondiales en 2004

64 Gb12 ans

19 Gb8,5 ans

87 Gb23 ans

48 Gb17 ans

727 Gb88 ans

Total monde : 1 149 Gb41 ans

Source : BP Stat Review 2004

102 Gb33 ans

102 Gb41,5 ans

Gb : Giga barils

1 introduction


A. Le ProBLme dU trANsPort

en 2005, le transport mondial, cest :une dpendance au ptrole hauteur de 98 %, une consommation denviron 50 % du ptrole produit (ce qui reprsente 20 % de la consommation mondiale dnergie),une croissance moyenne de lordre de 2 % par an.

Rpartition de la consommation de carburant dans le monde

38,7 %

2,7 %

Biocarburants

GPL

GNV58,6 %

Essence Gasoil

cette ultra-dpendance au ptrole du secteur du transport, ainsi que des besoins toujours croissants en nergie, font du problme du carburant utilis un enjeu en matire de recherche et de dveloppement.

B. Le ProBLme des GAz eFFet de serre

La rarfaction des ressources ptrolires nest pas le seul problme li au transport : la ncessit de rduire la consommation de ptrole est galement directement lie la volont de minimiser les missions de gaz effet de serre.

2 un dfi pour lavenir


Les gaz effet de serre dsigns par le protocole de Kyoto (1997) sont les suivants :Le dioxyde de carbone (cO 2),Le mthane (ch 4),Loxyde nitreux (n 2O),Lhexafluorure de soufre (SF 6),Les hydrofluorocarbures (hFc),Les hydrocarbures perfluors ou perfluorocarbures (PFc).

De tous ces gaz, le plus problmatique reste le cO2 rejet dans latmosphre des quantits bien trop importantes par les diffrents secteurs dactivits (transports, industries, agriculture, usage domestique).Ainsi, les missions de cO2 se sont leves en 2004 26 milliards de tonnes.

en poursuivant les missions actuelles, la quantit de cO2 doublera lhorizon 2050, atteignant plus de 50 milliards de tonnes par an, pour atteindre une teneur en cO2 dans latmosphre suprieure 1 000 ppm (parties par million) la fin du 21e sicle, concentration entranant trs certainement des drglements climatiques importants.

Les gaz effet de serre rgulent la temprature de la terre.

Ils sont indispensables pour maintenir une temprature viable mais, en quantit excessive, ils crent un risque de forte augmentation de la temprature de la terre et par consquent dun drglement climatique.

Leffet de serre

cOuche DOZOne



Daprs les climatologues, il faudrait stabiliser la teneur en cO2 450 ppm pour maintenir le rchauffement climatique en dessous de 2c, ce qui devrait permettre den limiter les consquences sur les cosystmes.

Pour en savoir plus sur leffet de serre, vous pouvez consulter Les transports routiers et le rchauffement climatique sur www.educauto.org/InfoTech.

Le secteur du transport est responsable hauteur de 23 % des missions de cO2 dans latmosphre. la demande des pouvoirs publics, les constructeurs automobiles dveloppent alors des solutions pour rduire ces missions de gaz effet de serre :

Amliorations des moteurs en vue de rduire leur consommation,Dveloppement de vhicules hybrides,Dveloppement du tout lectrique,Diversification nergtique base sur le GPL, le GnV, lhydrogne et les biocarburants.

Leffet de serreLes principales sources

cOuche DOZOne



C. QUest-Ce QUUN BIoCArBUrANt ?

Pour rpondre aux diffrentes contraintes en termes de disponibilit des ressources nergtiques dorigine fossile et pour contribuer la rduction des missions de gaz effet de serre, de multiples solutions sont envisages : une de ces solutions passe donc par les biocarburants.

Dfinition dun biocarburant (JO du 22/07/2007) : carburant constitu de drivs industriels tels que les gaz, alcools, thers, huiles et esters obtenus aprs transformation de produits dorigine vgtale ou animale.

Lappellation dagrocarburant existe galement et apparat plus souvent dans le domaine de lcologie pour ne pas crer de confusion avec la dnomination bio qui voque lagriculture biologique.

en fonction de la matire premire utilise et du produit fini souhait, il existe de nombreuses possibilits de production de biocarburants.

exemples (dfinitions partir de la Directive 2003/30/ce du Parlement europen et du conseil du8 mai 2003) :

Biothanol : thanol produit partir de la biomasse et/ou de la partie biodgradable des dchets et destin tre utilis comme biocarburant.

Biodiesel : ester mthylique produit partir dhuile vgtale ou animale, de qualit diesel et destin tre utilis comme biocarburant.

Biogaz : gaz carburant produit partir de la biomasse et/ou de la partie biodgradable des dchets qui peut tre purifi pour atteindre la qualit du gaz naturel.

Biomthanol : mthanol produit partir de biomasse (biogaz) et destin tre utilis comme biocarburant.

Bio-etBe : etBe (thyl tertio Butyl ther) produit sur la base de lthanol, le pourcentage en volume de bio-etBe considr comme biocarburant est de 47 % (nergie 47 % renouvelable).



Bio-mtBe : MtBe (Mthyl tertio Butyl ther) produit sur la base de mthanol, le pourcentage en volume de bio-MtBe considr comme biocarburant est de 36 % (nergie 36 % renouvelable).

Biocarburants de synthse : hydrocarbures de synthse ou mlange dhydrocarbures de synthse produits partir de la biomasse.

Huile vgtale pure : huile produite partir de plantes olagineuses (colza, tournesol, palme) et permettant de crer de leMhV (ester Mthylique dhuiles Vgtales) pour les vhicules diesel.



Aujourdhui il existe deux grandes filires de production des biocarburants :

la filire thanol qui comprend lthanol et letBe (thyl tertio Butyl ther) pour les vhicules essence, et la filire des huiles vgtales avec leMhV (esters Mthyliques dhuiles Vgtales) pour les vhicules diesel.

BiOcARBuRAntS

FILIre HUILes vGtALes

emHv(diesel)

etBe tHANoL

FILIre tHANoL

3 les filires de production


Production mondiale de biothanol en 2006

37 %

36 %15 %

10 %

2 % Brsil

37 Mtep

USA

Asie

Europe

Autres Pays

80 % de cette production sont utiliss comme carburant, les 20 % restants sont utiliss dans dautres secteurs (alimentaire, industrie pharmaceutique, chauffage).

Production mondiale dEMHV en 2006

Allemagne

46 %

17%

14%11%

7%

3 %

2 %

Brsil

Autres pays

USA

Italie

France

Autres pays europens

4 Mtep



A. Les soLUtIoNs de ProdUCtIoN dU BIotHANoL PoUr Les motorIsAtIoNs esseNCe

La production de lthanol dite de premire gnration est ralise partir de plantes sucrires (betterave, canne sucre) ou de plantes amylaces (pomme de terre, manioc) :

Plantes sucrires

thAnOL

Plantes amylaces

cO-PRODuitS(Glycol, glycrine)

La betterave et la canne sucre sont simplement broyes et presses pour obtenir un jus

sucr.

Lamidon doit tre hydrolys en sucres. Lhydrolyse est ralise par des enzymes (amylases et

amyloglucosidases)

FeRMentAtiOnDiStiLLAtiOn

Les sucres sont transforms en thanol par fermentation grce laction de micro-organismes dont les plus connus sont des

levures du genre Saccharomyces.Vient ensuite une tape de

distillation qui spare lalcool de leau.



Lthanol issu du processus de production de premire gnration ne remplacera jamais les besoins ptroliers. en effet, les volumes potentiels de production et la concurrence directe de cette production avec les filires alimentaires restent problmatiques.

cependant, son utilisation petite chelle en mlange lessence permet de rduire la teneur en carbone du carburant et permet ainsi de limiter les missions de cO2.

un deuxime procd appel de deuxime gnration est dj utilis, mais reste encore dans une phase de dveloppement. lavenir, les biocarburants seront produits partir de la biomasse cellulosique, cest--dire de cellulose, dhmicellulose et de lignine, provenant essentiellement :

de cultures ddies (peupliers, eucalyptus),de rsidus agricoles (pailles de crales, tiges de mas),ou de dchets organiques comme les boues des stations dpuration.

La production de biocarburants de deuxime gnration partir de cette biomasse cellulosique seffectue :soit par la voie thermochimique pour la production de carburant diesel de synthse,soit par la voie biochimique pour la production dthanol.



La production dthanol par la voie biochimique

Biomasse lignocellulosique

hydrolyse

FeRMentAtiOnDiStiLLAtiOnthAnOL

La biomasse est dcoupe encopeaux et prtraite afin de rendre la cellulose accessible

aux enzymes

Les enzymes (cellulases) cassent les chaines de cellulose en sucres

(hexoses et pentoses)



La production de biocarburants de deuxime gnration prsente plusieurs avantages :des volumes de biocarburants produits plus importants,un cot des matires premires plus faible,labsence de comptition avec les filires alimentaires,et labsence de co-produits valoriser (glycrine, glycol).

en revanche, lhydrolyse qui peut se raliser de deux faons diffrentes (hydrolyse chimique ou hydrolyse enzymatique) reste une tape trs coteuse et relativement longue dans la production dthanol. Les tudes actuelles visent amliorer la transformation des pentoses en thanol en ralisant une tape unique associant lhydrolyse la fermentation.

Caractristiques de lthanol

thanol essence (standard)

Formule chimique C2H5oH C7H16rapport H/C 3 2,29

masse molaire (g/mol) 46,07 102,5

densit (kg/m3) 794 735-760

Chaleur latente de vaporisation (kJ/kg) 854 289

distillation (C) 78,4 30-190

PCI (pouvoir calorifique infrieur) massique (kJ/kg) 26805 42690

PCI volumique (kJ/L) 21285 32020

rapport stchiomtrique 8,95 14,4

roN (indice doctane recherch) 111 95

moN (indice doctane moteur) 92 85

Les avantages de lthanol sur lessence sont les suivants :une bonne aptitude au mlange avec lessence,un trs bon indice doctane, et un rapport h/c plus important (pour rappel, isonergie, plus le rapport h/c est important, plus les missions de cO2 sont faibles), un impact moindre de la combustion sur lenvironnement (rduction du cO 2 mis et des hydrocarbures consomms).

Les principaux inconvnients de lthanol par rapport lessence ont trait : au Pci (Pouvoir calorifique infrieur) : celui de lthanol est infrieur de 1/3 par rapport celui de lessence, laugmentation de la tension de vapeur (en mlange lessence entre 0 et 40 %),et aux risques de dmixtion en prsence deau (sparation des phases essence et alcool).



Quest-ce que la tension de vapeur ?

Lorsquun produit svapore, ses vapeurs exercent une pression dans le milieu ambiant. La tension de vapeur sexprime en millimtres de mercure (mm de hg) ou en kilopascals (kPa) et se calcule une temprature donne pression atmosphrique. Plus la tension de vapeur dun produit est leve, plus il a tendance svaporer.

exemple de mesure de la tvr (tension de vapeur reid ) :

Pour en savoir plus sur la tension de vapeur et la courbe de distillation, vous pouvez consulter le site suivant :www.ec.gc.ca/cleanair-airpur/CAOL/transport/publications/ethgas/ethgas4fr.htm

Lecture de la tVRManomtre

eau 37,8c

chambre air(Vapeur)

chambre carburant



B. LUtILIsAtIoN de LtHANoL PUr

Lthanol utilis pur dans une base de motorisation essence adapte ce type de carburant offre des performances et des gains en missions de polluants trs intressants.

cependant, son utilisation pur pose des difficults :problme li aux capacits de production grande chelle,problme de dmarrage froid des vhicules.

Lutilisation de lthanol pur est donc rserve aux pays chauds ayant des possibilits de production importantes (Brsil, tats-unis).

Remarque : lappellation de lthanol dit pur est E100, mme si en ralit il sagit dun mlange de 95,6 % dthanol et de 4,4 % deau.

C. Le mLANGe LesseNCe

Lthanol est mlang lessence dans des proportions qui varient selon les pays.en europe, il y a aujourdhui jusqu 5 % dthanol dans toutes les essences (passage 7 % en 2010, puis 10 % en 2015). On le trouve galement sous la forme de superthanol e85 compos de 65 % 85 % dthanol selon les saisons.Au Brsil, la proportion dthanol dans lessence varie de 24 100 %. quant aux tats-unis, cette proportion est pour linstant fixe hauteur de 10 %.

mais l encore tout nest pas si simple !

comme le montre le graphique de la page suivante, lintgration dun faible pourcentage dthanol dans lessence (de 1 45 % environ) entrane une chute de la temprature dbullition du mlange et, par consquent, une augmentation de la tension de vapeur. linverse, une incorporation dthanol suprieure 50 % diminue la tension de vapeur du mlange.



Variation de la volatilit

90

Tension de vapeur du mlange essence / thanol

80

70

60

50

40

30

20

10

00 10 20 30 40 50

Taux d'alcool dans l'essence (%)60 70 80 90 100

TV Essence seule

De plus, en prsence dhumidit dans les circuits, lajout dthanol provoque la formation dun mlange eau / thanol qui se spare de lessence et constitue une source de dysfonctionnements pour les moteurs.

d. Les ProBLmes LIs LA teNsIoN de vAPeUr

Lincidence de la tension de vapeur sur le fonctionnement du moteur est directement lie la temprature dutilisation de ce dernier.

en rsum : une tension de vapeur trop leve entrane un risque de vapor lock moteur chaud (difficults de dmarrage), une tension de vapeur trop faible provoque une vaporisation insuffisante et donc un dmarrage froid difficile, voire impossible.

Vapor lock : appel aussi vapour lock, ce phnomne est un problme d lvaporation du carburant dans son circuit de distribution, formant ainsi un bouchon de vapeur gnrant un manque de puissance du moteur, voire une impossibilit de dmarrage chaud.

Pour rsoudre ces problmes lis lutilisation de lthanol anhydre en faible mlange (e5- e10-e15), on transforme lthanol en etBe.



e. LA ProdUCtIoN detBe

LetBe (thyl tertio Butyl ther) est un produit de synthse fabriqu partir dthanol et disobutne issu du raffinage du ptrole.

Principe de production par thrification

Lutilisation de carburant comprenant de letBe ne pose pas de problmes particuliers : letBe est un excellent composant des essences et prsente par rapport lthanol lavantage dune tension de vapeur favorable et dune parfaite compatibilit avec les autres composants.

De plus letBe a lavantage davoir des proprits nergtiques beaucoup plus proches de celles de lessence (heptane) et dtre insensible leau, ce qui supprime les problmes de dmixtion.

h3c

rACtIoN eXotHermIQUe

1 molcule

1 molcule1 molcule

ch2

ch2

h3c

iSOButnec4h8

thAnOLc2h5Oh

etBec6h14O

h3c

Oh

h3c

ch3

ch3

c O

ch2 ch3



Caractristiques de lETBE

thanol essence (standard)

etBe

Formule chimique C2H5OH C7H16 C6H14o

rapport H/C 3 2,29 2,33

masse molaire (g/mol) 46,07 102,5 102

densit (kg/m3) 794 735-760 750

Chaleur latente de vaporisation (kJ/kg) 854 289 321

distillation (C) 78,4 30-190 -

PCI (pouvoir calorifique infrieur) massique (kJ/kg) 26805 42690 35880

PCI volumique (kJ/L) 21285 32020 26910

rapport stchiomtrique 8,95 14,4 12,1

roN (indice doctane recherch) 111 95 117

moN (indice doctane moteur) 92 85 101

remarque : letBe est parfois remplac par le MtBe (Mthyl tertio Butyl ther) qui prsente des proprits chimiques similaires. Le MtBe est produit partir de mthanol (biogaz) et il a comme inconvnient de gnrer une pollution des sols.

F. Le BILAN Co2

Dun point de vue nergtiqueLe rendement nergtique dfini comme le rapport entre lnergie restitue sur lnergie non renouvelable mobilise pour les filires de production dthanol de bl et betterave est de 2, comparer avec le rendement pour la filire essence de 0,87 (chiffres ADeMe).Le rendement nergtique des filires etBe de bl et betterave est voisin de 1 (chiffres ADeMe).

Remarque : il faut noter que ces rsultats sont obtenus partir de calculs effectus sur la production dthanol dans des pays dvelopps et sur des surfaces agricoles ddies. De plus, ces calculs prennent en compte la valorisation des coproduits, ce qui nest pas toujours le cas selon lorganisme qui ralise les calculs.



Dun point de vue des missions de CO2en comparant les missions de cO2 la sortie chappement dun vhicule fonctionnant lessence avec celles dun vhicule fonctionnant au biothanol e85, le gain est plutt faible.

cependant le calcul est plus complexe car, pour effectuer un bilan cO2 complet, il faut mesurer les gaz rejets de la production du carburant jusqu sa consommation. ce bilan est dit du puits la roue .

Dans ce cas, les filires de production de biocarburants prsentent un gain important par rapport aux filires de carburants fossiles.

Le biocarburant tant fabriqu partir de matires premires renouvelables, les missions nettes de cO2 ne proviennent que des nergies fossiles utilises pour la culture et la transformation des matires premires.

Bilan des missions CO2 selon origine du carburant

200

32 % 34 %

87 %

45 %120

160

80

20

180

100

40

140

60

0essence etOh

betteravegazole

Source : Jec WtW Study Mars 2007

etOh bl etOh canne

eMhV

g q

. cO

2 / k

m



Finalement, les proprits de lthanol et de lessence montrent quil nest pas si simple dobtenir un carburant de qualit en les mlangeant.

Pour les constructeurs automobiles europens, laffaire fut tout aussi complexe pour adapter les vhicules essence la technologie FFV (Flex Fuel Vehicle).

A. Les modIFICAtIoNs APPortes sUr UN vHICULe FLeX FUeL

Pour adapter leur motorisation, les constructeurs ont d se confronter aux problmes suivants :Les vhicules flex fuel doivent pouvoir fonctionner avec :

- du superthanol e85,- 100 % dessence sans plomb,- un mlange des deux.

Le biothanol est plus corrosif et possde un pouvoir de lubrification plus faible.Le biothanol possde un pouvoir nergtique infrieur.Son indice doctane est plus lev que celui de lessence.

B. Les AdAPtAtIoNs dU moteUr

Piston graphit

Injecteurs dbit augment

Soupapes nitrures et Siges de soupapes

renforcs

Moteur 4KM de la Renault Mgane

4 compatibilit du biothanol avec les moteurs


Les pistons et siges de soupapes sont renforcs pour rsister : la hausse de la temprature, la pression de combustion plus importante due la chaleur latente de vaporisation et lindice doctane du biothanol plus lev.

Des modifications sont galement apportes aux systmes dinjection et dallumage.

Les injecteursun dbit plus important est ncessaire car le Pci volumique plus faible du biothanol ncessite une consommation plus importante (environ 25 30 %).

Injecteur de Peugeot 206 Bioflex

La rampe dinjectionPour tre renforce, la rampe dinjection est construite dans un matriau prvu pour rsister au biothanol et une pression de carburant plus leve.

Rampe dinjection de Peugeot 206 Bioflex



Les bougiesLes tempratures de combustion plus importantes imposent une baisse du degr thermique.

C. Les AdAPtAtIoNs dU vHICULe

Matriaux du rservoir et du circuit carburant

Canister et tuyaux

Calculateur moteur

Sondes oxygne

Renault Mgane 1,6 l

Le biothanol tant plus corrosif que lessence, il est prvu :une isolation des connecteurs et une rsistance contre une usure prmature,un renforcement des polymres pour les canalisations,et une modification du canister avec une capacit de stockage plus importante.



Lchappement reoit galement un nouveau matriau acier / inox plus rsistant la corrosion.

La sonde oxygne est renforce pour rsister la prsence deau plus importante dans les gaz dchappement. De plus, le traitement du signal de la sonde oxygne doit tre modifi pour tenir compte de l offset du signal sonde d loxygne contenu dans le carburant.

d. Les ImPACts sUr Le CoNtrLe moteUr

Pour fonctionner correctement, le calculateur doit connatre prcisment le taux dalcool prsent dans le carburant.

Pour cela, deux modes de reconnaissance sont possibles :le capteur dthanol qui permet une mesure directe du taux dalcool dans le carburant,

Capteur taux dalcool dune Ford Focus

et la reconnaissance logicielle au travers dun calculateur qui reconnat la proportion dthanol grce lexploitation de linformation richesse.

Groupe pompe / jauge de la Peugeot 206 Bioflex

Le tarage du rgulateur est modifi entre 4,5 et 5 bars selon les motorisations.

Le filtre carburant nest plus intgr au groupe pompe / jauge.



Exemple de procdure de dtection (Peugeot)

en fonction des constructeurs, dautres procdures de dtection peuvent exister : Renault, par exemple, utilise une procdure de reconnaissance en temps rel.

Botier habitacle (BsI)

Dtecte la modification du niveau de carburant (6 litres)

Calculateur

calcul le temps de consommation de lancien carburant prsent dans les tuyaux

Injecteur

quantit dessence injecte pour une richesse dtermine

sonde Lambda

Mesure de la quantit dO2 rejete pour ce mme dosage lchappement

Lancement de la procdure de reconnaissance de la proportion essence / thanol

Modification/Adaptation de la richesse

PhASe 1

PhASe 2

PhASe 3



e. AdAPtAtIoN dU FoNCtIoNNemeNt

Lavance lallumageLindice doctane du e85 tant plus lev et la chaleur latente de vaporisation permettant un meilleur remplissage du cylindre, le calculateur adapte lavance lallumage et augmente ainsi les performances du moteur.

Dcalage de la zone cliquetis en fonction du carburant utilis

Avances exploitables fortes charges

30

25

20

15

10

5

01000 1500 3500

rgime (tr/mn)

A_v

ol (d

eg.v

)

2000 4000 55002500 4500 60003000 5000 6500

E 0

E 85

Source : confrence CNAM Contraintes et mise au point des vhicules flex fuel

Pour en savoir plus sur les phnomnes lis la vaporisation du carburant, vous pouvez consulter Stratgies dinjection et amlioration des performances sur www.educauto.org/InfoTech

PMH

ESSENCE

AVANCECLIQUETIS

AVANCEOPTIMALE

PMH

E 85

AVANCECLIQUETIS

AVANCEOPTIMALE



La boucle de rgulation de richesseen essence, le dbouclage se fait pour limiter la temprature lchappement, les bonnes proprits de le85 et plus particulirement son indice doctane lev permettent daugmenter lavance lallumage et, par consquent, de diminuer les tempratures lchappement. Les limites de dbouclage de la richesse sont alors repousses, ce qui amliore entre autres la gestion de la dpollution.

La modification du temps dinjectionLe Pci de le85 tant plus faible, le calculateur doit adapter son temps dinjection afin daugmenter la quantit de carburant injecte.

Il faut 1,4 litre dE85 pour disposer de la mme nergie que dans 1 litre dessence.

Sur un vhicule type essence fonctionnant le85, il faut compter sur une surconsommation denviron 40 % sur les faibles et moyennes charges.Le85 ayant un indice doctane trs lev, son efficacit est bien plus marque sur les fortes charges, la surconsommation tombe alors entre 20 et 30 %.

carts sur les temps dinjection (Renault Mgane 1,6 L)

18000,00

18000,00

16000,00

13000,00

11000,00

17000,00

14000,00

15000,00

12000,00

10000,001000 3000 50002000 4000 60001500 3500 55002500 4500 6500

rgime (tr/mn)

tem

ps d

inje

ctio

n (

s)

E 0

E 85

+ 40 %




Sur le cycle europen MVeG (Motor Vehicle Emissions Group), la consommation volumique dun vhicule flex fuel augmente de 35 40 %.hors cycle, plus la charge moteur augmente, plus lcart de consommation diminue.

en effet, la chaleur latente de vaporisation permet daugmenter le remplissage du cylindre par refroidissement du mlange et, forte charge, la possibilit de maintenir lavance optimale permet galement daugmenter de quelques points le rendement du moteur et ainsi de rduire la consommation.Bien entendu, ces valeurs de consommation sont valables pour un vhicule fonctionnant uniquement avec de le85.

Pour un vhicule flex fuel, lcart de consommation sera fonction du taux dalcool prsent dans le rservoir.

Surconsommation en fonction de la teneur volumique en thanol

80 %

40 %

60 %

20 %

70 %

30 %

50 %

10 %

0 %0 % 40 %

teneur volumique en thanol (%)

surconsommation massique / e0

surconsommation volumique / e0

e 8580 %20 % 60 % 100 %




Comparaison partir de mesures effectues sur vhicule

reNAULt mGANe 1,6 l essence e85 cart

Niveau de dpollution Euro4 Euro4 -

Consommation (l/100 km) 6,8 9,2 + 35%

missions de Co2 (g/km) 160 151 - 6%

missions de Co2 (g/km) du puits la roue 184 115 -38%

Les missions de cO2 du puits la roue sur un vhicule e85 sont en moyenne 40 % plus faibles que sur un vhicule essence. en effet, ce calcul tient compte en particulier de la quantit de cO2 absorbe par les plantes lors de leur dveloppement et de la valorisation des coproduits.

F. LA GestIoN dU dmArrAGe FroId

Le dmarrage du moteur avec de lthanol pur (e100) devient difficile pour des tempratures infrieures 13 c.Pour des vhicules prvus pour fonctionner avec de le100, comme au Brsil, les constructeurs ont donc d adapter des systmes additionnels sur leurs modles.

Exemple : montage Peugeot 206 Bioflex (Brsil)

Rservoir dessence de 5 7 litres ajout au circuit dalimentation

Collecteur spcifique avec gicleur lectrovanne



La quantit dessence injecte lors du dmarrage dpend de la temprature du moteur, de la proportion dthanol prsente dans le rservoir principal et du nombre de tentatives de dmarrage.

Pour les versions commercialises en europe, les systmes additionnels de dmarrage lessence tant interdits, le taux dthanol est fix 85 % maximum (e85) et sa proportion par rapport lessence (SP95) varie en fonction des saisons pour permettre un dmarrage du moteur sans difficults :

en hiver , du 16 novembre au 15 mars, le85 commercialis comprend 65 75 % dthanol, soit en moyenne 70 % dthanol (e70).

la mi-saison , cest--dire du 16 mars au 1er mai et du 1er octobre au 15 novembre, le85 commercialis comprend entre 70 et 80 % dthanol, soit en moyenne 75 % dthanol (e75).

en t , du 1er mai au 30 septembre, le85 commercialis comprend entre 75 et 85 % dthanol, soit en moyenne 80 % dthanol (e80).

Souvent complt par un systme de rchauffage du carburant, lusage de ces proportions dthanol permet un dmarrage plus facile du vhicule.

G. Les BotIers dAdAPtAtIoN sUr moteUr esseNCe

Sur le march, il existe aujourdhui des botiers dadaptation qui permettent un vhicule essence de fonctionner avec du carburant e85.

ces botiers agissent uniquement sur le temps dinjection afin dintroduire une quantit plus importante de carburant avec une prcision variable en fonction de la nature du botier utilis.



il existe aujourdhui deux grandes familles de botiers :

Le botier simpleil se contente uniquement de modifier la dure douverture de linjecteur sans tenir compte de linformation richesse ou encore du taux dalcool prsent dans le rservoir.

un simple branchement en drivation des injecteurs suffit :

Source : www.ethanolbox.fr



Le botier adaptatifil modifie la dure douverture de linjecteur en fonction des informations richesse, temprature deau et temprature dair quil rcupre sur les capteurs du systme dinjection dorigine.

ce systme plus volu permet dadapter laugmentation de la dure dinjection en fonction du taux dalcool prsent dans le rservoir.

Source : www.kit-ethanol85.com



rglementation

Sur le plan administratif, toute transformation du circuit dalimentation en carburant dun vhicule neuf ou occasion, impose la modification de la carte grise en bicarburation.

Pour effectuer la modification de la carte grise, la Prfecture demande une validation de la DRIRE en rception titre isol.Cependant, pour la DRIRE, la simple pose dun kit noffre pas assez de garantie sur la fiabilit du moteur et du systme dinjection.

Par consquent toutes les demandes sont aujourdhui refuses.De plus, sans la carte grise modifie, les vhicules quips dun kit sont systmatiquement refuss au contrle technique.

Autre particularit : les modifications ralises sur les vhicules flex fuel par les constructeurs garantissent le bon fonctionnement du moteur. En revanche, les botiers dadaptation au fonctionnement trs basique peuvent gnrer des dysfonctionnements long terme qui ne seraient pas pris en charge par les constructeurs.



Sur le plan mondial, le march du biothanol est un march en dveloppement et sa prennisation dpend directement du soutien des pouvoirs publics et du dveloppement des filires de production.

Daprs les objectifs de consommation et de production en biocarburants des principaux pays concerns (tats-unis, Brsil et union europenne), la consommation totale de biocarburants pourrait reprsenter prs de 60 Mtep en 2015, faisant passer la part des biocarburants de 1,3 % actuellement un peu plus de 3 % de la consommation mondiale de carburants (chiffres iFP).

De plus, ces capacits de production devraient encore progresser avec le dveloppement des biocarburants de deuxime gnration pour le biothanol et de troisime gnration pour le biodiesel (procd Fischer-tropsch).

enfin, en rponse aux pouvoirs publics qui imposent lintgration dune quantit toujours croissante de biocarburants dans le carburant dorigine fossile, les industriels sont amens rechercher de nouvelles technologies au niveau du vhicule.

Ainsi, bien que la possibilit dutiliser du biocarburant ait t voque il y a dj plusieurs dcennies, il en ressort que nous ne sommes quau dbut de son rel dveloppement, car son impact sur leffet de serre semble favorable et devrait samplifier grce aux futures techniques de production.

Les biocarburants, et en particulier le biothanol, contribueraient donc rellement une diversification des alternatives au ptrole.

Synthse des dveloppements futurs dnergie alternative

Source : IFP

2000 203020202010

Probabilit

1re gnrationGNv

BiodieselBiothanol

2e gnrationdveloppement GNvthanol (lignocellu-

losique)Biodiesel GtL

(gaz vers liquide)

3e gnrationBtL

(biomasse vers liquide)

CtL(charbon vers liquide)avec captage du Co2

Hydrogne

reCHer

CHe et

dveL

oPPem

eNt

5 conclusion


A. LA teCHNoLoGIe

cette partie du site du Ministre de lenvironnement canadien prsente des informations techniques sur lutilisation de lthanol dans les moteurs :

www.ec.gc.ca/cleanair-airpur/CAOL/transport/publications/ethgas/ethgastocfr.htm

cette page offre laccs aux supports de nombreuses confrences dont celle de Renault contraintes et mise au point des vhicules flex fuel (2007) plusieurs fois cite dans ce dossier technique :

www.cnam.fr/turbomachines-moteurs/publications

issu dun partenariat entre le ministre de lducation nationale et lAnFA, le centre national de ressources pour la formation automobile propose diverses publications sur de nombreux domaines dont le remplissage moteur, leffet de serre

www.educauto.org

B. LA ProdUCtIoN

LiFP (institut Franais du Ptrole) propose des tudes sur la recherche et le dveloppement des technologies autour des biocarburants :

www.ifp.fr

exemple de liens : Dossier biocarburants et hydrogne (voir galement les liens au bas de cette page internet) www.ifp.fr/actualites/dossiers/les-biocarburants Synthse 2007 sur les biocarburants www.ifp.fr/information-publications/notes-de-synthese-panorama/panorama-2007

La socit suisse eneRS energy concept prsente les procds de fabrication du biothanol de premire et de deuxime gnration :

www.eners.ch (consulter plus particulirement la rubrique Dossiers)cette socit gre galement la Plateforme Biocarburants qui regroupe des acteurs des filires biocarburants :

www.plateforme-biocarburants.ch (voir en particulier limportante bibliothque de documents dans la rubrique Mdias).

6 pour en savoir plus


C. LA rGLemeNtAtIoN

Le site de lADeMe (Agence de lenvironnement et de la matrise de lnergie) propose des expertises et des analyses qui contribuent la mise en place des rglementations :

www.ademe.fr

exemples de liens : Sminaire sur la ressource biomasse (octobre 2005) : www2.ademe.fr/servlet/getBin?name=143E1824FD992EAB241DE790DD933ABF1147333520345.pdf Rapport sur les biogaz (septembre 2007) : www2.ademe.fr/servlet/getBin?name=7554D11A867CC73226EA33AE65BA52201195205449281.pdf Rfrentiel mthodologique danalyse des impacts des filires biocarburants (avril 2008) : www2.ademe.fr/servlet/getBin?name=C734DFFAFDD6BF4F737A712AD222EB751213881543624.zip Analyse comparative dtudes internationales portant sur les filires biocarburants (novembre 2006) : www2.ademe.fr/servlet/getDoc?cid=96&m=3&id=41339&p2=14228&ref=14228

Les sites de lunion europenne proposent les textes rglementaires dans diffrents domaines dont lenvironnement : http://europa.eu

exemple de liens : Synthse de la lgislation europenne http://europa.eu/scadplus/leg/fr/s14004.htm Rapport scientifique de la commission europenne sur le bilan du puits la roue (mars 2007) : http://ies.jrc.ec.europa.eu/uploads/media/WTW_010307.pdf

Le site de la confrence internationale sur les biocarburants de Sao Paulo (novembre 2008) : www.biofuels2008.com



d. Le dBAt sUr Les BIoCArBUrANts

Site prsentant notamment les enjeux et les positions des diffrents acteurs europens dans le dbat sur les biocarburants (mise jour rgulire) :

www.euractiv.com/fr/transport/biocarburants-transports/article-152943

Dpendant du ministre de lcologie, de lnergie et du Dveloppement durable et de lAmnagement du territoire, la Direction gnrale de lnergie et du climat prsente les diffrents discours, enjeux et rapports scientifiques sur les biocarburants :

www.industrie.gouv.fr/energie/sommaire.htm

Rapport de Greenpeace sur les bionergies au canada (juin 2007) : www.greenpeace.org/raw/content/canada/fr/documents-et-liens/documents/memoire-caaaq-ethanol.pdf

Site internet dun consultant dans le domaine de lenvironnement qui propose un certain nombre de rflexions et de prospectives sur lutilisation de lnergie et les missions de gaz effet de serre :

www.manicore.com et en particulier le texte que pouvons-nous esprer des biocarburants ? (dcembre 2004) : www.manicore.com/documentation/carb_agri.html


SigE NATiONAL

ANFA41-49 rue de la Garenne92313 Svres CedexTl. : 01.41.14.16.18 ; fax : 01.41.14.16.00 www.anfa-auto.fr

dlgations rgionales

ANFA Aquitaine, Poitou-CharentesParc technologique de Canteranne15 avenue de Canteranne - 33600 PessacTl. : 05.56.85.44.66 ; fax : 05.56.49.34.02e-mail : [email protected]

ANFA Auvergne, Limousin1 rue Kpler - 63100 Clermont-FerrandTl. : 04.69.16.78.40 ; fax : 04.69.16.78.41e-mail : [email protected]

ANFA Bretagne, Pays de la Loire2 cours des Allis - BP 40 816 - 35008 Rennes CedexTl. : 02.72.01.42.50 ; fax : 02.99.31.47.11e-mail : [email protected]

ANFA Centre, Basse-Normandie, Haute-Normandie98 rue des Htres - 45590 Saint Cyr en ValTl. : 02.72.01.42.20 ; fax : 02.72.01.42.21e-mail : [email protected]

ANFA Franche-Comt, BourgogneLe Forum - 5 rue Albert Thomas - 25000 BesanonTl. : 03.69.32.23.20 ; fax : 03.69.32.23.21e-mail : [email protected]

ANFA le-de-France41-49 rue de la Garenne - 92313 Svres CedexTl. : 01.41.14.13.07 ; fax : 01.41.14.16.56e-mail : [email protected]

ANFA Languedoc-roussillon, midi-Pyrnes570 cours de Dion Bouton - 30900 Nmes Tl. : 04.83.07.10.20 ; fax : 04.83.07.10.21e-mail : [email protected]

ANFA Lorraine, Alsace, Champagne-Ardenne1 rue Jean-Antoine Chaptal - 57070 MetzTl. : 03.69.32.23.10 ; fax : 03.69.32.23.11e-mail : [email protected]

ANFA Picardie, Nord-Pas-de-CalaisImmeuble Sanelec - ZAC La Valle Rue Antoine Parmentier - 02100 Saint-QuentinTl. : 03.61.32.14.40 ; fax : 03.23.64.30.36e-mail : [email protected]

ANFA Provence-Alpes-Cte dAzur, CorseParc Club des Aygalades - Btiment D35 boulevard du Capitaine Gze - 13014 MarseilleTl. : 04.83.07.10.00 ; fax : 04.91.90.97.72e-mail : [email protected]

ANFA rhne-Alpes40 rue Hlne Boucher69140 Rilliieux-la-PapeTl. : 04.72.01.43.93 ; fax : 04.72.01.43.99e-mail : [email protected]

Documents

bioethanol.pdf