Utilisation des différents types de biocarburants

Une fois les biocarburants produits, nous pouvons les utiliser pour faire tourner le moteur. Pour cela, il existe deux possibilités : soit on adapte le biocarburant aux moteurs existants souvent conçus pour fonctionner avec de l’essence et ses dérivés, (c’est la stratégie dominante actuelle), soit on adapte le moteur au biocarburant naturel. Avec cette deuxième solution, le biocarburant ne subit aucune transformation chimique. Nous présenterons d’abord la technique d'adaptation du biocarburant au moteur, puis celle de l'adaptation du moteur au biocarburant.

Les différents types de biocarburant nécessitent chacun une transformation chimique différente afin de s’adapter aux moteurs à essence classiques. Concernant les biocarburants oléagineux obtenus, une réaction chimique de trans-estérification permet de transformer l’huile végétale en biodiesel. Le biodiesel fonctionne de la même manière que le diesel dans le moteur. Il est donc possible de rouler avec un moteur diesel à ‘huile végétale pure' sans apporter d’importantes modifications au moteur. Cependant, la production de biodiesel étant aujourd’hui encore relativement coûteuse, il est plus rentable de mélanger ce biodiesel au gazole. Les proportions varient de 5 à 30 % en fonction du pays. En Europe, par exemple, le biodiesel est distribué à la pompe en mélange à 5% dans le gazole. Mélanger le biodiesel au gazole présente de nombreux avantages. Dans un premier temps, ce mélange possède un bon indice cétane (indice évaluant la capacité d'un carburant à s'enflammer), équivalent à celui du gazole. Ce mélange permet aussi de réduire l’émission de CO₂ dans l’atmosphère.

De même pour la filière des alcools, où l’éthanol produit est souvent mélangé à l’essence pour obtenir du bioéthanol compatible avec les moteurs à essence. Le mélange est fait à proportion variante en fonction des pays. Par exemple, il est incorporé jusqu’à 5% en Europe et jusqu’à 10 % aux Etats-Unis. Au Brésil, les proportions varient de 24 à 100% de bioéthanol dans l’essence. Ce mélange présente également de nombreux avantages. Premièrement, l’éthanol a une bonne aptitude à se mélanger avec de l’essence. De plus, il a un impact positif de combustion sur l’environnement car il permet encore une fois de réduire l’émission de CO₂  et d’hydrocarbures imbrûlés dans ces moteurs.

Enfin, nous pouvons dire que l’adaptation de biocarburants au moteur nous épargne des modifications complexes du moteur. Cette utilisation de biocarburant ne nécessite donc pas des moyens techniques très avancés. En effet, le simple mélange des biocarburants aux carburants actuels comme le gazole et l’essence, suffit à réduire la pollution environnementale liée à la combustion des énergies fossiles. Cette technique d’utilisation des biocarburants s’avère être relativement durable. Cependant, le fait de mélanger les biocarburants à d’autres sources d’énergies fossiles ne permet pas d’assurer l’autonomie des biocarburants en tant que source d’énergie indépendante. Ainsi, adapter le moteur aux biocarburants devient une solution intéressante. Elle consiste notamment à modifier la technique de combustion du moteur. Il existe aujourd’hui très peu de moteurs pouvant fonctionner avec des biocarburants. Voici deux exemples de moteurs pouvant fonctionner à l’huile végétale : le moteur Diesel et le moteur Elsbett.

Rudolf Diesel :

En 1897, à l’aube du développement de l’industrie  automobile, l’ingénieur allemand, Rudolf Diesel, invente le moteur Diesel et parvint à le faire fonctionner à l’huile végétale pure. 
Mais quelles sont les  particularités de ce moteur ? En premier lieu, il s’agit d’un moteur à combustion interne. La transformation de l’énergie thermique dégagée par la combustion du carburant en énergie mécanique (donc l’énergie responsable du fonctionnement du moteur), est faite à l’intérieur même du moteur. Le schéma ci-dessous résume bien le fonctionnement de ce moteur.

En premier lieu, on insère de l’air dans la chambre à combustion. Puis cet air est compressé. Lorsque la compression maximale est atteinte, le carburant est injecté. Cette injection directe est appelée le principe de bicarburation. Celui-ci s’auto-enflamme à cause de la haute température de la chambre à combustion liée à la forte compression, et produit une explosion. Finalement, l’énergie est dégagée.

Moteur Diesel

Une autre particularité du moteur réside dans le fait que son allumage est spontané. En effet, le fort taux de compression du moteur permet d’atteindre des températures très élevées allant de 700°C à 900°C dans la chambre à combustion. Ainsi, lorsque l’on injecte du carburant dans la chambre à combustion du moteur, celui-ci s’auto-enflamme immédiatement, (dû à la haute température de la chambre), l’allumage du moteur se fait donc spontanément et ne nécessite pas de bougies d’allumage. Cependant, des bougies de préchauffage permettant d’augmenter la température de la chambre de combustion, peuvent être utilisées pour permettre un meilleur démarrage du moteur à froid.

Enfin, le moteur Diesel peut fonctionner à l’huile végétale, donc des biodiesels peuvent être utilisés comme carburant. Le bilan énergétique et environnemental de l’utilisation de ce moteur avec de l’HVP (l'huile végétale pure) est cependant assez faible. Par conséquence, l'utilisation des biocarburants n'est ni très rentable économiquement, ni très durable écologiquement à l’heure actuelle. Voilà peut-être une raison pour laquelle au cours du XIXème siècle, des recherches ont été menées pour trouver une alternative de moteurs pouvant fonctionner avec des biocarburants.

Ces recherches furent efficaces. En 1979, Ludwig Elsbett mit au point le moteur Elsbett. Ce moteur doit son originalité au fait qu’il ait été spécifiquement conçu pour fonctionner à l’Huile Végétale Pure. Cependant, ce moteur à combustion interne peut aussi bien fonctionner à l’HVP qu’au diesel ou avec un mélange des deux, ce qui marque une innovation importante dans la motorisation à combustion interne.

Moteur Elsbett 

Analysons le fonctionnement de ce moteur particulier. Ce moteur fonctionne en quatre temps, comme le moteur Diesel. Sa température de fonctionnement est également très élevée: de l’ordre de 700°C à 900°C, permettant ainsi une combustion efficace avec un taux de particules fortement réduit mais produisant un plus fort dégagement d’ozone. Cependant, c’est la position et la forme particulière de certains éléments du moteur, notamment une chambre sphérique dans la tête du piston et l’inclinaison à 45° de l’injecteur qui permettent d’atteindre cette température si élevée. Comment cela se fait-il ? Nous allons expliquer.

Tout d'abord, l’inclinaison de l’injecteur, entraîne une plus forte pression. Lorsque l’on y injecte le biocarburant, l’inclinaison fait qu’un ‘tourbillon’ se créée dans la chambre à combustion de forme sphérique. Ensuite, puisque le carburant est en agitation et sous très haute pression, il atteint très rapidement lors de la combustion une très haute température.

Mercedes-Benz 1980

Dans les années 1980, certaines voitures Mercedes-Benz fonctionnaient avec un moteur Elsbett. En effet, à l’époque de sa conception, le moteur Elsbett était plus rentable que les moteurs Diesel. Cependant, aujourd’hui de nouveaux moteurs l’ont rattrapé en termes de rentabilité et d’efficacité, donc son utilisation n’est plus très répandue.

En conclusion, nous avons vu deux moyens alternatifs d’utiliser les biocarburants. La première alternative d’adapter le biocarburant au moteur est la plus utilisée aujourd’hui. Cette technique permet de répondre partiellement aux problèmes environnementaux liés à la consommation et à la combustion des énergies fossiles aujourd’hui. Cependant, cette solution ne semble pas être très économiquement viable car elle entraîne la hausse des prix du carburant. Voilà pourquoi, peu à peu, on essaye d’adapter le moteur au biocarburant, soit en créant de nouveaux moteurs (le moteur Elsbett) ou en modifiant des moteurs actuels (moteur Diesel). Actuellement, se développe dans le même esprit, l'idée de trouver des alternatives à la consommation et à la combustion des énergies fossiles. Par exemple, les voitures hybrides dont le moteur thermique serait capable de fonctionner avec des biocarburants, notamment du biogaz, seraient une des solutions. Cette science est en pleine expansion, motivée par le fait que la simple utilisation de ces biocarburants est écologiquement durable.

Voiture hybride