MCE-5 VCRi : repousser les limites de la réduction de consommation de carburant

Il est multi carburant

Le MCE‑5 VCRi : un moteur thermique qui prépare « l’après pétrole »

Chaque jour, nous consommons plus de pétrole que nous n’en découvrons. La raréfaction puis la quasi-disparition du pétrole est de ce fait inéluctable, ce n’est qu’une question de temps. Dès la prochaine décennie, la production de pétrole pourrait ne plus parvenir à couvrir entièrement les besoins du marché, avec une conséquence directe sur le prix du baril. Pour amortir les effets d’un pétrole cher, il sera nécessaire de mettre à contribution d’autres sources d’énergie. Pour cela, on aura recours à la biomasse (éthanol, alcools, EMC, huile végétale, EMHV, ETBE, MTBE), au gaz naturel, au charbon et à plus long terme, à l’hydrogène produit avec des énergies renouvelables ou du nucléaire.

Le déséquilibre entre offre et demande permet
de prévoir une forte hausse du cours du baril
de pétrole dans les 20 années à venir

La biomasse, qu’il s’agisse d’huiles, d’alcools ou de
biogaz est amenée à jouer un rôle important
dans les années à venir

Plusieurs scénarios sont possibles quant à l’utilisation de ces ressources énergétiques par l’automobile.

Le premier scénario, le plus probable à court terme, consiste à utiliser ces sources d’énergie non-pétrolières pour produire de l’essence et du gazole. Selon ce scénario, nous continuerons à disposer de carburants faciles à utiliser, pleinement compatibles avec les réseaux de distribution et le parc de véhicules existants. La production d’essence et de gazole de synthèse fera appel à des procédés d’hydrogénation ou de carbonisation. On devrait ainsi assister au développement des filières BTL (Biomass To Liquid), CTL (Coal To Liquid) ou GTL (Gas To Liquid) principalement basées sur les procédés Fischer-Tropsch ou Bergius et sur leurs variantes. Certaines unités de conversion pourront exploiter simultanément des sources d’énergie à forte teneur en carbone (charbon), et d’autres à faible teneur en carbone (gaz naturel) afin d’assurer un bilan carbone le plus neutre possible. L’énergie nucléaire pourrait fournir l’électricité, la chaleur et même l’hydrogène nécessaires à ces processus de transformation, en produisant un minimum de CO2. Selon ce premier scénario, la production d’essence et de gazole deviendrait progressivement une véritable industrie de synthèse, très proche de la pétrochimie.

Le deuxième scénario consiste à développer des véhicules adaptés à chaque carburant. Cela implique de prévoir un dispositif de stockage du carburant spécifique, ainsi qu’un moteur doté d’un taux de compression, d’un système d’alimentation et d’un programme de gestion adaptés. En ce cas, certains véhicules seraient conçus et optimisés pour rouler au gaz naturel, tandis que d’autres seraient adaptés à la combustion de l’éthanol, ou de diverses variétés d’essences. Cette approche est chère et complexe, car non seulement il faut modifier les véhicules, mais aussi, il faut prévoir un système de distribution approprié à chaque type de carburant. Selon ce deuxième scénario, il se pose divers problèmes de déploiement et d’acceptation du marché : il est par exemple difficile de vendre des véhicules au gaz naturel en l’absence d’un réseau suffisamment dense de stations distribuant du gaz. Par ailleurs, mettre en place un tel réseau alors que la flotte de véhicules fonctionnant au gaz est trop petite n’est pas rentable. Passer à d’autres carburants se heurte également à des problèmes d’habitudes de comportement et de sentiments d’insécurité rendant hasardeuse l’adhésion du public. Simplifier la distribution et l’utilisation des carburants est décisif : en France, au lieu de développer des stations distribuant de l’E85 (15 % d’essence et 85 % d’éthanol), on aurait pu incorporer en toute transparence davantage d’éthanol dans les carburants classiques sans aucune modification ni des stations-service, ni des véhicules. Cette stratégie aurait pu être retenue dans la mesure où l’agriculture n’est pas en mesure d’augmenter la teneur en éthanol de l’essence au point qu’il soit nécessaire de modifier les moteurs à essence.

Le pétrole va progressivement quitter le devant de la scène
pour laisser place à d’autres ressources énergétiques

Le taux de compression variable tel du MCE‑5 VCRi
permet d’optimiser l’usage de différents
carburants, de caractéristiques variables

Le MCE‑5 VCRi peut fonctionner indifféremment
au gaz ou à l’essence, avec un rendement meilleur
que celui d’un moteur à taux de compression fixe
exclusivement dédié au gaz ou à l’essence

Pour cet ensemble de raisons, il est probable que l’avenir repose sur un troisième scénario, qui soit une combinaison des deux premiers scénarios. En effet, les carburants classiques sont destinés à devenir des « cocktails » élaborés à partir de diverses sources d’énergie. De ce fait, il sera plus difficile d’en garantir les caractéristiques aussi précisément qu’aujourd’hui, sauf à ce qu’ils coûtent cher. Pour cette raison, il sera stratégique que les moteurs s’adaptent automatiquement à d’importantes variations en qualité et caractéristiques de ces carburants tout en en tirant le maximum de performance et de rendement à émissions polluantes minimales. Pour atteindre ce résultat, les moteurs devront être réellement flexfuel/multifuel, ce qui implique de disposer du taux de compression variable.

Le taux de compression est en effet la principale caractéristique permettant d’adapter un moteur à un carburant dont l’indice d’octane est plus ou moins élevé. Étant à taux de compression variable, le MCE‑5 VCRi peut s’adapter automatiquement à tout carburant, quel qu’en soit l’indice d’octane. Doté d’un système de gestion du moteur approprié, le MCE‑5 VCRi pourra demain « apprendre » à quel carburant il a affaire en détectant ses caractéristiques (détection de cliquetis sur certains points de fonctionnement). Ainsi, il pourra choisir son « programme » et fonctionner avec un taux de compression moyen élevé lorsqu’il consomme un carburant dont l’indice d’octane est élevé, et inversement pour un carburant à indice d’octane faible. Cette caractéristique fondamentale permet d’éviter tout phénomène de cliquetis lorsqu'est consommé un carburant à faible indice d’octane (exemple : SP 95 ou inférieur), et d’éviter toute perte de rendement inutile lorsqu'est consommé un carburant à indice d’octane élevé (exemple : SP 98, essence à forte teneur en éthanol, gaz naturel). Cette fonction permet également de démarrer par -20°C avec de l’éthanol pur, d’éviter d’additiver les carburants avec des agents antidétonants toxiques (exemple : MTBE), ou d’adapter automatiquement le programme de gestion du moteur aux fortes variations de qualité du gaz naturel selon sa provenance.

L’extrême flexibilité du MCE‑5 VCRi va ainsi permettre d’accompagner le développement de carburants nouveaux sans avoir à faire de concessions sur l’efficacité énergétique des moteurs, quels que soient les différents carburants qu’ils consomment. En effet, actuellement, les véhicules dits « flexfuel » reposent sur un compromis : lorsqu’ils fonctionnent à l’essence, leur rendement est moins élevé que celui des véhicules fonctionnant exclusivement à l’essence, et lorsqu’ils fonctionnent à l’éthanol, leur rendement est moins élevé que celui des véhicules qui ne consomment que de l’éthanol. Alors qu’ils sont prévus pour réduire les émissions de CO2, ces véhicules « flexfuel » n’utilisent pas les carburants au maximum de leur rendement : cette stratégie est contraire à l’objectif. Ce résultat provient de l’absence du taux de compression variable (VCR) : sans VCR, il est nécessaire de trouver un taux de compression intermédiaire qui soit un compromis acceptable. Ceci se fait au détriment de l’efficacité énergétique finale des véhicules « flexfuel », mais c’est la seule solution pour qu’ils puissent consommer à la fois de l’essence classique et de l’éthanol, ou de l’essence et du gaz naturel. À l’avenir, la technologie MCE‑5 VCRi va éliminer ce compromis de sorte que tous les carburants seront consommés à leur maximum de rendement sur les véhicules « flexfuel ». Grâce au MCE‑5 VCRi, il sera même possible de distribuer de l’essence « générique », bon marché, dont les caractéristiques varient en fonction des contraintes d’approvisionnement ou des réglementations : le moteur s’adaptera automatiquement à cette essence pour en tirer le maximum de rendement, en toute sécurité pour le moteur.

On ne peut pas parler de diversification des ressources énergétiques de l’automobile sans insister sur le cas particulier du gaz naturel. Cette source d’énergie principalement fossile et possiblement renouvelable (biogaz) est destinée à devenir une alliée stratégique de l’automobile dans les années à venir, et particulièrement à partir de 2020-2025.

Rappelons que le gaz naturel est un carburant pauvre en carbone. Lorsqu’il est directement brûlé dans un moteur thermique, il émet environ 20% de CO2 en moins à même service rendu. Cette caractéristique réduit fortement l’empreinte écologique des véhicules qui le consomment. Par ailleurs, le gaz naturel est présent en grandes quantités sur la planète de façon mieux répartie que le pétrole, ce qui réduit la dépendance énergétique du transport occidental vis-à-vis de pays politiquement instables. En outre, un réseau relativement dense de gazoducs assure le transport du gaz naturel depuis les régions de production vers les différentes zones de consommation. Dans les zones à forte densité de population, le gaz naturel est directement distribué dans les foyers.

Comme exposé précédemment, on peut techniquement convertir le gaz naturel en essence ou en gazole (GTL : gas to liquids). Cependant, cette conversion « autoconsomme » environ 35 à 40% de l’énergie contenue dans le gaz, ce qui constitue un énorme gaspillage en plus d’une perte économique. La filière GTL implique de consommer environ 10 joules «gaz» pour produire 6 joules « essence » de sorte que du puits au réservoir, l’essence produite à partir du gaz naturel émet 30% de CO2 en plus que celle produite à partir du pétrole. En outre, une fois le gaz transformé en essence, on perd la réduction de 20% des émissions de CO2/km que la combustion directe du gaz naturel confère aux véhicules. Utilisé à grande échelle par l’automobile, le gaz naturel doit donc impérativement être consommé tel quel, sans conversion préalable. Ceci nécessite de stocker le gaz à bord sous haute pression (de l’ordre de 200 bar) dans des réservoirs de forme cylindrique, sphérique ou toroïdale. Plus encombrants et plus lourds que les réservoirs d’essence, ces réservoirs de gaz prennent de la place. Dans ce contexte, le rendement du moteur devient un facteur prépondérant pour assurer au véhicule une autonomie suffisante sans sacrifier trop de volume à bord. Cet objectif de rendement est directement servi par le surcroît d’efficacité énergétique que procure la technologie MCE‑5 VCRi via l’optimisation du taux de compression, le hard downsizing et la réduction des frottements.

A moyen terme, qu’il soit fossile ou renouvelable, le gaz naturel non-converti à usage automobile est un excellent complément voire même une alternative au pétrole. Toutefois, pour en assurer le succès commercial et accompagner le développement du réseau de stations-services nécessaire, les véhicules devront également pouvoir consommer de l’essence avec un rendement élevé, sans concession sur la performance. Ceci nécessite impérativement de disposer du taux de compression variable tel que le propose le MCE‑5 VCRi. En effet, le MCE‑5 VCRi peut fonctionner indifféremment au gaz ou à l’essence, avec un rendement meilleur que celui d’un moteur à taux de compression fixe exclusivement dédié au gaz ou à l’essence. Les avantages stratégiques qui découlent de cette caractéristique sont gigantesques à échéance de 20 à 30 ans et dépassent largement le périmètre de l’automobile. Il s’agit en effet de pérenniser la mobilité individuelle sur laquelle repose une grande partie de notre système économique, en accompagnant en douceur l’inévitable déplétion pétrolière dont les premiers effets seront déjà visibles entre 2010 et 2020.