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La rubrique Pratique

LA SOLUTION BIOETHANOL

 

E85 : BIOETHANOL

L’E85 est un mélange éthanol-essence contenant 85% d’éthanol pour 15% d’essence. Il est largement utilisé en Suède, au Brésil et devient de plus en plus courant aux USA. En France, un groupe de travail nommé par Thierry Breton, ministre de l’économie et des finances et présidé par Alain Prost, a rendu son rapport « Flex-fuel 2010 » préconisant l’utilisation de l’E85 pour des raisons économiques, certes, mais aussi pour des raisons environnementales. Au Mondial de l’Automobile 2006, Saab, Ford et Peugeot notamment, annonçaient la commercialisation de véhicules Flex-fuel, pouvant utiliser indifféremment l’essence et/ou l’E85 comme carburant.

SPECIFICITES DES VEHICULES Flex-fuel (Flex-fuel Vehicle = FFV)

Les équipements qui différencient les véhicules Flex-fuel des véhicules essence standards sont les suivants :

- Pas de magnésium, d’aluminium, de liège ou de caoutchouc dans le circuit carburant.
- Pompe à essence adaptée à un carburant conducteur d’électricité.
- Eléments moteur spécialement traités contre l’usure.
- Injecteurs plus gros (pour injecter 30% de carburant en plus).
- Canalisations en inox ou en plastique adapté.
- Réservoir acier inox ou plastique adapté.
- Parfois, utilisation d’huile anti-acide.
- Pompes à essence immergées anti-déflagrante.
- Parfois, conduit de remplissage du réservoir équipé d’un anti-retour de flamme.

Le premier FFV a été un modèle de la Ford T créé pour que les paysans du Midwest puissent fabriquer leur carburant ! Le carburateur était étudié pour que le conducteur puisse changer la richesse très facilement depuis le poste de conduite suivant le carburant utilisé.

Les FFV actuels ont bien entendu des systèmes d’injection capables de s’adapter au carburant automatiquement.
GM a développé un moteur Flex-fuel turbo (BioPower) qui est très intéressant : la régulation du turbo s’adapte au carburant pour profiter du meilleur indice d’octane de l’E85. Les performances sont donc meilleures quand la voiture tourne à l’E85

UTILISATION DE L’E85 DANS UN MOTEUR STANDARD

Le principal avantage de rouler à l’E85 est que c’est une énergie renouvelable qui de surcroît réduit notre dépendance énergétique envers les pays étrangers.

L’E85 a un indice d’octane de 105, ce qui est plus haut que celui de 85 à 98 que l’on trouve couramment. En revanche sa combustion est moins efficace, et il y a 28% d’énergie en moins dans un litre d’E85 que dans un litre d’essence. Malgré tout, il a été constaté que la consommation n’augmente que de 25% en roulant à l’E85.

Les voitures modernes à injection électronique et sonde lambda peuvent ajuster sans problème le mélange air/carburant en cas d’utilisation modérée d’E85 dans le réservoir, avec cependant quelques effets sur les performances mais sans provoquer de panne ou de dégradation.

Pour un mélange de plus de 50% d’éthanol, le voyant « check engine » (check engine light = CEL) va probablement s’allumer ce qui signifie que le calculateur (electronic control unit = ECU) n’a plus les moyens enrichir suffisamment le mélange. Ajouter encore de l’éthanol dans le réservoir n’apporterait rien sinon une surconsommation constante et une détérioration rapide du catalyseur. Il est donc possible de rouler à l’E85 dans ces véhicules mais il ne faut pas dépasser la limite à laquelle le CEL s’allume, c'est-à-dire tant que l’ECU est en mesure de garantir le mélange stoechiométrique.

Cela dit, même lorsque le CEL ne s’allume pas, la combustion de l’éthanol dégage moins de chaleur et le catalyseur mettra plus de temps pour atteindre les 300°C qui lui sont nécessaires pour fonctionner normalement. Les véhicules essence qui roulent avec de l’E85 restent en dehors des normes de pollution dans la phase de chauffe. Une fois le catalyseur chaud et tant que l’éthanol n’est pas en trop grande proportion dans le carburant (autrement dit tant que le voyant CEL reste éteint), le véhicule est conforme aux normes.

L’E85 donne de bons résultats dans les moteurs turbo grâce à leur haut indice d’octane : le rendement devient meilleur car l’ECU peut calculer une meilleure courbe d’avance et surtout, il n’est pas nécessaire d’enrichir autant le mélange air/carburant qu’avec de l’essence. Il en résulte une surconsommation moindre par rapport à un moteur atmosphérique.

LES RISQUES

L’E85 peut provoquer une corrosion des pièces métallique et endommager les joints des moteurs anciens (notamment avant 1988). Le groupe hydroxyle de la molécule d’éthanol est particulièrement acide et peut attaquer certaines matières naturelles. Pour les véhicules d’après 1988, les composants sont étudiés pour résister à 10% d’éthanol dans l’essence (vendu sous l’appellation E10 aux USA) et on ne trouve plus de magnésium, d’aluminium, de caoutchouc et de liège en contact direct avec le carburant. Suivant les marques de véhicules, depuis 1988, il y a plus ou moins la possibilité d’augmenter le pourcentage d’éthanol dans l’essence, en général jusqu’à 20% d’éthanol, sans que cela pose de problèmes.

En plus de la corrosion, il peut y avoir un risque d’usure prononcée en utilisant plus de 10% d’éthanol dans un véhicule standard et dans le cas de présence d’eau dans le réservoir. En effet, pour une proportion de 1% d’eau dans de l’E85, il y a un risque que l’essence et l’éthanol (dilué avec l’eau) se séparent. De plus, la combustion d’éthanol+eau et essence (surtout lorsque le moteur est froid) produit une grosse quantité d’acide formique (HCOOH ou CH2O2), également appelé acide méthanoïque) et, en quantité moins importante, de l’acétaldéhyde (CH3CHO) et de l’acide acétique (C2H4O2). L’acide formique provoquerait une rapide usure du moteur.

Les moteurs étudiés pour l’E85 ont des éléments mécaniques nitrurés pour résister à l’acide formique. L’huile utilisée par le groupe Chrysler dans ces moteurs contient également un neutraliseur d’acide.

En cas d’utilisation d’E85 contaminée à l'eau dans un véhicule non adapté à l’E85, la première chose à faire est de vidanger le réservoir, purger les canalisation et changer l’huile moteur.

Plus de 1% d’eau dans le réservoir reste tout de même un évènement rare, le risque est donc assez minime, sauf dans le cas où l’E85 est fabriqué par l’utilisateur. La distillation de l’alcool ne peut permettre d'obtenir une pureté supérieur à 95.6% (le mélange alcool eau est dit azéotrope dans ces proportion, c'est à dire qu’une distillation supplémentaire ne pourrait pas donner un alcool plus pur), et cela n’est pas suffisant pour garantir la dilution dans l’essence ou pour empêcher la formation d’acide formique lors de la combustion. Il existe des procédés plus ou moins consommateurs d’énergie (donc plus ou moins rentable) ou complexe pour purifier l’éthanol, mais ils restent réservés aux industriels.

Autre risque, rouler à l'E85 dans un véhicule non prévu à cet effet : mélange air/carburant trop pauvre. Pour les moteurs à carburateur ou à injection mécanique n'ayant subit aucune modification, le mélange serait si pauvre qu’il n’y aurait pas de risque de surchauffe, l’air arrivant en surplus abaisserait considérablement la température de combustion et refroidirait les gaz d’échappement, le catalyseur ne pourrait pas monter en température et pourrait être endommagé par le surplus d’oxygène. De toute façon, le moteur ne tournerait pas correctement.

Il existe par contre des conditions de mélange légèrement pauvre où le mélange air/carburant se situe entre le mélange stoechiométrique et celui qui donne la puissance maxi d'un moteur. Cette puissance n'est pas exploitable à l'essence car la surchauffe qu'elle génère provoque des détonations. Mais mélanger de l'éthanol à l'essence dans certaines proportions peut amener un moteur à carburateur ou à injection mécanique à tourner dans ces conditions pauvres, et comme les risques de détonation sont réduits avec l'éthanol (indice d'octane plus haut), il devient possible de rouler longtemps à de très hautes températures sans s'en rendre compte, ce qui pourrait détruire les pistons, fondre les bougies et les soupapes. Sans moyen de contrôler la richesse du mélange, la température des gaz d’échappement, la température au niveau des culasses, la pression dans les chambres de combustion et la quantité d’oxygène dans l’échappement, il est difficile de savoir si le moteur tourne dans des conditions acceptables ou s’il est dans une « zone rouge ». Les injections électroniques éliminent pas mal ce risque car le voyant « check engine » (CEL) préviendra d’un fonctionnement anormal, et il suffira de rajouter quelques litres d’essence dans le réservoir pour corriger le problème.

JURIDICTIONS RECOMMANDANT L’E85

Pour 2013, certains états américains ont déjà prévu un minimum de 20% d’éthanol dans toutes les essences. La ville de Portland proposera du Bioéthanol et du Biodiesel dans toutes ses stations essence à la place de ses équivalents issus du pétrole d’ici 2009. Les négociations autour des problèmes de garantie constructeur qui n’avaient prévu qu’une utilisation de 10% d’éthanol dans le carburant sont encore en cours.

De son côté, le Brésil continue lentement sa conversion à l’éthanol en considérant que le passage à 20% d’éthanol dans l’essence standard n’a eu que quelques effets sur les voitures les plus anciennes, que le passage à 22% restait encore sûr pour les mécaniques, et a donc choisi de passer récemment à 24% d’éthanol dans toutes les essences à la pompe.

Pour la France et l’Europe, voici les 10 propositions présentées par le groupe de travail "Flex-fuel 2010", présidé par Alain Prost, sur la généralisation en France du Bioéthanol E85 :

1 - Définir une norme de l’E85 au niveau national avant le 31 décembre 2006.
2 - Autoriser la vente de l’E85 aux particuliers et aux professionnels sur l’ensemble du territoire au 1er janvier 2007.
3 - Fixer la fiscalité de l’E85 au niveau le plus bas autorisé par les directives européennes.
4 - Signature d’une "charte pour le développement de l’E85" engageant tous les acteurs de la filière (constructeurs, distributeurs, agriculteurs).
5 - Accompagner les exploitants indépendants des stations service pour s’équiper de "pompes vertes".
6 - Informer les consommateurs sur les spécificités des véhicules Flex-fuel et du carburant E85 par une communication coordonnée entre Etat, constructeurs automobile et distributeurs de carburant.
7 - Adopter un jeu de mesures fiscales incitatives pour l’acquisition de véhicules Flex-fuel par les sociétés : amortissement accéléré et réduction de la taxe sur les véhicules de sociétés.
8 - Encourager les collectivités locales à favoriser l’usage des véhicules Flex-fuel par une exonération totale ou partielle de la taxe proportionnelle sur les cartes grises et par des droits de stationnement réduits.
9 - Réduire la taxe additionnelle sur les cartes grises pour les véhicules Flex-fuel.
10 - Contribuer par la politique d’achat public au développement du marché des véhicules Flex-fuel : définition d’objectifs pluriannuels d’achats de véhicules Flex-fuel par les administrations de l’Etat.

CONVERSION D'UN VEHICULE ESSENCE EN FLEX-FUEL

Aux USA comme en Europe, une homologation est nécessaire pour autoriser le montage d’un kit de conversion Flex-fuel à une voiture. Chaque motorisation pour chaque modèle de véhicule doit avoir son homologation spécifique. Cela est aussi difficile et coûteux que pour une installation gaz (GNV ou GPL), même si les contraintes techniques ne sont pas les mêmes, car tous les tests de sécurité et de roulage doivent être validés. Aux USA, une fois qu’un kit est homologué, le client final paie une somme de 750$ pour un passage aux mines.

Pour l’instant, seul un kit de conversion brésilien est disponible sur le marché américain pour les 4, 6 et 8 cylindres. Ce kit opère sur l’injection en proposant un mode d’injection pour l’essence et un pour l’éthanol avec une augmentation des temps d’ouverture des injecteurs afin d'enrichir le mélange lorsque le mode éthanol est activé.

Mais ce kit n’est pas forcément nécessaire. Ce qu’il faut avant tout, c’est remplacer tout ce qui est en caoutchouc en contact du carburant, et s’assurer que le réservoir et les lignes de carburant ne sont pas en acier galvanisées. Il faut ensuite s’assurer que la pompe à essence et le système d’injection puissent délivrer 25 à 30% de carburant en plus. En principe, les pompes et les injecteurs devraient supporter l’éthanol du fait que les constructeurs montent des éléments compatibles depuis les années 80. Lors des premières utilisations de l’E85 dans un véhicule, il est possible que l’alcool décolle tous les dépôts qui se sont produit dans le circuit par l’essence ou dans le réservoir. Il sera nécessaire de vérifier et changer le filtre à essence au bout de 1000 kms.

Pour un véhicule à carburateur, il faudra augmenter la taille des gicleurs de 11.8 à 14 %, ce qui va augmenter le débit de carburant de 25 à 30%. La richesse du ralenti devra elle aussi être corrigée.

Pour les véhicules encore plus anciens (avant 1980), après avoir changé les joints du carburateur qui contiennent du caoutchouc ou du liège, il sera possible afin d'augmenter la richesse, de maintenir légèrement fermé le clapet du starter. Cela reste cependant une solution quelque peu triviale.

Pour les véhicules modernes à injection, il est possible d’augmenter le débit des injecteurs en augmentant simplement la pression d’injection. Il existe des "boosters" dans le commerce qui assurent ce rôle.

L’inconvénient de ces transformations est qu’elles ne sont pas réversibles sans démontage ou ajout de pièces, et qu’il faut utiliser un carburant à teneur d’éthanol constante.

COMPARAISON DES MELANGES AIR/CARBURANT

Pour obtenir un mélange stoechiométrique avec de l’E85, 27 à 30% de carburant en plus est nécessaire par rapport à l’essence. Les véhicules Flex-fuel sont donc capables de délivrer le bon mélange quel que soit la proportion d’éthanol dans le carburant.

Pour l’essence, le mélange air/carburant stoechiométrique théorique est de 14.64 pour 1 (en masse, non en volume).

Dans la pratique, le rapport est de 14.7 afin d’économiser sensiblement l’énergie. Pour avoir un mélange stoechiométrique avec l’E85, le coefficient passe à 9.725 pour 1.

Mais l'éthanol ne favorise pas les départ à froid et l’E85 à la pompe n’est pas le même en été et en hiver ! Pour faciliter les démarrages à froid, la proportion d’éthanol passe à 70% pendant l’hiver. Même s’il est vendu sous l’appellation E85, il est en fait de l’E70. Le mélange stoechiométrique devient alors 10.6975 pour 1.

Autre influence : la volatilité de l'éthanol et de l'essence est différente. Un mélange verra donc ses proportions modifiées suivant qu'il est vieux ou non. L'injection d'un véhicule essence normal est conçue pour délivrer un mélange pouvant varier de 10 à 18 pour 1. C'est la raison pour laquelle jusqu'à 50% d'E85 dans le réservoir, un véhicule essence non FFV peut fonctionner, sous réserve de ne pas exiger de départs par grand froid ou de conditions de charge extrêmes.

On se rend compte alors que pour avoir un mélange stoechiométrique exact sans qu'il soit possible de connaître la proportion exacte d'éthanol dans l'essence, il est nécessaire de contrôler la combustion en permanence à l'aide d’une sonde lambda.

AVANTAGES ENVIRONNEMENTAUX

L'éthanol est un carburant renouvelable parce qu'il est produit à partir de végétaux. De plus, sa combustion est plus propre et plus complète que celle de l'essence ou du carburant diesel. Selon certaines études, il produit moins d'émissions de monoxyde de carbone au cours d'un cycle de vie complet.

L'éthanol contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre parce que les céréales et les autres ressources de la biomasse utilisées pour le produire absorbent du dioxyde de carbone au cours de leur croissance. Même si la conversion de la biomasse en éthanol et la combustion de l'éthanol produisent des émissions, son utilisation produit moins d'émissions de gaz à effet de serre que les carburants fossiles tels que l'essence. Cette différence est attribuable aux matières et aux combustibles utilisés pour le produire. Au Canada, les usines où l'on fabrique de l'éthanol à partir du maïs et du blé sont alimentées au gaz naturel et produisent des émissions de gaz à effet de serre. L'avantage environnemental net (sur un cycle de vie complet) associé à l'utilisation de l’E85 est donc moins grand. Par contre, cette production d'émissions est compensée par le fait que les végétaux absorbent du carbone au cours de leur croissance. Aux États-Unis, un grand nombre d'usines de production d'éthanol sont alimentées au charbon ou à d'autres combustibles fossiles, ce qui réduit l'avantage global de l'éthanol comparativement à l'essence.

Les émissions de gaz à effet de serre produites par le carburant E-10 fabriqué à partir du maïs sont réduites d'environ 3 à 4% comparativement à celles de l'essence, mais le coût et l'indice d'octane de ce carburant correspondent à ceux de l'essence. Les émissions produites par le carburant E-10 fabriqué à partir de matières cellulosiques ligneuses ou agricoles sont inférieures de 6 à 8% comparativement à celles qui proviennent de l'essence, et les émissions produites par le carburant E-85 fabriqué à partir de la cellulose y sont inférieures de 75%. Une société canadienne utilise une technologie enzymatique pour convertir la biomasse cellulosique en éthanol dans son usine de démonstration située à Ottawa (Ontario).

Même si l'éthanol est produit à base de maïs, son utilisation pour l’automobile aura immanquablement des effets positifs sur la réduction de la production de gaz à effet de serre et il est à parier que l’amélioration des processus de fabrication de l’éthanol ne fera qu’améliorer encore cela.

PUISSANCE ET UTILISATION EN COMPETITION

L’E85 permet de développer plus de puissance que l’essence et ce spécialement dans des moteurs à haut taux de compression. Dans un moteur Flex-fuel, une augmentation de puissance de 5% est généralement constatée lors de l’utilisation de l’E85. Des essais effectués pour l’aviation donnent des résultats similaires.

De nombreuses associations ou fédérations de sports mécaniques sont poussées à ne plus utiliser des essences à haut indice d’octane contenant du plomb et l’E85 est envisagé en remplacement.

Pour le dragster, en 2006 la National Street Car Association (NSCA) a approuvé l’utilisation de l’E85 dans deux des classes les plus populaires (American Muscle Car et Street Machine). La NHRA (National Hot Rod Association) autorise l’éthanol dans plusieurs de ces catégories : Bracket Classes, Hotrod, Modified, Pro FWD, Pro RWD.

En IRL, le carburant utilisé était jusqu’à présent du méthanol. En 2006, le carburant devenait un mélange 10% éthanol et 90% méthanol. Pour 2007, le carburant sera 100% éthanol.

Des pourparlers sont également en cours dans le Nascar et l’E85 pourrait rapidement prendre place dans certaines sous-catégories.

Les V8 Supercar australiens sont également passé à un mélange éthanol-essence.

CONCLUSION

En conclusion, l’E85 se présente comme le carburant idéal pour des raisons économiques, environnementales mais également en termes de performances. Cependant, nombreux sont ceux qui émettent des réserves en ce qui concerne les possibilités de production suffisante de l’éthanol. Alain Prost leur répond qu’il ne faut pas raisonner à court terme : "Le développement de l’éthanol ne puisera pas dans les réserves de l’agroalimentaire. Il faudra beaucoup de temps pour que se développe le 100 % éthanol. En attendant, de nouvelles générations d’énergies seront découvertes. Et si on en arrive là, ce sera un immense succès pour les énergies alternatives." (Propos recueillis par Héloïse Léon).