Le moteur à explosion
Comment le moteur d'une automobile, qui possède quatre cylindres fonctionnant sur quatre temps décalés, (admission du mélange d'hydrocarbures et d'air, compression des gaz, combustion et augmentation de la pression puis échappement), convertit durant le troisième temps, (temps moteur), l'énergie chimique de l'explosion en mouvement par l'intermédiaire des pistons.
Références
Auteurs : Jean-Luc François
Editeurs : Unisciel, Cité des sciences et de l'industrie, Universcience.tv
Le moteur à explosion
Comment le moteur d'une automobile, qui possède quatre cylindres fonctionnant sur quatre temps décalés, (admission du mélange d'hydrocarbures et d'air, compression des gaz, combustion et augmentation de la pression puis échappement), convertit durant le troisième temps, (temps moteur), l'énergie chimique de l'explosion en mouvement par l'intermédiaire des pistons.
Références
Auteurs : Jean-Luc François
Editeurs : Unisciel, Cité des sciences et de l'industrie, Universcience.tv
L'efficacité d'un carburant
L'efficacité d'un carburant, c'est l'énergie qu'il est capable de fournir en brûlant.
On va donc la définir comme la puissance fournie par un kilogramme de ce carburant pendant une seconde.
La puissance s'exprime en Watt, et la puissance délivrée pendant une seconde, c'est justement ce que les physiciens appellent l'énergie, et elle s'exprime en Joule.
On va donc mesurer l'efficacité d'un carburant par ce qu'on appelle son pouvoir calorifique inférieur, ou PCI, en Joule/kilogramme, ou J/kg.
Et comme le PCI des carburants traditionnels est de plusieurs millions de Joule, on parlera de MégaJoule/kg, soit des MJ/kg.
Voici les PCI de quelques carburants :
Essence (octane) : 44 MJ/kg
Gazole (cétane) : 43 MJ/kg
GPL : 46 MJ/kg
Éthanol : 29 MJ/kg
Huile de Colza : 38 MJ/kg
Biodiesel (esters) : 38 MJ/kg
Mais pour un automobiliste, il peut être plus intéressant de regarder le PCI volumique, qu'on exprimera en MJ/litre, et non plus par kilogramme.
Après tout, on connaît le volume d'essence qu'on met dans notre voiture, mais pas le poids.
Et dans ce cas, la différence entre carburants fossiles et biocarburants est plus faible, car les biocarburants sont plus denses : un litre de biocarburant est plus lourd qu'un litre de carburant fossile.
Voici les PCI volumiques des quelques carburants :
Essence : 32 MJ/l
Gazole : 36 MJ/l
GPL : 32 MJ/l
Éthanol : 21 MJ/l
Huile de Colza : 34 MJ/l
Biodiesel : 34 MJ/l
Références
Huiles végétales pures comme carburant dans le moteur diesel. Etat de connaissance, S. Sidibé et J. Blin, Journée scientifique 2iE (2009)
Formation du pétrole
La formation du pétrole commence il y a des centaines de millions d'années, par l'accumulation de matière organique (animaux, végétaux, plancton) au fond des océans. Cette matière organique se mélange à des minéraux, comme du sable ou de l'argile, formant ainsi des boues de sédimentation qui peuvent s'accumuler sur des centaines de mètres. Avec l'augmentation de la température et de la pression cette matière organique se transforme lentement, à l'échelle de millions d'années, jusqu'à former des hydrocarbures de toutes sortes, sous forme d'huiles et de gaz : c'est le pétrole.
Si le pétrole se forme dans des roches poreuses et perméables, il finit par remonter à la surface, où il se biodégrade. Mais si avant d'atteindre la surface, il rencontre une roche imperméable, il se retrouve piégé. Il suffit alors de forer à travers la roche imperméable jusqu'aux roches poreuses pour recueillir le pétrole.
Si le pétrole se forme dans une roche imperméable comme le schiste, il est plus difficile de le récupérer, car il faut fracturer la roche pour libérer les huiles et le gaz.
Composition du pétrole
La composition du pétrole est très variable d'un endroit à l'autre, car les pourcentages des différents hydrocarbures qui le composent peuvent énormément varier.
Un pétrole brut contient sans doute des centaines de milliers de types de molécules différentes. Mais la plupart sont des hydrocarbures, c'est à dire des molécules composées de carbone et d'hydrogène.
Les plus légers sont sous forme gazeuse : c'est le cas par exemple du méthane, du propane et du butane.
Les autres sont sous forme de liquide plus ou moins visqueux : par exemple, l'octane, le cétane, le benzène, le naphtalène, le phénanthrène, le toluène, le biphényle, le pyrène, ...
C'est le rôle de la raffinerie de séparer tous ces éléments, et d'en extraire les différents carburants que nous connaissons, mais aussi du bitume, des lubrifiants, des cires, des graisses, ...
Référence
Le pétrole, Encyclopedia Universalis
Le butanol
Le butanol est un alcool qui peut aussi être tiré des plantes, comme l'éthanol, mais plus difficilement.
En tant que carburant, il présente l'avantage d'être beaucoup plus proche de l'essence que l'éthanol. Son PCI volumique est de 29 MJ/l conte 32 MJ/l pour l'essence (et 21 MJ/l pour l'éthanol).
Il a été montré qu'un véhicule conçu pour utiliser de l'essence peut utiliser du butanol sans modification, même si aujourd'hui, les constructeurs ne garantissent pas cette utilisation.
La filière butanol est aujourd'hui beaucoup moins développée que la filière éthanol.
Carburant contre nourriture
Le biocarburant rentre en compétition avec la production de nourriture. Pour s'en faire une idée, rappelons qu'en France, un hectare de terre cultivé permet de nourrir en moyenne 4 personnes. Ou de produire 1500 litres de biodiesel.
Cela paraît beaucoup, mais c'est moins que la consommation annuelle moyenne de carburant pour deux français (c'est plutôt 1700 l).
Donc si l'on veut continuer à nourrir tout le monde, tout en alimentant tous les véhicules avec des biocarburants, il faut tripler la surface cultivée...
Biocarburants (polémique)
Polémique suscitée par les biocarburants, de plus en plus utilisés en raison de la hausse du pétrole, mais accusés de raréfier les terres destinées à la culture des céréales.
Interviews de Jérôme FRIGNET, Greenpeace France, contestant la culture des céréales utilisées comme biocarburants.
Interview de Fabrice NICOLINO, journaliste, auteur du livre " La faim, la bagnole et nous ", souhaitant que d'autres solutions que les céréales soient trouvées pour servir de carburant vu la crise alimentaire mondiale.
Interview de Jean-François LOISEAU, céréalier, expliquant qu'en 2010 seulement 2% des surfaces de céréales seront utilisées pour produire des biocarburants.