janvier 19

L’adaptation d’un moteur à l’Ethanol (Flex fuel)

L’adaptation d’un moteur à l’Ethanol (Flex fuel)

Caractéristiques du carburant

L’éthanol est un carburant issue de la distillation et fermentation de plantes amylacées comme notamment le maïs. En France le carburant éthanol est commercialisé sous la forme E85. C’est un mélange éthanol/essence (rapport volumique : 85% d’éthanol pour 15% d’essence). Il est largement utilisé en Suède, au Brésil et aux USA où il existe aussi sous forme d’E100, carburant à base de 100% d’éthanol. Les caractéristiques de ce dernier sont listées ci-dessous :

  Ethanol E100 Essence
Densité (g/cm3) 0,79 0,75
PCI pouvoir calorifique inférieur (MJ/kg) 26,90 42,50
Tension de Vapeur Reid 16 60
Rapport Air Carburant Stoechiométrique 9 14.5
Chaleur latente de Vaporisation (kJ/kg) 845 420
Indice d’octane RON 110 95

Adaptation du moteur pour l’éthanol

L’indice d’octane de l’éthanol est plus élevé que celui de l’essence classique, ce qui signifie qu’avec un même taux de compression, le mélange E100/air est plus stable que le mélange air/essence. Ceci permet d’augmenter le taux de compression pour obtenir un meilleur rendement.

Adaptation moteur Renault K4M à l'éthanol

La combustion de l’éthanol implique une augmentation des contraintes internes du moteur. Concrètement, la pression dans le cylindre est supérieure de 20% en fonctionnement éthanol, par rapport à un fonctionnement essence. Les véhicules Flex-fuel actuellement commercialisés prennent en compte cette contrainte ; et afin de garantir la fiabilité des organes mécaniques, plusieurs modifications sont apportées pour renforcer le piston, la bielle, le vilebrequin, et même les sièges de soupape et soupapes.

  Ethanol E100 Essence
PCI pouvoir calorifique inférieur (MJ/l) 21.2 31.8

D’après les caractéristiques de l’E100, le rapport énergétique (PCI) éthanol/essence est de 0,66. En combustion éthanol, les temps d’injection doivent donc être augmentés (pour augmenter le volume de carburant) afin de fournir la même quantité d’énergie. Ceci implique des modifications dans le circuit d’admission de carburant ainsi qu’un changement d’injecteurs pour un plus gros débit.

Mise au point du moteur 

  Ethanol E100 Essence
Chaleur latente de Vaporisation (kJ/kg) 845 420
Indice d’octane RON 110 95

L’indice d’octane RON, caractérise le délai d’inflammation du carburant. Celui-ci est plus élevé pour l’éthanol. Plus l’indice d’octane est élevé, plus le délai d’inflammation est élevé : le carburant résiste mieux à la détonation.

La chaleur latente de vaporisation de l’éthanol oblige à avoir des avances à l’allumage plus élevées pour l’exploitation des fortes charges (la charge est le rapport du travail fourni par un moteur à un certain régime sur le travail maximal possible à ce régime). Cependant, à chaud, cela permet de s’affranchir des problèmes de cliquetis dans le moteur (inflammations locales et destructives du mélange) car la température de combustion est plus faible.

Avance à l’allumage d'un moteur éthanol Du fait de l’augmentation de la pression interne les performances sous éthanol sont également en hausse.Couple en fonction du régime moteur

Cependant, en fonctionnement E100, les démarrages sont difficiles pour des températures ambiantes inférieures à 15°. L’utilisation de l’éthanol nécessite donc un système de chauffe du circuit de carburant.

Image de l’éthanol

Si le bioéthanol est décrit comme un carburant révolutionnaire et dit « propre », certains pensent qu’il n’est pas la meilleure alternative du point de vue purement écologique. En théorie, le CO2 émis lors de la combustion est recueilli l’année suivante par les plantes qui vont servir à la production de l’éthanol. Ce carburant permet aussi de s’affranchir en partie de la dépendance énergétique vis-à-vis des pays producteurs de pétrole. L’éthanol permet également la mise en valeur des terres agricoles et offre de nouveaux débouchés pour ses exploitants.

En pratique, la remise en cause de son aspect écologique vient contraster ce bilan et si aujourd’hui la production de biocarburants a participé à la flambée des prix des denrées alimentaires à cause de l’utilisation de ressources alimentaires pour l’industrie des transports; on ne sait pas à quel niveau on peut imputer aux biocarburants ces augmentations.

Source : Renault

L’avis de Romain Nicolas :

Grâce au fonctionnement à l’éthanol, un moteur thermique émet moins de CO2 malgré une consommation de carburant plus élevée. Avec les limitations sur le CO2 qui arrivent en Europe, aux Etats-Unis et au Japon, il se pourrait que les moteurs Flex-fuel soient de plus en plus proposés par les constructeurs malgré les polémiques sur l’origine des biocarburants. Selon moi c’est une solution court terme mais peu couteuse pour les constructeurs. Pensez-vous qu’avec l’arrivé des biocarburants de 3ème génération, le volume de moteurs Flex fuel sur le marché va enfin décoller?

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Romain Nicolas

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  1. L’éthanol de maïs, blé ou betterave à sucre est appelé biocarburant 1ère génération;
    L’éthanol 2ème génération est produit à partir de biomasse lignocellulosique et vise la valorisation de déchets agricoles et agroindustriels qui ne sont pas en compétition avec l’alimentation humaine.
    L’éthanol 2G commence a été produit au niveau industriel. La 1ère usine au monde a été inaugurée en Italie en 2013. D’autres usines sont en cours de construction. La Commission Européenne a prévu de remplacer la moitié de l’éthanol 1G par de l’éthanol 2G à l’horizon 2020.
    Les biocarburants 3ème génération seront produits à partir de microalgues. Le procédé n’a pas encore atteint un niveau de rentabilité suffisant pour être produit à échelle industrielle.
    L’intérêt majeur des biocarburants réside dans l’aspect renouvelable des ressources et pour chaque pays de pouvoir en produire sans être dépendant du pétrole. Cela contribue aussi au développement économique et social (création d’usine et d’emplois dans toute la filière) 2 des 3 piliers du développement durable.
    La France produit son bioéthanol principalement à partir de betterave à sucre dans le nord de la France, les USA à partir de maïs et le Brésil de canne à sucre.
    L’offre de véhicules flex fuel est décevanet alors que les stations E85 sont de plus en plus nombreuses.

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