Le chauffage par poêle ou insert au bois
Avec la hausse du coût des énergies fossiles, le bois énergie revient sur le devant de la scène. Ce mode de chauffage permet en effet de réduire sa facture énergétique tout en apportant l'agrément et la convivialité du spectacle des flammes dans le cas des poêles et inserts.
Dans le cas de maisons très basse énergie ou passives, l'excellente isolation du bâtiment peut permettre de se passer de l'installation d'un coûteux système de chauffage, le poêle à bois étant alors suffisant pour chauffer tout le bâtiment.
Cependant, l'utilisation du bois ne sera intéressante économiquement et écologiquement que sous certaines conditions.
Les feux ouverts sont a proscrire, sauf pour une utilisation très ponctuelle : en effet, ces cheminées ont un très faible rendement (de l'ordre de 20%) et émettent dans l'atmosphère quantités de polluants et surtout de particules fines nocives.
Un appareil fermé de conception moderne est à utiliser. Les bons appareils sont munis d'une porte bien étanche, d'une chambre de combustion favorisant les hautes températures, et d'arrivées d'air maitrisées en différents points : une arrivée d'air venant du haut de la vitre alimente efficacement les flammes tout en permettant de garder la vitre propre. En outre, une arrivée d'air à la base des flammes permet la combustion des braises et un allumage aisé des bûches. Parfois, des arrivées d'air dit secondaire, situées au dessus des bûches, permettent de compléter la combustion des gaz.
De plus, le mode d'utilisation de l'appareil influence grandement ses performances. Il faut donc utiliser du bois bien sec (2 à 3 années de séchage). Les bûches doivent être refendues et ne pas être trop grosses. Il faut égallement éviter de faire fonctionner son appareil à allure trop réduite, car ses performance sont alors dégradées. C'est pourquoi il est important de préférer un appareil de faible puissance (donc souvent égallement de petites dimensions) mais de le faire fonctionner à sa puissance nominale, plutôt que de choisir un appareil trop gros et trop puissant, qui devra être utilisé à allure très réduite pour éviter les surchauffes.
Avec un appareil moderne et bien utilisé, on obtient des rendements énergétiques de l'ordre de 80% et des émissions de polluants et de particules très faibles, tout en gardant une vitre et un conduit de cheminée propres.
Le Miscanthus
Si actuellement le bois énergie est souvent issu de la récupération de déchets, il pourrait à l’avenir faire de plus en plus l’objet de cultures dédiées. Pour de telles cultures énergétiques, ce sont les taillis à croissance rapide ou encore le miscanthus qui offrent les meilleurs rendements à l’hectare. De plus, ces plantes possèdent des propriétés de dépollution des sols, et ne nécessitent aucun engrais chimique.
Miscanthus ; récolte tous les ans (source ARDN) :
- Coût de revient des copeaux : environ 15€/MWh ; il peuvent également être transformés en granulés.
- Ratio énergie produite/énergie nécessaire (machines de récolte, …) : 32
- 15 à 20 t/ha/an
- PCI 4600 kWh/tonne à environ 20% d’humidité
- Environ 83 MWh/ha/an
- Rendement énergétique du la cellule solaire équivalente :
On peut considérer une culture énergétique comme une grande cellule solaire : l’irradiance solaire étant d’environ 1220 kWh/m²/an pour cette localisation géographique, on peut calculer le rendement énergétique d’une telle cellule : 0,68% ; un champ de panneaux photovoltaïques aurait quant à lui un rendement d’environ 5% (valeur issue des caractéristiques des centrales solaires construites par BP Solar ; les modules ont un rendement d’environ 15% mais ont un certain espacement).
- La consommation française de chauffage (énergie finale) des secteurs résidentiel et tertiaire s’élevait en 2003 à 420 TWh. A 83 MWh/ha/an, une plantation de miscanthus de 5 millions d’hectare suffirait donc à couvrir la totalité de ces besoins. La surface agricole utile en France étant de 29 millions d’hectare, cela représenterait 17% de cette surface. Même s’il n’est pas question de considérer ces cultures énergétiques comme unique solution en terme d’énergie renouvelable, ces ordres de grandeurs montrent le très important potentiel de production énergétique de ces cultures.
Production d'électricité ou cogénération à partir du Miscanthus, comparé à d'autres energies renouvelables :
Le tableau ci-dessous compare la culture énergétique de miscanthus, en terme de coût de revient du MWh produit et de MWh produit par unité de surface, à deux autres filières d’énergie renouvelable : l’éolien et le solaire photovoltaïque.
1: source INES, irradiance solaire 1220 kWh/m²/an, rendement global centrale solaire 5%, durée de vie 20 ans
2 : source SFP, éoliennes de 2,5 MW, disponibilité 30%, espacement 360 m, durée de vie 20 ans
3 : premier chiffre MWh électrique pour un rendement électrique de 33% ; chiffre entre parenthèses MWh thermique ; coût fonctionnement centrale thermique hors combustible : 10€/MWhe (source commission européenne)
On constate que même si la production à l’hectare du miscanthus est très inférieure à celle possible avec l’éolien ou le solaire, son coût de revient est sensiblement plus faible, même en production d’électricité seule. De plus, cette filière présente l’avantage d’une énergie stockable et capable de répondre aux variations de la demande du réseau électrique, contrairement aux énergies solaire et éolienne qui sont intermittentes.
Dossier rédigé par Jean-Dominique Thomassin et François Didier, Ecole Nationale d'Ingénieurs de Metz
Le solaire photovoltaïque à concentration
Le solaire photovoltaïque est doté d'un énorme potentiel pour devenir la source d'énergie de l'avenir : Sans entretien, modulaires, et ne consommant aucun carburant durant leur fonctionnement, les cellules solaires exploitent le rayonnement solaire transmit à notre planète pour produire directement de l'électricité. La surface de la terre reçoit jusqu'à 1000 W/m² d'énergie solaire.
L'industrie du solaire photovoltaïque est actuellement l'industrie qui connaît la plus forte croissance dans le monde. Le rendement des cellules solaires commercialisées atteint 18% ; cette valeur augmente rapidement au fil des recherches tandit que le coût de production, tant financier qu'énergétique, décroit au fil des avancées de la technologie.
En effet le coût d'investissement initial représente le principal frein à cette technologie aujourd'hui (ordre de grandeur : 5 000 € pour un ensemble de modules solaires totalisant 1000 Wp). Ce prix élevé provient principalement du coût du silicium nécessaire. Concernant le retour sur investissement énergétique, ils est de 2 à 3 ans pour les cellules actuelles (temps nécessaire à une cellule solaire pour produire l'énergie qu'il a fallu investir pour sa fabrication). La durée de vie des cellules est quand à elle supérieure à 20 ans.
Une technologie permettant de réduire fortement ce coût d'investissement mérite notre attention. L'idée est d'utiliser une grande surface de concentrateurs (miroirs ou lentilles) afin de concentrer les rayonnements solaires sur une petite surface de cellules solaires, minimisant ainsi le coût d'investissement lié aux cellules solaires, très coûteuses. De plus, des cellules solaires à haut rendement (et donc coût élevé) peuvent être utilisées sans multiplier le coût de l'installation. L'entreprise australienne Solar systems commercialise des disques solaires concentrant le rayonnement solaire 500 fois sur une cellule solaire d'un rendement de 25%. Un circuit de refroidissement maintient la température des cellules solaires basse.
Bien sur le solaire, tout comme l'éolien, a toujours l'inconvénient d'une production discontinue, mais avec les progrès des technologies de l'hydrogène (électrolyseurs et piles à combustible), il sera dans l'avenir possible de stocker l'énergie électrique sous forme d'hydrogène et de la restituer en suivant la demande.
La pompe à chaleur
Avec l'augmentation du prix des combustibles, la pompe à chaleur (PAC) est aujourd'hui une alternative intéressante aux chaudières à combustion. Elle possède en effet des caractéristiques attrayantes : lorsqu'elle consomme 1kWh d'énergie électrique, elle génère jusqu'à 5kWh d'énergie thermique pour les besoins de la maison. Mais cette performance n'est atteinte que dans des conditions particulières.
Qu'est exactement une pompe à chaleur? C'est un dispositif qui exploite la chaleur du sol ou du sous-sol (géothermie), ou bien la chaleur de l'air (aérothermie).
- La pompe à chaleur eau-eau utilise la plupart du temps des capteurs horizontaux que l'on enterre à environ 70 cm de profondeur. Ces capteurs récupèrent la chaleur du sol, dont la température est en hiver plus élevée que celle de l'air. Cette pompe à chaleur possède un bon rendement, mais l'installation des capteurs a un coût et la surface utilisée ne pourra être recouverte que par du gazon ou un potager, pas d'arbres ni de macadam. Le capteur peut aussi être vertical, il s'agit alors d'un puits permettant d'aller chercher la chaleur en profondeur. Le rendement est encore amélioré mais l'installation est coûteuse et pas toujours possible.
- La pompe à chaleur air-eau (ou air-air si la chauffage du bâtiment se fait par air pulsé) récupère de la chaleur dans l'air extérieur. Le rendement est nettement moins bon, mais pas besoin de capteurs enterrés. Ainsi ce mode de chauffage peut convenir pour la rénovation, ce qui est difficile pour la PAC eau-eau qui est plutôt dédiée au neuf.
La PAC en elle même s'apparente par son aspect extérieur à une chaudière ordinaire. Naturellement, pas besoin de cheminée. Le principe est le même que celui du frigo : un fluide circule successivement dans un évaporateur, où il s'évapore et devient un gaz en prenant de la chaleur au milieu extérieur (exemple : les capteurs dans le sol), puis est comprimé par le compresseur électrique. Comprimé, le gaz possède un point de rosée plus haut, c'est à dire qu'il se condense à partir d'une température plus haute. Il passe alors dans le condenseur, où il redevient liquide en cédant sa chaleur au circuit de chauffage. En passant ensuite dans un détendeur, sa pression diminue, rendant possible l'évaporation à une température plus basse. Le fluide retourne dans l'évaporateur et le cycle recommence.
Voici quelques caractéristiques qu'il est important de connaître si l'on souhaite se doter d'une PAC :
- la température maximale de l'eau chauffée est plus faible que pour une chaudière classique : environ 50°C contre 80°C. Ainsi, pour disposer d'une même puissance de chauffage dans les pièces à chauffer, il faut plus de surface d'échange, c'est à dire plus de radiateurs, ou bien préférer un chauffage par le sol. Cette dernière option est conseillée.
- le rendement de la PAC décroit lorsque la température extérieure diminue. Pour faire face aux hivers très froids (températures inférieures à -5 ou -10°C), il est parfois nécessaires d'utiliser une chaudière classique couplée à la PAC. Si vous utilisez un poële ou une cheminée à bois pour vous chauffer en hiver, la PAC est appropriée car elle ne fournira qu'un appoint à la cheminée par grand froid, et fournira tout le chauffage efficacement par froid modéré.
D'un point de vue écologique, la PAC n'est pas gagnante a tous les coups : si en moyenne sur une année elle consomme un tiers de ce qu'elle produit, il ne faut pas oublier qu'elle consomme de l'électricité produite en majeure partie par des centrales thermiques, qui elles ne produisent qu'un tiers de ce qu'elles consomment. Au final, le rendement global sera comparable avec celui d'une chaudière à condensation, c'est à dire aux alentours de 100%.
En France, l'énergie électrique est produite à 80% par du nucléaire, sans rejets de CO2. Ainsi en France la PAC est propre d'un point de vue émissions de gaz à effet de serre. Mais dans de nombreux pays, où l'énergie électrique est produite majoritairement par des centrales à flammes (charbon, fuel, ...) le bilan n'est pas si bon. L'efficacité énergétique et écologique de la PAC dépend donc essentiellement du mode de production de l'électricité.
La chaudière à condensation
La chaudière à condensation est une solution souvent très intéressante pour les habitations dotées d'une installation de chauffage au gaz ou au fuel. Sa mise en place ne nécessite pas de grosse modification du réseau d'eau chaude de chauffage, ainsi elle peut facilement être installée en remplacement d'une chaudière classique.
Par rapport à une chaudière classique, une chaudière à condensation possède plusieurs avantages :
- son rendement peut atteindre 109% (!), à comparer à environ 90% pour une chaudière classique. C'est en récupérant la chaleur dégagée par la condensation des gaz issus de la combustion que l'on arrive à de tels résultats. Le PCI du combustible étant calculé sans la chaleur latente de condensation, on arrive à un rendement sur PCI supérieur à l'unité.
- A charge partielle, une chaudière à condensation reste très efficace, alors qu'une chaudière classique perd en efficacité. Ceci est très intéressant lorsque l'on sait qu'une chaudière est très rarement utilisée à pleine charge, seulement lorsqu'il fait très froid. Elles tournent le plus souvent aux alentours de 30% de charge. Or le rendement à 30% de charge n'est plus que de 75% pour une chaudière classique alors qu'il vaut près de 105% pour une chaudière à condensation.
Il existe des chaudières à condensation adaptées à la combustion de gaz, mais aussi de fioul. Par contre, le rendement est un peu moins bon avec du fioul.
Du fait du meilleur rendement des chaudières à condensation, les économies sur la factures de gaz sont supérieures à 20%. Un crédit d'impôt permet de rembourser 40% de l'investissement. Ainsi, une telle chaudière peut être rentabilisée 5 ans.
Un générateur de turbulences pour diminuer la consommation
De nombreux expérimentateurs ont déjà testé sur leur propre véhicule cet objet simple mais semble-t-il doté de propriétés surprenantes. En effet, il permettrait de diminuer la consommation de carburant des moteurs de 5 à 15 % ...
Placé à l'admission, de préférence après le papillon pour les moteurs essence, cette pièce génère un tourbillon grâce à ses ailettes. Celui-ci permet une meilleure homogénéisation du mélange air-carburant, pour une meilleure combustion.
Le principe de la turbulence (swirl) est déjà exploité sur les moteurs. Cette pièce augmente le phénomène de turbulence, mais créé une perte de charge, surtout lorsque le débit d'air est important, c'est à dire à haut régime. Ainsi, les expérimentations relatents d'un gain de couple à bas régime mais d'une perte de puissance à haut régime.
Efficaces sur les moteurs d'ancienne génération, il n'est pas certain que ce procédé le soit également sur les moteurs les plus récents. En effet, le rendement de la combustion est déjà très bon sur les derniers moteurs (98% environ), et donc améliorer la combustion n'est plus une voie intéressante de progrès. Par contre, son efficacité peut être améliorée, par exemple par l'augmentation de la vitesse de propagation de la flamme.
Huile Végétale Pure
Voici la nouvelle version du document très complet d'Yves Lubraniécki concernant l'huile végétale pure en tant que carburant.
Rappelons que l'huile végétale pure, c'est à dire n'ayant subie aucune transformation, peut être utilisée directement dans un moteur de type Elsbett. Sinon, elle peut être transformée en biodiesel afin de pouvoir être utilisée dans un moteur diesel conventionnel.
L'huile végétale peut être produite avec un bon rendement à l'hectare (4 000 L/an/ha) dans des régions ensoleillées tels les pays d'Afrique, grâce à une variété de palmier produisant une grande quantité d'huile. Ce serait égallement un moyen de dynamiser ces régions pauvres.
Du bioéthanol à la pompe en France
Le ministre de l'économie Thierry Breton a annoncé mardi 26 septembre, que du biocarburant serait disponible à la pompe d'ici un an. L'objectif annoncé est une disponibilité dans 500 stations françaises, au prix de 0,80€ le litre.
On attendait une telle nouvelle depuis longtemps, alors qu'en Allemagne on peut trouver du biodiesel dans les stations depuis plusieurs années.
En France, le biocarburant dont il est question est le bioéthanol, ou plus précisément l'E85, un mélange de 85% d'éthanol et de 15% d'essence.
Contrairement au biodiesel qui est utilisable seulement dans un moteur diesel, l'E85 est utilisable dans les moteurs essence uniquement. Le choix de privilégier ce type de carburant est surprenant, alors que la majorité des Français roulent aujourd'hui au diesel. Ceci dit, ce choix n'est pas dénué de sens sur le plan environnemental, car les moteurs essence rejettent bien moins d'oxydes d'azote que les moteurs diesel.
Il faut ajouter que l'éthanol possède un indice d'octane très élevé (environ 120) qui permet un plus grand taux de compression, et donc un meilleur rendement du moteur. Le passage de l'essence au biocarburant ne se fait donc pas au dépend des performances, bien au contraire.
On peut rouler à l'éthanol dans un véhicule à moteur essence, certes, mais celui-ci doit être spécialement adapté. Sans modifications, on peut mettre jusqu'à 20% d'éthanol dans l'essence, mais au delà des problèmes peuvent apparaître. Les durits doivent résister à l'attaque de l'alcool, et l'électronique d'injection et d'alumage doit être programmée différemment. Ainsi, pour rouler avec une forte proportion d'éthanol, il faut utiliser un moteur spécialement adaptée. Le surcoût est faible, les modifications étant légères. Des véhicules "flex fuel" capables d'utiliser n'importe quelle proportion de mélange essence-ethanol sont dors et déjà utilisés à grande échelle au Brésil. Ils devraient être disponibles en France d'ici un an.
D'un point de vue financier, l'essence verte seraient vendue aux alentours de 0,80€/L, contre 1,20€/L actuellement pour l'essence conventionnelle. Avant de tirer une conclusion, il faut tenir compte du fait qu'un litre d'E85 contient 30% d'énergie de moins que l'essence. Un litre d'essence contenant 10kWh (36MJ) d'énergie, un calcul rapide montre qu'il faudra 40% d'éthanol de plus que d'essence pour parcourir la même distance (si l'on ne tient pas compte d'une éventuelle augmentation du rendement du moteur due à l'indice d'octane du biocarburant). Ainsi, l'équivalent en énergie d'un litre d'essence coutera 0,80€ + 40% donc 1,10€ environ.
Rouler à l'éthanol coûtera donc légèrement moins cher que rouler à l'essence, mais plus cher que de rouler au gazole. Au niveau du coût à l'achat du véhicule, un véhicule acceptant l'éthanol comme carburant sera légèrement plus cher qu'un véhicule n'acceptant que l'essence, mais restera moins cher qu'un véhicule diesel. Ainsi, l'usage de l'éthanol se révèlera être un compromis intéressant entre l'essence et le diesel.
Du point de vue de l'agriculture, l'éthanol possède un meilleur rendement à l'hectare cultivé que le biodiesel, mais sa culture nécessite plus d'énergie. Actuellement, le bioéthanol est produit sous nos latitudes à partir de la bettrave à sucre, ou à partir de la canne à sucre au Brésil. Mais rappellons que les techniques de production actuelles sont amenées à changer radicalement , avec le développement de la filière de production d'éthanol par hydrolyse enzymatique. Avec cette nouvelle méthode, il faudra bien moins de surface cultivée et d'énergie pour produire cette essence verte. De plus, des espèces végétales diverses seront utilisables, notamment des taillis à croissance rapide. A noter égallement que l'éthanol peut être produit à partir de certains déchets.
L'introduction de ce carburant se révèle donc très intéressante pour l'avenir. Mais on peut s'étonner du fait que parallèlement, l'utilisation de l'huile végétale brute soit toujours interdite en France ...
Nouveaux tarifs de rachat de l'électricité photovoltaïque
Si une entreprise ou un particulier possède une installation de panneaux solaires photovoltaïques, EDF a l'obligation de lui acheter l'énergie électrique produite. Les nouveaux tarifs de rachat sont élevés et rendent intéressante la mise en place de panneaux solaires photovoltaïques malgré leur coût important : ce tarif est de 0,30€/kWh, plus 0,25€/kWh si l'installation est intégrée au bâti existant. Par exemple, un particulier possédant des panneaux photovoltaïques sur sa toiture de maison pourra revendre l'électricité produite à hauteur de 0,55€/kWh.
Il est intéressant de noter que ce tarif est bien plus élevé que le tarif de vente d'électricité par EDF : celui-ci s'élève à environ 0,08€/kWh ... Ainsi, on peut équilibrer son budget électricité, et ainsi n'avoir rien à payer, en ne produisant que 15% de ce que l'on consomme.
Dans ce cas, on doit posséder deux compteurs d'électricité : un compteur de vente, comptabilisant la quantité d'énergie vendue à EDF, et un traditionnel compteur d'achat, comptabilisant l'énergie achetée à EDF.
Ces tarifs sont valables pour une installation de moins de 5kWc. Sous nos lattitude, la puissance moyenne produite par un panneau photovoltaïque est d'environ 11% de la puissance crête. Ainsi on calcule facilement qu'une telle installation fournirait 4800kWh par an et rapporterait à son propriétaire 2650€ par an ...
Ces nouveaux tarifs peuvent donc aider au développement du solaire électrique, mais le principal frein à la multiplication des installations reste le coût initial élevé.
L'aluminium énergie
L’aluminium contient de l’énergie. Un kilogramme d’aluminium contient autant d’énergie qu’un kilogramme d’essence. En effet, l’aluminium est obtenu par électrolyse de l’alumine, c’est pourquoi il est un stock d’énergie. Celle ci peut être libéré lors de la transformation inverse, la transformation d’aluminium en alumine.
Cette énergie peut être récupérée sous forme de chaleur par combustion d’une très fine poudre d’aluminium. A condition d’avoir des grains d’aluminium extrêmement petits, la poudre d’aluminium pourrait même servir de carburant dans des moteurs à combustion interne adaptés.
Mais cette énergie peut également être récupérée sous forme d’hydrogène. Le rendement n’est pas parfait car la réaction qui transforme l’aluminium en hydrogène est exothermique, ainsi toute l’énergie de l’aluminium n’est pas transformée en hydrogène. Une réaction entre l’aluminium et la soude permet le dégagement de ce gaz combustible.
La pompe Fluidine
Une pompe sans aucune pièce en mouvement et fonctionnant à l’énergie solaire, c’est un rêve ? Non, c’est la pompe fluidine.
Cette pompe est une sorte de moteur Stirling dont le piston et le déplaceur sont liquides. Comme pour le moteur à air chaud, ce sont les dilatations et contractions de l’air contenu dans un tube, se déplaçant entre une source chaude et une source froide, qui produit le travail nécessaire au pompage.
Elle ne possède aucune pièce en mouvement (à part les clapets unidirectionnels), caractéristique synonyme de faible besoin de maintenance. On imagine les services que pourrait rendre cet type de pompe dans certains villages africains dépourvus d’accès à l’eau potable. Sans entretient, fonctionnant à l’énergie solaire, et ne comportant aucun composants coûteux (à l’opposé du solaire photovoltaïque), elle pourrait être le moyen idéal d’offrir l’accès à l’eau potable à ces régions.
Seul inconvénient de cette pompe, son faible rendement, inférieur à 5%. Mais cette inconvénient est à minimiser, du moment où l’on dispose d’une surface suffisante pour déployer les capteurs solaires nécessaires. Mais cette pompe souffre d’un faible débit de fluide refoulé.
L’injection d’eau dans les moteurs thermiques
Non, ce n’est pas le retour du mythe du moteur à eau, mais bien une réelle voie d’amélioration du rendement des moteurs thermiques. C’est la forte capacité thermique de ce liquide qui permet cela.
Durant la seconde guerre mondiale, un avion de combat, le Thunderbolt, possédait un système d’injection d’eau qui, en évitant un trop grand échauffement du mélange durant la compression, permettait d’augmenter la pression et la quantité de carburant brûlée dans le cylindre sans provoquer d’autoallumage. Ce système permettait d’augmenter la puissance de 300 ch. pendant une durée limitée.
Utilisé pour gagner de la puissance, ce procédé pourrait aussi être exploité pour gagner en rendement. En effet, dans un moteur à allumage commandé (dit moteur à essence), le rendement augmente avec la pression dans le cylindre en fin de compression. Or, on est limité par le phénomène d’autoallumage (cliquetis) qui apparaît lorsque température et pression sont trop élevés. En injectant une petite quantité d’eau, on refroidit le mélange et on évite l’autoallumage. On peut ainsi monter plus haut en pression.
De plus, en refroidissant le mélange lors de la compression, on diminue le travail nécessaire à la remontée du piston. Injectée à l’état liquide en même temps que le carburant (dans le cas d’un moteur à allumage commandé), elle doit être passé à l’état de vapeur avant la fin de la compression. La quantité d’eau injectée doit donc être parfaitement dosée, et variable en fonction de la charge du moteur.
Ce concept présente des similitudes avec le PMC Pantone, très connu sur internet. Testé par de nombreux expérimentateurs, il permet une forte diminution des émissions et parfois une baisse de consommation sur les moteurs.
La gazéification du bois
Le procédé de gazéification du bois est surtout connu pour avoir remplacé le pétrole pendant la seconde guerre mondiale, où de nombreux véhicules étaient modifiés pour rouler au bois. Ce procédé pourait redevenir à l'ordre du jour ; en effet, le bois est un biocarburant dont la combustion s'inscrit dans le cycle naturel du carbonne.
Le domaine d'application de la gazéification du bois ne se limite pas à l'automobile : il pourait être intéressant pour la cogénération de chaleur et d'électricité. Une entreprise belge commercialise d'ors et déjà des unités de cogénération fonctionnant au bois gazéifié. Le rendement d'une unité moderne transformant le bois en gaz combustible atteint 70 à 85%. Le gaz obtenu est composé de monoxyde de carbone, de dihydrogène et de méthane.
Avec ce système, on peut valoriser les multiples déchets de bois inutilisés ; mais la biomasse utilisable ne se limite pas au bois : tous les végétaux sont en principe utilisables.
Dans le procédé BTL (Biomass To Liquid), qui permet de transformer la biomasse en carburant de synthèse, c'est bien la gazéification qui est utilisée ; le gaz de synthèse produit par gézéification du bois peut en effet être transformé en méthanol.
Rappel : Vidéos
Les 2 vidéos en divX sont toujours disponibles :
- la vidéo sur moteur Stirling
- la vidéo sur le lifter
PSA présente 2 hybrides
On l'attendait depuis longtemps, qu'un constructeur français s'intéresse à la technologie hybride. PSA vient de présenter une 307 et une C4 dotées de la même technologie hybride parallèle. Equipées d'un moteur diesel HDI et d'un moteur électrique, ces voitures peuvent fonctionner en mode électrique seul, pendant 5 km. Les performances sont au rendez-vous ; la consommation mixte est de 3,4 L/100 km et la consommation urbaine de 3 L/100 km ... et cela ne se fait pas en dépit des performances : le 1000 m départ arrêté est couvert en 33,9 s, c'est mieux que la version diesel de 110 ch, alors que le moteur diesel de cette hybride de dévelloppe que 90 ch ...
Le surcoût de cette version hybride est de 5000 euros par rapport à la version conventionnelle ; ce prix est considéré comme trop élevé par PSA, qui ne mettra donc pas en vente tout de suite ces versions hybrides.
L'injection d'hydrogène dans les moteurs thermiques
Produire de l'hydrogène par électrolyse de l'eau, en utilisant l'électricité produite par l'alternateur, et injecter cet hydrogène dans le moteur, permettrait d'augmenter le rendement ; cette affirmation ferait sourire n'importe quel scientifique, qui répondrait que pour réaliser cette opération, on doit prélever beaucoup plus d'énergie sur l'arbre moteur pour entraîner l'alternateur que l'on en récupère par la combustion de l'hydrogène. Ceci est vrai, mais quand on y regarde de plus près, l'idée n'est peut être pas aussi insensée qu'elle n'y parait ...
Une entreprise canadienne commercialise des systèmes d'injection d'hydrogène destinés aux camions. De nombreux véhicules sont d'ores et déjà équipés et il s'avère que le procédé est efficace : la consommation de carburant est diminuée de 10%, et la pollution est égallement diminuée.
Alors pourquoi ce système fonctionne-t-il réellement alors qu'à première vue on pourrait croire à un canular ? L'hydrogène améliore en fait l'efficacité de la combustion, par une augmentation de la vitesse de flamme. La combustion de l'hydrogène étant très rapide, elle se propage rapidement dans toute la chambre de combustion et permet d'allumer le carburant quasi-instantanément en tout point de la chambre de combustion. Celà permet à tout le carburant de brûler rapidement ; de plus, la pression maximale est atteinte plus tôt, d'où une augmentation du travail fourni lors de la détente.
Une petite quantité d'hydrogène suffit, et l'électrolyseur consomme environ 100W d'énergie électrique. Le procédé est adaptable aux moteurs essence comme aux moteurs diesel. Il permettrait égallement d'utiliser un mélange plus pauvre.
Si on ne veut pas utiliser l'énergie électrique produit par l'alternateur, il est égallement possible de produire l'hydrogène nécessaire par une réaction entre de l'aluminium et une solution de soude.
Ce procédé pourrait se révéler comme un moyen simple de réduire la consommation de carburant et la pollution.
Le Méthanol
Quand on parle des biocarburants, on évoque souvent le bioéthanol et le biodiesel. Mais on parle beaucoup moins du biométhanol, qui présente pourtant des avantages très intéressants.
Le Méthanol est parfois appelé "alcool de bois". En effet, on peut en obtenir en distillant du bois. Mais on peut surtout l'obtenir en grande quantité à partir de la filière BTL ; comme dans un gazogène, on gazéifie du bois ou tout autre biomasse (colza, tournesol, et pas seulement les graines, mais bien toute la plante, avec les tiges ...) et on obtient du gaz de synthèse, CO + H2. On fait ensuite réagir ce gaz (appelé jadis "gaz à eau", sa composition est proche de celle du gaz de ville ou gaz d'éclairage) avec de la vapeur d'eau, et l'on obtient du méthanol, CH3-OH. Le rendement de cette filière serait de 5000 litres à l'hectare, soit plus du triple du rendement obtenu avec le biodiesel. Actuellement, le méthanol est surtout produit à partir du gaz naturel (CH4) ; on produit du gaz de synthèse par vapocraquage du gaz naturel, et ensuite on suit la même procédure.
La molécule de méthanol est composée d'un seul atome de carbone pour 4 atomes d'hydrogène, ce qui garantit des faibles rejets de CO2 pour un moteur fonctionant avec cet alcool. Pour comparer, les molécules qui composent l'essence comportent à peine plus de deux atomes d'hydrogène pour un atome de carbone.
Le Méthanol est sous forme liquide dans les conditions normale de température et de pression. Contrairement à l'hydrogène ou au gaz naturel, on a pas besoin de réservoir sous haute pression pour le stocker.
Le grand avantage du Méthanol est de pouvoir alimenter à la fois des voitures à MCI ou des voitures à PAC. En effet, il peut parfaitement alimenter un moteur essence, en étant équivalent à une essence à haut indice d'octane. Une PAC peut se nourir de Méthanol, grâce à l'ajout d'un reformeur embarqué qui convertit le Méthanol en hydrogène. On peut même alimenter certaines PAC directement au Méthanol, sans avoir besoin de reformeur ... Bien qu'au stade actuel de la recherche, les DMFC (Direct Methanol Fuel Cell, PAC alimentée directement au Méthanol) ne bénéficient pas d'un rendement élevé. En permettant d'alimenter à la fois les moteurs d'aujourd'hui et ceux de demain, le Méthanol pourait bien être l'élément de transition entre l'ère du pétrole et l'ère de l'hydrogène.
Note :
BTL : Biomass To Liquids, nouveau procédé de production de biocarburants
MCI : Moteur à Combustion Interne
PAC : Pile à Combustible
Michelin Hi-Light
Développée par Michelin, cette voiture à pile à combustible est dotée de caractéristiques remarquables, et elle ne rejette que de la vapeur d'eau. On accuse souvent les voitures électriques ou à hydrogène d'être trop lourdes, mais la Hi-Light ne pèse que 850 kg ... pour comparer, la 107 de Peugeot dépasse les 900 kg. Ses performances la placent presque à égalité avec une voiture conventionnelle : autonomie de 400 km, 0-100 km/h en 12 s, vitesse 130 km/h, puissance de 102 ch atteignable pendant quelques secondes grâce à des condensateurs ...
La PAC utilisée dans la HI-Light possède un rendement de 60%, c'est à dire le double d'un MCI ! On comprend mieux comment cette voiture arrive à se contenter de l'équivalent énergétique de 2 L/100 km ... Cette PAC possède l'originalité d'être alimentée avec de l'hydrogène et avec de l'oxygène pur, et non issu de l'air ambiant. C'est ce choix technologique qui permet l'utilisation d'une PAC de faible encombrement, et de rendement élevé. Celà impose presque une production de l'hydrogène par électrolyse, permettant de produire à la fois de l'hydrogène et de l'oxygène à partir de l'eau. Ce mode de production et totalement propre à condition d'utiliser de l'électricité produite à partir de sources renouvelables. C'est pourquoi Michelin a dévellopé, parallèlement à ce prototype, une unité de production d'hydrogène à partir de l'énergie solaire.
Des condensateurs permettent la récupération d'une grande partie de l'énergie cinétique lors des freinages. Ils permettent égallement une grande réactivité et une puissance de pointe élevée. La transmission est assurée par des moteurs-roue, supprimant tout organe de transmission mécanique. Tout est "by wire". Le prototype est égallement équipé d'une suspension active électrique permettant un grand confort et une stabilisation dans les virages.
Electricité solaire : il n'y a pas que le photovoltaïque
Quand on parle de produire de l'électricité à partir de l'énergie solaire, on pense aux panneaux photovoltaïques. Ces modules représentent une solution prometteuse à long terme, lorsque la technologie aura progressé pour diminuer les coûts de fabrication et augmenter le rendement. Mais à l'heure actuelle, l'investissement représenté par la mise en place d'une installation photovoltaïque est trop élevé pour rendre cette solution intéressante. Sur le plan énergétique, il faut entre 10 et 15 ans pour qu'un panneau solaire produise autant d'énergie qu'il en a fallu pour le fabriquer (Edité le 26/09/2008 : correction : pour des panneaux photovoltaïques raccordés au réseau, et avec la technologie d'aujourdhui, le retour sur investissement énergétique de panneaux photovoltaïques est d'environ 3 ans ; les 10 ans sont vrais pour un système autonome, non raccordé au réseau, et ce sont alors les batteries qui augmentent le temps de retour sur investissement énergétique) ... Mais les progrès constants de la recherche sur cette technologie la rendront certainement plus compétitive dans les années à venir.
Mais le photovoltaïque n'est pas la seule solution : on peut utiliser un moteur Stirling dont la source chaude est le foyer d'une parabole (voir photo). Celle-ci tourne pour suivre le soleil et recueillir un maximum d'énergie. Le moteur Stirling actionne une génératrice triphasée. Une telle installation possède un rendement énergétique égal ou supérieur à celui du photovoltaïque, c'est-à-dire presque 20% du rayonnement solaire converti en électricité. Le générateur représenté sur la photo ci-dessus peut délivrer une puissance de 9 kW, c'est à dire alimenter complètement une habitation.
Avec ce système, on convertit le rayonnement en chaleur, puis en électricité. Il est envisageable de concevoir une installation qui produise à la fois chaleur et électricité, en cogénération. On récupérerait la chaleur sur le radiateur (source froide) du moteur Stirling, c'est-à-dire la chaleur que le moteur n'a pas été capable de convertir en électricité. Une telle installation apporterait donc à la fois l'électricité et le chauffage.
PSA dévoile la première PAC française
Les constructeurs français étaient jusqu'à présent en retard dans le domaine des hybrides, de la pile à combustible et de l'hydrogène. Ils préféraient développer des diesels performants.
Mais PSA (Peugeot Citroën) vient de dévoiler, en partenariat avec le CEA (Commissariat à l'Energie Atomique), un modèle de pile à combustible très performante. Capable de fournir une puissance de 80 kW (110 ch.), cette PAC est particulièrement compacte. Il faut souligner le fait que la recherche progresse très rapidement dans le domaine des piles à combustibles : en 2 ans, leur puissance a augmenté de 20% en diminuant leur masse de 30% ... On verra très certainement dans les mois ou les années à venir des concepts de voiture à PAC aussi performantes voire plus performantes que les voitures à MCI (Moteur à Combustion Interne), et ce tant pour l'autonomie que pour la vitesse et l'accélération.
Rappelons à cette occasion que la PAC est particulièrement bien adaptée à l'automobile ; en effet, elle a un rendement quasiment constant quelle que soit la charge, ce qui n'est pas du tout le cas d'un MCI qui n'atteint son rendement maximum que pour un point de fonctionnement précis. De plus, les moteurs électriques qu'alimente la PAC ont pour caractéristique de délivrer un couple très élevé au démarrage.
Ajoutons que PSA a également inauguré un centre de recherche dédié à la PAC et à l'hydrogène, employant 50 personnes.
