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.

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

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.

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.

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.

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A chaque fois que l'on parcourt un kilomètre en voiture, il faut 40 heures à un arbre pour absorber le CO2 que l'on à émis ...
C'est pourquoi il faut développer les solutions alternatives ; biocarburants, cogénération, hydrogène vert, énergie éolienne, hydrolienne, solaire ... sont autant de réponses pour sortir progressivement de l'ère du pétrole.
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Bonne visite, et meilleurs voeux pour 2006 !

On parle souvent d’énergie éolienne, d’énergie solaire … mais il existe une multitude d’autres énergies renouvelables.

Parmi elles, l’énergie houlomotrice. Il s’agit de convertir, grâce à des flotteurs, l’énergie mécanique des vagues en énergie électrique.

Une équipe du laboratoire de mécanique des fluides de l’école centrale de Nantes a développé un prototype du Searev, une bouée capable de capter l’énergie de la houle.

Ce système n’est pas à confondre avec les hydroliennes, sortes d’éoliennes sous-marines qui utilisent l’énergie des courants marins.

Le Searev (Système autonome électrique de récupération de l’énergie des vagues) est une bouée flottante en forme de large flèche, longue de 25 m et large de 13 m pour 15 m de tirant d’eau. A l’intérieur est installé un système de récupération du mouvement de la houle par mouvement pendulaire d’une sorte de roue lestée. L’opération est gérée par ordinateur pour être optimale. Cette roue constitue une pompe hydraulique, permettant d’actionner un moteur hydraulique entraînant un alternateur.

Le Searev a une puissance maximum de 500 kW, soit 4 fois moins qu’une éolienne standard de 2 MW. Mais en terme de surface, une ferme houlomotrice peut produire 20 MW par km² contre 6 MW par km² pour un parc éolien offshore. Ainsi, un carré de 9 km de côté équipé de ce système remplacerait une centale nucléaire. De plus, ce système pourrait bien être plus simple et moins coûteux à installer que des éoliennes offshore. Le potentiel de cette énergie est élevé : un "gisement" potentiel de 2500 watts par mètre carré, contre 400 pour l'éolien et 150 pour le solaire.

Ce type d’installation, de la même façon que les éoliennes, doit fournir une puissance répondant à la demande, quelles que soient les conditions de vent ou d’agitation de la mer. Ainsi, le problème, c’est que la météo ne suit pas les fluctuations de notre demande d’énergie ! Ainsi, lors d’un surplus de production par rapport à la demande (cela arrive surtout la nuit, où la demande en électricité est faible), on peut envisager d’utiliser l’électricité produite pour produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau. Cette solution sera intéressante notamment lorsque l’hydrogène se sera développé en tant que carburant.

Dans un moteur à combustion interne, seuls 30% de l'énergie contenue dans le carburant sont convertis en énergie mécanique. La part restante se partage entre le circuit de refroidissement pour 30% et l'échappement pour 40% environ. Classiquement, les températures des gaz d'échappement atteignent 500°C. Il est envisageable de récupérer cette chaleur dans un moteur secondaire, qui la convertira en partie en énergie mécanique. Cette énergie supplémentaire serait gratuite puisque la chaleur de l'échappement serait autrement perdue. On obtiendrait ainsi une augmentation du rendement global du moteur, et une diminution de la consommation et de la pollution.

Les moyens de récupération de la chaleur sont d'une part les moteurs à combustion externe, d'autre part les cellules thermoélectriques. Les premiers ont un meilleur rendement, mais les secondes sont plus simples (mais pas moins chères) et ne possèdent aucune pièce en mouvement (donc peu d'entretien).

Un moteur à combustion interne peut être, entre autres, un moteur à vapeur ou un moteur Stirling. Si on veut un système léger, on peut s'en servir par exemple pour entraîner l'alternateur, voire les autres auxiliaires, afin que le moteur n'ait plus à les entrainer. Si on met en place un système de récupération plus lourd, on peut envisager d'apporter une puissance d'appoint au moteur thermique principal (à combustion interne) soit par l'intermédiaire de l'alternateur se comportant en moteur pour aider le moteur thermique, soit même par un nouveau moteur "hybride diesel (ou essence) / vapeur" qui utilisera la vapeur produite par récupération de l'énergie de l'échappement pour entraîner le véhicule.

Ce principe a été utilisé sur un prototype de locomotive, dans les années 1930 : la Kitson Still. Cette machine hybride diesel/vapeur consommait 5 fois moins qu'une autre locomotive et affichait un rendement supérieur à 40% ... Actuellement, BMW étudie un système basé sur le même principe.