Deux problématiques techniques
Les moteurs pouvant être équipés
Les applications déjà existantes
FAP (Filtre A Particules) : Un investissement
difficile
FAP Premier bilan écologique : Dangereux ou
efficace ?
Objectifs
D’après un article paru dans
la revue éditée par la Chambre syndicale des experts automobile de France
(Jean-Michel Chavazas ; Cheval
Mécanique n° 35) sur les générateurs proposés par le marché :
« Si cette technique, notamment en poids lourd,
aux USA et au Canada, est utilisée en production, une société française vient
de franchir un nouveau pas. Cette société a développé un procédé qui, non
seulement atteint un rendement électrolytique proche de l’unité, mais encore
laisse entrevoir une révolution en ce domaine.
Ce n’est un secret
pour personne, les moteurs thermiques ont un faible rendement, malgré les
améliorations constantes apportées par les constructeurs.
L’hydrogène offre un
potentiel intéressant comme carburant alternatif pour les moteurs thermiques
équipant les véhicules automobiles. Il peut rehausser la limite
d’inflammabilité des carburants avec, comme résultats, une efficacité thermique
plus élevée et une réduction des émissions polluantes à l’échappement.
Ces techniques d’assistance
hydrogène entrent dans la catégorie du reformage du carburant juste au moment
de son utilisation dans le but de lui communiquer les propriétés
thermodynamiques optimales lors de l’explosion.
Il en résulte alors
trois avantages liés :
· une diminution de la consommation,
· une diminution de la
pollution,
· un accroissement de la
propreté moteur,
par exemple lisible dans la propreté de l’huile moteur. La diminution de la pollution est elle-même double: Diminuer la consommation c’est, d’une part, de manière automatique réduire l’émission de CO². D’autre part, l’utilisation d’un carburant reformé à chaque instant optimal réduit intrinsèquement la teneur en polluant à l’échappement, comme par exemple les suies sur motorisation diesel.
Deux
problématiques techniques
Le générateur
d’hydrogène développé doit donc produire de l’hydrogène à la demande du moteur,
et lui communiquer les bonnes propriétés physico-chimiques pour atteindre
l’objectif.
Les choix
technologiques s’appuient sur trois axes :
• Production en direct,
aucun stockage pour des raisons de sécurité ;
• Pas de transformation
moteur ;
• Un
ajustement
électronique poussé, en temps réel, des
propriétés de l’hydrogène injecté:
ceci
pour favoriser la production d’un gaz hybride
di-hydrogène, très riche en ortho
hydrogène.
Seconde problématique,
cruciale, le bilan énergétique de cette production d’hydrogène. Ce gaz est
produit par électrolyse d’eau. À ce titre, il consomme de l’énergie électrique.
Le réacteur peut donc s’échauffer par effet joule. L’avancé technologie vient
ici de l’abaissement du niveau de puissance exigée. Jusqu’à présent, les
produits concurrents ont eu besoin de 15 à 30 Wh par litre d’hydrogène produit.
Le procédé exclusif employé par UT abaisse cette consommation d’énergie à 3 à
4,5 Wh par litre produit.
En outre,
l’échauffement du réacteur a été l’objet de recherches poussées afin de ne pas
injecter de vapeur d’eau, même en quantité minime (éliminer tout risque de
corrosion).
Le générateur
d’hydrogène UT est né de l’intégration de ces deux problématiques ; ses
avantages sont les suivants :
- Compatibilité
avec moteurs essence, diesel, huile végétale ;
- Pas de
modification moteur ;
- Pas de stockage
de gaz ;
- Equipement d’un
encombrement minimum ;
- Aucun gaz dangereux
à l’arrêt du véhicule ;
- Elimination des
hydrocarbures imbrûlés ;
- Gaz produit à
partir d’une faible quantité d’eau, de l’ordre de 0,070 l d’eau au 100
km/100 l d’hydrogène ;
- Gaz Hydroxygène
autoproduit en roulant jusqu’à 220 l/h ;
- Gaz Hydroxygène
100% autoconsommé sans aucun rejet polluant;
- Augmentation du
rendement thermodynamique de la combustion ;
- Technique
d’enrichissement Hydrogène des moteurs thermiques asservis par sonde
oxygène analogique (monitoring) ;
- Application du procédé originel H2O UTOPIA TECHNOLOGY ;
Les
moteurs pouvant être équipés
Le moteur à essence et
le moteur diesel sont basés sur des principes similaires, rappelons que le
premier moteur à explosion crée par rudolph Diesel en 1893 fonctionnait à
l’huile d’arachide et a fait passer le rendement mécanique de 12% (machine à
vapeur) à 26% ! et qu’ un procédé dérivé,
l’allumage commandé (moteur à essence) n’a existé que pour combler les carences
de l’époque en technologie des matériaux.
Par son principe
d’optimisation de la mise en phase gazeuse et son apport énergétique,
l’assistance hydrogène est naturellement valable pour les deux principaux
carburants actuels mais également compatibles de la plupart des carburants
liquides.
On peut traduire
l’amélioration observée en terme d’indice. Tout se passe comme si le reformage
du carburant équivalait à un changement d’indice d’octane ou de cétane.
Notons que pour introduire l’hydrogène au niveau de l’admission, on a le choix entre plusieurs points d’entrée associés à plusieurs technologies. En automobile, on élimine d’office l’injection haute pression dans la chambre de combustion (conception spécifique). Les travaux menés ont démontré qu’injecter sans surpression en entrée turbo est aussi efficace qu’injecter sous pression modérée après le turbo. On se trouve également dans le cas de figure le moins « interventionniste » lors de l’installation du réacteur, à ce jour, surtout en seconde monte.
Les
applications déjà existantes
En Amérique du nord,
depuis une demi douzaine d’années des flottes de poids
lourds sont équipées de produits basés sur ce même principe du reformage par
assistance hydrogène. Par ailleurs, les recherches sont actives partout dans le
monde.
L’avancée, en terme de
rendement, que vient de démontrer ce nouveau procédé pourrait bien constituer
les prémisses d’une révolution en la matière. En effet, ces produits approchent
le rendement unitaire pour l’électrolyse ; or, d’autres travaux publiés dans le
domaine démontrent qu’il est possible d’aller bien plus loin, certes sur des
débits très minimes. Comme un rendement supérieur à l’unité est impossible, on
est peut-être à la veille d’une reformulation des lois de l’électrolyse dans
des conditions particulières, sous hautes fréquences.
La société canadienne
Dynamic Fuel applique ces procédés sur poids lourds avec des gains de 15 à 20 % de carburant sur gros
moteurs. Auto Gas India l’applique sur voitures et camionnettes en Inde avec
des gains de 25 à 60 %.
Or, le procédé UT vient de faire franchir un cap déterminant au rendement électrolytique de l’hydrogène qui se traduit aujourd’hui par des performances au minimum égales aux produits concurrents mais surtout qui laisse augurer dans un proche futur des rendements encore supérieurs.
FAP
(Filtre A Particules) : Un investissement difficile
Il est de plus en plus
précisément établi que les microparticules issues des motorisations diesel
affectent la santé d’au moins 60 % des personnes exposées (zones urbaines par
exemple). Les sociétés détentrices de poids lourd sont fortement incitées à
équiper leurs véhicules de filtres à particules, permettant, de prime abord,
d’éliminer ces suies.
Or si l’équipement FAP
surenchérit le coût du matériel de 3 000 à 5 000 € - hors renouvellement
périodique -, on constate une surconsommation d’un minimum de 2 % soit une
charge d’exploitation supplémentaire 3 000 à 7 000 € par an. Aucun
retour sur investissement n’est à attendre, l’objectif étant uniquement
citoyen.
Les flottes ont-elles
cette préoccupation ?
Avec le générateur d’hydrogène
UT poids lourd, l’équipement surenchérit le coût du matériel d’environ 10 000
€, mais entraîne une diminution de consommation de 10 % a minima garantie. Avec
des consommations nominales de l’ordre 40 litres/100 km, il devient clair que
le retour sur investissement peut donc être un vrai levier incitatif.
Mais, de plus, la
quantité de particules rejetées s’effondre ; cette solution peut donc offrir
une alternative séduisante, par l’équation suivante
• FAP = élimination
totale mais frein économique important ;
• H2O UT = élimination
importante et incitation à un équipement massif dicté par l’aspect économique.
FAP
Premier bilan écologique : Dangereux ou efficace ?
Une autre préoccupation, à laquelle les
gestionnaires de parcs de véhicules doivent être sensible, ne serait-ce qu’au
titre du principe de précaution, est celui de l’innocuité sanitaire des FAP.
En effet très récemment, le 17 octobre
2006, les ministères en charge de
l'environnement, de la santé, et du travail ont saisi l'Afsset concernant
l'impact sanitaire des filtres à particules. En réduisant la teneur en
particules fines, la technologie augmenterait de manière importante les
émissions de NO2.
Selon, Claire
Avignon (évaluer).
’’Le
remède serait-il pire que le mal? C'est la question que se posent actuellement
les pouvoirs publics concernant les filtres à particules (Fap). Cette
technologie permet de se débarrasser de la grande majorité des particules
fines, ces polluants considérés actuellement par la plupart des chercheurs
comme les plus dangereux pour la santé humaine. Pour les constructeurs
automobiles, les Fap sont la solution pour imposer définitivement les moteurs
diesel comme propres.
Mais des études américaines et européennes jettent le doute. Certains filtres à
particules oxyderaient les molécules NO produites par la combustion en
molécules NO2. Résultat: la somme des deux types de gaz, connue sous la formule
NOx, serait la même qu'en l'absence de Fap, mais le nombre de NO2 augmenterait
tandis que celui de NO diminuerait. Or, les NO2 sont soupçonnés d'avoir des
effets sur la santé, principalement sur la capacité respiratoire des enfants.
Dans un rapport datant d'août 2006, le ministère britannique chargé de
l'environnement [1]émet l'hypothèse
que l'équipement de filtres à particules [2]
sur les bus londoniens «est une cause plausible de ce qui a été observé à
Londres», à savoir la hausse du ratio NO2/NOx de 10% en 2002 à 15% en 2005.
Le
programme de recherche Primequal [3]
a obtenu des résultats similaires. «En suivant un bus dit propre –c'est-à-dire
équipé d'un filtre à particule avec catalyse d'oxydation-, un conducteur peut
être exposé au NO2 à hauteur de une partie par million (ppm)», explique
Jean-Paul Morin, chercheur à l'Inserm et participant à Primequal. Un chiffre
proche de la valeur limite d'exposition professionnelle établie à trois ppm.
«On nous a en effet demandé de travailler sur ce sujet», confirme Christian
Elichegaray, président du comité d'experts spécialisés dans l'évaluation des
risques liés aux milieux aériens pour l'Agence française de sécurité sanitaire
de l'environnement et du travail (Afsset), et chef du département air de
l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe). Mais pour
lui, il faut rester prudent. «Jusqu'ici, de nombreuses études montrent que le
problème sanitaire n°1 est celui des particules fines, pas des NO2,
continue-t-il. Les effets à long terme de ces dernières n'ont été observés que
chez les animaux.»
Mais selon Jean-Paul Morin, également membre du comité d'experts spécialisés de
l'Afsset sur l'air, les travaux scientifiques ne sont pas aussi clairs qu'il y
paraît. «Les émissions de particules fines et de NO2 sont étroitement
corrélées, explique-t-il. Ainsi, il est difficile de savoir laquelle des deux
types de molécules a le plus d'impact sur la santé.»
La saisine comprend de nombreuses demandes, qu'il s'agisse d'analyser les
données bibliographiques, de comparer l'impact des émissions de NOx et le
rapport NO2/NOx des différentes technologies de Fap, ou encore d'évaluer
spécifiquement les risques pour les travailleurs exposés aux polluants, à
l'instar des conducteurs de bus, particulièrement exposés.
«C'est une saisine extrêmement riche, qui interagit avec de nombreuses réglementations
européennes en cours d'élaboration, estime Michèle Froment-Védrine, directrice
générale de l'Afsset. Il n'est pas sûr que nous puissions répondre à toutes les
interrogations ministérielles, notamment parce qu'il sera difficile d'obtenir
certaines données de la part des industriels.»’’
Quelque soit l’issue de ces études, on ne peut que constater que la seule voie qui combine bilan économique et bilan sanitaire positifs passe par une réduction de la consommation associée un fort rendement énergétique des moteurs à combustion interne.