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14 décembre 2014 7 14 /12 /décembre /2014 17:39

14 Décembre 2014

Les carburants décarbonés ou à Carbone recyclable susceptibles de remplacer les hydrocarbures fossiles dans l’automobile (et ailleurs), identifiés et expérimentés aujourd’hui, sont soit des gaz (Biogaz ou Hydrogène issu de l’électrolyse de l’électricité verte), soit des liquides (Biocarburants de deuxième et troisième génération), soit directement de l’électricité verte.

Le bois, et plus généralement la masse végétale, est plutôt utilisé soit directement en production de chaleur, soit en tant que biomasse pour produire du biogaz et des biocarburants.

S’il fut, à une triste époque, utilisé pour la propulsion des voitures et des camions dans les fameux gazogènes, il n’est plus aujourd’hui à l’ordre du jour tout au moins sous cette forme ( quoique…).

Pourtant ce matériau constitue un réservoir d’énergie non négligeable dans le cadre d’une utilisation comme carburant automobile. Une petite comparaison n’est pas inutile:

L’électricité est plébiscitée comme carburant propre, à condition qu’elle soit produite par des procédés eux même propres (Hydraulique, Eolien, Solaire). Pour l’utiliser dans un véhicule il faut soit la stocker dans une batterie, soit la fabriquer sur place à l’aide d’une pile à Hydrogène. Ce dernier procédé étant encore balbutiant, nous nous en tiendrons à la batterie.

Quelle quantité d’énergie peut-on emporter dans une batterie ?

La Renault ZOE embarque une batterie de 22 kWh dont le poids total est affiché à 290 kg en comptant les cellules, le bac contenant, l’électronique de contrôle, les câbles et les supports de l’ensemble, soit une capacité énergétique spécifique de 0,076 kWh/kg.

La Chevrolet Volt déclare 170 kg pour une batterie de 16 kWh, soit une capacité énergétique spécifique de 0,094 kWh/kg.

Pour la Blue Car de Bolloré les chiffres sont 300 kg pour 30 kWh, soit une capacité de 0,1 kWh/kg.

Nous retiendrons la valeur de 0,1 kWh/kg pour cette technologie Lithium-ion dans sa version actuellement industrialisée pour l’automobile.

( Des valeurs supérieures sont obtenues en laboratoire, mais en dehors des conditions sévères de l’automobile).

En face de cette technologie de pointe, le bois énergie sous sa forme de granulés offre une capacité spécifique énergétique de 5 kWh/kg.

(C’est le PCI classique du bois sec).

A poids égal le bois offre donc une capacité énergétique spécifique 50 fois supérieure à celle d’une batterie au Lithium !

(Vous avez bien lu cinquante fois).

Question prix, la comparaison est toujours en faveur du bois:

Le prix minimum du kWh électrique est celui qui est prélevé sur le réseau domestique au tarif réglementé 2014 de 17 centimes d’euro environ en incluant l’abonnement, les taxes et contributions diverses et la TVA.

Le bois en granulés est vendu en 2014 environ 365 euros TTC la tonne, soit 7,3 centimes le kWh en comptant 5 kWh/kg.

Comment ne pas être impressionné par une telle performance pour un matériau si bon marché et disponible en abondance sur notre sol (La forêt française couvre 30% du territoire).

C’est la seule énergie renouvelable, à Carbone recyclable, disponible aujourd’hui et à un coût aussi bas et pour une capacité énergétique spécifique aussi élevée. A titre de comparaison les biocarburants de seconde et troisième génération, qui ont potentiellement une capacité énergétique spécifique certes deux fois plus élevée, coûteront par contre beaucoup plus cher. Et c’est facile à comprendre, la matière de départ est à peu près la même que pour le bois granulés mais les procédés de transformation sont beaucoup plus complexes et onéreux dans le cas des biocarburants liquides, et l’énergie grise est plus importante.

Si la voiture citadine peut être exclusivement électrique, le véhicule tous usages et particulièrement routier devra comporter une double motorisation: Electrique pour les zones urbaines, et thermique en dehors.

Le schéma qui semble se dégager se compose d’un groupe de propulsion électrique alimenté par une batterie de poids « raisonnable », et d’un moteur thermique chargé de prendre le relais sur route et autoroute. Ce moteur thermique pourra bien sûr recharger la batterie grâce à une génératrice, et/ou assurer lui-même la propulsion du véhicule en dehors des agglomérations. Sur les modèles de haut de gamme on pourra même coupler les deux moteurs pour obtenir plus de puissance pendant un bref instant.

Ce moteur thermique est évidemment censé utiliser un carburant décarboné ou à Carbone recyclable ( On ne voit pas bien l’intérêt de ce nouveau concept si c’est pour continuer à brûler du pétrole !).

Et c’est ici que le bois peut intervenir, en concurrence avec les biocarburants beaucoup plus chers.

Le bois doit être utilisé dans un moteur thermique à combustion externe, par exemple un moteur Stirling. Dans une fonction de prolongateur d’autonomie ce genre de moteur offre un rendement intéressant, d’au moins 35%.

Certes, la mise en œuvre dans une voiture d’un moteur Stirling alimenté aux granulés de bois n’est pas une affaire simple, mais le bénéfice énergétique potentiel mérite que l’on prenne la chose au sérieux.

On peut citer une réalisation de la société suédoise PRECER, qui propose un véhicule léger à deux portes Hachback (550 kg) équipé d’un moteur électrique de traction de 15 kW alimenté par une batterie de 10 ou 22 kWh rechargée par un générateur actionné par un moteur Stirling fonctionnant avec du bois en granulés. La consommation revendiquée est de 3,4 Kg pour 100 km.

Tout ceci reste évidemment à valider sur le terrain, mais d’autres sources d’information viennent confirmer cette tendance, qui pourrait apparaître chez les grands constructeurs.

Les solutions actuellement proposées se basent sur un moteur thermique « classique » pour recharger la batterie. Ces moteurs ne sont pas conçus pour cette fonction, ils sont faits pour supporter des grandes variations de régime et de charge, conditions qui conduisent à une efficacité énergétique jamais optimale. De plus ils sont bruyants et coûteux à produire.

Un prolongateur d’autonomie est appelé à fonctionner à régime stable et sur une charge bien définie. Son rendement peut donc être optimisé pour ce type de fonctionnement. De plus on lui demande de se faire oublier et, d’être en particulier silencieux.

Le moteur Stirling peut être couplé à un alternateur linéaire. Il ne comporte alors aucune pièce bruyante, pas d’explosions, pas de système de distribution, pas de vilebrequin, pas de compresseur.

Ce type de moteur n’est pas sorti d’un chapeau, il est déjà utilisé dans diverses applications:

- Générateur électrique dans les chaudières de micro cogénération.

- Idem dans des centrales solaires à concentration où des rendements supérieurs à 40% sont obtenus.

- Propulsion de sous-marins non nucléaires, à cause de son silence de fonctionnement.

- Production d’électricité par récupération de la chaleur perdue dans les conduits de cheminées.

- Etc…

Son association à un combustible comme le bois en granulés est une opportunité à ne pas négliger compte tenu du très faible coût de cette énergie par rapport aux autres énergies renouvelables.

Une affaire dont nous aurons à reparler…

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