Overblog Suivre ce blog
Editer l'article Administration Créer mon blog
23 juillet 2016 6 23 /07 /juillet /2016 19:01

1er Juillet 2016
Le renoncement aux carburants fossiles n'ira pas sans quelques sacrifices.
Entrer en religion écologique suppose un noviciat au cours duquel le prétendant découvre le monde auquel il aspire, ses joies, mais aussi ses souffrances.
L'automobiliste d'aujourd'hui entreprend un noviciat.
Renoncer à ce qui fut la sainte huile durant un siècle, pour embrasser la nouvelle religion du Soleil et du vent, c'est un peu comme, pour un alpiniste, détacher sa corde d'assurance et faire de l'escalade libre.
Quelle voie choisir entre le Bio Ethanol, le Bio diesel, l'Hydrogène, le Bio Méthane, l'électricité d'une batterie, l'électricité d'une pile à Hydrogène, ou quelques savants mélanges de plusieurs d'entre eux ?
Vers quelle obédience se diriger ? Le moteur thermique ? Le moteur électrique ? Ou bien une solution œcuménique qui serait un mélange des deux ?
Cette période de noviciat risque de durer quelques décennies, eu égard au caractère assez approximatif des diverses propositions auxquelles, comme dirait ma grand'mère,
"il manque toujours dix-neuf sous pour faire un franc".
Aussi, il n'est pas inutile de chercher à identifier quelques-uns des dix-neuf sous manquants, peut-être alors y verrons-nous plus clair.
____________________

En matière d'automobile, la transition énergétique est soutenue par deux écoles:
D'une part les pragmatiques, qui considèrent qu'il suffira de remplacer super et gasoil par du Bio Ethanol ou du Bio Diesel, sans rien changer d'autre que quelques réglages par ci par là.
D'autre part les idéalistes, qui veulent non seulement remplacer le pétrole, mais aussi améliorer significativement l'efficacité énergétique, la dite énergie risquant fort de devenir une denrée rare et chère.
Les premiers ont raison et les seconds n'ont pas tort, de là vient tout le problème du choix.
_____________________

La première école a pour elle la simplicité apparente. Même type de moteurs thermiques, on se "contente" de changer le produit que l'on verse dans le réservoir.
Mais cette solution présente deux inconvénients majeurs:
Le premier est son rendement énergétique très faible, proche des 25% en usage normal, ce qui est indécent dans un contexte d'économie d'énergie.
Le second inconvénient est lié à la fabrication des nouveaux carburants.
Prenons un exemple:
On dit grand bien de l'huile de Jatropha pour remplacer le gasoil. Cette plante pousse paraît-il n'importe où, même sur des terres impropres aux culture alimentaires, et se contente de très peu d'eau. Le produit idéal ?
Pas tout à fait.
Le rendement de production de cette huile est de 1 900 L/ha sur une terre "normale" bien irriguée. Il tombe à 600 L/ha sur ces fameuses terres dites incultes. Considérons un rendement moyen de 1000 L/ha.
Le transport routier en France consomme 40 Milliards de litres de gazole chaque année (Oui, vous avez bien lu quarante Milliards).
Pour remplacer ce produit par l'huile de Jatropha, il faudrait donc cultiver environ 40 Millions d'hectares, ce qui représente plus de 70% du territoire national métropolitain de 550 000 km2.
( Il en faudrait même bien davantage car, pour fabriquer du biocarburant il faut dépenser de l'énergie, nos 40 millions d'ha devront donc passer à 50, voire davantage).
Ce n'est donc pas demain que nous verrons les biocarburants "Made in France" remplacer le pétrole.
Il nous faudra donc importer la très grande majorité de nos besoins, ce qui n'est pas sans quelques soucis:
D'une part notre dépendance au pétrole d'importation sera remplacée par une dépendance au Bio Diesel également importé, pas sûr que nous y gagnions au change.
D'autre part, la forte demande suscitera bien des convoitises dans les pays défavorisés qui y verront une nouvelle source de revenus. Les meilleurs rendements étant obtenus sur les bonnes terres, nul doute que les cultures alimentaires en souffriront, avec les conséquences que l'on peut imaginer.
Donc, si l'on n'y prend pas garde, notre comportement écologique risque fort de provoquer un désastre humanitaire dans les pays à l'agriculture déjà précaire. Les maigres cultures vivrières ne pèseront pas lourd devant les dollars du Bio carburant.
________________________

La deuxième école nous précipite de plein pied dans un monde de complexité à première vue peu réaliste.
L'amélioration du rendement énergétique implique le remplacement du moteur thermique par un moteur électrique, dont le rendement peut être supérieur à 85%.
Dans un premier temps ce moteur électrique est alimenté par une batterie, solution bien connue, déjà expérimentée aux tout débuts du XXè siècle.
Mais, la capacité énergétique spécifique des batteries n'ayant que peu progressé, les problèmes d'autonomie et de poids demeurent des obstacles rédhibitoires qui ne peuvent être contournés que grâce à des infrastructures de recharge peu réalistes.
Il faut donc trouver autre chose.
L'idée nouvelle est non pas d'embarquer l'électricité dans une batterie, mais d'embarquer plutôt de l'hydrogène à partir duquel l'électricité serait fabriquée grâce à une pile à combustible.
La capacité énergétique spécifique d'un réservoir d'Hydrogène étant 50 fois supérieure à celle d'une batterie, le problème d'autonomie sera résolu.
C'est vrai, mais il faut d'abord surmonter quelques difficultés:
En effet, il faut d'abord produire de l'Hydrogène renouvelable, par électrolyse de l'électricité elle-même renouvelable évidemment. Le rendement énergétique de cette opération est de l'ordre de 80%.
Ensuite il faut stocker cet Hydrogène, ce stockage devant être rapidement réversible et sécurisé.
Pour cela il est possible d'en injecter dans le réseau du Gaz naturel, en faibles quantités, de l'ordre de quelques pourcents. Il peut ensuite en être extrait à l'aide d'un séparateur.
Pour le stockage de grosses quantités il n'existe pas encore de solution satisfaisante, sinon transformer l'Hydrogène en Méthane pour le substituer au Gaz naturel pour lequel les capacités de stockage existantes sont énormes. C'est faisable, avec un rendement énergétique correct.
Puis il faut distribuer cet Hydrogène à travers un réseau national, qui reste entièrement à construire.
Après quoi il faut des stations services capable de procéder au remplissage des réservoirs des voitures à la pression de 700 kg, ce qui est un autre défi.
Enfin il y a lieu de mettre au point des piles à Hydrogène satisfaisant les normes automobiles, et d'un coût acceptable.
Tout cela est fort compliqué et entièrement à construire.
(Les quelques démonstrateurs visibles ici et là ne représentent pas la phase industrielle de grandes séries à prix grand public ).
C'est pourquoi cette deuxième solution peut être qualifiée d'idéaliste, mais sans pour autant lui dénier tout intérêt car la filière Hydrogène est une réalité incontournable et les constructeurs y travaillent activement.
Des simplifications sont possibles: On peut par exemple fabriquer l'hydrogène par électrolyse dans la station service, et le stocker sur place dans des réservoirs de dimensions raisonnables. On peut alors se passer d'un réseau de distribution national, et le stockage de masse est remplacé par un stockage distribué.
___________________________

Les 40 Milliards de litres de carburant diesel consommés en France représentent une énergie d'environ 400 TWh.
Le rendement énergétique des motorisations thermiques étant de l'ordre de 25%, l'énergie "utile" est donc de 100 TWh.
Le reste est dissipé en chaleur perdue.
Dans l'hypothèse d'une généralisation de la motorisation électrique, l'énergie utile nécessaire serait évidemment toujours de 100 TWh.
Selon la façon dont l'électricité est fournie au moteur, Batterie, ou
Hydrogène + Pile à combustible, le rendement global serait non pas de 25% mais plutôt de 50%.
( Il faut compter les rendements énergétiques de ces diverses solutions, y compris l'étape d'électrolyse pour obtenir l'Hydrogène).
L'énergie d'entrée serait donc d'environ 200 TWh.
200 TWh, c'est 40% de la consommation électrique nationale actuelle, ou encore la production de 13 000 éoliennes offshore de 5 MW.

_________________________

Donc, d'un côté on remplace les importations de pétrole par des importations de biocarburants, en fermant les yeux sur les méthodes de production.
D'un autre côté on construit des parcs éoliens offshore à hauteur de 13000 éoliennes de 5 MW, les installations d'électrolyse nécessaires pour produire l'Hydrogène, le réseau de distribution de cet Hydrogène, et les stations services capables de le délivrer sous une pression de 700 kg.
_____________________

Le diagramme suivant montre ces deux voies.

Biocarburants, pas si Bio que çà…

La tentation est grande de choisir le raccourci du haut, qui n'exige aucun effort à condition de trouver du Biocarburant sur le marché, ce qui est déjà le cas aujourd'hui.
Le choix de la voie Hydrogène exigera beaucoup d'abnégation, et un sens aigu de l'écologie. Des investissements importants sont à prévoir, pour un succès problématique car certains obstacles ne sont pas encore levés:
- La mise au point d'une pile à Hydrogène pour l'automobile doit tenir compte d'un cahier des charges très sévère sur la sécurité, la gamme de températures, la facilité de maintenance, la durée de vie, le poids, et par-dessus tout le prix.
- Le réservoir d'Hydrogène à haute pression ( 700 kg) pose en lui-même des problèmes de sécurité, de conformité aux réglementations, de robustesse, de résistance aux chocs, d'étanchéité, dans la durée de vie du véhicule.
- Le remplissage de ce réservoir nécessite un réseau de stations services équipées de compresseurs adéquats et de réservoirs de stockage sécurisés.
- La ou les installations d'électrolyse sont à développer selon des cahiers des charges qui ne sont pas encore écrits.
- les règles de sécurité pour ce type d'utilisation sont à définir, pour l'usage du véhicule, son stationnement ( sur la voie publique, dans les parkings souterrains, au domicile, etc.), les visites de sécurité (modalités, calendrier, procédures, responsabilités, pénalités, etc.), les contrats d'assurance, et bien d'autres encore à découvrir.
___________

La méthode qui consisterait à fabriquer l'Hydrogène dans la voiture à partie d'Ethanol, est certes séduisante puisqu'elle supprime le problème de transport, de distribution, et de stockage de l'Hydrogène sous haute pression, mais elle a ses inconvénients:
D'une part elle rajoute un module de vaporeformage pour obtenir l'Hydrogène, ce qui augment la complexité et le coût.
D'autre part le rendement global diminue à cause de tous ces étages successifs dont chacun engendre une perte d'énergie.
On peut espérer quand même un rendement global de 50%, soit le double de ce qu'offre une motorisation thermique utilisant directement du bioéthanol ou du bio diesel.
Diviser par deux la consommation énergétique, c'est une performance remarquable qui justifie de s'intéresser de près à cette solution, même si au premier abord elle peut sembler une usine à gaz, ce qu'elle est d'ailleurs effectivement.
Après tout, il s'agit d'économiser annuellement 20 Milliards de litres de carburant, soit pas moins de 20 Milliards d'euros au prix unitaire de un euro .
__________________

Si l'on n'est pas très regardant sur la manière écologique ou non de fabriquer les biocarburants, et s'ils sont disponibles sur le marché à un prix "raisonnable", nul doute qu'ils auront du succès.
A plus forte raison s'il est démontré qu'ils ne mettent pas en péril les cultures vivrières.
Dans ce cas la filière Hydrogène + pile à combustible a du souci à se faire.
Seule une réglementation imposant un rendement énergétique supérieur à 50% pourrait lui redonner tout son intérêt.
(Après tout la transition énergétique c'est aussi la recherche de l'efficacité énergétique).
La situation pourrait changer s'il était démontré que les moteurs thermiques polluent autant avec des biocarburants qu'avec des carburants fossiles.
(Leur caractère Bio ne leur confère pas une immunité contre les oxydes d'Azote ou les nanoparticules).
L'Hydrogène deviendrait alors le recours ultime et règlerait le problème du choix une fois pour toutes.
Les cinquante prochaines années seront riches en rebondissements et les bureaux d'études ne manqueront pas de travail.

Partager cet article

Repost 0

commentaires