Modes de propulsions automobiles

Essence

Principe

Le moteur à essence, ou moteur Otto, est un moteur à combustion interne. L’admission dans le cylindre du mélange gazeux air-carburant, la compression, la combustion et l’échappement constituent les quatre phases du moteur quatre temps. Au contraire du moteur diesel, le moteur à essence est à allumage commandé. Le carburant alimentant le moteur à essence est généralement de l’essence, plus rarement du gaz liquéfié, du gaz naturel, du biogaz ou de l’éthanol.

Avantages

Poids réduit, large plage d’utilisation, conduite plus sportive, stabilité de marche, généralement moins cher, notamment par rapport au moteur diesel.

Désavantages

Fait appel à des carburants sophistiqués, mauvais rendement. Environ 30% seulement de l’énergie générée par le carburant est transmise à la puissance mécanique.

Perspectives

Des économies de carburant substantielles peuvent être réalisées en recourant à l’injection directe, la réduction de la cylindrée et la suralimentation (downsizing), la commande variable des soupapes, l’indicateur de changement de vitesse, le start and stop automatique, la récupération de l’énergie de freinage, l’optimisation de l’ensemble de transmission ou la conduite économique.

Diesel

Principe

Le moteur diesel, ou moteur à allumage par compression, est un moteur à combustion (découvert en 1892 par Rudolf Diesel). Principale caractéristique, l’auto-allumage du carburant injecté dans l’air de combustion compressé. A la différence du moteur à essence, le procédé de combustion du diesel ne fait pas appel à un mélange air-carburant, mais uniquement à l’air amené.

Avantages

Rendement favorable qui permet de compenser le niveau plus élevé d’émissions de dioxyde de carbone par unité de combustible brûlé. Economique, fiable et durable. Bonnes sensations de conduite grâce au turbo et à l’injection directe de carburant.

Désavantages

Emissions d’oxyde d’azote plus élevées par rapport au moteur à essence doté d’un catalyseur 3 voies. Emissions de particules fines (suie et autres), mais uniquement en l’absence de filtre à particules. Coûts de production plus élevés. Rapport poids-puissance défavorable en comparaison du moteur à essence. Systèmes de dépollution coûteux. Suralimentation (turbo, compresseur) nécessaire pour atteindre des niveaux de puissance élevés.

Perspectives

Compatibilité des moteurs diesel avec les carburants alternatifs. Conjuguer les avantages des moteurs à essence et diesel (DI, pour moteurs Diesotto): moins d’émissions polluantes pour le moteur à essence et meilleure efficacité pour le diesel.

Biocarburants

Principe

Les biocarburants du type biogaz, huile végétale, biodiesel, bioéthanol ou gaz de compostage fabriqués à partir de la biomasse sont compatibles avec les moteurs actuels. Toutefois, et pour une bonne utilisation des moteurs conventionnels, la proportion de biocarburants mélangés dans l’essence ou le diesel ne doit pas dépasser certaines limites. Les biocarburants sont d’autant plus prisés que les ressources en énergies fossiles sont limitées.

Avantages

Les biocarburants peuvent contribuer à la protection du climat et réduire la dépendance face au pétrole et au gaz. Parmi les biocarburants, le biogaz produit à partir de la biomasse de déchets végétaux est celui qui respecte le plus l’environnement.

Désavantages

Pas un remède miracle par rapport à la problématique CO2. La production de matières premières entre en concurrence directe avec la production alimentaire, ce qui peut entraîner une hausse des prix des denrées alimentaires. Mauvais bilan écologique, la production de biocarburants générant davantage de CO2 que les carburants d’origine fossile.

Perspectives

Les biocarburants sont des produits de niche. Seule la deuxième génération – notamment les carburants produits à partir de déchets – est éthique et écologiquement responsable. En partie non compatibles avec certaines nouvelles motorisations. Potentiel limité par rapport à des moteurs à essence et diesel toujours plus efficients. Investissements élevés pour la production et  la distribution. Pas une réelle alternative aux carburants d’origine fossile.

Hybrides

Principe

La technique repose sur un simple constat, à savoir que les voitures ne se déplacent pas toujours à la même vitesse (circulation urbaine, embouteillages, parcages, transports longue distance). Raison pour laquelle les moteurs hybrides sont équipés de deux systèmes de propulsion: un moteur à combustion et un moteur électrique. Un système de commande gère l’intervention du système de propulsion, en règle générale le moteur électrique au démarrage et dans le trafic urbain, le moteur à combustion en conduite régulière et sur les longues distances.

Avantages

Réduction des émissions polluantes et sonores. Economie de carburant en circulation urbaine. Récupération de l’énergie de freinage pour charger les batteries des moteurs électriques (les batteries ne doivent jamais être chargées à partir du réseau). L’utilisation simultanée des deux formes d’énergie, notamment en cas de franche accélération.

Désavantages

Le coût élevé de la batterie hybride et l’augmentation du poids (excepté le petit moteur à combustion). La consommation d’énergie demeure relativement importante en cas de vitesses élevées prolongées.

Perspectives

Les motorisations hybrides apportent des solutions intéressantes sur le plan écologique, en attendant l’arrivée sur le marché de technologies encore plus efficientes (à l’exemple de la pile à combustible). Cependant, elles ne constituent pas une réelle alternative aux énergies fossiles puisqu’elles comprennent un moteur à combustion.

Gaz

Principe

Les moteurs fonctionnant au gaz sont apparentés aux moteurs à combustion. En Suisse, ils sont peu connus et par conséquence encore rares. Face aux carburants liquides, essence, diesel, etc., ils ont pour noms gaz naturel, gaz liquéfié, biogaz,  gaz de bois, gaz de décharge ou gaz de couche. L’allumage du mélange air-carburant se fait dans le moteur à essence  grâce à l’allumage commandé. Pour les moteurs diesel à auto-allumage, de faibles quantités de combustible d’allumage  sont injectées. Relativement simple, la conversion du moteur à essence en moteur fonctionnant au gaz naturel assure un gain économique et écologique. 

Avantages

Diminution des émissions polluantes et prix des combustibles relativement avantageux. Meilleur bilan CO2 en comparaison avec l’essence et le diesel. Rendement qui peut s’avérer excellent, combustion propre.

Désavantages

Energie fossile vouée à disparaître. Réseau de stations de remplissage encore peu développé et faible autonomie en utilisation 100 % gaz. Nécessite l’apport d’un carburant traditionnel. Pas une alternative valable aux propulsions essence et diesel.

Perspectives

Les voitures fonctionnant au gaz sont adaptées à un usage quotidien. Mais c’est aussi un carburant aux origines fossiles qui émet du CO2. Dès lors, les perspectives à long terme sont peu encourageantes. Le système nécessite un deuxième réservoir, ce qui limite partiellement les effets bénéfiques en termes climatiques.

Electrique

Principe

L’énergie électrique est convertie en énergie cinétique mécanique. En comparaison avec les autres systèmes de propulsion (comme le moteur à combustion), le rendement est très bon. Les moteurs électriques produisent le plus souvent des mouvements de rotation et peuvent actionner différentes sortes de machines et véhicules (en premier lieu les véhicules ferroviaires).

Avantages

Rendement élevé,  avec un couple maximal atteint dès les bas régimes. Pas d’émissions polluantes, véhicules particulièrement adaptés à la circulation urbaine. Respectueux de l’environnement, pour autant que la production d’énergie électrique réponde à des critères de développement durable. Coûts d’exploitation réduits (longue durée de vie, faible entretien). Simplicité de la conception et confort de conduite élevé (pas d’embrayage et pas de changements de vitesse).

Désavantages

Autonomie réduite en raison du manque de capacité de stockage et de la faible densité de la batterie. Disponibilité limitée en raison des longues durées de chargement et du prix élevé.

Perspectives

L’entraînement électrique est un type de propulsion très respectueux de l’environnement, mis à part la production de l’accumulateur et le courant utilisé. En vue d’obtenir un bon bilan écologique, ce dernier devrait provenir de sources renouvelables. L’absence d’émissions locales assure avant tout un avantage important au moteur électrique dans les agglomérations. Vu le renforcement des dispositions sur le CO2 pour les véhicules neufs dès 2020, de nombreux constructeurs mettrons sur le marché un grand nombre de nouveaux modèles électriques offrant une autonomie plus importante. Cela se traduira sans doute par une nouvelle augmentation de la part de marché. Il faudra donc notamment un nombre croissant de stations de recharge publiquement accessibles.