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Auteur(s)
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Jean-Claude GUIBET : Docteur ès Sciences de l’Université de Louvain - Coordonnateur Carburants à l’Institut français du Pétrole - Professeur à l’École nationale supérieure du Pétrole et des Moteurs
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Les carburants sont des produits dont la combustion en présence d’air permet le fonctionnement des moteurs thermiques à pistons (de type essence ou diesel) ou à flux continu (réacteurs d’avion, turbines à gaz). On ne doit pas confondre les termes carburant et combustible, ce dernier étant, quant à lui, réservé aux produits utilisés pour la fourniture d’énergie thermique dans les chaudières, les fours, les centrales...
Cet article est consacré exclusivement aux carburants ; le lecteur pourra toutefois se référer utilement à la description des combustibles liquides (BE 8 546), car certains produits peuvent être à la fois des carburants et des combustibles. C’est le cas, par exemple, du fuel oil domestique (FOD) utilisé à la fois pour le chauffage des habitations et pour l’alimentation des moteurs diesel de tracteurs agricoles. C’est le cas aussi des fuels lourds qui servent principalement à la fourniture d’énergie thermique dans l’industrie, mais aussi à la traction dans de très gros moteurs marins.
Dans leur immense majorité, les carburants sont des liquides, ce qui permet d’obtenir un excellent compromis entre la compacité, la facilité et la sécurité de mise en œuvre. Les carburants gazeux [gaz naturel, gaz de pétrole liquéfié (GPL)] se développent actuellement pour des usages spéciaux (circulation urbaine), en raison de leur caractère peu polluant ; toutefois, leur diffusion reste encore, au voisinage de l’an 2000, extrêmement faible. Rappelons, en effet, que, dans le monde, plus de 700 millions de véhicules utilisent des carburants liquides, alors que 4 millions seulement sont alimentés par du gaz naturel ou du GPL. Quant aux carburants solides (charbon, bois) leur contribution qui fut parfois importante en période de pénurie énergétique ne revêt plus maintenant qu’un intérêt historique.
Les carburants proviennent essentiellement du pétrole qui, lui-même, assure encore, à l’approche des années 2000, une part importante de la consommation d’énergie primaire dans toutes les régions du monde [cf. Doc. BE 8 545]. Dans le bilan pétrolier, la production de carburants obtenue grâce à un raffinage de plus en plus sophistiqué, constitue souvent le débouché principal, notamment dans les zones fortement industrialisées où le transport sous toutes ses formes est extrêmement développé (États-Unis, Japon, Europe occidentale).
En dehors du pétrole, deux autres filières permettent d’obtenir des carburants liquides, mais elles sont, l’une et l’autre, très marginales, tout au moins en termes de débouchés.
La première concerne les biocarburants provenant, comme leur nom l'indique, de la biomasse. Il s’agit plus précisément d’éthanol issu de la fermentation de céréales (maïs, blé) ou de plantes sucrières (betteraves), d'éthyltertiobutyléther obtenu par action de l’éthanol sur l’isobutène, et enfin de dérivés d’huiles végétales (colza, tournesol...). Actuellement et pour longtemps encore, l’accès aux biocarburants n'est pas compétitif sur le plan économique ; ceux-ci ne sont donc utilisés que pour résorber des excédents agricoles et, dans certains cas, pour faire face à des problèmes spécifiques de pollution atmosphérique.
Le gaz naturel peut également être transformé, via le gaz de synthèse (CO + H2), puis éventuellement le méthanol, en carburants liquides. Cette filière, très intéressante d'un point de vue technique, demeure toutefois coûteuse sur le plan aussi bien énergétique qu’économique et ne pourrait, semble-t-il, se développer qu’en cas de renchérissement notable du pétrole brut (avec un cours de l’ordre de 25 $/bl).
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- Version courante de juil. 2011 par Xavier MONTAGNE
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Perspectives d’évolution des carburants6. Les carburants et la protection de l’environnement
Le concept de carburants propres, c'est-à-dire contribuant à une meilleure protection de l’environnement, s’est développé depuis le début des années 1980, tout d’abord aux États-Unis, puis maintenant dans le monde entier. Actuellement et pour longtemps encore, ce sont les contraintes relatives à la réduction de la pollution automobile qui gouverneront les évolutions de caractéristiques du carburant.
6.1 Désulfuration des carburants
Elle est recommandée, en premier lieu, pour réduire les émissions de SO2 à l’échappement, puisque ce dernier est un polluant majeur. C’est pourquoi, on a limité, dans le passé, les teneurs en soufre de l’essence à 0,1 % et celle du gazole à 0,2 %.
Actuellement, on exige des teneurs en soufre beaucoup plus basses, afin de favoriser le fonctionnement des catalyseurs de post-traitement. En effet, le soufre est un inhibiteur pour ces catalyseurs ; il retarde leur amorçage et exerce donc une influence induite néfaste sur les émissions des autres polluants.
Ainsi, le tableau 19 présente des résultats obtenus d’une part en Europe, d’autre part aux États-Unis, indiquant qu’une réduction de la teneur en soufre de l’essence de 500 à 50 p.p.m. environ, entraîne une diminution de l’ordre de 10 à 15 % des émissions des principaux polluants (CO, HC, NOx ).
Cette seule considération justifie des dispositions prises en Europe pour limiter la teneur en soufre des essences ; les valeurs requises seront de 150 p.p.m. en 2000 et descendront probablement jusqu’à 100 ou 50 p.p.m. en 2005.
Dans le cas des moteurs diesel, la principale justification de la désulfuration du gazole est liée aux émissions de particules qui font l’objet d’une réglementation très sévère. Une partie du soufre se transforme en effet en SO3, puis en acide sulfurique hydraté sur le filtre destiné à recueillir les particules. Comme l’indique la figure 9, cette influence perturbatrice est d’autant plus importante que la température des gaz d’échappement, arrivant sur le catalyseur, est élevée. Ainsi, le traitement catalytique des gaz d’échappement des moteurs diesel ne peut se réaliser qu’avec des gazoles très désulfurés.
Les teneurs maximales en soufre autorisées pour le gazole vont ainsi passer de 500 p.p.m....
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