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RÉSUMÉ
Le gaz naturel est une énergie fossile dont les ressources sont importantes et les réserves prouvées augmentent régulièrement. Cette énergie est utilisée comme carburant pour les applications industrielles et le transport. En prenant en compte les contraintes liées à l'utilisation d'un carburant gazeux, cet article présente les différentes approches technologiques aujourd'hui mises en oeuvre et des pistes d'évolution. La position du gaz naturel vis-à-vis de la pollution atmosphérique et les contraintes propres du moteur fonctionnant au gaz naturel sont abordées, ainsi que l'impact des variations de caractéristiques de ce carburant sur le contrôle de la combustion et le post-traitement des émissions polluantes. La problématique du stockage est également évoquée. Les contextes normatifs et fiscaux sont abordés en documentation.
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Natural gas is a fossil fuel occurring worldwide in large volumes and of which the proven resources are ever increasing. This energy source is used to fuel industrial applications, and also transportation. This article presents the technologies implemented today and their evolution in the near future, taking into account the constraints of using a gaseous fuel. The strengths and weaknesses of using natural gas in engines are presented as regards engine behavior. The effect of variations in gas properties on the post-treatment of pollutant emissions and engine control is addressed. Some aspects of gas storage are discussed, and information on regulations and tax issues is appended.
Auteur(s)
-
Richard TILAGONE : Chef du département synthèse technologies moteurs IFPEN-Lyon – IFPEN (IFP Énergies Nouvelles) - Ingénieur IFP School – ENSPM, option Moteur et Institut national des sciences appliquées (INSA-Lyon), département Génie mécanique Construction, France
-
Bertrand LECOINTE : Chef de projet « Moteurs à gaz » – IFPEN - Ingénieur IFP School – ENSPM, option Moteur et Institut national des sciences appliquées (INSA-Rouen), département Énergétique et propulsion, France
INTRODUCTION
Le gaz naturel est une énergie fossile dont les ressources sont importantes et dont les réserves prouvées augmentent régulièrement. Cette énergie trouve naturellement sa place comme carburant pour les applications industrielles et le transport. Quel que soit son champ d'application, cet hydrocarbure présente des avantages spécifiques qui en font une alternative stratégique tant pour une recherche de diversification énergétique viable, que pour élargir l'offre que constituent les carburants liquides conventionnels.
Cet article étudie ici le gaz naturel en tant que carburant pour moteur à combustion interne pour les véhicules de transport terrestres. Bien que représentant des marchés très importants, les applications marines, stationnaires et cogénération ainsi que le ferroviaire ne sont pas ou peu abordées, sachant que les technologies évoquées dans cet article sont, pour une part importante, similaires à celles utilisées pour ces applications. L'objectif est donc de donner un éclairage suffisamment large pour aborder les principaux éléments nécessaires à estimer le potentiel de ce carburant gazeux. Par souci d'honnêteté, les avantages et les inconvénients ont été systématiquement présentés, cet article n'ayant pas pour vocation la promotion de la filière du gaz naturel véhicule, même s'il y contribue, mais, encore une fois, celle d'en donner les éléments d'appréciation les plus pertinents.
En prenant en compte les contraintes propres à l'utilisation d'un carburant gazeux, cet article, qui présente l'analyse des différentes approches technologiques aujourd'hui mises en œuvre et des pistes d'évolution, constitue une suite logique à l'article des mêmes auteurs abordant le gaz naturel sous son aspect énergie fossile [BM 2 591]. La position du gaz naturel vis-à-vis de la pollution atmosphérique et les contraintes propres du moteur fonctionnant au gaz naturel sont abordées ici, ainsi que l'impact des variations de caractéristiques de ce carburant sur le contrôle de la combustion et le post-traitement des émissions polluantes. La problématique du stockage est également rapidement évoquée. Les contextes normatifs et fiscaux seront partiellement abordés en documentation.
Cet article propose aussi un panorama actuel sur les différentes approches et technologies commercialisées.
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KEYWORDS
lean burn | stoichiometric combustion | energy | transportation
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2004 par Richard TILAGONE
DOI (Digital Object Identifier)
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Glossaire – Définitions
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7. Conclusion
Grâce à son potentiel, le gaz naturel a sa place parmi les carburants du futur. En partant de la situation actuelle où le gaz naturel alimente des moteurs thermiques issus pour la plupart des applications essence, le gaz naturel deviendra à plus long terme le carburant qui s'imposera comme une alternative viable, fiable et disponible en masse. Pour y arriver, de nombreux efforts de recherche et de développement ont été consentis et devront encore l'être afin de proposer des systèmes de combustion appropriés à chaque usage et mode de transport. À titre d'exemple, l'injection directe de gaz qui restait problématique et qui avait vu ses développements stoppés dans les années 1990/2000, renaît au travers de programmes européens et nationaux.
La compréhension des phénomènes mis en jeu lors des combustions Dual Fuel est un élément clé afin de modéliser ce type de combustion et d'en optimiser son fonctionnement. Les normes s'étant sévérisées et la mesure du nombre de particules s'étant généralisée, il est important d'investiguer le potentiel du gaz de ce point de vue.
Parmi les évolutions technologiques envisagées, la réduction de la cylindrée des moteurs, communément dénommée downsizing, apparaît comme une première étape importante, d'autant plus stratégique que les caractéristiques du gaz naturel sont particulièrement bien adaptées aux exigences de cette approche. En effet, le downsizing consiste principalement à réduire la cylindrée des moteurs afin de diminuer les pertes par frottement et de solliciter davantage les zones de fonctionnement à pleine charge, beaucoup plus favorables en termes de rendement. La contrepartie est le recours à la suralimentation afin de maintenir les performances.
Enfin, malgré le potentiel qu'offrent les nouveaux modes de combustion dits homogènes, l'issue à long terme pour le gaz naturel semble davantage l'hybridation. En effet, la conjonction du mode électrique et du mode thermique alimenté au gaz naturel semble être une des meilleures approches au niveau du bilan du CO2 .
Sans anticiper sur une possible disponibilité d'un gaz naturel carburant dont les variations de caractéristiques seraient limitées, l'utilisation d'hydrogène comme correcteur de caractéristiques du gaz naturel doit être prise en compte et estimée. Les perspectives de stockage de l'électricité fatale (énergie produite par les éoliennes et non consommée) sous forme d'hydrogène (par...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - UNION EUROPÉENNE - Bilan Auto-Oil. - (2000).
-
(2) - COMMISSION EUROPÉENNE - * - Communiqué de presse. IP-14-440_EN.pdf, 15 avr. 2014.
-
(3) - NGVA Europe - Marché des véhicules au gaz naturel. - Source NGVA, juin 2012 http://www.ngvaeurope.eu
-
(4) - CORNETTI (G.) - Alternative fuels : the natural gas. - ATA, vol. 52, nov.-déc. 1999.
-
(5) - CEDIGAZ - Natural gas in the world. - (2013).
-
(6) - GUIBET (J.-C.) - Carburants et moteurs. - Vol. 1 et 2 (1997).
-
(7) - AFGNV...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/
http://www.worldenergyoutlook.org/
http://www.developpement-durable.gouv.fr/
HAUT DE PAGE
NF EN ISO 15403-1 - 03-08 - Gaz naturel – Gaz naturel pour usage comme carburant comprimé pour véhicules – Partie 1 : Désignation de la qualité - -
NF EN ISO 12213-1 -...
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