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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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Panorama du marché des véhicules au gaz naturel
En anglais
8. Glossaire – Définitions
Biogaz
Gaz brut issu de la fermentation de déchets organiques dont la composition peut être très variable.
Biométhane
Biogaz épuré permettant d'atteindre la qualité minimale requise pour l'injecter dans le réseau gaz naturel.
Close-Coupled
Se dit du positionnement d'un système de post-traitement le plus proche possible du moteur pour limiter les pertes thermiques, et non pas sous le plancher véhicule.
OBD (On Board Diagnostic )
Système (hardware et logiciels) embarqué permettant de contrôler le bon fonctionnement de l'ensemble des procédés assurant le contrôle des émissions de polluants à l'échappement.
Mélange pauvre (lean burn )
Se dit d'une combustion dont la quantité massique d'air consommée est supérieure à la quantité correspondant à la stœchiométrie : on parle dans ce cas d'excès d'air (richesse < 1).
Mélange riche (rich mixture )
Se dit d'une combustion dont la quantité massique de carburant consommée est supérieure à la quantité correspondant à la stœchiométrie : on parle dans ce cas d'excès de carburant.
RAFST (Rapport Air/Fuel Stœchiométrique)
Rapport air/carburant pour lequel la stoechiométrie est atteinte.
Rétrofit
Se dit d'une adaptation ou modification réalisée sur un véhicule en circulation. Ces modifications permettent en général au véhicule de respecter un niveau de norme réglementaire plus exigeant (adaptation d'un filtre à particule sur Bus Euro 3 par exemple) ou permettent l'usage d'un autre carburant (kit GPLc, kit dual fuel).
Stœchiométrie ou fonctionnement à la richesse 1
Se dit d'une combustion pour laquelle les quantités massiques d'air et de carburant utilisées permettent d'obtenir théoriquement une combustion complète (tous les hydrocarbures oxydés se retrouvent sous la forme de CO2). En opposition aux combustions en mélange pauvre ou en mélange riche.
Véhicule bicarburation
Véhicule équipé de deux réservoirs pour deux carburants distincts, de manière générale du gaz naturel et de l'essence, utilisés alternativement pour la combustion dans le moteur.
Véhicule Dual Fuel
Véhicule équipé de deux réservoirs pour deux carburants distincts, de manière générale...
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Glossaire – Définitions
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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