Le monde de l'automobile se concentre sur l'électromobilité, mais son développement se heurte à des problèmes et les véhicules électriques ont aussi leurs inconvénients. C'est pourquoi de nombreux constructeurs n'ont pas encore abandonné les moteurs à combustion interne et continuent de développer des technologies pour les rendre plus efficaces et minimiser leur impact sur l'environnement.
La nouvelle réglementation de l'UE prévoit de réduire progressivement l'introduction sur le marché de voitures à forte intensité d'émissions. D'ici à 2030, les constructeurs sont tenus de réduire les émissions de CO2 des véhicules fabriqués de 55 % pour les voitures particulières et de 50 % pour les véhicules utilitaires légers. La norme Euro 7 annoncée dans l'Union européenne devrait augmenter le coût de production des voitures à combustion interne après 2025, et une réduction progressive des émissions moyennes de CO2 jusqu'à 0 g CO2/km d'ici 2035 signifiera que seules les voitures respectueuses de l'environnement, telles que celles fonctionnant à l'hydrogène ou à l'électricité, pourront être immatriculées dans les États membres de l'UE. Toutefois, les moteurs à combustion interne écologiques pourraient devenir une alternative viable.
Moteurs à combustion interne respectueux de l'environnement – qu'est-ce que c'est et comment ça marche ?
Les moteurs à combustion interne écologiques sont des unités qui ont été conçues ou modifiées pour réduire les émissions nocives. Ils comprennent les moteurs à essence et diesel traditionnels, les hybrides souples et ceux qui n'utilisent que des sources de carburant alternatives. Les moteurs à combustion interne modernes continuent d'évoluer, les fabricants introduisant de nouvelles technologies. Mazda, par exemple, a mis au point un nouveau moteur à essence à six cylindres et un gros moteur diesel dans un système hybride souple qui répondent à des normes d'émission strictes. De son côté, Porsche a proposé un nouveau moteur boxer à six cylindres, qui devrait être introduit avant même que l'entreprise ne se limite définitivement aux seules motorisations électriques. Parmi les technologies utilisant les carburants automobiles modernes, le moteur à hydrogène semble particulièrement intéressant en tant qu'alternative potentielle aux voitures à moteur diesel et à essence. Des constructeurs tels que Toyota, la société chinoise GAC, Yamaha et Renault travaillent actuellement sur un moteur à combustion d'hydrogène.
Pourquoi le développement de moteurs à combustion interne modernes peut-il être bénéfique ?
Le développement de moteurs à combustion interne écologiques est bénéfique car il permet une transition progressive vers des solutions plus respectueuses de l'environnement sans avoir à modifier l'ensemble de l'infrastructure. Actuellement, le plus grand défi pour l'électromobilité est la capacité limitée des batteries et le prix élevé des voitures électriques. Bien que la technologie des batteries soit en constante évolution, les véhicules électriques peuvent encore parcourir moins de kilomètres et ont des temps de charge plus longs que les voitures traditionnelles à combustion interne ou à hydrogène. Différents types de voitures électriques, comme les hybrides à autonomie étendue, sont une réponse possible, mais une transition complète vers l'électromobilité nécessite une infrastructure étendue, comme un réseau suffisamment dense de bornes de recharge et d'ateliers de service spécialisés. En outre, l'élimination des batteries usagées reste un problème non résolu. En raison de leur structure complexe et de leur teneur en terres rares, elles sont non seulement à l'origine de l'épuisement des ressources, mais restent également difficiles à recycler. Tout cela entraîne la recherche d'autres types de carburants faciles à obtenir, à traiter et qui n'entraînent pas d'émissions nocives pour l'environnement. Les voitures électriques à pile à hydrogène posent également problème. Elles sont coûteuses à produire et ont un faible rendement, de l'ordre de 30 à 35 % seulement. C'est pourquoi les moteurs à combustion interne modernes qui pourraient fonctionner avec des carburants respectueux de l'environnement semblent être une bonne solution prête à l'emploi.
Types de moteurs à combustion interne écologiques – quels sont les carburants modernes à faibles émissions utilisés ?
Les carburants modernes à faibles émissions, tels que les biocarburants et les mélanges synthétiques, permettent de réduire considérablement les émissions nocives. Les moteurs à hydrogène et à ammoniac n'émettent pratiquement pas d'émissions, ce qui leur permet d'entrer dans les zones de transport propre, par exemple. D'autres solutions s'appuient sur des technologies avancées pour accroître l'efficacité et réduire les émissions, ce qui les rend de plus en plus compétitives par rapport aux véhicules électriques.
Moteurs à hydrogène
Les moteurs à combustion interne utilisant des carburants modernes à base d'hydrogène n'émettent pas de CO2, ce qui est bénéfique pour le changement climatique. Les produits de la combustion, dans ce cas, sont de la vapeur d'eau et de petites quantités d'oxydes d'azote (NOx), qui sont certes nocifs pour l'environnement, mais l'utilisation de filtres appropriés compense ce problème. La faible efficacité énergétique reste cependant un problème. La densité énergétique de l'hydrogène est beaucoup plus faible que celle des combustibles fossiles (environ 2-3 kWh/l contre 11 kWh/l pour le diesel). Cela signifie qu'un moteur à combustion interne doit brûler beaucoup plus d'hydrogène que de combustibles fossiles, ce qui se traduit par une faible autonomie ou la nécessité d'utiliser des réservoirs de carburant plus grands. Dans un moteur alternatif, seuls 30 % environ de l'énergie du carburant sont utilisés pour la propulsion. Le reste est converti en chaleur et est éliminé du système sous cette forme. Les fabricants travaillent à une utilisation plus efficace de l'hydrogène et des carburants modernes à base d'hydrogène. Par exemple, en 2021, la marque chinoise GAC Motor a mis au point un moteur qui devrait avoir un rendement supérieur à 44 % et a annoncé le développement d'une infrastructure correspondante.
Moteur ammoniac
Le moteur à ammoniac est une solution innovante qui pourrait révolutionner l'industrie automobile à l'avenir. Lors de la combustion, l'ammoniac (NH₃) n'émet pas de dioxyde de carbone, mais laisse néanmoins une empreinte carbone subtile en raison de ses faibles émissions d'oxyde d'azote. L'ammoniac n'est pas un gaz à effet de serre, mais il est facilement disponible et peut être produit en grandes quantités. Contrairement à l'hydrogène, il peut être stocké sous forme liquide, ce qui facilite grandement la logistique. Toyota et Guangzhou Automobile Group (GAC) ont développé conjointement un prototype de moteur à ammoniac qui utilise des composants spécialement conçus. Des injecteurs de précision contrôlent la quantité d'ammoniac envoyée dans la chambre de combustion, tandis que des systèmes avancés réduisent les émissions d'oxyde d'azote (NOx). Il convient toutefois de mentionner que l'ammoniac est une substance toxique, ce qui suscite de grands doutes chez les utilisateurs potentiels. C'est pourquoi l'utilisation de ce type de moteur est pour l'instant plutôt envisagée dans le contexte de solutions industrielles – par exemple, pour propulser des camions, qui sont aujourd'hui une source importante d'émissions.
Biocarburants et mélanges synthétiques
Les biocarburants produits à partir de ressources renouvelables telles que les plantes, les déchets organiques ou les algues constituent une autre solution pour réduire l'empreinte carbone des véhicules à combustion interne traditionnels. Ils constituent donc une alternative plus écologique à l'essence et au diesel. Ils se divisent en biocomposants (composants des carburants liquides) et en biogaz (tel que le biométhane). Les biocarburants sont déjà utilisés avec succès dans les moteurs à combustion interne, et leur production et leur combustion ont un impact moindre sur l'environnement que les combustibles fossiles. Une autre catégorie est celle des carburants synthétiques, c'est-à-dire des hydrocarbures ou leurs mélanges obtenus à partir de la biomasse ou d'autres sources renouvelables. Parmi ces carburants, on peut citer le GTL (Gas to Liquid), le BTL (Biomass to Liquid), le SynGas, produit par des procédés de gazéification de la biomasse forestière, ou le SynDiesel. Ces carburants sont produits chimiquement et génèrent également moins d'émissions que les carburants fossiles traditionnels.
L'avenir des moteurs à combustion interne
Les moteurs à combustion interne ont connu une évolution fascinante, passant d'une conception simple à des technologies avancées. Leur impact sur le développement de la civilisation est indéniable. Malgré la popularité croissante des véhicules électriques, certaines prévisions indiquent que les voitures équipées de moteurs à essence ou diesel resteront un choix populaire au cours des dix prochaines années. Bosch, par exemple, prévoit qu'en 2030, deux voitures immatriculées sur trois fonctionneront à l'essence ou au diesel. La réduction constante de la taille des véhicules, les filtres à particules de plus en plus précis, les nouveaux matériaux et les tentatives d'optimisation des séries existantes afin qu'elles puissent répondre aux exigences strictes de l'UE montrent qu'il y a encore beaucoup de place pour l'innovation dans ce domaine, tant au niveau de la conception du moteur que de la carrosserie des voitures à combustion. Les plastiques ultralégers, tels que le polypropylène expansé (PPE), en sont un exemple. Ils permettent de produire des pièces de carrosserie beaucoup plus légères que les composants traditionnels en plastique dur. En réduisant le poids propre du véhicule, il est possible de réduire la combustion et d'atteindre plus facilement les objectifs fixés par les normes européennes strictes. De nombreuses entreprises, dont BMW, par exemple, n'ont pas encore fixé de date pour l'abandon progressif de la production d'unités de combustion. C'est une preuve supplémentaire que cette technologie a encore beaucoup à offrir.