Caractéristiques comparées gazole/éthanol
Dans les moteurs diesel, la combustion est spontanée, la compression adiabatique de l'air introduit dans le cylindre provoquant une température largement supérieure à celle d'inflammation spontanée du gazole (280° C).
La température d'inflammation spontanée de l'éthanol est plus élevée que celle du gazole (460° C) mais encore inférieure à celle de l'air, donc n'induit pas de difficulté particulière à sa combustion.
Par contre la volatilité de l'éthanol est nettement plus forte que celle du gazole : L'éthanol distille complètement à 78° C (corps pur) alors que le gazole distille 50% de sa masse avant 270° C et le reste avant 380° C.
La volatilité de l'éthanol rend donc difficile son introduction et sa répartition sous forme de fines gouttelettes dans les chambres de combustion, par suite de la forte compression de 1'air qui volatilise prématurément ces gouttelettes.
Indice de cétane
Les gazoles sont caractérisés, tout comme l'essence avec l''indice d'octane, par un indice spécifique permettant d'apprécier leurs qualités de combustion, l'indice de cétane..
Plus l'indice de cétane est élevé, plus la combustion s'effectue progressivement et la marche du moteur est plus régulière et sans cognements. L'indice de cétane du gazole, en France, est supérieur à 50%. Or l'indice de cétane de l'éthanol n'est que de 5% ce qui interdit l'usage exclusif de cet alcool dans un diesel conventionnel.
Dans les mélanges gazole/éthanol, cet indice évolue de même inverse au pourcentage d'alcool. On atteint très rapidement des indices de cétane trop faibles pour alimenter correctement le moteur :
A 15% d'éthanol, l'indice tombe au-dessous de 40, rendant le fonctionnement impossible.
Miscibilité
L’éthanol se mélange assez bien avec le gazole, ce qui rend possible son incorporation jusqu'à cette valeur limite de 15%.Viscosité
L'inconvénient majeur de l'éthanol est sa viscosité.
La viscosité de l'éthanol. est très faible, 6 fois moins élevée que celle du gazole, provoquant des grippages des pistons, de la pompe d'injection et des aiguilles d’injecteurs.
On connaît les propriétés dissolvantes de l'éthanol pour les huiles et les graisses. Par conséquent une lubrification spéciale doit être installée, notamment au niveau des organes d'injection.
A la lueur de ces caractéristiques, assez défavorables, examinons les différentes solutions proposées actuellement par les motoristes.
Diesels conventionnels
L'utilisation de l'éthanol est possible, jusqu'à des taux d'incorporation de 15% moyennant les aménagements précédemment cités pour la lubrification. En outre, l'indice de cétane du mélange a peine supérieur à 40, ne facilitant pas la combustion, il est nécessaire de faire appel à des additifs, type pro-cétanes.
Le pouvoir calorifique de l'éthanol étant inférieur à celui du gasoil (7000 kcal/kg contre 10400) le rendement du moteur s'en trouve affecté.
Diesels assistés
Pour faciliter la combustion, le mélange présentant un indice de cétane inférieur, on assiste cette dernière au moyen d'un point chaud (bougie chauffante).
Il s'agit donc d'une modification importante du moteur par la mise en place d'un système spécial de réchauffement permanent de la chambre de combustion d'où un renforcement de la batterie et de l'alternateur, en plus, bien entendu de la lubrification spéciale évoquée plus haut.
Diesels modifiés
Deux solutions sont proposées :Le MOTEURGARO
Inventé en France par Georges Agache et Roger Oswald, d'où son nom, patronné par l'ANVAR et dont les essais ont été menés au « Moteur Moderne » et au CEMAGREF sur différents moteurs.
Ce moteur est en fait un diesel transformé en moteur à allumage commandé avec une injection comparable à celle d'un moteur essence moderne :
- réduction modérée de 20 à 14 du taux de compression
- installation d'un système complet d'allumage : bobine distributeur bougies
- modification de la forme des chambres de combustion pour obtenir la turbulence nécessaire
- lubrification spéciale de la pompe d'injection.
Moyennant ces modifications, ce moteur peut fonctionner soit avec de l'éthanol pur, soit en mélange avec le gazole, même avec une certaine tolérance d'eau.
Comparativement avec un moteur diesel, où la richesse est rarement supérieure à 0,6 (excès d'air), le Moteurgaro travaille à richesse 1.
Le potentiel calorifique de l'éthanol est utilisé à son maximum, ce qui confère à ce moteur des performances supérieures à cylindrée égale, à un diesel conventionnel. Le gain de puissance est similaire à celui obtenu par la présence d'un turbo.
Le potentiel calorifique de l'éthanol est utilisé à son maximum, ce qui confère à ce moteur des performances supérieures à cylindrée égale, à un diesel conventionnel. Le gain de puissance est similaire à celui obtenu par la présence d'un turbo.
Le rendement thermique est meilleur mais, bien entendu, la consommation plus élevée à cause du pouvoir calorifique inférieur de l'éthanol.
Le système Dual Fuel
Ce système, développé par Renault et par Deutz et sa filiale Caterpillar Energy Solution, consiste à introduire simultanément du gazole et de l'éthanol dans la chambre de combustion :
- le gazole, au travers du système classique et non modifié de l'injection diesel ;
- l'éthanol soit sous forme d'une « fumigation » mélange préalable d éthanol et d'air à travers un carburateur, soit par une injectton directe dans les cylindres, ou indirecte dans les pipes d'admission. On peut ainsi faire varier, d'une manière continue, les pourcentages respectifs de gazole et d'éthanol.
Par le procédé de fumigation, le taux de substitution de l'éthanol au gazole peut atteindre 50%. En injection directe, ce taux peut atteindre 80%, mais on peut difficilement le dépasser, une injection préalable et suffisante de gazole dans la chambre de combustion (injection-pilote) étant nécessaire pour amorcer le processus de combustion de l'éthanol.
- Au ralenti et aux faibles charges, le gazole assure seul le fonctionnement.
- Aux fortes charges, le pourcentage d'éthanol devient prépondérant.
Dans ce cas, la consommation spécifique s'avère inférieure a celle obtenue avec le gazole utilisé seul, l'éthanol étant carburé à richesse 1.
Cette amélioration du rendement aux fortes charges prédispose ce moteur à être utilisé à poste fixe et à puissance maximum, installation de pompage par exemple.
La substitution de l'éthanol au gazole explique par ailleurs Une réduction notable des fumées et des odeurs. mais pas pour autant la pollution (formation d'aldéhydes).
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