Les avantages des carburants nationaux à base d'alcool
| La Science et la Vie N°180 |
Le grand magazine de vulgarisation scientifique La Science et la Vie, a publié, dans son numéro de juin, sous la signature de M. Armand Courtier, un très intéressant article fort documenté sur les carburants à base d'alcool et les avantages de leur emploi, dont nous avons la faveur de pouvoir reproduire le texte et des documents, qui ne manqueront pas de retenir l'attention de nos lecteurs.
Depuis le premier engin de Forest, les progrès réalisés dans la construction des moteurs à explosions leur ont donné une diffusion telle que la consommation intense de carburant a inquiété de nombreux techniciens, soit qu'ils prévoient l'épuisement rapide des gisements de pétrole, perspective d'ailleurs contestée, soit qu'ils se placent au point de vue pure. ment économique, sans parler du problème de la défense nationale.
LA COMPRESSION AUGMENTE I,A PUISSANCE DES MOTEURS
Les trois courbes ci-dessus montrent, pour un même carburant (essence tourisme), les puissances en chevaux, obtenues en fonction du nombre de tours, pour les taux de compression 4, 4, 5 et 5. On- voit, par exemple, qu'à I.500 tours, la puissance passe de 25 ch, pour le taux de compression 4, à 31 ch pour le taux de compression 5.
Aussi, dans les pays non producteurs d'essence, les techniciens ont-ils envisagé plusieurs formules de carburant national.
A la recherche du carburant national
Certes, on sait, aujourd'hui, préparer des pétroles synthétiques, mais le prix de revient élevé des produits fabriqués interdit encore d'envisager l'application de cette méthode pour la fabrication d'un carburant national.
Par ailleurs, les benzols, sous-produits de la distillation de la houille, possèdent les qualités requises pour se substituer avantageusement à l'essence. Mais leur production est faible à côté de la consommation actuelle d'essence.
Seul, l'alcool éthylique ou éthanol, susceptible d'être obtenu en quantités considérables à partir des produits du sol, entre avantageusement dans la formule d'un combustible national.
Comme carburant, il arrive difficilement au succès, d'abord parce que les précurseurs, peu instruits de ses propriétés, ne pouvaient trouver les arguments suffisants pour convaincre les usagers éventuels; ensuite, et surtout, parce que les importateurs d'essence, croyant voir dans l'alcool un produit concurrent, se sont acharnés à en combattre son usage.
Plusieurs savants renommés viennent, enfin, de mettre en lumière les qualités de l'alcool au point de vue carburant. Nous citerons : M. Dumanois, en France ; le professeur Hubendick, en Suède ; le professeur Wawrziniok, de l'Université de Dresde ; le docteur Dietrich, de Berlin, etc... Des nombreux rapports et communications qu'ils ont rédigés à ce sujet, nous pouvons tirer des renseignements convaincants.
L'une des premières difficultés rencontrées dans l'emploi de l'alcool résidait dans le fait que, pour des raisons inhérentes à ses propriétés physiques, il s'obtenait industriellement sous forme d'un mélange contenant 95 % d'alcool et 5 % d'eau. Or, ce produit, dénommé « alcool à 95° », n'est miscible à l'essence qu'à certaines températures ; autrement, le liquide décante en deux couches et, si ce phénomène a heu dans le réservoir alimentaire, le moteur fonctionne mal.
DE MÊME, LA COMPRESSION DIMINUE I,A CONSOMMATION
Les trois courbes montrent, pour le même carburant, la consommation en grammes par cheval-heure, en fonction du nombre de tours, pour les taux de compression 4, 4,5 et 5. On voit, par exemple, qu'à 1.500 tours la consommation est de 288 gr. au taux de compression 4, de 264 grammes au taux 4,5 et de 242 grammes seulement au taux 5.
Par contre, l'alcool pur, ou « absolu », se mélange à l'essence en toutes proportions. Sa préparation, étudiée industriellement par de nombreuses personnalités, a été résolue, en France, d'une façon tellement heureuse, que le prix de revient de l'alcool absolu équivaut, ou même n'atteint pas, celui de l'alcool à 90°.
L'alcool absolu résout la question
Cette préparation mise au point, la logique indiquait d'étudier la valeur technique de l'alcool carburant.
Examinons, avec le docteur Dietrich, de Berlin, les propriétés physico-chimiques respectives de l'alcool et de l'essence, telles que : tension de vapeur, pouvoir calorifique, chaleur latente, pouvoir antidétonant ou indice de toluène, limites d'explosion, combustion (air nécessaire) ; nous voyons qu'elles diffèrent totalement. Le tableau ci-dessous en donne une idée bien nette.
TABLEAU DES CARACTÉRISTIQUES COMPARÉES DE L’ALCOOL ET DE L'ESSENCE
Au premier abord, l'alcool semble très désavantagé par son pouvoir calorifique bien inférieur à celui de l'essence. Ce désavantage s'amoindrit quand on considère, non pas le pouvoir calorifique des liquides, mais, ce qui semble plus rationnel, le pouvoir calorifique des mélanges explosifs formés par les vapeurs des carburants et l'air. Ainsi, l'alcool se trouve favorisé, car sa combustion nécessite beaucoup moins d'air que celle de l'essence ; le calcul indique que :
- l mètre cube du mélange explosif air-vapeurs d'essence (heptane) dégage 853 calories ;
- i mètre cube du mélange explosif air-vapeurs d'alcool dégage 860 calories.
Ces considérations se vérifient pratiquement par le fait qu'un moteur, construit pour employer l'essence, fournit une puissance égale, et même supérieure de 8 à 10 %, d'après Ricardo, quand il consomme de l'alcool pur, en utilisant un carburateur convenablement réglé. Ainsi, un moteur de 10 CV atteindrait 11 CV dans ces conditions. Par contre, pour effectuer un certain travail, par exemple pour parcourir 100 kilomètres si le moteur actionne une automobile, il faudra une quantité d'alcool bien supérieure à la quantité d'essence habituellement utilisée.
L'ALCOOL, AJOUTÉ A L'ESSENCE, AMÉLIORE DANS DE GRANDES PROPORTIONS SON POUVOIR ANTIDÉTONANT
Les deux courbes ci-dessus montrent le taux de compression que peuvent supporter, d'une part, un mélange essence-alcool, d'autre part, un mélange essence-benzol, en fonction du pourcentage d'alcool ou de benzol, dans le mélange. On voit, par exemple, que, alors que l'essence pure ne supporte qu'un taux de compression de 5, un mélange à 40 % benzol-essence supporte un taux légèrement inférieur à 6, et un mélange à 40 % alcool-essence, un taux supérieur à 7.
En définitive, l'alcool reste moins avantageux que l'essence. Mais on ne doit pas considérer seulement le pouvoir calorifique des carburants ; la valeur du pouvoir antidétonant, qui détermine le taux de compression maximum utilisable du .mélange formé par les vapeurs de .ces carburants et l'air, offre une importance considérable.
En effet, on sait que, pour tous les carburants, la compression du mélange tonnant, avant l'explosion, améliore le rendement du moteur. Nous donnons les courbes de l'influence du taux de compression sur la puissance (en chevaux), d'une part, et la consommation (en grammes par cheval-heure), d'autre part, pour un même carburant (essence tourisme), utilisé à différentes vitesses de rotation du moteur.
LE REMPLACEMENT DE L'ESSENCE PAR UN MÉLANGE ALCOOL-ESSENCE EXIGE, POUR MAINTENIR LE RENDEMENT, L'EMPLOI DE PLUS GROS GICLEURS DE CARBURATEURS
Les courbes ci-dessus donnent les numéros des gicleurs qu'il faut employer aux différentes vitesses dit moteur, quand on utilise, d'une part, de l'essence pure, d'autre part, un mélange alcool-essence à 25 %.
Par contre, la compression du mélange tonnant modifie profondément l'allure de la combustion de certains carburants ; dans un moteur à taux de compression inférieur à une certaine valeur, déterminée pour chaque carburant, la vitesse de l'onde explosive ne dépasse pas quelques dizaines de mètres à la seconde, tandis qu'elle peut atteindre subitement 2.000 ou 3.000 mètres quand le moteur comprime le mélange explosif au delà de cette valeur critique. Aussi, un moteur, qui travaille dans ces dernières conditions, produit un son métallique particulier il « cogne ». Ce phénomène, extrêmement préjudiciable au rendement, provoque l'usure anormale des organes internes du moteur et empêche pratiquement de dépasser la valeur critique du taux de compression.
Les mélanges tonnants à base d'essence ne peuvent supporter, en général, une compression supérieure à 4 ou 5 kilogrammes par centimètre carré. On arrive bien à améliorer ce taux en ajoutant à l'essence du plomb tétraéthyle, mais la formidable toxicité de ce produit a ému les hygiénistes et les médecins, et son emploi a été proscrit dans plusieurs pays. Au contraire, les mélanges tonnants à base d'alcool peuvent subir des pressions allant jusqu'à 12 kilogrammes par centimètre carré.
Il s'ensuit qu'un moteur ad hoc, alimenté à l'alcool, consomme beaucoup moins qu'un moteur à essence, environ 30 à 40 %, pour produire le même travail.
Cependant, il est impossible d'envisager, dans un bref délai, l'utilisation de l'alcool seul. D'abord, la plupart des moteurs actuels utilisent l'essence. Leur taux de compression ne dépasse pas 5, et il ne viendrait pas à l'idée de mettre, du jour au lendemain, tous ces moteurs à la ferraille, sous prétexte d'utiliser un autre combustible plus avantageux.
Ensuite, la production d'alcool absolu pour carburant, actuellement bien trop faible, ne dépasse guère, en France, 5 % de la quantité d'essence consommée. D'où la nécessité d'un palliatif. Il vient, d'ailleurs, naturellement à l'esprit : mélanger les deux produits.
Les avantages du mélange alcool-essence
L'alcool valorise l'essence : il lui communique ses propriétés antidétonantes
L'essence alcoolisée, même à faible dose, 10 à 20 %, possède une résistance à la compression plus élevée que l'essence pure. Nous donnons les taux de compression que peuvent supporter les mélanges d'alcool et d'essence étudiés à l'aide d'un moteur Ricardo à compression variable, tournant à 1.500 tours par minute ; à titre de comparaison, nous mentionnons le même essai, effectué avec des mélanges d'essence et de benzol, qui passent cependant pour des carburants de valeur.
L'ESSENCE PURE N'EST PAS LE CARBURANT LE PLUS AVANTAGEUX
Des essais comparatifs faits à Montlhéry, avec de l'essence pure, d'une part, et un mélange d'essence-benzol-alcool, d'autre part, ont donné les résultats représentés par les courbes ci-dessus. La consommation, sensiblement la même dans les deux cas, aux environs du minimum de consommation, est nettement inférieure, dans le cas du mélange, aux grandes puissances et aux grandes vitesses.
RÉSULTATS D'ESSAI DE CONSOMMATION DE DIVERS CARBURANTS, SUR UN MÊME MOTEUR
L'alcool valorise l'essence parce qu'il est anticalaminant
La calamine, qui se dépose surtout par l'usage des « supercarburants » actuels, contribue au « cognage » des moteurs à cause d'auto-allumage par points chauds (voir la comparaison entre la combustion de l'alcool et celle d'un mélange d'essence et de benzol). L'alcool évite radicalement le dépôt de calamine, et, partant, le rendement initial du moteur se maintient toujours identique à lui-même.
LA PRODUCTION D'ALCOOL ABSOLU POUR CARBURANTS, DANS LE MONDE, PROGRESSE A PAS DE GÉANTS
La fabrication de l'alcool absolu, qui, en 1921, n'était réalisée qu'au laboratoire, augmente dans d'énormes proportions, depuis deux ans surtout.
L'alcool évite le givrage
Il peut arriver que, dans certaines circonstances et du fait du refroidissement produit par l'évaporation du combustible, le carburateur se recouvre de givre. Ce givrage se manifeste à l'extérieur du carburateur et, parfois, à l'intérieur. Dans ces conditions, la section de passage des gaz diminue ; le moteur faiblit. Cet inconvénient est un danger dans l'aviation.
Une quantité d'alcool égale à 10 %, ajoutée à l'essence, empêche totalement le givrage intérieur.
L'alcool rend l'essence électriquement conductrice
On a constaté que le mouvement de l'essence dans les tuyaux développe sur les parois une certaine charge d'électricité statique. Si, par hasard, la conduite se trouve isolée du sol, il se peut que le potentiel électrique croisse jusqu'au moment où éclate une étincelle entre la tuyauterie et la terre ou une autre pièce métallique ; quelques gouttes d'essence viennent-elles à se répandre à cet endroit, elles s'enflamment ; c'est la genèse d'incendies constatés dans les entrepôts.
L'adjonction d'alcool à l'essence évite ces graves inconvénients, parce qu'il rend l'essence électriquement conductrice.
Une petite quantité d'eau introduite dans le carburant ne cause pas d'ennui avec l'essence alcoolisée, car elle se mélange avec lui
On a beaucoup insisté sur la tendance à la décantation des carburants à base d'alcool. En effet, d'après les courbes donnant la stabilité des mélanges essence-éthanol à 0° et à 15°, 300 centimètres cubes d'eau ajoutés dans un réservoir contenant 30 litres d'essence alcoolisée à 25 % occasionnent une séparation du carburant en deux couches ; mais, comme le signale le professeur Hubendick, « la couche inférieure peut encore alimenter le moteur et le maintenir en action ; bien entendu, le rendement n'est pas satisfaisant, mais il en est tout autrement lorsqu'on ajoute même une faible quantité d'eau à de l'essence pure contenue dans le réservoir d'une voiture. L'eau s'accumule dans le carburateur, de sorte que le véhicule s'arrête jusqu'à ce que toute l'eau ait été éliminée ; avec l'essence alcoolisée, il ne se produit pas de perturbation, mais seulement une légère diminution du rendement ».
Félicitons-nous de pouvoir utiliser l'alcool carburant, qui nous évite les ennuis causés par l'introduction intempestive, et assez fréquente, de gouttes d'eau dans le carburant !
Enfin, M. Mariller a vérifié dans des expériences sévères que l'alcool absolu absorbe, à la longue, une quantité d'humidité tellement faible, que, pratiquement, elle passe inaperçue.
Résultats pratiques : l'essence alcoolisée s'utilise de plus en plus dans le monde
Ces combustibles à base d'alcool, utilisés avec les moteurs actuels à taux de compression poussé à la limite permise pour employer l'essence, produisent déjà un meilleur effet que l'essence seule. Nous exposons en un tableau les résultats de quelques essais effectués au banc avec un moteur Adler P.K.W. de 10 à 28 CV, au taux de compression de 5, carburateur Pallas, type III.
La consommation de combustible diminue et la puissance augmente légèrement quand la richesse alcoolique du carburant croît de 0 à 30 % ; au delà de cette limite, les carburants à base d'alcool ne s'utilisent avec économie que dans les moteurs à taux de compression supérieur à 5.
L'usage de l'essence alcoolisée s'étend de plus en plus ; de nombreuses nations l'ont adoptée comme carburant. Signalons, en particulier, l'Allemagne, où le Reich oblige les importateurs à mélanger 4 % d'alcool à l'essence, mais où, de plus, la « Monopolin », carburant coloré en bleu contenant 20 % d'alcool et une certaine quantité de benzol dépendant de la qualité de l'essence utilisée, connaît un réel succès et est distribuée sur la voie publique ; la Suède, où la demande de « Lattbentyl » à 25 % d'alcool absolu et 75 % d'essence dépasse les moyens actuels de production ; l'Australie, le Natal, l'Amérique Centrale, la Tchécoslovaquie, la Hongrie, le Danemark, l'Italie, etc.
Vers l'utilisation rationnelle de l'alcool en France
Nous avons très tôt donné l'exemple, trop tôt peut-être, puisque notre formule 50 % d'alcool absolu et 50 % d'essence « poids lourd », si elle satisfaisait les besoins du moment, ne répondait pas à la composition requise pour un tel usage.
Le « carburant national », trop riche en alcool, n'a pas eu le succès escompté. Néanmoins, on se dirige actuellement vers une meilleure utilisation de l'alcool. La loi du 4 juillet 1931, obligeant les importateurs à mélanger à 100 litres d'essence poids lourd 25 litres d'alcool absolu, possède, comme intérêt pratique, de permettre à l'automobiliste moyen de trouver aisément de l'alcool.
Le « carburant poids lourd » actuel est, comme le signale M. Dumanois, « remarquablement antidétonant ; le moteur qui l'utilisera sera plus souple, chauffera moins et ne se calaminera pas ».
L'utilisation de ce carburant nécessite, cependant, un réglage du carburateur pour en tirer le maximum de profit. Une translation d'environ deux numéros de gicleur suffit largement. Par contre, en mélangeant deux bidons de« carburant poids lourd et un bidon d'essence tourisme, on obtient un combustible contenant 16 % d'alcool. Il peut être utilisé sans aucune modification du carburateur. La consommation équivaut sensiblement à celle de l'essence ; le moteur, plus souple, chauffe moins, ne cogne pas et ne se calamine pas.
Il serait souhaitable que, dès maintenant, le mélange d'alcool à l'essence tourisme, de pureté et de volatilité supérieures à celles de l'essence poids lourd, soit envisagé. Les constructeurs, sûrs de l'approvisionnement aisé de leurs voitures en carburant antidétonant, pourront augmenter le taux de compression des moteurs. Il s'ensuivra, soit une augmentation de la puissance du véhicule, sans accroissement de la consommation, soit une économie de combustible, dont l'usager sera enchanté. La demande d'alcool se fera plus intense et la production s'accroîtra. Une nouvelle élévation de la concentration alcoolique du carburant permettra aux constructeurs d'atteindre des taux de compression plus forts. Nous irons alors, insensiblement, mais certainement, à la fois vers une meilleure utilisation de l'essence, une consommation croissante d'alcool et, par conséquent une diminution importante des achats d'essence à l'étranger.
Un calcul très simple fait ressortir l'importance de ce dernier avantage. Supposons qu'un moteur consomme 100 d'essence ; il ne lui faudra que 80 lorsqu'il sera construit pour utiliser un carburant à 20 % d'alcool, par conséquent, il dépensera seulement 64 d'essence, soit une économie de 36 %, qui remboursera largement le prix des calories, d'ailleurs nationales, de l'alcool.
Une excellente formule de carburant : le mélange ternaire essence-benzol-alcool
Le benzol, produit de source nationale, peut contribuer, autant que sa production le permet, à diminuer l'importation d'essence. Tout en étant moins antidétonant que l'alcool, il l'est bien plus que l'essence. Ses propriétés calaminantes sont masquées quand il est utilisé en mélange avec l'alcool. M. Dumanois a donné les résultats d'essais comparatifs effectués à l'autodrome de Montlhéry, d'une part avec l'essence, d'autre part avec un mélange de 72 volumes d'essence, 18 d'alcool, 10 de benzol, qui peut se substituer à l'essence dans les moteurs courants.
La consommation volumétrique identique à celle de l'essence, pour les réglages voisins du minimum de consommation, est nettement inférieure pour les réglages correspondant au maximum de puissance.
L'alcool absolu carburant, même avec son faible pouvoir calorifique, peut donner de meilleurs résultats que l'essence à cause de sa valeur antidétonante et de son pouvoir décalaminant.
Ajouté à l'essence, il lui communique, en plus de ses qualités fondamentales, quelques avantages précieux au point de vue du givrage et des traces d'humidité.
L'essence alcoolisée, employée avec succès dans les moteurs courants, conduit à des économies sensibles de combustible grâce aux moteurs « poussés » ; et, la construction de ces moteurs tendant à se généraliser, les nations non productrices d'essence bénéficient, d'une économie appréciable dans l'usage de l'alcool carburant.
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