CARBURANTS

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Les carburants et la protection de l'environnement

Le concept de carburants propres, c'est-à-dire contribuant à une meilleure protection de l'environnement, s'est développé tout d'abord aux États-Unis au cours des années 1980. Il est maintenant répandu dans le monde entier, de telle sorte que, désormais, les contraintes relatives à la réduction de la pollution atmosphérique gouvernent, autant que les exigences des moteurs, l'évolution des caractéristiques des carburants.

Désulfuration des carburants

Elle a été mise en œuvre à l'origine pour réduire les émissions d'anhydride sulfureux (SO2) qui est un polluant majeur.

Actuellement, on exige des teneurs en soufre très basses, aussi bien dans les essences que dans le gazole afin de favoriser le fonctionnement des catalyseurs disposés sur le circuit d'échappement. En effet, le soufre est un inhibiteur pour ces catalyseurs : il retarde leur amorçage, dans la période qui suit le démarrage, et exerce, de ce fait, une influence induite néfaste sur l'élimination des autres polluants.

Les nouvelles spécifications européennes limitent donc la teneur en soufre de l'essence et du gazole à 50 ppm depuis le 1er janvier 2005 et à 10 ppm à partir du 1er janvier 2009. Pour illustrer les progrès accomplis dans ce domaine, il faut rappeler qu'au cours des années 1970 un gazole pouvait contenir jusqu'à 8 000 ppm de soufre, et une essence 1 000 ppm.

Relations entre les caractéristiques des carburants et les émissions de polluants

Dans le cas des véhicules à essence, les pertes par évaporation constituent une cause non négligeable de pollution atmosphérique par les hydrocarbures. Un moyen d'action efficace pour pallier ce type d'inconvénient consiste à réduire la pression de vapeur de l'essence et à faire en sorte que les vapeurs émises soient aussi peu toxiques que possible. Cette dernière considération explique que, depuis le 1er janvier 2000, la teneur en benzène de toutes les essences distribuées en Europe est inférieure à 1 p. 100. De même, la concentration en oléfines est limitée à 18 p. 100 en volume.

Les caractéristiques des essences susceptibles de modifier le niveau et la composition des rejets polluants à l'échappement sont les teneurs en aromatiques, en oléfines et en constituants oxygénés (MTBE, ETBE), ainsi que le point final de distillation. Les effets de ces différents paramètres (tabl. 6) jouent sur les taux de polluants classiques (monoxyde de carbone, hydrocarbures imbrûlés, oxydes d'azote) et sur des produits spécifiques particulièrement toxiques (benzène, 1-3 butadiène, formaldéhyde, acétaldéhyde).

Caractéristiques des essences et émission de polluants

Tableau : Caractéristiques des essences et émission de polluants

En faisant varier certaines caractéristiques des essences, il est possible de modifier la composition et la teneur des rejets polluants à l'échappement. Cependant, la variation d'un paramètre «carburant» n'induit pas nécessairement une évolution dans le même sens de tous les polluants. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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On voit que le fait d'agir sur tel ou tel paramètre « carburant » ne conduit pas toujours à une réduction simultanée des émissions de tous les polluants. C'est donc par un choix judicieux de différentes techniques de formulation que l'on aboutit au meilleur compromis dans la définition d'essences peu polluantes.

Concrètement, l'abaissement des teneurs en aromatiques et en oléfines se révèle toujours bénéfique. C'est pourquoi les récentes spécifications européennes fixent une teneur maximale en aromatiques de 35 p. 100 depuis le 1er janvier 2005 (tabl. 7). Quant à la teneur en oléfines, elle est limitée à 18 p. 100 depuis le 1er janvier 2000.

Spécifications européennes des carburants pour réduire la pollution

Tableau : Spécifications européennes des carburants pour réduire la pollution

tabl..7 - Spécifications européennes des essences et du gazole mises en place afin de réduire la pollution d'origine automobile. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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En ce qui concerne le gazole, les caractéristiques les plus importantes en matière d'incidences sur la pollution atmosphérique sont la masse volumique, la teneur en polyaromatiques, l'indice de cétane et le point final de distillation (tabl. 8). Ces critères de qualité sont pris en compte dans les spécifications européennes 2000 et 2005. Ainsi, depuis le 1er janvier 2000, la masse volumique ne peut dépasser 0,845 kg/l à 15 0C ; la teneur en polyaromatiques est limitée à 11 p. 100 en masse (8 p. 100 à partir de 2009), le point final de distillation à 360 0C, tandis que l'indice de cétane doit être supérieur à 51.

Caractéristiques du gazole et émission de polluants

Tableau : Caractéristiques du gazole et émission de polluants

"En faisant varier les caractéristiques du gazole (masse volumique de 0,855 kg/l à 0,828 kg/l; teneur en aromatiques, de 8 à 1 p. 100 en volume; l'indice de cétane, de 50 à 58, et la température correspondant à 95 p. 100 évaporés, de 370 à 325 0C), on obtient globalement une réduction... 

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Toutes ces évolutions caractérisent une nouvelle génération de carburants (essences et gazole) souvent appelés « reformulés », en ce sens que leur comportement antipollution est pris en compte dès le stade de la préparation en raffinerie.

Les carburants et la formation d'ozone troposphérique

L'ozone est un polluant secondaire dans le sens où il se forme au cours de réactions chimiques complexes entre les hydrocarbures et les oxydes d'azote présents dans la basse couche de l'atmosphère (troposphère) et provenant, pour une part non négligeable, des rejets d'origine automobile.

Le taux de formation de l'ozone troposphérique dépend à la fois des conditions météorologiques (il est favorisé par un ensoleillement important, des températures élevées et la présence d'un anticyclone), du rapport des concentrations des éléments précurseurs et de la réactivité plus ou moins élevée des hydrocarbures présents.

Les modèles de prévision de la formation d'ozone sont encore au stade du développement et ne peuvent pas prendre totalement en compte l'influence de la nature et de la composition des carburants utilisés. Cependant, quelques tendances générales se dégagent :

– Pour les essences, la diminution de la teneur en oléfines, la réduction du point final de distillation, l'abaissement de la pression de vapeur constituent des voies d'action très efficaces, déjà mises en œuvre dans la production des essences reformulées américaines.

– Les effluents des véhicules diesel sont probablement moins réactifs en matière de formation d'ozone que les rejets des moteurs à essence, bien que ces derniers émettent moins d'oxydes d'azote.

Recherche de nouveaux carburants peu polluants

Les nouveaux carburants peu polluants, dont certains sont encore au stade du projet et de l'expérimentation, ne peuvent pas prétendre à des marchés de la taille de ceux des essences et du gazole. Ils présentent cependant un grand intérêt pour des emplois localisés, notamment dans des zones urbaines particulièrement exposées à la pollution. Les biocarburants, qui offrent des perspectives intéressantes compte tenu des nouveaux enjeux environnementaux, seront traités plus loin (cf. chap. 6., Les biocarburants).

Le gaz de pétrole liquéfié

Le gaz de pétrole liquéfié (GPL) utilisé comme carburant, en substitution des essences, présente de nombreux avantages sur le plan environnemental ; il ne contient pas d'aromatiques et sa combustion ne génère que très peu de produits secondaires toxiques comme le benzène. Cependant, les disponibilités du GPL-carburant sont limitées, compte tenu de sa composition et des caractéristiques des pétroles bruts distillés, et son taux de diffusion ne pourra représenter qu'une faible fraction (de l'ordre de 5 p. 100) de celui des essences.

Le gaz naturel

Le gaz naturel, constitué essentiellement de méthane (CH4), est également un carburant de substitution très peu polluant. Il équipe d'ailleurs, depuis quelques années, un certain nombre d'autobus urbains et d'autres véhicules de service dans des pays comme l'Italie, la Russie, l [...]

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Spécifications des essences de type Eurosuper

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Indices d'octane des essences en Europe

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Indices d'octane RON et MON des constituants des essences

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Composition moyenne des essences

Composition moyenne des essences
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Écrit par :

  • : ingénieur E.N.S.P.M. (École nationale supérieure du pétrole et des moteurs), ancien chef du département Biotechnologie et chimie de la biomasse à l'Institut français du pétrole, consultant
  • : ancien coordonnateur carburants à l'Institut français du pétrole, ancien professeur à l'École nationale supérieure du pétrole et des moteurs, docteur ès sciences de l'université de Louvain
  • : chef de département à l'Institut français du pétrole

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Pour citer l’article

Daniel BALLERINI, Jean-Claude GUIBET, Xavier MONTAGNE, « CARBURANTS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 01 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/carburants/