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L'énergie à découvert

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Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Troisième partie. Les énergies fossiles

8. Pétrole : les différents carburants

Xavier Montagne

Texte intégral

1Quel que soit le mode de transport, il requiert une énergie que l’on a coutume d’appeler « carburant » lorsque l’on alimente des engins mobiles (certains l’appelleront « combustible » mais ce terme est plutôt dédié aux énergies pour les unités fixes). Les carburants sont aujourd’hui majoritairement liquides et proviennent directement du pétrole à 94 %, mais ils peuvent aussi être gazeux, de synthèse, fabriqués à partir de biomasse (les biocarburants, cf. V.9). Quelle que soit leur origine, les carburants mis à la vente doivent répondre à des critères officiels de qualité qui font office de loi, appelés normes ou spécifications. Ces critères de qualité répondent à différents enjeux tels que, bien entendu, garantir le bon fonctionnement des moteurs/véhicules et de leurs systèmes de dépollution dans un intervalle de conditions météorologiques larges, mais aussi contribuer à la réduction des émissions de polluants, être stables au stockage, être distribués et utilisés en toute sécurité. Ainsi, leur formulation s’inscrit dans un contexte réglementaire de plus en plus strict, incluant l’obligation d’incorporer des biocarburants, dont l’objectif est de favoriser la diversification des ressources énergétiques et de promouvoir des bases améliorant les bilans CO2. Dans ce contexte, une directive européenne a conduit à rendre obligatoire en 2010 l’incorporation de 5,75 % de biocarburants, en équivalent énergie (c’est-à-dire que les volumes incorporés prennent en compte les variations des pouvoirs calorifiques des produits – la France a décidé d’atteindre 7 % énergie en 2010) tandis qu’une directive européenne sur les énergies renouvelables, promulguée en 2009, conduira à incorporer 10 % énergie de biocarburants pour le transport à l’horizon 2020. Pour les carburants les plus diffusés, on distingue les carburants pour moteurs à allumage commandé (en majorité les essences), les carburants pour moteurs diesel (les gazoles), les carburants pour l’aéronautique (le Jet Fuel). Au niveau mondial, ce sont les essences qui sont majoritaires. En France, la constitution du parc conduit à avoir un marché du gazole 3 fois plus important que celui de l’essence (ce qui génère une tension sur l’approvisionnement du marché français en gazole).

Moteurs à allumage commandé

2Les carburants pour moteurs à allumage commandé sont majoritairement les essences, mais on y trouve aussi le GPL* (gaz de pétrole liquéfié) et le méthane (gaz naturel appelé GNV : Gaz Naturel Véhicule ou biogaz) ou bien encore l’hydrogène mais qui est encore au stade prospectif. En Europe, les essences doivent répondre à une norme qui précise un large nombre de caractéristiques (norme EN 228*). Ces essences sont composées majoritairement d’hydrocarbures issus du raffinage du pétrole brut, distillant dans une gamme de température comprise approximativement entre 30 °C et 220 °C, et de composés oxygénés qui doivent être choisis parmi un ensemble de produits proposés, dans le respect d’une teneur en oxygène maximale. Aujourd’hui, les composés oxygénés les plus utilisés sont le bioéthanol et l’ETBE, (l’éthyltertiobutylether résultant de la condensation de l’éthanol sur l’iso-butène). L’essence principalement distribuée est appelée SP95. Parmi les caractéristiques importantes des essences, on trouve les indices d’Octane Recherche (RON*) et Moteur (MON*), critères qui gouvernent la résistance au cliquetis* et sont donc fondamentaux pour la mise au point des motorisations à rendement optimisé. En plus du RON, qui doit être supérieur à 95 pour les essences européennes et de la volatilité (spécifiée au travers de la courbe de distillation et de la pression de vapeur), qui doit permettre un bon démarrage à froid sans pour autant augmenter les pertes par évaporation, les essences européennes doivent respecter des critères de compositions chimiques : la teneur en soufre doit être inférieure à 10 mg/kg, la teneur en oléfines inférieure à 18 % volume, la teneur en benzène et en composés aromatiques* respectivement inférieure à 1 % volume et 35 % volume. En France, on dénombre 3 types d’essence distribués à la pompe : le SP95, qui est l’essence standard européenne ; le SP95-E10, dont les caractéristiques globales sont équivalentes à celles du SP95, à l’exception de la teneur maximale en oxygène et notamment de celle en éthanol autorisée qui passe à 10 % volume au lieu de 5 % volume – cette essence a été mise sur le marché en avril 2009 pour permettre l’application du plan biocarburant français – ; et le SP98, qui est un carburant sans plomb aux caractéristiques globales équivalentes au SP95, hormis les indices d’octane plus élevés. Ce carburant ne concerne aujourd’hui théoriquement qu’une frange réduite du parc et n’offre aucun avantage pour les véhicules actuels qui ont été développés pour fonctionner avec du SP95.

Moteurs diesel

3Le carburant pour moteur diesel (moteur à allumage par compression) est le gazole. En France, pour les véhicules légers et les poids lourds, il n’y a dans la grande majorité des cas qu’un type de gazole (qui peut néanmoins posséder des noms commerciaux spécifiques). Il doit satisfaire la norme européenne EN 590* qui précise un large nombre de caractéristiques. Le gazole est composé majoritairement d’hydrocarbures issus du raffinage du pétrole brut, distillant dans une gamme de température comprise entre 170 °C et 370 °C, et de biodiesel (aujourd’hui « ester méthylique » ou « éthylique d’acide gras » – EMAG/EEAG), dans une limite de 7 % volume. Les principaux critères de qualité des gazoles sont l’indice de cétane : caractéristique décrivant sa capacité à s’autoinflammer (il doit être supérieur à une valeur de 51), les caractéristiques de distillation, la tenue au froid et la stabilité au stockage. Par ailleurs, les gazoles européens doivent respecter des critères de composition chimique : la teneur en soufre doit être inférieure à 10 mg/kg et la teneur en polyaromatiques inférieure à 8 % masse. Concernant les engins non routiers, tels que les tracteurs agricoles ou les engins de travaux publics, l’utilisation du fioul domestique était autorisée par dérogation. Depuis 2011, cette utilisation n’est plus possible car ces engins doivent maintenant être équipés de systèmes de dépollution élaborés qui les conduisent à n’être compatibles qu’avec des carburants diesel à très faible teneur en soufre (comme le gazole EN 590). Pour cette raison, depuis 2011, un nouveau produit appelé gazole non routier a vu le jour pour ces véhicules non routiers. Le gazole non routier (souvent noté GNR) est identique au gazole mais est coloré comme le fioul domestique (FOD) pour bénéficier du même niveau de TICPE (taxe intérieure de consommation sur les produits énergétiques) que ce dernier (le FOD et le gazole routier ne sont pas soumis à la même taxation : afin de pouvoir les différencier, le FOD reçoit un colorant rouge et un traceur). Enfin, notons également la présence du gazole pêche et des fiouls lourds, produits dont la distribution est destinée aux différents types de navires.

Aéronautique

4Les carburants pour l’aéronautique sont les Jet Fuels. Contrairement aux essences et gazoles qui respectent des spécifications suivant différentes zones, le Jet Fuel doit satisfaire des spécifications mondiales. Pour l’aviation civile, c’est le JetA1 qui est traditionnellement distribué : il doit respecter les critères de qualité du document AFQRJOS (Aviation Fuel Quality Requierements for Joint Operated System). Le Jet Fuel est formulé historiquement à partir de la coupe kérosène, issue du raffinage du pétrole brut, et peut recevoir des effluents* de procédés de conversion ou des effluents de synthèse comme des produits issus de procédés Fischer-Tropsch dans des limites données. Les spécifications encadrent de façon très rigoureuse des critères de composition chimique, de tenue au froid, de stabilité, de contenu énergétique (garantissant le rayon d’action de l’avion), de sécurité et l’incorporation de certains additifs est obligatoire (dans ce cas, le type et l’origine de l’additif sont spécifiés). Aujourd’hui, l’incorporation de produits issus de la biomasse n’est rencontrée qu’exceptionnellement mais l’aéronautique travaille activement pour rendre certains types de biocarburants possibles.

5La formulation des carburants évolue au fil du temps pour tenir compte des différentes évolutions technologiques et contraintes. Ainsi, la teneur en soufre des carburants est passée de 350 mg/kg dans les gazoles en 2 000 à 10 mg/kg aujourd’hui. De même, les carburants ne sont plus uniquement formulés à partir de coupes issues du raffinage du pétrole brut et de nouveaux types de carburants, comme les biocarburants (cf. V.9) ou les carburants de synthèse font l’objet de nouvelles recherches.

Bibliographie

Références bibliographiques

• E. BARBARA – Handbook of Fuels : Energy Sources for Transportation, Wiley, 2007.

• X. MONTAGNE – Carburants liquides - Gazoles, jets fuels, et autres distillats moyens, Techniques de l’Ingénieur, 2011.

Auteur

Chimiste, Motoriste, Directeur Adjoint, Direction Scientifique, IFP Énergies nouvelles, Rueil-Malmaison.
xavier.montagne@ifpen.fr

© CNRS Éditions, 2013

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