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RÉSUMÉ
Le gaz naturel est une énergie fossile dont les ressources sont importantes et dont les réserves prouvées augmentent régulièrement. Cette énergie trouve naturellement sa place comme carburant pour les applications industrielles et le transport. Quel que soit son champ d’application, cet hydrocarbure présente des avantages spécifiques qui en font une alternative stratégique tant pour une recherche de diversification énergétique viable, que pour élargir l’offre que constituent les carburants liquides conventionnels.
Après une brève présentation dans cet article du gaz naturel en tant qu’énergie fossile, la composition du gaz naturel et les caractéristiques physico-chimiques qui en découlent seront analysées et confrontées aux attentes des motoristes
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Richard TILAGONE : Chef du département Moteur IFPEN Lyon - Ingénieur ENSPM, option moteur, et Institut national des sciences appliquées (INSA-Lyon), département Génie mécanique-Construction, France
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Bertrand LECOINTE : Chef de projet Moteurs à gaz – IFPEN Lyon - Ingénieur ENSPM, option moteur, et Institut national des sciences appliquées (INSA-Rouen), département Énergétique et Propulsion, France
INTRODUCTION
Le gaz naturel est une énergie fossile dont les ressources sont importantes et dont les réserves prouvées augmentent régulièrement. Cette énergie trouve naturellement sa place comme carburant pour les applications industrielles et le transport. Quel que soit son champ d'application, cet hydrocarbure présente des avantages spécifiques qui en font une alternative stratégique tant pour une recherche de diversification énergétique viable, que pour élargir l'offre que constituent les carburants liquides conventionnels.
Cet article, divisé en deux parties [BM 2 591] et [BM 2 592], étudie dans cette première partie le gaz naturel en tant que carburant pour moteur à combustion interne pour les véhicules de transport terrestres. Bien que représentant des marchés très importants, les applications marines, stationnaires et cogénération ainsi que l'application ferroviaire ne sont pas abordées, sachant que les technologies évoquées dans cet article sont pour une part importante, similaires à celles utilisées pour ces applications. L'objectif est donc de donner un éclairage suffisamment large pour aborder les principaux éléments nécessaires pour estimer le potentiel de ce carburant gazeux. Par souci d'honnêteté, les avantages et les inconvénients ont été systématiquement présentés, cet article n'ayant pas pour vocation la promotion de la filière du gaz naturel véhicule, même s'il y contribue, mais, encore une fois, celle d'en donner les éléments d'appréciation les plus pertinents.
Après une brève présentation du gaz naturel en tant qu'énergie fossile, sa composition et les caractéristiques physico-chimiques qui en découlent seront analysées et confrontées aux attentes des motoristes.
L'analyse des différentes approches technologiques aujourd'hui mises en œuvre et des pistes d'évolution est ensuite présentée dans l'article « Gaz naturel – Carburant pour véhicule » [BM 2 592] en tenant compte des contraintes propres à l'utilisation de carburant gazeux sur un véhicule. Les contextes normatifs et fiscaux seront partiellement abordés dans le « Pour en savoir plus ».
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- Version archivée 1 de juil. 2004 par Richard TILAGONE
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2. Composition du gaz naturel
La composition d'un gisement de gaz naturel dépend intrinsèquement de la nature de la roche mère [BE 8 555] et donc de l'origine géographique du site de production. De ce fait, la composition du gaz naturel produit de par le monde sera grandement variable. Après purification (élimination des produits soufrés notamment), le gaz naturel reste un mélange composé essentiellement d'alcanes et de gaz inertes, avec une teneur majoritaire en méthane d'au moins 80 % pour la plupart des gaz naturels exploités. En Europe et plus particulièrement en France, le gaz naturel distribué sur le territoire peut provenir de différents sites de production (figure 1). Sa composition est donc soumise à des variations qui dépendent des stratégies d'approvisionnement, elles-mêmes pouvant varier suivant les périodes de l'année. Si l'on prend en compte les six pays principaux fournisseurs de gaz pour la France, les compositions moyennes se distinguent par la teneur en gaz inertes, essentiellement du dioxyde de carbone CO2 et de l'azote N2 , et par la teneur en alcanes dont la molécule moyenne contient plus d'un carbone (éthane, propane, butane et C6+) (figure 1).
les hydrocarbures gazeux de roches mères aussi appelés gaz non conventionnels exploités de plus en plus massivement (Shale gas et Tight gas ) ont des compositions comparables à celles des gaz exploités des gisements conventionnels.
Sur le plan mondial, ces variations sont donc encore plus prononcées (figure 2), avec de fortes disparités d'un pays à l'autre en termes d'énergie contenue par unité de volume. Les difficultés engendrées par ces variations peuvent devenir encore plus critiques dans le cas de la mise au point d'une installation ou d'un moteur destinés à être installés ou utilisés dans n'importe quel pays : dans le cadre européen, l'Allemagne par exemple se distingue par la possibilité de distribuer sur son réseau des gaz ayant des pouvoirs calorifiques très différents (voir ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BP - Statistical review of world energy. - Juin 2013 bp.com/statisticalrevie.
-
(2) - GDF-SUEZ - Combustibles gazeux et principes de la combustion. - BT104, janv. 1993.
-
(3) - KUBESH (J.), KING (S.), LISS (W.) - Effect of gas composition on octane number of natural gas fuels. - SAE Technical Paper 922359, doi:10.4271/922359 (1992).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/
HAUT DE PAGE
NF EN ISO 13686 (08-13), Gaz naturel. Désignation de la qualité.
NF EN ISO 5164 (12-05), Produits pétroliers – Détermination des caractéristiques antidétonantes des carburants pour moteurs automobile –...
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