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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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4. Analyse des principales caractéristiques
Les caractéristiques calculées à partir de la chromatographie d'un gaz naturel assez représentatif d'un gaz de type « H », sont comparées à celles d'un carburant essence de type SP95 classiquement distribué en station-service européenne (tableau 2). La prise en compte des caractéristiques d'un gaz de type « B », au lieu d'un gaz de type « H », ne modifierait pas les tendances dégagées par cette comparaison avec une essence.
Si des différences significatives apparaissent entre un gaz naturel et une essence commerciale, il semble important de signaler, dès à présent, que le gaz naturel peut s'utiliser sur une base moteur à « allumage commandé », l'adaptation du système d'injection (du réservoir aux injecteurs) pouvant constituer a minima la seule évolution indispensable. L'exploitation maximale du potentiel qu'offre le gaz naturel nécessite des adaptations plus profondes (rapport volumétrique de compression, calage de distribution, système d'allumage, cartographies, système de post-traitement, turbocompresseur…), sachant que toutes les évolutions technologiques actuellement disponibles sur les bases du moteur à essence sont a priori compatibles, ou peuvent être adaptées au gaz naturel, le système d'injection restant, dans certains cas, le point limitant (base « injection directe essence » IDE, par exemple).
par cartographie (jargon de motoriste), il faut comprendre des réglages « moteur » optimaux (avance à l'allumage, stratégie d'injection, richesse…) qui tiennent compte du potentiel du carburant utilisé. Donc, si l'on souhaite exploiter davantage le potentiel du gaz naturel, il faut régler le moteur différemment (par rapport aux réglages optimaux pour l'essence).
La comparaison du tableau 2 appelle les commentaires suivants.
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Le méthane étant l'espèce majoritaire entrant dans la composition du gaz naturel, les caractéristiques d'un gaz naturel sont donc évidemment assez proches de celles du méthane, les différences tenant essentiellement à la présence d'inertes et d'alcanes de plus longues chaînes.
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Le gaz naturel est un mélange dont le point de liquéfaction à pression atmosphérique est atteint pour une température voisine de 110 K (– 163 oC)....
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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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