Innovations de progrès dans les moteurs thermiques à l’horizon 2050
Moteurs thermiques - Moteurs alternatifs de nouvelle génération

On fait référence à la fantastique diversité et à l’ingéniosité créatrice des industriels motoristes qui ont marqué l’histoire technologique du pays au cours du temps depuis la première révolution industrielle [BM 2 593]. Si nombre de ces réalisations paraît désormais obsolète, on redécouvre toutefois les vertus de concepts anciens qui réapparaissent dans la palette des nouvelles motorisations thermiques. Le moteur à pistons opposés, les générateurs à pistons libres et le moteur Wankel sont des exemples d’actualité dans le contexte énergétique décarboné qui caractérise le XXI^e siècle.

L’accent est mis dans le présent article sur les nouveaux enjeux technologiques et sur l’indispensable mix énergétique associé qui régissent les innovations de progrès des motorisations thermiques, proscrivant désormais en Europe l’utilisation des hydrocarbures dont il convient de se désintoxiquer.

On se réfère brièvement à deux éminents spécialistes français contemporains du Climat, Jean Jouzel qui précisait en mai 2020 « il faut complètement modifier notre approche du développement économique et se désintoxiquer des combustibles fossiles ». Valérie Masson-Delmotte retrace elle aussi avec talent la genèse visionnaire déjà imaginée par quelques savants de l’époque et elle constate sans équivoque l’aggravation du désordre climatique.

Ainsi, l’alliance des motorisations thermiques, électriques et pneumatiques associée à une palette de carburants de substitution aux hydrocarbures dont la biomasse, le dihydrogène et les e-carburants avec l’ammoniac, le e-méthanol, est devenue incontournable. Ces combustibles verts et quelques autres sont sous le feu de l’actualité de ce XXI^e siècle.

Il existe cinq voies privilégiées pour décarboner les mobilités : l’électricité, l’hydrogène pur ou additivé, les carburants gazeux tels que la biométhanisation et ses dérivés liquides et gazeux, la biomasse, les carburants synthétiques obtenus en combinant de l’hydrogène avec du CO₂ qui constituent une voie technologique alternative en devenir [BM 2 697].

Les travaux novateurs de recherche et de développement autour des e-carburants et des biocarburants de seconde génération sont à souligner, car ils constituent une solution alternative aux hydrocarbures pour les moteurs à pistons comme pour les mobilités difficiles à électrifier dont l’aéronautique et le maritime. L’intégration d’hydrogène décarboné dans la production de biocarburants sous la forme de bio-fiouls est une voie supplémentaire de valorisation de la filière dont l’hydrogène enrichi.

On note que le rendement de conversion énergétique de l’hydrogène est moins bon que l’utilisation directe de l’électricité dans un véhicule électrique à batteries quel que soit le type de technologie utilisé pour propulser un véhicule (moteur à piston et pile à hydrogène). L’hydrogène trouve en revanche sa pertinence en complément de l’électrique et du thermique, lorsqu’il faut transporter de lourdes cargaisons terrestres et maritimes avec des exigences d’autonomie élevée et des temps de recharge très courts, à condition de maîtriser la dangerosité et les risques majeurs de fuite de cette molécule inflammable et explosive.

Pour les transports routiers de marchandises, il existe en 2025 quatre solutions alternatives au gazole fossile : l’électrique à batteries, l’hydrogène, le Gaz Naturel Véhicule (GNV et bioGNV), les carburants liquides bas carbone (l’Huile Végétale Organique (HVO) et le biodiesel végétal (B100)). Chacune de ces quatre solutions présente des avantages et des inconvénients techniques, économiques et environnementaux par rapport au diesel, mais elles n’ont pas le même niveau de maturité même si elles restent complémentaires.

Les véhicules électriques (VE) à batteries disponibles en 2024 offrent des autonomies relativement modestes. Si leur usage se révèle pertinent en distribution urbaine, il n’est pas encore adapté à la mobilité longue distance, tandis que l’hydrogène est encore à l’état de veille en surveillant en premier lieu et de très près sa dangerosité d’usage. A contrario, le bioGNV et les carburants liquides bas carbone apparaissent comme des technologies matures à même d’initier la transition. Il convient donc de s’appuyer sur un mix d’énergies décarbonées adapté aux spécificités des classes de véhicules, d’usages et de géographie d’utilisation.