Moteur thermique et enjeux du changement climatique

Les moteurs thermiques utilisant la combustion ont dominé la production d’énergie et la propulsion dans les transports depuis le début de l’ère industrielle. Avec les préoccupations environnementales d’abord liées à la pollution urbaine locale puis à l’effet de serre global, les énergies « propres » tendent à reléguer dans l’opinion les moteurs à combustion dans une catégorie de technologie obsolète. Il convient d’analyser le fonctionnement et le potentiel de ces machines, issues d’une époque et d’une société où les préoccupations environnementales étaient d’arrière-plan à l’aune des objectifs sociétaux et industriels actuels et à venir.

Confronté à des technologies qui d’emblée semblent résoudre les enjeux liés aux émissions polluantes et à effet de serre comme l’éolien, le solaire, le nucléaire et l’utilisation directe de l’électricité, le moteur thermique pâtit des caractéristiques que l’industrie a bien voulu ou pu lui donner : une technologie peu onéreuse, fiable, peu gourmande en matières et matériaux précieux, mais au rendement souvent mauvais et génératrice de pollution et bouleversement climatique. Nous nous proposons d’étudier, dans ce qui suit, le potentiel des motorisations thermiques à répondre aux deux exigences de rendement énergétique et faible bilan carbone qu’exige le futur, en mettant en évidence ce qui est constitutif du moteur thermique en termes d’avantages et inconvénients et le distinguer de ce que des choix de conception répondant à des critères économiques ont produit par le passé.

Pour un moteur utilisant la combustion comme source de chaleur pour générer le mouvement, le rendement énergétique est directement lié aux émissions de gaz, qu’ils soient à effet de serre ou polluants. Le meilleur moteur dans un souci écologique est donc d’abord celui qui génère pour une puissance donnée le moins d’émissions et qui fait donc le meilleur usage du combustible dans la transformation d’énergie chimique/calorifique en mouvement.

Dans une vision plus large, le meilleur moteur est celui aussi qui, lors non seulement de son utilisation mais aussi de sa production, ainsi que celle de son combustible, son lubrifiant, son liquide de refroidissement, ses accessoires, et tout élément nécessaire à sa production et son exploitation, consomme le moins de ressources et génère le moins de rejets pour une puissance donnée.

Le rendement énergétique, c’est-à-dire le rapport entre la production de mouvement utile et la consommation de combustible, est donc capital pour interroger l’avenir d’un moteur. La notion peut être étendue à d’autres rapports, par exemple celui des émissions polluantes ou celui des ressources fossiles ou minérales globalement.

En fonction des priorités, on pourrait préférer...