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Filieres énergétiques autocars

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  • 1. FICHES CONSEIL ENVIRONNEMENT ENERGIES :QUELLES FILIERES TECHNOLOGIQUES POUR LES AUTOCARS ? AVRIL 2007
  • 2. TABLE DES MATIERES INTRODUCTION 3 LE GAZOLE 6 LE DIESTER 30 8 LES EMULSIONS EAU GAZOLE 11 L’ETHANOL 13 LES FILTRES A PARTICULES (FAP) 15 LES SYSTEMES DENOX 17 LE GAZ NATUREL POUR VEHICULE (GNV) 20 LE GAZ DE PETROLE LIQUEFIE (GPL) 22 LES VEHICULES ELECTRIQUES 23 LES VEHICULES HYBRIDES 24 LA PILE A COMBUSTILE 26CONCLUSION 28 -2-
  • 3. INTRODUCTIONLes acteursLa Fédération Nationale des Transports de L’Agence de lEnvironnement et de la MaîtriseVoyageurs (FNTV) représente près de 1 500 de lEnergie (ADEME) est un établissement publicentreprises de transport par autocar exécutant des à caractère industriel et commercial, placé sous laservices de transport régulier, scolaire ou à la tutelle conjointe des Ministères en charge dedemande ainsi que des transports occasionnels et lEcologie et du Développement durable, detouristiques pour le compte de collectivités locales. lIndustrie et de la Recherche. Ses missionsCes entreprises, de toutes tailles et réparties sur consistent à susciter, animer, coordonner, faciliterlensemble du territoire, représentent 75 000 emplois ou réaliser des opérations ayant pour objet ladirects et indirects. Chaque année, ce sont près de protection de lenvironnement et la maîtrise de1,2 milliard de personnes qui empruntent un autocar. lénergie.ContexteLe transport routier est un élément primordial dans l’économie d’un pays. En effet, les flux de biens et depersonnes sont aujourdhui nécessaires pour assurer la vie et la croissance économique. Cette mobilités’accompagne de nombreux inconvénients : ♦ des émissions de gaz polluants et de particules ayant un impact sur la santé, le patrimoine et le cadre de vie ; ♦ des émissions de gaz à effet de serre, synonymes de changement climatique ; ♦ une consommation de ressources fossiles (de type pétrole) ; ♦ une congestion du trafic routier avec des conséquences sur la sécurité routière ; ♦ une augmentation des niveaux de bruit, ayant également un impact sur la santé.Les transports dépendent fortement des ressources pétrolières. Par leur densité énergétique (en volume)sans concurrent à ce jour, les carburants liquides issus du pétrole représentent la quasi-totalité des énergiesutilisées pour le transport de voyageurs. Cette limitation des sources dapprovisionnement fragilise fortementlactivité de transport en période de tensions internationales et laisse percevoir de futures difficultés,notamment une raréfaction accélérée du pétrole, et par conséquent, une hausse continue des prix du baril.Selon les prévisions actuelles, le pic de production d’énergie devrait être atteint entre 2010 et 2025, et le prixdu baril de pétrole pourrait être d’environ 250 à 300 dollars en 2015 (78,43 dollars en août 2006).Objectifs environnementauxDans ce contexte, les objectifs environnementaux sont multiples : ♦ réduire les émissions de polluants : monoxydes de carbone (CO), hydrocarbures (HC), oxydes d’azote (NOX) et particules ; ♦ réduire les émissions de gaz à effet de serre : gaz carbonique (CO2), méthane (CH4) et protoxyde d’azote (N2O) ; ♦ réduire la dépendance énergétique vis-à-vis du pétrole et anticiper sa raréfaction ; ♦ mettre en oeuvre des solutions compatibles avec les conditions d’exploitation des véhicules. -3-
  • 4. MoyensLes moyens pour atteindre ces objectifs sont : ♦ La mise en place des réglementations, notamment les normes anti-pollution européennes ♦ Le développement de nouvelles filières technologiquesAfin de limiter les émissions polluantes unitaires (CO, HC, NOX, et particules), la Commission Européenne aintroduit en 1987 les normes Euro qui s’appliquent aux moteurs des véhicules lourds de plus de 3,5 tonnes,dont les autocars. èreEn fonction de leur date de 1 mise en circulation, les véhicules lourds doivent respecter les normes : er ♦ Euro 0 : véhicules immatriculés avant le 1 octobre 1993 ; er er ♦ Euro 1 : véhicules immatriculés entre le 1 octobre 1993 et le 1 octobre 1996 ; er er ♦ Euro 2 : véhicules immatriculés entre le 1 octobre 1996 et le 1 octobre 2001 ; er er ♦ Euro 3 : véhicules immatriculés entre le 1 octobre 2001 et le 1 octobre 2006 ; er ♦ Euro 4 : véhicules immatriculés au 1 octobre 2006 ; er ♦ Euro 5 : véhicules immatriculés au 1 octobre 2009Pour produire de l’énergie et/ou mieux respecter l’environnement, des filières technologiques alternatives ontété étudiées. Bien que les pistes soient nombreuses, aucune d’entre elles ne peut actuellement êtreconsidérée comme une alternative totale au pétrole. Pour la plupart elles constituent des complémentspermettant de réduire les émissions polluantes et/ou d’apporter une énergie complémentaire.Certaines solutions peuvent être adaptées aux autocars et autobus actuellement en circulation. D’autressolutions ne peuvent s’appliquer à ce parc et nécessitent son renouvellement, c’est le cas du gaz naturel deville (GNV), du gaz de pétrole liquéfié (GPL), de la pile à combustible, et des systèmes électriques ethybrides.Objectif et usage des Fiches Conseil EnvironnementAu regard de ces éléments, en collaboration avec l’ADEME, la FNTV a décidé d’élaborer 11 FichesConseil Environnement traitant des filières technologiques étudiées qui sont de la plus connue (1) à la plusexpérimentale (11) : 1. Le gazole 2. Les biocarburants 3. Les émulsions eau gazole 4. L’éthanol 5. Les filtres à particules (FAP) 6. Les systèmes de réduction des NOX 7. Le GNV 8. Le GPL 9. Les véhicules électriques 10. Les véhicules hybrides 11. La pile à combustible -4-
  • 5. Ces fiches ont été réalisées à partir de données techniques de lADEME - Optibus, Opticamion - et dudocument téléchargeable sur le site Internet de l’ADEME, "Les technologies des véhicules lourds et leurscarburants".Elles ont été enrichies des expérimentations réalisées dans les entreprises adhérentes à la FNTV. Elles ontensuite été conceptualisées pour devenir un outil de dialogue clair et constructif entre les AutoritésOrganisatrices de Transport, les représentations régionales et départementales de la FNTV, et lesentreprises.Pour ce faire, elles détaillent les avantages et inconvénients techniques, environnementaux et économiquesdes différentes filières technologiques.Enfin, sur quatre critères, chaque fiche comprend un tableau de synthèse présentant le positionnement dela filière étudiée relativement à la filière choisie comme référence de l’étude (Diesel Euro 3) de la façonsuivante : Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules Investissement Exploitation Fiabilité Image serre Fumée Filière Eléments de couleurs progressifs du rouge au vert, choisis selon la grille ci dessous étudiéeBeaucoup moins bien Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 que Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Pour un respect de l’environnement toujours meilleur, l’ADEME et la FNTV vous souhaitent le meilleur usagede ces fiches. Gabriel PLASSAT Daniel PARSY ADEME Commission Technique et Sécurité FNTV -5-
  • 6. LE GAZOLEPrésentation / CaractéristiquesLa plupart des carburants utilisés actuellement sont des distillats de pétrole ayant, selon les caractéristiquesdu brut, subis en raffinerie différents niveaux de transformations destinés à en améliorer les performances.Les raffineries produisent tous les types de carburants (GPL, essence, fuel lourd …), et notamment legazole. Ce carburant est utilisé pour les moteurs Diesel.En dehors des normes Euro, les deux méthodes de réduction des émissions polluantes appliquées augazole consistent d’abord à en abaisser la teneur en soufre et en aromatiques puis d’y incorporer une partcroissante de biocarburant (Diester). Actuellement, il y a en moyenne 1,6 % de Diester dans le gazole à lapompe, les objectifs français sont d’atteindre 7% en 2010 (cf. fiche Diester).Avantages • Techniques / Environnementaux : o Gazole standard (50 ppm) :  maturité des technologies en termes de moteurs ;  disponibilité du produit ;  infrastructure simple d’approvisionnement ;  stockage très facile ;  réduction progressive des émissions polluantes avec la mise en place des normes anti-pollution. o Gazole à très basse teneur en soufre (10 ppm) :  réduction des émissions d’oxydes d’azotes (NOX), d’hydrocarbures (HC), de monoxydes de carbone (CO) et de particules ;  réduction à zéro, ou presque, des émissions de dioxyde de soufre (SO2) ;  amélioration du fonctionnement des filtres à particules (FAP). o Incorporation progressive de biocarburant (Diester) dans le pool gazole.  réduction des gaz à effet de serre. • Économiques : o Gazole à très basse teneur en soufre (10 ppm) :  Faiblesse relative du coût jusqu’à présent par rapport aux autres filières existantes ;  Fort pouvoir énergétique au litre ;  Faiblesse relative du prix des véhicules par rapport aux autres solutions. o Incorporation progressive de biocarburant (Diester) dans le pool gazole.  Filière créatrice d’emplois, notamment induits (estimation de 8,8 emplois pour 1 000 tonnes de Diester) ;  Impact positif sur la balance commerciale de la France (variable selon le taux d’utilisation de cette filière) ; -6-
  • 7. Inconvénients • Techniques / Environnementaux : o Importance des émissions de gaz carbonique (CO2) et impact négatif sur l’effet de serre ; o Pour le gazole à très basse teneur en soufre (10 ppm) :  risque de grippage du moteur jusqu’aux motorisations Euro 3 ; • Économique : o Raréfaction proche, et par conséquent, augmentation permanente du coût.Synthèse (gazole à très basse teneur en soufre avec introduction progressive de Diester) Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules Investissement Exploitation Fiabilité Image serre Fumée Gazole 10 ppmLégende Moins bien que Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 Diesel Euros 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Source : ADEMEPréconisations FNTV / ADEMESi le gazole apparaît, en termes de coût d’utilisation, comme la solution la plus répandue à ce jour, ilconvient néanmoins d’anticiper une augmentation du coût de ce carburant et d‘explorer de nouvelles filièresénergétiques pour faire face aux défis « énergie - effet de serre ».En termes de protection de l’environnement, la combinaison entre les normes anti-pollution européennes etles filtres à particules (FAP) semblerait efficace. Une solution de gazole à très basse teneur en soufre(10 ppm) avec un filtre à particules (FAP) est actuellement testée. -7-
  • 8. LE DIESTER 30Présentation / CaractéristiquesLes biocarburants sont constitués à base de végétaux. Les principaux types de biocarburants existants sontles suivants : ♦ le bioéthanol (voir fiche spécifique) : produit de la fermentation de plantes riches en sucre et en amidon ; ♦ le biodiesel : carburant compatible avec les moteurs Diesel, produit à partir d’oléagineux (biocarburant de première génération) ou par synthèse à partir de la biomasse (biocarburant de seconde génération) ; ♦ le biogaz : gaz combustible (essentiellement méthane) produit par la fermentation de matières organiques. Ce carburant pourra être utilisé sur moteur fonctionnant au GNV (voir fiche spécifique)Deux modes de fabrication permettent de distinguer les biocarburants : ♦ les filières « traditionnelles » dont les procédés de fabrication reposent sur la fermentation, la distillation et l’estérification. Les produits obtenus sont les biocarburants utilisés actuellement (biogaz, éthanol, ester, etc.). ♦ les filières de synthèse où la biomasse est transformée en phase gazeuse composée de monoxyde de carbone (CO) et de dihydrogène (H2), puis en liquide de caractéristiques variables « selon la demande ». Cette voie fait l’objet de recherches avec des industriels et des premières applications sont envisagées. Par ailleurs, la société Neste Oil (Finlande) produira en 2007 plus de 100 000 tonnes de gazole de synthèse obtenu à partir de graisses (végétales et animales) par hydrotraitement. Cette filière fournira progressivement une part croissante de carburant.Le Diester (catégorie biodiesel) est constitué à partir dun mélange d’huiles végétales estérifiées et degazole. Deux actions principales le mettent en œuvre.Le gazole ordinaire destiné à l’ensemble des véhicules routiers contient une part de biocarburant (maxi 5 %).Actuellement, il y a ainsi en moyenne 1,6 % dester dhuiles végétales dans le gazole servi à la pompe. Pourla France et avec des biocarburants de première génération, les objectifs sont d’atteindre 5,75 % d’estersd’huiles végétales dans le gazole en 2008 et 7 % en 2010. Ces seuils sont supérieurs aux objectifseuropéens qui sont de 5,75 % en 2010 (cf. : fiche Gazole)Pour le parc de véhicules d’une entreprise (flotte captive), après contrôle auprès du constructeur, laproportion d’ester d’huiles végétales peut être portée à 30 % d’où le nom « Diester 30 », ceci sansmodifications fondamentales du moteur. -8-
  • 9. Avantages du Diester 30 : • Techniques / Environnementaux : o Mise en œuvre aisée sur tous les véhicules répondant aux normes antérieures à Euro 3, sans surcoût dinvestissement (si toute la flotte est concernée) ; o Facilité de stockage ; o Durabilité assurée ; o Compatibilité avec les filtres à particules (FAP) ; o Réduction de 20 à 25 % des émissions de gaz carbonique (CO2), en prenant en compte la croissance de la plante (notion appelée : bilan énergétique du « puits à la roue »). • Économiques : o Filière créatrice d’emplois, notamment induits (estimation de 8,8 emplois pour 1 000 tonnes de Diester) ; o Impact positif sur la balance commerciale de la France (variable selon le taux d’utilisation de cette filière) ; o Réduction de 40 %, en termes monétaires (coûts externes), de l’impact négatif sur l’environnement par rapport à la filière Diesel.Inconvénients du Diester 30 : • Techniques / Environnementaux : o Nécessité d’une adaptation particulière de certains moteurs (les garanties doivent être fournies par les constructeurs – des problèmes de garanties existent pour les véhicules répondant aux normes Euro 4 et euro 5). o Nécessité d’une maintenance plus rapprochée avec vidange, contrôle des filtres, des jeux de soupapes, des durites o Emissions d’odeurs caractérisées au niveau du pot d’échappement dans certains cas ; o Difficultés de ravitaillement selon le lieu dutilisation (peu de producteurs et peu de sites de distribution) ; o Impact quasi nul par rapport au gazole sur les émissions de monoxyde de carbone (CO) et d’hydrocarbure (HC), et légère augmentation des émissions d’oxyde d’azote (NOX). • Économiques : o Surconsommation de carburants liée à une différence de PCI (pouvoir calorifique inférieur) ; o Coûts plus importants liés notamment aux coûts de transport du produit et au plus faible volume de production du Diester 30 par rapport au gazole ordinaire -9-
  • 10. Synthèse Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules serre Investissement Exploitation Fiabilité Image FuméeDiesterDiester FAPLégende Moins bien que Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 Diesel Euros 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Source : ADEMEPréconisations FNTV / ADEMELe Diester constitue une solution qui peut se substituer partiellement au gazole avec une légère adaptationdes motorisations et des infrastructures de distribution. La filière est d’autant plus intéressante à suivre queles voies de progrès sont multiples et adaptées pour lautocar. En permettant de raffiner toute la plante enlieu et place de la seul fleur, ou en développant la synthèse à partir de la biomasse, les biocarburants de ème2 génération bonifieront encore le bilan énergétique du « puits à la roue » et permettront daccroître lesvolumes, le potentiel total mobilisable étant de lordre de 30 Mtep (Million de tonnes équivalent pétrole). Production de biocarburants et surfaces agricoles disponibles avec les techniques actuelles 2004 2008 2010 2015% substitution carburants 0,80 % 5,75 % 7% 10 %Production biocarburants (Mtep) 0,34 % 2,63 % 3,6 % 5,1 %Surfaces agricoles (terres arables 0,29 % 1,76 % 2,45 % 3,5 %18,35 Mha)Légende :Mtep : Millions de tonnes équivalent pétroleMha : Million d’hectaresSource : Ademe - 10 -
  • 11. LES EMULSIONS EAU GAZOLEPrésentation / CaractéristiquesCe carburant se compose dune émulsion deau (environ 10 %) dans le gazole. Lutilisation de l’émulsion eaugazole est limitée par l’arrêté du 4 septembre 2000 relatif aux caractéristiques des émulsions d’eau dans legazole, à certaines motorisations, à savoir : ♦ aux moteurs Diesel, entraînant des véhicules dont la masse en charge techniquement admissible est supérieure à 3,5 tonnes et faisant partie d’une flotte professionnelle disposant d’une logistique d’approvisionnement spécifique ; ♦ aux moteurs Diesel entraînant des engins ferroviaires ou sur des groupes électrogènes et autres matériels non routiers.Les principaux produits distribués, en France, sont : ♦ l’Aquazole de TOTAL ; ♦ l’Eaudiez (symbole : O#) de Gecam France ; ♦ lAspira de BP.Avantages • Techniques / Environnementaux : o Facilité de mise en œuvre ; o Réduction de 10 % des émissions de monoxyde de carbone (CO) et d’hydrocarbure (HC), de 5 à 10 % pour les oxydes d’azote (NOx) et 30 à 40 % pour les particules selon les motorisations. • Économiques : o Avantage fiscal (TIPP de 24,54 euros par hectolitre contre 41,69 euros par hectolitre pour le gazole) ; o Investissement limité.Inconvénients • Techniques / Environnementaux : o Nécessité dinstaller une cuve spécifique pour les véhicules utilisant une émulsion ou dutiliser le produit pour toute la flotte ; o Nécessité d’un entretien quasi quotidien des cuves pour maintenir le produit en émulsion ; o Problème de garanties « constructeurs » ; o Nécessité de remettre ou au moins de contrôler létat des motorisations antérieures à Euro 1, en particulier les injecteurs et les systèmes dinjection, et plus généralement dutiliser le produit sur des moteurs en bon état ; o Compatibilité avec les motorisations Euro 4 non connue, tests en cours pour les motorisations Euro 3. - 11 -
  • 12. • Économique : o Surconsommation liée à la présence d’eau.Synthèse Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules serre Investissement Exploitation Fiabilité Image FuméeEmulsionLégende Moins bien que Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 Diesel Euros 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Source : ADEMEPréconisations FNTV / ADEMEL’utilisation de l’émulsion eau gazole pour les autocars semble satisfaisante puisque le gazole blanc permetd’atteindre une réduction de 30 à 40 % des émissions de particules et de 5 à 10 % des NOX.Ce carburant verra cependant ses avantages réduits par lintroduction des nouvelles motorisations Euro 4.De plus, la compatibilité avec les systèmes dinjection et le système SCR reste encore à valider. - 12 -
  • 13. L’ETHANOLPrésentation / CaractéristiquesIl existe deux utilisations possibles de léthanol, associé à des additifs adaptés, sur un moteur Diesel : ♦ à hauteur de 10 à 15 % dans le gazole avec des additifs tensioactifs (catégorie des émulsions), car léthanol ne se mélange au gazole quà hauteur de 1 ou 2 % uniquement ; ♦ à hauteur de 90 % - dans des moteurs dédiés - avec 5 à 7 % d’additifs procétane (catégorie des biocarburants) compte tenu de lindice de cétane (capacité du carburant à s’enflammer) très faible de léthanol.Cette dernière solution est utilisée notamment en Suède avec une flotte denviron 400 autobus alimentésavec du bioéthanol. La Suède consomme plus déthanol quelle nen produit du fait de la généralisation delE5 (5 % déthanol dans lessence) et du développement de stations services distribuant de l’E85 pour lesvéhicules légers adaptés (85 % d’éthanol).Léthanol peut être produit à partir de blé ou de la betterave par fermentation. Il peut être aussi produit àpartir de canne à sucre, de paille ou de bois.Avantages • Techniques / Environnementaux : o Réduction des émissions polluantes réglementées ; o Réduction des émissions de gaz à effet de serre.Inconvénients • Techniques / Environnementaux : o Nécessité de modifier les véhicules et les stations de distribution pour conserver une bonne fiabilité des véhicules ; o Réduction des performances ; o Fiabilité et durée de vie des moteurs réduites ; o Augmentation de certains polluants non réglementés (aldéhydes). • Économique : o Augmentation de la consommation liée à une différence de PCI (pouvoir calorifique inférieur). - 13 -
  • 14. Synthèse Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules serre Investissement Exploitation Fiabilité Image FuméeEthanolLégende Moins bien que Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 Diesel Euros 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Source : ADEMEPréconisations FNTV / ADEMEBien que testée dans les années 1980 notamment à Tours, la filière éthanol pour moteur Diesel nest pas utilisée enFrance et la commercialisation de ce type de carburant nest pas envisagée à court terme pour les autocars.Cette filière devrait se développer fortement sur les véhicules légers (en mélange avec lessence pour obtenir de lE85), etil nest pas impossible que cela entraîne à moyen ou long terme le développement de la filière éthanol sur Diesel pourles véhicules lourds. LADEME prévoit ainsi de tester en France un autobus à l’éthanol en 2007.Pour les véhicules lourds, un seul constructeur met au point une motorisation adaptée. - 14 -
  • 15. LES FILTRES A PARTICULES (FAP)Présentation / CaractéristiquesLes FAP ont pour objet de filtrer les gaz d’échappement des moteurs Diesel en réduisant ainsi les émissionsde certains composés, dont les particules solides. Certains constructeurs proposent des FAP sur lesvéhicules neufs (première monte). Différents FAP sont également disponibles pour équiper des véhiculesd’occasion (seconde monte ou retrofit).En tout état de cause, un FAP doit remplir les caractéristiques suivantes : ♦ une grande efficacité de filtration ; ♦ une grande capacité de stockage des particules ; ♦ une température maximale dutilisation élevée ; ♦ une bonne résistance aux chocs thermiques ; ♦ une bonne résistance mécanique ; ♦ une faible variation de pression ; ♦ une bonne stabilité chimique ; ♦ une résistance aux composés présents dans les gaz déchappement ; ♦ une faible réactivité avec les cendres ; ♦ une résistance à loxydation ; ♦ une compatibilité avec les méthodes de régénération ; ♦ une cohabitation avec le catalyseur ; ♦ une compatibilité avec les additifs carburants ; ♦ une absence démissions secondaires (telles que des pertes de fibres) ; ♦ une petite taille ; ♦ un faible poids ; ♦ une grande durée de vie ; ♦ une bonne durabilité ; ♦ un faible coût.Avantages • Techniques / Environnementaux : o Possibilité d’équiper les véhicules d’occasion (retrofit) ; o Réduction des particules à hauteur de 90 % en masse pour toutes les tailles de particules. • Économiques : o Réduction importante des coûts externes (nuisances sonores, pollution, etc.). - 15 -
  • 16. Inconvénients • Techniques / Environnementaux : o Nécessité d’une maintenance annuelle pour brûler les particules stockées non régénérées et éliminer les cendres ; o Homologation du dispositif par l’UTAC ; o Nécessité d’une formation spécifique des personnels de maintenance ; o En seconde monte (retrofit) :  nécessité de mesures préalables de températures à l’échappement ;  nécessité d’agrément et de validation du couple « moteur - filtre » par le constructeur ;  nouvelle homologation auprès de l’UTAC et nécessité d’une réception à titre isolé auprès de la DRIRE ;  nécessité d’un dosage direct de l’additif dans la cuve selon les systèmes ;  nécessité d’un lubrifiant à faible teneur en cendres. o Surémissions de dioxyde d’azote (NO2) par la mise en œuvre de certaines technologies de FAP.Synthèse Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules serre Investissement Exploitation Fiabilité Image FuméesDiesel FAPDiester FAPLégende Moins bien que Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 Diesel Euros 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Source : ADEMEPréconisations FNTV / ADEMELes FAP représentent une réponse adaptée aux besoins de réduction des émissions polluantes. Les FAPpeuvent être additionnés au Diester, aux systèmes DeNOX et permettent ainsi d’obtenir de très bonsrésultats en termes de réduction des émissions polluantes et de gaz à effet de serre. Il faut veiller à utiliserdes FAP ne produisant pas de NO2.Cette filière constitue une solution environnementale complémentaire. Elle ne permet en aucun cas deréduire la dépendance énergétique vis-à-vis du pétrole. - 16 -
  • 17. LES SYSTEMES DENOXPrésentation / CaractéristiquesCes systèmes ont pour objectif de réduire les émissions d’oxydes d’azote (NOX). Les valeurs de NOXmesurées correspondent à la somme des rejets de monoxyde d’azote (NO) et de dioxyde d’azote (NO2). LesNOX ont un impact négatif sur la santé de l’homme, notamment sur les personnes asthmatiques.Il existe plusieurs techniques de limitation des rejets du moteur : ♦ l’amélioration des performances « moteurs » ; ♦ le système EGR (recirculation des gaz brûlés) ; ♦ les systèmes de post-traitement : le système SCR (réduction sélective catalytique) par injection directe d’ammoniac, d’urée (AdBlue) ou d’acide cyanurique, les filtres à particules à regénération continue, la catalyse sélective par hydrocarbures (HC), les pièges à NOX, les traitements par plasma ... ; ♦ la modification de la formulation des carburants.Pour atteindre les objectifs Euro 4 de limitation des émissions NOX, deux techniques ont été privilégiées parles constructeurs d’autocars : la recirculation des gaz brûlés (EGR) et le traitement post-combustion (SCR).Avantages • Techniques / Environnementaux : o Système EGR :  absence de réservoir additionnel, contrairement au système SCR ;  application permettant déjà de répondre aux normes anti-pollution Euro 4 ;  possibilité et nécessité en général de couplage avec un FAP. o Système SCR (la réduction des émissions de NOX est assurée par un dispositif de dépollution externe au moteur ; cette façon de procéder permet alors de rendre au moteur un fonctionnement optimisé) :  réduction forte des émissions de particules à la source et baisse de la consommation grâce au découplage entre la réduction des NOX et la calibration ;  possibilité de couplage avec un FAP ;  application permettant déjà de répondre aux normes anti-pollution européennes Euro 4 et Euro 5. • Économiques : o Système SCR :  consommation de 4 % d’urée pour une baisse de consommation du gazole de lordre de 4 à 6 % ;  prix de l’urée (0,50 à 0,70 € par litre) moins cher que le gazole. - 17 -
  • 18. Inconvénients • Techniques / Environnementaux : o Système EGR :  réduction possible et difficultés d’amélioration des performances du moteur ;  opération difficilement réalisable pour les véhicules actuellement en circulation (seconde monte ou retrofit difficilement réalisable) ;  nécessité d’une maintenance spécifique et augmentation de la périodicité des vidanges ;  perturbation des résultats rendant difficile, voire impossible, le suivi des moteurs par analyse d’huile ;  sollicitation accrue du lubrifiant (effets négatifs potentiels sur l’usure et la durabilité du moteur) ;  compatibilité difficile avec les normes postérieures à Euro 5. o Système SCR :  seconde monte (retrofit) ne permettant pas dobtenir des gains de consommation, comme en première monte ;  nécessité d’installation d’un réservoir séparé,  surpoids du réservoir et de son contenu ;  jusquen octobre 2007, possibilité d’utilisation du moteur sans l’additif ramenant alors les résultats sous la qualité environnementale Euro 1. Une information prévient le conducteur du dysfonctionnement. A partir doctobre 2007, la mise en place dun capteur de NOX permettra dagir sur le moteur en réduisant le couple moteur disponible. • Économiques : o Coûts de mise en œuvre et d’entretien non négligeables en première monte (véhicules neufs) ; o Impossibilité ou coûts de mise en œuvre lourds en deuxième monte (retrofit). o Système EGR :  risque d’augmentation de la consommation. o Système SCR :  importance du coût des équipements de stockage de l’additif à base d’urée ;  importance du coût d’approvisionnement. - 18 -
  • 19. Synthèse Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules serre Investissement Exploitation Fiabilité Image Fumée EGR SCRLégende Moins bien que Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 Diesel Euros 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Source : ADEMEPréconisations FNTV / ADEMEEn présentant un bilan de préservation de l’environnement de niveau intéressant - avec des résultats enterme de respect de l’environnement comparables à ceux du GNV - les systèmes DeNOX répondent auxobjectifs de réduction des émissions polluantes et parallèlement de gaz à effet de serre.Ils ne répondent pas à la problématique de la dépendance énergétique vis-à-vis du pétrole.La plupart des motoristes européens ont décidé de choisir le système SCR, à base d’urée, pour les normesEuro 4 et suivantes. Le développement de la distribution de lurée est en cours (voir www.findadblue.com).Deux motoristes ont opté pour le système EGR, dont ils indiquent la compatibilité avec les normes Euro 4 etsuivantes. - 19 -
  • 20. LE GAZ NATUREL POUR VEHICULE (GNV)Présentation / CaractéristiquesComme pour le GPL, le GNV s’utilise avec des moteurs à allumage commandé « essence », et non plusavec des moteurs Diesel.Le GNV est un gaz naturel, constitué de plus de 90 % de méthane (CH4). Les principales caractéristiques etpropriétés du gaz naturel sont les suivantes : ♦ incolore ; ♦ inodore naturellement mais odorisé pour des questions de sécurité ; ♦ plus léger que lair ; ♦ peu soluble dans leau ; ♦ liquéfaction et solidification à respectivement -164°C et -185°C.Avantages • Techniques / Environnementaux : o Réduction des émissions polluantes locales ; o Amélioration de la diversification géographique des sources dapprovisionnements des énergies ; o Bilan « effet de serre » (CO2 et CH4) proche de celui de la filière Diesel Euro 3.Inconvénients • Techniques / Environnementaux : o Limitation de l’autonomie ; o Augmentation du poids du véhicule en raison de réservoirs additionnels ; o Nécessité d’une formation spécifique pour le personnel de conduite et de maintenance. • Économiques : o Importance des coûts d’investissement, notamment liés aux conditions de sécurité nécessaires pour le dépôt ; o Importance des coûts de maintenance. - 20 -
  • 21. Synthèse Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules serre Investissement Exploitation Fiabilité Image Fumée GNVLégende Moins bien que Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 Diesel Euros 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Source : ADEMEPréconisations FNTV / ADEMELe GNV présente une alternative intéressante aux carburants traditionnels pour diminuer les émissionsatmosphériques et réduire la dépendance énergétique des transports terrestres vis-à-vis du pétrole. Lesrésultats de cette filière en termes d’émissions polluantes sont ainsi proches de ceux obtenus par unemotorisation Diesel Euro 3 dotée d’un filtre à particules (FAP) et/ou d’un système de réduction desémissions d’oxydes d’azote (DeNOX). L’utilisation du GNV, qui possède des marges de progrès au niveaudes motorisations, réduit par ailleurs les émissions sonores et olfactives, et améliore l’attractivité desautocars. De plus, cette filière permet lutilisation du biogaz qui présente un bilan d’émissions polluantes etde gaz à effet de serre positif.Néanmoins, avec les inconvénients de faible autonomie et de surpoids, il semble difficile de prévoir à courtterme un développement significatif du GNV pour le transport interurbain par autocar de longue distance. Lasolution mérite cependant d’être étudiée pour des trajets journaliers inférieurs à 250 Kms, commel’interurbain et le scolaire. Un autocar GNV circule actuellement dans le département de l’Essonne. - 21 -
  • 22. LE GAZ DE PETROLE LIQUEFIE (GPL)Présentation / CaractéristiquesLe GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié) est un produit liquide constitué d’un mélange de propane (C3H 8) et debutane (C4H10) issu du pétrole et de gaz naturel. Le GPL est à l’état gazeux dans les conditions ambiantes,mais se liquéfie rapidement (dès une pression supérieure à 10 bars). La limitation des capacités de raffinagepour cette filière (5 % environ de l’ensemble des carburants) constitue un obstacle majeur à sondéveloppement.Comme le GNV, le GPL est utilisé avec des motorisations à allumage commandé « essence » et non plusavec des motorisations Diesel.Avantage • Technique / Environnemental : o Réduction des émissions polluantes locales.Inconvénients • Techniques / Environnementaux : o Faible autonomie (environ 400 Km) ; o Nécessité d’un certain nombre de dispositifs de sécurité (résistance à la pression, limitation du remplissage, test obligatoire tous les 8 ans, etc...) pour le réservoir qui doit être pressurisé ; o Nécessité de modifications des moteurs ; o Emissions de gaz à effet de serre nettement supérieures à celles du gazole. • Économiques : o Consommation en carburant deux fois supérieure à celle du gazole ; o Importance des coûts d’investissement.Synthèse Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules serre Investissement Exploitation Fiabilité Image FuméesGPLLégende Moins bien que Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 Diesel Euros 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Source : ADEMEPréconisations FNTV / ADEMEIl semble difficile d’adapter le GPL au transport par autocar. C’est pourquoi les constructeurs ne proposentpas de véhicule équipé avec cette motorisation. Un seul constructeur propose un autobus de ce type. - 22 -
  • 23. LES VEHICULES ELECTRIQUESPrésentation / CaractéristiquesL’électricité peut être utilisée comme énergie de propulsion des véhicules routiers. Dans ce cas, l’énergieprovient de batteries supplémentaires (supercapacités).Avantages • Techniques / Environnementaux : o Absence de pollution sur site ; o Réduction importante des émissions polluantes ; o Amélioration de la robustesse et des performances énergétiques des moteurs ; o Réduction des émissions sonores ; o Réduction des émissions de gaz à effet de serre.Inconvénients • Techniques / Environnementaux : o Encombrement et poids des batteries ; o Limitation de la durée de vie des batteries ; o Longueur du temps de recharge ; o Faiblesse d’autonomie (60 km). • Économiques : o Importance du coût des batteries ; o Importance du coût d’investissement.Synthèse Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules serre Investissement Exploitation Fiabilité Image FuméeElectriqueLégende Moins bien que Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 Diesel Euros 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Source : ADEME - 23 -
  • 24. Préconisations FNTV / ADEMESi sur le plan environnemental et énergétique, l’électricité constitue la meilleure filière, son intégration pour latraction de ces véhicules ne peut se faire, dans l’état actuel des technologies de manière exclusive, sauf enzone urbaine dense. Pour les autocars, il reste nécessaire d’avoir recours à l’énergie thermique. Dès lors, ilfaut encourager la recherche sur les véhicules hydrides. - 24 -
  • 25. LES VEHICULES HYBRIDESPrésentation / CaractéristiquesLe système hybride consiste à associer une motorisation thermique et une motorisation électrique (ouhydraulique). Lors des phases de freinage du véhicule, les batteries du moteur électrique se rechargent enutilisant une partie de la puissance du moteur thermique. Les batteries (ou supercapacités - stockagehydraulique) sont principalement utilisées pour les démarrages. Pour de fortes sollicitations, l’énergie detraction provient à la fois des batteries et du moteur thermique.Avantages • Techniques / Environnementaux : o Absence d’infrastructures d’approvisionnement spécifiques ; o Possibilité d’utiliser des systèmes de post-traitement et des carburants alternatifs au gazole, notamment les biocarburants et la pile à combustible ; o Réduction des émissions polluantes. • Économiques : o Gain de consommation sur cycle urbain et également, daprès la bibliographie, des gains sont à attendre au niveau de lusure des freins.Inconvénients • Techniques : o Absence actuelle d’offre de la part des constructeurs. • Économiques : o Importance des coûts d’investissements.Synthèse Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules serre Investissement Exploitation Fiabilité Image FuméeHybrideLégende Moins bien que Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 Diesel Euros 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Source : ADEME - 25 -
  • 26. Préconisations FNTV / ADEMELes constructeurs travaillent à l’heure actuelle sur des projets concernant cette filière. Certaines études sontfinancées par lADEME dans le cadre des recherches du PREDIT. Ces expériences concernent desvéhicules de transport en commun urbain et des poids lourds à usages urbain et périurbain dont l’utilisationcomprend des arrêts fréquents et des vitesses commerciales relativement faibles.Les premières versions industrielles devraient être commercialisées dici 3 à 5 ans.Concernant les autocars, il n’y a actuellement aucune offre disponible avec cette filière. Il convient doncd’estimer précisément les gains à attendre, la pertinence et la faisabilité de ce système pour le transportinterurbain de voyageurs et pour les transports de longue distance.Ce système pourrait éventuellement être envisagé pour les transports par autocar en zone périurbaine. Unprogramme de recherche pourrait être engagé sur le sujet avec une première phase importante demodélisation et d’estimation des gains potentiels. - 26 -
  • 27. LA PILE A COMBUSTIBLEPrésentation / CaractéristiquesLe principe de fonctionnement de la pile à combustible est le suivant : il sagit dune réaction chimique de(dihydrogène H2 et dioxygène O2) produisant de lélectricité, de leau et de la chaleur selon une réactionchimique globale universellement connue : 2 H2 + O2 => 2 H2O. Cette réaction sopère au sein dunestructure essentiellement composée de deux électrodes séparées par un électrolyte (conducteur ioniqueliquide ou solide permettant la migration des ions). Cette réaction peut intervenir dans une gamme detempératures variant de 70°C à 1 000°C.Diverses filières de piles à combustible existent. Le choix de la pile à combustible devra dépendre desparamètres suivants : température de fonctionnement, durée de vie, contraintes de volume et de masse,échéance et coût attendu.Le combustible le plus approprié pour tous les types de piles est le dihydrogène (H2) dont la production estdestinée en grande partie au raffinage du pétrole.Avantages • Techniques / Environnementaux : o Absence d’émissions polluantes ; o Réduction importante des gaz à effet de serre au niveau du véhicule.Inconvénients • Techniques / Environnementaux : o Perte énergétique à chaque étape intermédiaire ; o Emissions de gaz à effet de serre en bilan du puits à la roue ; o Stockage très difficile de l’hydrogène. • Économique : o Importance des coûts de mise en œuvre.Synthèse Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules serre Investissement Exploitation Fiabilité Image FuméePile àcombustibleLégende Moins bien que Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 Diesel Euros 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Source : ADEME - 27 -
  • 28. Préconisations FNTV / ADEMECette filière énergétique pourrait jouer un rôle essentiel dans le futur. La Commission Européenne fixe comme horizonde mise en œuvre 2050. Malgré de nombreuses expériences, notamment en Allemagne, cette filière ne devrait pasêtre utilisable avant 15 à 20 ans. De nombreux choix restent à faire, notamment concernant la (ou les) source(s)principale(s) et la (ou les) technologie(s) pour le transport routier de voyageurs.Les coûts pour l’équipement de nombreux véhicules devront également être déterminés de manière plus précise.Lhydrogène semble être lune des options de combustible pour lavenir, bien qu’il existe encore de nombreux freins àson développement. - 28 -
  • 29. CONCLUSIONRésultatsActuellement, les différentes filières technologiques ne sont pas toutes disponibles ou adaptées au transportpar autocar. Le tableau comparatif ci-dessous détaille la disponibilité de chacune des filières pour letransport par autocar, en distinguant les véhicules neufs et les véhicules d’occasion. Tableau des disponibilités des technologies pour les autocars Véhicules neufs Véhicules d’occasion Diesel Diesel Pile à FAP GNV GPL Electrique Hybride Diester combustible TBTS FAP DeNOX Diester Emulsion Ethanol DeNOx Disponibilité En test En test En test Non Non Non Non Oui En test En test Oui Oui NonSource : ADEMEDe nombreuses filières technologiques alternatives existent. Aucune d’entre elles ne peut, à ce jour, ne peutconstituer une alternative complète au pétrole, et par conséquent, au gazole. Ces différentes filièresprésentent toutes des avantages et des inconvénients. Elles sont pour la plupart complémentaires aupétrole. Le tableau comparatif ci-dessous présente, en référence à la norme Euro 3, les filières selondifférents critères. Tableau comparatif des filières multicritères pour les autocars Impact sur la santé Gaz à Coûts Perception effet de Bruit Odeur CO HC NOx Particules serre Investissement Exploitation Fiabilité Image Fumée Gazole 10 ppm Diester Emulsion Ethanol FAP DeNOX GNV GPL Electrique Hybride Pile àcombustibleLégende Moins bien que Moins bien que Mieux que Beaucoup mieux que Egal Diesel Euro 3 Diesel Euros 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel Euro 3Source : ADEME - 29 -
  • 30. Les émissions polluantes principales (NOx et particules), ainsi que les émissions de gaz à effet de serre(GES), sont indiquées sur le graphique ci-dessous en grammes par kilomètre parcouru. Ces mesures ontété réalisées sur un cycle représentatif de lusage dun autocar avec une vitesse moyenne de 60 km/hNota : les émissions de GES sont indiquées à côté du nom de la filière en grammes par kilomètre. Elles sontproportionnelles au diamètre du cercle de chaque filière. Détail des émissions polluantes pour les autocars 0,08 Diesel référence, 594 0,07 0,06 Diesel catalyseur, 594 0,05 Particules (g/km) Diesel émulsion, 582 0,04 GNV, 863 Diesel catalyseur émulsion, 590 0,03 0,02 FAP, 602 DeNOxFAP, 612 0,01 FAP 2, 615 DeNOxFAP Diester, 490 FAP émulsion (es timation) 590 0 0 1 2 3 4 5 6 7 NOx (g/km )Source : ADEMEA court terme, le Diester et l’émulsion eau gazole pourraient constituer des réponses adaptées aux enjeuxenvironnementaux et à la raréfaction du pétrole, éventuellement couplés à des systèmes de post-traitement(FAP, DeNOx). Néanmoins, ces carburants restent une solution d’appoint et demandent des adaptations èmetechniques. D’autres filières seraient également à privilégier, comme les biocarburants de 2 génération,éventuellement couplées avec des motorisations hybrides (à moyen terme) et la pile à combustible (à longterme).Le choix d’une filière ne doit pas s’appuyer exclusivement sur l’estimation des coûts internes induits. Il doitaussi prendre en compte les coûts externes (nuisances sonores, pollution, etc.). Le tableau ci-aprèscompare chacune des filières par rapport aux coûts externes générés (euro / km). - 30 -
  • 31. Tableau com paratif des filières par les coûts externes pour les autocars 0,09 0,08 GES Part 0,07 NOx 0,06 0,05 euro / km 0,04 0,03 0,02 0,01 0 Diesel Diesel Diesel FA P Diesel Diesel Diesel FA P GNV euro3 Diesel FA P Diesel FA P réf érence catalyseur émulsion catalyseur émulsion et DeNOx et DeNOx gazole émulsion (retrof it) Diester avec urée (estimation)Source : ADEMELes progrès et limpact des différents systèmes sur les résultats de la filière de référence actuelle, DieselEuro 3 (FAP, DeNOx, biocarburant), sont manifestes. Le GNV permet datteindre de bons résultats entermes démissions polluantes. Actuellement, les systèmes de post traitement (FAP, DeNOx) permettentd’atteindre le même niveau démissions, mais avec de meilleurs résultats en termes d’émissions de gaz àeffet de serre. Des progrès sont attendus pour la filière GNV. - 31 -
  • 32. PerspectivesLes principales pistes d’améliorations et d’évolutions technologiques pour le transport par autocar à l’horizon2020-2030 sont les suivantes : ♦ Moteurs :  Maintien de la filière Diesel complétée par un système DeNOX (par exemple : système SCR à base d’urée) et/ou FAP, ainsi que la compatibilité avec du Diester 30;  Développement de la filière hybride avec des motorisations Diesel ou allumage commandé avec des objectifs de réduction des consommations (de l’ordre de 10 à 20 %) et des coûts kilométriques.  Progrès sur les motorisations fonctionnant au GNV / Biogaz, ♦ Carburants :  Réduction de la teneur en soufre du gazole ;  Augmentation progressive de la teneur en biocarburant (Diester, puis biocarburant de 2ème génération), mais aussi éthanol et localement biogaz.En parallèle, les autres pistes d’amélioration de lefficacité énergétique doivent porter sur : ♦ la réduction de la masse du véhicule, notamment sa structure et ses différents organes ;  la diminution de la résistance au roulement (aérodynamique et pneumatique) ;  le perfectionnement environnemental des équipements auxiliaires à l’intérieur du véhicule, en particulier de la climatisation ;  la récupération de l’énergie au niveau de l’échappement ;  le renforcement des formations à la conduite économique et rationnelle ;  laide à la conduite (géopositionnement, intégration du trafic en temps réel).En tout état de cause, les transports collectifs pourront alors s’imposer encore plus comme une alternativeefficace et pertinente à la voiture particulière par : ♦ l’amélioration continue encore de leurs performances aussi bien en termes de réduction des émissions polluantes que de gestion des besoins énergétiques ; ♦ le développement d’une politique de transport visant une meilleure fluidité des transports permettant :  une réduction des temps de parcours (sites propres, trajets directs, baisse des ruptures de charges, etc...) ;  une augmentation des fréquences (réduction des temps d’attente) ;  la création de zones d’accès (parking relais) ;  la mise en place d’actions visant à faciliter les échanges modaux.Ces travaux ont été réalisés par la Commission Technique et Sécurité de la FNTV en collaboration avecl’ADEME. Tous ensemble, ces acteurs espèrent avoir réalisé un outil de travail pertinent et contribué àpréserver votre environnement. - 32 -
  • 33. Commission Technique et Sécurité de la FNTVDe gauche à droite : Jean-Pierre MICHEL, Jean-Baptiste MAISONNEUVE, Hubert BOUTE, BrunoPORT, Daniel PARSY, Bernard PESENTI, Philippe FENART, Pierre HUNOLD et Ronan GOALEN.Ont également participé : Georges FAUCOUNEAU et Michel SEYT. - 33 -

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