Parallèlement aux efforts déployés pour rendre les émissions des moteurs essence et diesel classiques moins polluantes, le secteur automobile multiplie les recherches consacrées aux carburants et aux systèmes de propulsion alternatifs.

1. Carburants gazeux

Les moteurs utilisant des carburants gazeux ne diffèrent guère de ceux qui fonctionnent avec des carburants classiques. Les adaptations se situent essentiellement au niveau du réservoir, de l’alimentation et de l’injection de carburant.

• GNV (gaz naturel compressé)

Les véhicules à gaz naturel à moteur turbo permettent au gaz naturel et au biogaz carburants d’être encore plus efficaces et plus respectueux de l’environnement.

Le gaz naturel est un carburant respectueux de l’environnement: il n’émet pas de suie ni de particules fines et moins de CO2 que l’essence et le diesel.

Les véhicules à gaz naturel peuvent rouler indifféremment au gaz naturel ou au biogaz, et sont par ailleurs équipés d’un réservoir à essence. Le gaz naturel utilisé comme carburant (GNC/CNG, pour compressed natural gas; méthane) ne doit pas être confondu avec le gaz liquide (GPL, gaz de pétrole liquéfié; butane/propane, aussi commercialisé sous l’appellation «autogas»). Les deux carburants et les deux technologies ne sont pas compatibles entre eux.

Les véhicules à gaz étant aussi équipés d’un réservoir à essence, leur autonomie est égale voire supérieure à celle des modèles traditionnels à essence.

Les personnes raccordées au réseau de gaz naturel peuvent désormais faire le plein à la maison pendant la nuit. L’installation PHILL, commercialisée par la société Holdigaz à Vevey, permet de faire le plein en garantissant confort et indépendance. Le dispositif, qui ne nécessite aucun entretien, est branché sur les installations existantes et équipé d’un compteur séparé.

Avantages

Ø      Faibles émissions de CO2 d’un moteur diesel (environ 25% de moins qu’un moteur essence équivalent)

Ø      Rejets extrêmement réduits de particules fines, de CO et de NOX.

Ø      Le GNV peut en outre être mélangé sans restriction à du biogaz:. Il est ainsi possible de réduire encore davantage les émissions de CO2.

Ø      La quantité de carburant imbrûlé présent dans les gaz d’échappement peut être importante. L’une des solutions consiste à assurer une bonne combustion du carburant, ainsi qu’un fonctionnement efficace du catalyseur - indispensable pour éliminer les résidus imbrûlés.

Inconvénients

Ø      Sur les voitures GNV disponibles en France, cette transformation ne peut être faite qu’en première monte en usine, par le constructeur lui-même, selon des normes très strictes. Pour des questions de sécurité et pour ne pas répéter les erreurs survenues avec le GPL, la législation française interdit l’adaptation GNV en seconde monte sur des véhicules existants.

Ø      A bord des véhicules, le GNV est stocké dans des bouteilles comparables à celles utilisées pour la plongée sous-marine. Initialement logées dans la malle arrière du véhicule, ce qui entraîne une réduction non négligeable du volume utile, ces bouteilles sont maintenant de plus en plus souvent placées sous le plancher, ce qui permet de conserver intact le volume utile du coffre à bagages.
Côté conduite, la bi-carburation est presque entièrement transparente pour le conducteur. GPL

• GPL

Le gaz de pétrole liquéfié est produit à partir de pétrole. Lorsque vous faites le plein, il se présente comme un carburant liquide sous pression, mais à une pression atmosphérique normale, ce carburant est gazeux. En principe, n’importe quelle voiture à essence classique peut être transformée de façon à pouvoir rouler au GPL, bien que certaines caractéristiques spécifiques du moteur puissent rendre l’adaptation difficile. Les émissions de CO2 sont réduites de 15% par rapport à un moteur essence, et les émissions de NOX sont faiblement réduites. Demeurent encore quelques problèmes pratiques comme le volume occupé par le réservoir et des préjugés, justifiés ou non.

·        Hydrogène

L’hydrogène  est souvent assimilé à la technologie de la pile à combustible. Pourtant, l’hydrogène peut aussi être utilisé sous forme de carburant gazeux dans un moteur à combustion. En théorie, les émissions se composent exclusivement d’eau et de petites quantités d’hydrogène imbrûlé parfaitement inoffensives. Le mode de fabrication de l’hydrogène est déterminant pour son caractère écologique, surtout en termes de CO2.

BMW : la première limousine de luxe à hydrogène.

BMW est le premier constructeur automobile au monde à présenter un véhicule propulsé par hydrogène ayant achevé le processus de développement en vue de la mise en série. La BMW Hydrogen 7 animée par un moteur thermique à hydrogène est le fruit d’une stratégie de développement rigoureuse permettant d’exploiter dès aujourd’hui le concept avant-gardiste d’une mobilité durable dans la pratique quotidienne.
La limousine Série 7 est équipée d’un douze cylindres qui délivre 191 kW/260 ch et parcourt le 0 à 100 km/h en 9,5 secondes. La vitesse maximale est bridée à 230 km/h grâce à l’électronique. Tant que l’approvisionnement en hydrogène n’est pas assuré sur tout le territoire, le moteur bivalent équipant la BMW Hydrogen 7 peut aussi fonctionner au supercarburant classique par simple commutation du mode de fonctionnement.

La BMW Hydrogen 7 démontre que l’utilisation d’hydrogène liquide  pour des véhicules de série est une solution envisageable.

BMW CleanEnergy, la stratégie énergie du BMW Group.

La technologie de l’hydrogène offre la possibilité de réduire radicalement les émissions produites par les transports individuels et, surtout le rejet de CO2. En effet, en mode hydrogène, la BMW Hydrogen 7 ne rejette pratiquement que de la vapeur d’eau.
Cette vision d’une mobilité durable exempte d’émissions ne concerne pas seulement le fonctionnement du véhicule, mais aussi la production de l’énergie requise pour la propulsion.

2.Biocarburants et véhicules flex-fuel

Le terme “biocarburant” désigne un carburant fabriqué à partir de produits biologiques. Les biocarburants sont généralement d’origine végétale. Les plus sont  le bioéthanol, le biodiesel et l’huile végétale pure. Ces produits se composent comme les carburants fossiles majoritairement de carbone et d’hydrogène. Les biocarburants rejettent pourtant beaucoup moins de CO2 que ces carburants fossiles. Dans la pratique, le transport et la production du carburant génèrent toujours du CO2, mais la plupart des études indiquent qu’il est possible de réduire les émissions de CO2 de 30 à 70% dans le cadre d’un processus de production durable, en fonction du type de biocarburant et du processus de fabrication.

Le bioéthanol et le biodiesel peuvent, en raison de leur structure similaire, être mélangés à des carburants classiques. Si les quantités sont peu importantes (5% de biodiesel dans le diesel, 10% de bioéthanol dans l’essence), le moteur ne doit pas être adapté et ces mélanges peuvent être utilisés pour tous les véhicules actuellement en circulation. Si les concentrations sont plus élevées (comme c’est le cas de l’E85, qui contient 85% d’éthanol et 15% d’essence), il faut adapter le dispositif d’alimentation en carburant et de commande du moteur; ces mélanges ne peuvent être utilisés qu’avec des véhicules adaptés à cette fin. Enfin, il existe des véhicules spéciaux - appelés véhicules”flex-fuel” - qui sont capables de rouler avec n’importe quel mélange de carburant classique et de biocarburant. Ils sont équipés d’un capteur qui mesure la concentration en biocarburant et le fonctionnement du moteur est adapté en conséquence. Ces véhicules constituent une solution écologique et simple à adopter pendant la période de transition, lorsque les stations-services qui distribuent des biocarburants sont encore difficiles à trouver.

3. Véhicules électriques

• Les véhicules électriques ne sont plus mus par un moteur à combustion classique, mais par un moteur électrique. Un moteur électrique transforme l’énergie électrique en un mouvement rotatif, qui entraîne ensuite les roues. Ce moteur présente divers avantages par rapport au moteur à combustion classique. Premièrement, il ne consomme de l’énergie que lorsqu’il doit délivrer de la puissance. À l’arrêt, un moteur électrique ne consomme donc pas d’électricité. Deuxièmement, le moteur peut aussi servir de générateur: lorsqu’un mouvement rotatif est exercé au niveau du moteur, il produit de l’électricité. Lors du freinage par exemple, une partie de l’énergie cinétique peut être récupérée et ainsi être retransformée en électricité.

Cette technologie comporte toutefois une limitation: le stockage de l’électricité. Pour l’instant, elle est stockée dans des batteries, ce qui entraîne deux inconvénients, à savoir une capacité restreinte (et partant, une autonomie limitée du véhicule) et des temps de charge fort longs (de 4 à 8 heures). Ces limitations expliquent pourquoi les véhicules électriques n’ont guère eu de succès à ce jour. Le perfectionnement de la technologie des batteries et du stockage de l’électricité pourrait éventuellement offrir une solution.

• Véhicules hybrides

Un véhicule hybride est, par définition, un véhicule qui intègre deux systèmes différents de transformation de l’énergie. À l’heure actuelle, ce terme est surtout employé pour désigner un véhicule doté à la fois d’un moteur à combustion classique et d’un moteur électrique. Les inconvénients liés à l’autonomie du moteur électrique sont ainsi compensés par le moteur à combustion, mais l’on bénéficie des atouts du système électrique.

On distingue deux configurations de moteurs hybrides:

• L’hybride série: seul le moteur électrique commande les roues, le moteur à combustion sert uniquement à produire de l’électricité pour le moteur électrique. Par conséquent, le moteur à combustion ne fonctionne que lorsque la batterie descend sous un niveau donné et reste alors toujours dans une plage de régime favorable (vitesse de rotation à laquelle les émissions et la consommation sont les plus basses).

• L’hybride parallèle: les deux moteurs entraînent les roues. Lorsque le moteur à combustion ne doit plus fournir de puissance aux roues, il peut être relié au moteur électrique afin de produire de l’électricité.

4. Véhicules à pile à combustible

Les véhicules à pile à combustible sont mus par un moteur électrique. L’électricité nécessaire au moteur est produite dans la pile à combustible

Ø      L’avantage de la pile à combustible réside dans le fait qu’elle transforme l’énergie issue du carburant en électricité, et non en chaleur. Ainsi, il y a moins de pertes d’énergie et l’énergie extraite du carburant est plus importante en comparaison avec un moteur à combustion classique.

Ø      Théoriquement, les véhicules à pile à combustible ne produisent que de l’eau en guise d’émissions. Cependant, il faut aussi tenir compte des émissions générées lors de la production de l’hydrogène.

Ø      Les piles à combustible utilisant l’hydrogène pour propulser des voitures à moteur électrique ont un rendement deux à trois fois supérieur à celui des moteurs à combustion interne à essence. Qui plus est, elles ne rejettent aucun produit toxique et, ayant peu de pièces mobiles, elles sont silencieuses et ne produisent aucune vibration.

Ø      L’hydrogène est l’un des éléments les plus abondants de l’univers. Il peut être extrait du gaz naturel, de la houille, du pétrole brut, etc., mais l’eau est la seule source d’hydrogène non polluante. Les atomes d’hydrogène et d’oxygène présents dans l’eau peuvent être facilement et proprement dissociés par électrolyse, de préférence en utilisant de l’électricité obtenue de sources propres, telles que les panneaux solaires et les aérogénérateurs. L’hydrogène ainsi obtenu peut être comprimé pour être stocké et utilisé dans des piles à combustible.

Dans les années 90, une équipe de recherche de Ballard Power Systems au Canada a fait un grand pas en avant lorsqu’elle a découvert un moyen d’accroître la densité de puissance de l’hydrogène, qu’elle a fait passer en moyenne de 200 watts par litre à environ 1 500. La technologie de la pile à combustible à membrane échangeuse de protons (MEP) de Ballard permet à une voiture équipée d’un moteur de dimensions analogues à celui d’une voiture à essence d’égaler les performances de celle-ci, en atteignant une vitesse de 100 km/h en 15 secondes et des pointes de vitesse voisines de 150 km/h.

À l’heure actuelle, le ravitaillement en combustible reste un problème pour les clients, à moins qu’ils ne vivent en Californie, qui a prévu de construire entre 150 et 200 stations de ravitaillement en hydrogène d’ici à 2010. Un certain nombre de constructeurs envisagent de régler le problème en fournissant à leurs clients des systèmes de ravitaillement en hydrogène à installer chez eux.