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Superéthanol E85 : fonctionnement du moteur FlexFuel

7 novembre 2011

 

Superethanol-E85-fonctionnement-du-moteur-FlexFuel

Le moteur Flex Fuel permet aux véhicules qui en sont équipés de rouler indifféremment à l’essence et au superéthanol E85 qui contient 85 % de bioéthanol. Mis au point depuis les années 1970 et constamment amélioré depuis, il ne constitue pas une nouvelle génération de moteur mais une adaptation du traditionnel moteur à explosion. Un challenge technologique que maîtrisent aujourd’hui la plupart des constructeurs.

 

 

1973, le premier choc pétrolier. La décision prise par les membres de l’OPEP de réduire leur niveau de production de pétrole conduit à une forte augmentation du prix du brut. Cette nouvelle donne énergétique à laquelle sont confrontés les pays occidentaux relance l’intérêt pour les carburants alternatifs. L’alcool éthylique – ou éthanol, aujourd’hui appelé « bioéthanol » lorsqu’il est destiné à la carburation automobile – s’impose rapidement comme une voie privilégiée en raison de sa capacité à être fabriqué à partir de ressources agricoles à la fois diverses (canne à sucre, betterave, céréales…) et pouvant être produites localement.

C’est dans ce contexte qu’apparaissent, aux USA, les premiers véhicules Flex Fuel – également appelés « Véhicules à Carburant Modulable » (VCM) – dont la particularité est de pouvoir fonctionner avec tout mélange d’essence et de bioéthanol dans une proportion allant de 0 % de bioéthanol (à l’image du SP95, par exemple) à 85 % de bioéthanol, comme c’est le cas pour le superéthanol E85.

 

Des matériaux adaptés

 Le principe fondamental d’un moteur est de transformer l’énergie chimique inerte contenue dans les molécules de carburant en une énergie mécanique. Bien que les molécules d’essence (octane) et de bioéthanol soit très différentes (voir encadré ci-dessous), ils possèdent l’un comme l’autre la propriété d’avoir un haut rendement énergétique. Seule différence, l’éthanol contient des atomes d’oxygène alors que l’essence, quant à elle, ne contient que du carbone et de l’hydrogène.

Cette particularité chimique fait que l’éthanol capture des molécules d’eau qui ont, par nature, une action corrosive. Afin de prévenir les effets de la corrosion, les véhicules Flex Fuel doivent utiliser des matériaux adaptés – généralement à base de polymères et composites – pour les pièces les plus sensibles telles que le réservoir, les conduites (durites) et les joints, qui doivent présenter une bonne capacité de dilatation et de résilience afin de ne pas retenir l’humidité.

 

Une détection automatique du type d’essence

Pour fonctionner de manière optimale, le moteur Flex Fuel doit tout d’abord identifier la nature et la composition du carburant qui l’alimente. La détection s’effectue au niveau de l’échappement où un capteur, la sonde « Lambda », mesure la proportion d’oxygène contenue dans les gaz d’échappement. Cette information permet au moteur de déduire les proportions d’essence et d’éthanol contenues dans le carburant et d’ajuster automatiquement son fonctionnement : autrement dit, le système décide instantanément quelle quantité de mélange carburant-air est envoyée dans la chambre de combustion… et à quel rythme.

Car si la composition du mélange est déterminante, le rythme d’injection l’est tout autant. En effet, toujours en raison de sa charge d’oxygène, l’éthanol met un peu plus de temps que l’essence pour chauffer et s’enflammer, et ce carburant contenant du bioéthanol doit être envoyé un peu plus tôt dans la chambre de combustion pour pouvoir s’enflammer au bon moment. Ceci nécessite un réglage spécifique du cycle admission-compression-explosion (voir ci-contre).

 

Puissance et compétitivité du E85

La mise au point de la sonde Lambda, des différents calculateurs électroniques et du régulateur capable d’adapter le rythme d’injection en fonction de la composition du carburant est l’un des plus importants défis relevés par les constructeurs automobiles. Les progrès réalisés au cours des dernières années ont permis d’atteindre une performance de combustion optimale, avec à la clé des rendements (puissance, couple) égaux ou supérieurs lors du fonctionnement au E85 par rapport à l’essence.

Lorsqu’il fonctionne à l’éthanol, le moteur affiche une surconsommation d’environ 25 % compensée à la fois par le prix très inférieur du E85 et par un taux de compression supérieur qui permet d’exploiter plus de puissance. Ce qui explique que les moteurs Flex Fuel les plus récents fournissent des rendements de plus de 10 % supérieurs avec du E85.

Outre motif de satisfaction pour le conducteur-consommateur, le E85 permet de réduire de 50 % les gaz à effets de serre émis par le véhicule. Fiabilité, performances, économie, respect de l’environnement : autant de bonnes raisons pour faire aujourd’hui le choix d’une voiture Flex Fuel.

Un moteur à explosion (presque) comme les autres

Au-delà des spécificités liés à la régulation électronique et aux matériaux de certains composants, le moteur Flex Fuel fonctionne rigoureusement sur le même principe que le moteur à essence traditionnel.
La première phase est celle de l’admission : un mélange d’air et de carburant est aspiré dans le cylindre par la pipe d’admission, à une pression de 50 à 120 bars.
Cette phase est suivie par la compression : après aspiration, la soupape d’admission se referme et emprisonne le mélange carburant-air dans la chambre de combustion où il est comprimé par un piston.
Vient ensuite la phase de l’explosion, qui donne son nom au moteur à explosion. Lorsque la compression est au maximum, une étincelle, produite par la bougie, déclenche la combustion, ou explosion, qui délivre l’énergie du moteur : le piston est alors repoussé, entraînant la rotation du vilebrequin par l’intermédiaire d’un jeu de bielles.
Enfin, c’est l’échappement. Le piston remonte à nouveau et évacue les gaz brûlés par la pipe d’échappement, libérant la place pour un nouveau mélange carburant-air.

 

En savoir +

> Sur le fonctionnement du moteur à essence et sa compatibilité avec le SP95-E10

> Le portail des technologies Flex Fuel et E85 aux États-Unis

> Site de conseils et fiches pratiques sur la manière de réaliser des économies d’énergies, y compris par l’utilisation d’un véhicule Flex Fuel

 

 

Les molécules du E85

Le E85 est un carburant automobile constitué d’un mélange de bioéthanol (85 %) et d’essence (15 %) dont les structures chimiques sont très différentes.
L’essence du type SP95 est principalement composée d’octane, une molécule d’hydrocarbure (origine fossile) de taille variable selon le nombre d’atomes de carbone et d’hydrogène qui la constituent (de 5 à 11 unités de carbone).

Le bioéthanol est une molécule identique à l’éthanol utilisé dans d’autres domaines (alimentation, chimie, cosmétiques…). Elle est toujours constituée de 2 atomes de carbone, 6 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène (C2H6O).