Carburant

combustible qui alimente un moteur thermique

Un carburant est un combustible qui, mélangé à un comburant, permet de mettre en combustion rapide un mélange gazeux dans un moteur (moteur à combustion interne, moteur-fuséeetc.) en transformant l'énergie chimique du carburant[1] en énergie mécanique ou en poussée.

La principale caractéristique des carburants est d'avoir une grande densité énergétique, c'est-à-dire qu’ils contiennent beaucoup d'énergie pour une masse ou un volume réduits, ce qui accorde au système motorisé une grande autonomie. Plusieurs produits pétroliers sont utilisés comme carburant dans de nombreux moteurs.

Typologie

Un carburant contient souvent un mélange d'hydrocarbures[2]. Dans le cas de l'hydrogène par exemple, on parle de combustible. Le carburant est souvent un liquide et parfois un gaz. Il est stocké dans le réservoir des véhicules. La contenance approximative en carburant liquide d'un réservoir de véhicule automobile varie de trente litres (voitures peu puissantes) à cent litres (voitures très puissantes)[3], et beaucoup plus pour les bus, camions...

Pour limiter l'émission de gaz à effet de serre à base carbone, certains constructeurs de moteurs lancent des essais d'utilisation d'ammoniac comme carburant. L'utilisation de l'ammoniac comme carburant dans les turbines à gaz industrielles est en cours de développement depuis 2021 chez certains constructeurs[4].

Les carburants peuvent être classés de différentes manières. On peut par exemple distinguer les carburants fossiles, des biocarburants, des ergols.

Carburants fossiles
Ils proviennent de la transformation des matières organiques mortes mélangées à divers minéraux à de grandes profondeurs. Cette transformation nécessite plus d'un million d'années et se déroule à des températures et pressions très élevées. Les carburants fossiles sont en quantité limitée sur terre. La diminution future de la production de carburants est traitée dans l'article sur le pic de production. Les carburants issus du pétrole sont aussi appelés hydrocarbures.
Biocarburants (agrocarburants)
Ils proviennent de plantes ou animaux (non fossilisés). Parmi les produits développés commercialement, citons le bioéthanol et le biogazole. Le préfixe « bio » a rapport avec l’agriculture mais pas avec l'écologie[5].
Ergols liquides
Les ergols liquides voire solides sont utilisés dans les moteurs de fusées anaérobies, rare type de moteur capable de fonctionner en dehors de l'atmosphère.

Signalétiques européennes

Station-service en Islande, avec trois carburants, dont un SP95 et un diesel.

En Europe, une signalétique uniformisée a été mise en place à compter du dans les États membres de l'Union européenne ainsi qu'en Islande, au Liechtenstein, en Macédoine, en Norvège, en Serbie, en Suisse et en Turquie[6]. Dans le cas de la France[6], cette nouvelle signalétique cohabite avec la signalétique existante.

Pour l'essence et le gazole, le chiffre fait référence à la teneur en biocarburant[6].

Pour l'essence, repérée par une étiquette ronde[7],[6] :

Pour le gazole, repéré par une étiquette carrée[7],[6] :

  • B7 : gazole actuellement commercialisé ;
  • B10 : variante de gazole comprenant 10 % de biocarburants, autorisé dans certains pays comme la France depuis 2018[8] ;
  • XTL : diesel synthétique.

Pour les carburants gazeux, repérés par une étiquette losange[7],[6] :

Les carburants, un élément stratégique

Les carburants, encore le plus souvent dérivés du pétrole, deviennent stratégiques dans l'économie de nombreux secteurs industriels, agricoles, forestiers, halieutiques, tourisme, aviation, marine marchande. L'augmentation des prix du pétrole et la perspective d'un épuisement de la ressource ont incité les gros utilisateurs de carburants à demander à leurs états des aides financières ou une défiscalisation. L'OCDE alerte sur le fait qu'outre le fait que ces mesures coûtent cher (par exemple, les subventions aux carburants des agriculteurs existent dans la plupart des pays de l’OCDE), et les allègements fiscaux en faveur de l’agriculture représentent à eux-seuls une perte pour l’État d’environ 950 millions d'euros en France et 2,3 milliards de dollars aux États-Unis), elles sont un obstacle à l’efficacité énergétique et aux alternatives propres, sûres et renouvelables. L'OCDE note aussi que les aides à l’agriculture étant souvent liées à la production, elles encouragent encore la consommation de carburant fossile, notamment via l'usage d’intrants tels que les pesticides et les engrais[9].

Carburants et moteurs

Les moteurs à combustion interne ne peuvent pas accepter tout type de carburant.

Les moteurs à allumage commandé, communément appelés « moteurs à essence », peuvent fonctionner aussi bien avec de l'essence que du GPL, du GNV et d'autres gaz, et parfois avec un mélange de bioéthanol et d'essence voire d'éthanol pur[a] ; certaines adaptations des moteurs sont nécessaires en fonction du carburant.

Dans les moteurs à essence anciens, la formation du mélange avec l'air était assurée par un carburateur avant son admission dans les cylindres par les soupapes ; dans les moteurs modernes, le système du carburateur est remplacé par un système d'injection indirecte ou directe. Plus généralement, l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (moteur à piston ou bien moteur à réaction d'avion ou de fusée) est assurée à l'aide d'injecteurs.

Un moteur Diesel peut fonctionner avec du gazole classique, aussi appelé « pétrodiesel », ou avec un mélange de biogazole et de gazole, voire de biogazole (huiles minérales ou végétales) pur ou même d'huiles lourdes pour les moteurs d'engins et de bateaux. Sur un méthanier, le moteur peut aussi fonctionner avec du GPL revenu en phase gazeuse. Ici aussi, des adaptations du moteur ou de ses réglages peuvent s'avérer nécessaires pour changer de carburant.

Carburants courants

carburantPCI (MJ/kg)
Essence (automobile)45 - 48.3
Essence (aviation)44,0
GPL46,1
Fioul ou gazole42,5
Kérosène43,3
GNV48,0
Dihydrogène120,0
Isooctane44,4
Isoheptane44,6

Tableau des densités d'énergie

CarburantDensité énergétique
spécifique
(MJ/kg)
Densité énergétique
volumétrique
(MJ/L)
CO2 produit par combustion
(kg/kg)
Carburants liquides d'origine biologique
Huile de pyrolyse17,521,35(En estimant que le contenu en carbone est 23 % wt + O2 masse) : 0,84
Méthanol (CH3-OH)19,9 – 22,715,91,37
Éthanol (CH3-CH2-OH)23,4 – 26,823,41,91
Butanol (CH3-(CH2)3-OH)36,029,22,37
Graisse37,6731,68[Composition moyenne à insérer ici]
Biogazole37,833,3 – 35,7~2,85
Huile de tournesol (C18H32O2)39,4933,18(12 % (C16H32O2) + 16 % (C18H34O2) + 71 % AL + 1 % ALA) : 2,81
Huile de ricin (C18H34O3)39,533,21(1 % PA + 1 % SA + 89,5 % ROA + 3 % OA + 4,2 % AL + 0,3 % ALA) : 2,67
Huile d'olive (C18H34O2)39,25 - 39,8233 - 33H(15 % (C16H32O2) + 75 % (C18H34O2) + 9 % LA + 1 % ALA) : 2,80
Carburants gazeux
Méthane (CH4)55 – 55,7(liquéfié) 23,0 – 23,3(Le méthane est un gaz à effet de serre.) 2,74
Dihydrogène (H2)120 – 142(liquéfié) 8,5 – 10,1(Production et liquéfaction de l'hydrogène) 0,0
Carburants d'origine fossile
Charbon29,3 – 33,539,85 - 74,43(En ne comptant pas : CO, NOx, sulfates et particules) : ~3,59
Pétrole41,86828 – 31,4(En ne comptant pas : CO, NOx, sulfates et particules) : ~3,4
Essence45 – 48,332 – 34,8(En ne comptant pas : CO, NOx, sulfates et particules) : ~3,30
Gazole (Diesel)48,140,3(En ne comptant pas : CO, NOx, sulfates et particules) : ~3,4
Gaz naturel38 – 50(liquéfié) 25,5 – 28,7(Éthane, propane et butane N/C : CO, NOx et sulfates) : ~3,00
Éthane (CH3-CH3)51,9(liquéfié) ~24,02,93

Pouvoir calorifique inférieur (PCI) de composés organiques purs (à 25 °C)

CombustibleMJ/kgkJ/LBTU/lbkJ/mol
Paraffines (terme désuet en chimie - Alcanes est le nom d'usage actuel)
méthane50,0335,86221 499,86803,3
éthane47,794------1 437,11
propane46,357------2 044,13
butane45,752------2 653,6
n-pentane45,35728,17---3 272,45
n-hexane44,75229,51---3 856,52
n-heptane44,56630,47---4 465,59
n-octane44,42731,10---5 064,7
n-nonane44,31131,24---5 683,11
n-décane44,24031,45---6 294,54
n-undécane44,19432,54---6 907,88
n-dodécane44,14732,91---7 519,77
Isoparaffines
isobutane45,613------2 651,12
isopentane45,24128,01---3 264,08
2-méthylpentane44,68229,04---3 850,50
2,3-diméthylbutane44,65929,30---3 848,50
2,3-diméthylpentane44,49630,75---4 458,58
2,2,4-triméthylpentane44,31030,57---5 061,46
Naphtènes
cyclopentane44,63632,94---3 130,45
méthylcyclopentane44,636------3 756,54
cyclohexane43,45033,83---3 656,73
méthylcyclohexane43,380------3 756,54
Oléfines
éthylène47,195------1 323,97
propylène45,799------1 927,20
but-1-ène45,334------2 543,52
(Z)-but-2-ène45,194---------
(E)-but-2-ène45,124---------
isobutène45,055------2 527,86
pent-1-ène45,031------3 158,15
2-méthylpent-1-ène44,799---------
hex-1-ène44,426------3 738,86
Dioléfines
buta-1,3-diène44,613------3 218,77
isoprène44,078------3 002,46
Dérivés nitrés
nitrométhane10,513------641,71
nitropropane20,693------1 842,66
Acétyléniques
acétylène48,241------2 801,79
méthylacétylène (propyne)46,194------1 850,71
but-1-yne45,590------3 836,83
pent-1-yne45,217---------
Aromatiques
benzène40,17035,08---3 137,75
toluène40,58934,98---3 739,80
o-xylène40,96136,04------
m-xylène40,96135,22------
p-xylène40,79835,08------
éthylbenzène40,93835,48---4 346,18
1,2,4-triméthylbenzène40,984---------
propylbenzène41,193---------
cumène41,217------4 953,93
Alcools
méthanol19,93715,77---638,81
éthanol28,86522,77---1 329,76
n-propanol30,68024,54---1 843,71
isopropanol30,44723,90---1 829,71
n-butanol33,075------2 451,57
isobutanol32,959------2 442,97
tertiobutanol32,587------2 415,40
n-pentanol34,727---------
Éthers
méthoxyméthane28,703------1 322,30
éthoxyéthane33,867------2 510,27
propoxypropane36,355------3 714,56
butoxybutane37,798------1 741,29
Aldéhydes et cétones
méthanal17,259------518,21
éthanal24,156------1 064,13
propanal28,889------1 677,84
butanal31,610------1 330,13
acétone28,548------2 460,13
Autres espèces
carbone (graphite)32,808------394,04
dihydrogène120,971------241,942
oxyde de carbone10,112------283,23
ammoniac18,646------317,55
soufre9,163------587,34

Biocarburants

Distributeurs pétroliers

Notes et références

Notes

Références

Annexes

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Bibliographie

Articles connexes

Liens externes

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