Quelles énergies dans les transports de demain ? Les ... · – use in engines 1. Gestion de la...

Conférence de presse IFP 21 novembre 2006

1

Quelles énergiesdans les transports de demain ?

Les réponses de l'IFP

Olivier Appert, Président de l'IFP

Philippe Pinchon, Directeur Moteurs-Énergie de l'IFP


2

Dépendance du secteur transport (pétrole = transport)

En 2005, au niveau mondial, leEn 2005, au niveau mondial, lesecteur transport :secteur transport :

-- d déépend du ppend du péétrole trole àà 98% 98%

-- repr repréésente 50 % de lasente 50 % de laconsommation de pconsommation de péétroletrole

-- repr repréésente 20 % de lasente 20 % de laconsommation d'consommation d'éénergienergie

- suit une croissance annuelle- suit une croissance annuellede l'ordre de 2 % /ande l'ordre de 2 % /an

Faits marquantsFaits marquants

2,9%

1,1%

1,5%

38,7%

58,5%

0,3%

Essence

Gazole

Biocarb.

GPL

GNV

Consommation mondiale d'énergie dans

le secteur des transports en 20051,6GTEP

44MTEP


3

Les principaux pays pétroliers

CEI6,2%

Irak10,7%

Iran8,5%

Indonésie0,5%

Océanie1,9%

Arabie Saoudite24,9%

Europe1,8%

Afrique du Nord4,1%

Afrique del’Ouest 3,0%

USA2,9%

Canada0,6%

Venezuela7,4%Mexique et

autres paysd’Amériquelatine 4,3%

Emirats11,6%*

Koweit9,2%

ASIE1,8%

OPEP 70 %OPEP 70 %Source: BP Statistical

Dépendance et risques géopolitiques accrus :l'urgence de la diversification énergétique

Total : 1 050 Gbo38 ans 2004


4

+62%+131%

+100%

+200%

Passagers

MarchandisesEtude « The Sustainable Mobility Project »WBCSD , 2004

Croissance de la demande de transportdans les prochaines décennies


5

Avec un scénario « business-as-usual » la consommation et lesémissions de Gaz à Effet de Serre (GES) augmentent régulièrement

+ 64%+ 125%

Etude « The Sustainable Mobility Project »WBCSD , 2004

Consommation en carburant

Emissions de GES


6

•• Environmental IssuesEnvironmental Issues :– pollution, GHG

•• Energy Supply ChallengesEnergy Supply Challenges :– fossil fuels reserves,

– increase of production

•• Security of SupplySecurity of Supply :– cost,

– geopolitical issues

•• Energy EfficiencyEnergy Efficiency– production

– use in engines

1.1. Gestion Gestion de la de la demandedemande

2.2. Rendement Rendement éénergnergéétique tique

3.3. Diversification des Diversification des sources sources d'd'éénergienergie

Les enjeux du secteur des transports

• Environnement– pollution, GES

• Approvisionnement en énergie– réserves en énergie fossile

– augmentation de la production

• Sécurité des approvisionnements– coût

– problèmes géopolitiques

• Efficacité énergétique– production

– utilisation dans les moteurs

RRôôle de la technologie etle de la technologie etfacteurs comportementauxfacteurs comportementauxincontournablesincontournables


7

Assurer la transition du "tout-pétrole" vers une diversification desénergies pour les transports

Moteurs conventionnelsMoteurs conventionnels

•à essence : injection directe, distributionvariable, combustion CAI, contrôle avancé,"downsizing"•diesel : injection hte pression, distributionvariable, combustion HCCI, FAP, de-NOx

Carburants conventionnelsCarburants conventionnels

• issus du pétrole et additivés : vers une conversion profonde et la meilleure adéquation moteur-carburant

Moteurs alternatifsMoteurs alternatifs

• moteurs dédiés à un carburant : GNV, DME,…

• motorisation électrique (batteries ou pile à combustible)

• motorisation hybride thermique/électrique (autonome avec alimentation possible réseau)

Carburants alternatifsCarburants alternatifs

• bio-carburants :éthanol, ETBE, EMHV, • EEHV, ...)

• gazeux: GPL, GNV, DME, H2

• carburants de synthèse : from "X to liquid"(gaz : GTL, biomasse : BTL, charbon : CTL)

•• Pollution localePollution locale

•• Approvisionnement en Approvisionnement en éénergienergie

•• Emissions de GESEmissions de GES

•• EfficacitEfficacitéé éénergnergéétiquetique


8

Forces et faiblesses des principales technologies de motorisation

solution pour le long terme

disponibilité d'hydrogène, stockage d''hydrogène àbord, validation usage réel, efficacité réelle

pas d'émissions directes de CO2 ni de polluants, pas de bruit, rendement théorique élevé

pile à combustible

déclinaison du "mild" au "full"essence et dieselréduction des coûts avec la production série

coûttrès bon rendement et faibles émissions de polluants

véhicule hybride

progrès attendus dans la domaine des batteries (li-ion)

faible autonomie et faibles performances

zéro émissions, faible bruit, pas d'émissions directes de CO2

vehicule électrique

mêmes émissions que l'essence

doit réduire ses émissions de NOx et de particules

très bon rendement et technologie éprouvée

diesel

les futurs moteurs on la possibilité de combler leur retard sur le diesel

environ 20% de CO2 deplus par rapport au diesel

Ultra basses émissions possibles et coût modéré

essence

Evolutionsattendues-+Technologie de

motorisation

Situation actuelle

solution pour le long terme

disponibilité d'hydrogène, stockage d''hydrogène àbord, validation usage réel, efficacité réelle

pas d'émissions directes de CO2 ni de polluants, pas de bruit, rendement théorique élevé

pile à combustible

déclinaison du "mild" au "full"essence et dieselréduction des coûts avec la production série

coûttrès bon rendement et faibles émissions de polluants

véhicule hybride

progrès attendus dans la domaine des batteries (li-ion)

faible autonomie et faibles performances

zéro émissions, faible bruit, pas d'émissions directes de CO2

vehicule électrique

mêmes émissions que l'essence

doit réduire ses émissions de NOx et de particules

très bon rendement et technologie éprouvée

diesel

les futurs moteurs ont la possibilité de combler leur retard sur le diesel

environ 20% de CO2 deplus par rapport au diesel

Ultra basses émissions possibles et coût modéré

essence

Evolutionsattendues-+Technologie de

motorisation

Situation actuelle


9

Les futures réglementations antipollution vont conduire audéveloppement de nouvelles technologies

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,600

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

Particulesg/km

NOx (g/km)

diesel

EURO 3 (2000)

EURO 4(2005) Combustion

Recirculation des gaz brûl.Injection haute pressionCatalyse d'oxydation


10

Les futures réglementations antipollution vont conduireau développement de nouvelles technologies

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,600

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

Particulesg/km

NOx (g/km)

diesel

EURO 3 (2000)

EURO 4(2005)

* encore en discussion

EURO 5EURO 5EURO 6EURO 6US tier II bin 5US tier II bin 5

Filtre à particules

Piège à NOxCatalyse SCR et injection uréeCombustion "homogène"


11

Réduction des émissions de CO2 : un objectif difficile à atteindre àdes conditions économiquement acceptables pour le client

Averaged CO2 emissions (EU-15)

120

130

140

150

160

170

180

190

200

1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011

Année

em

iss

ion

s d

e C

O2

(g/k

m)

Essence

Diesel

Tous

1,4%/an

3,3%/an

2008

2012

Emissions moyennes de CO2 (g/km) dansl'Europe des 15


12

Réduction des émissions de CO2 : un objectif difficile à atteindre àdes conditions économiquement acceptables pour le client

Averaged CO2 emissions (EU-15)

120

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Année

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Essence

Diesel

Tous

1,4%/an

3,3%/an

2008

2012

Emissions moyennes de CO2 (g/km) dansl'Europe des 15

Réduction des émissions de CO2Essence :distribution variable..............-10%Inj. Directe – Comb. Strat....-15%IDE* –Downsizing.................- 25%Hybridation et mot.optimisé..- 40%*IDE : injection directe essence

DieselDownsizing..........................-10%Hybridation et mot.optimisé...- 30%


13

Des démonstrateurs IFP pour valider les technologies dans lecadre de divers partenariats industriels

VELSATIS - Downsizing essence PRIUS II – Hybride Gaz Naturel

VELSATIS – Diesel HCCI SMART – Hybride Gaz Nat

cyl : 1,8l à comparer à 3,0l-20 % CO2

cyl : 1,5l <80 g CO2/km

cyl : 2.2l diesel-50 % NOx par rapport à ref.

Projet VDH

cyl : 0,66l <80 g CO2/km

Projet VEHGAN"mild hybrid"

cyl :0,21 l 60 g CO2/km

CLEVER – Gaz NaturelProgramme Européen

"Full hybrid"


14

Le projet VEHGAN : VEhicule Hybride GAz Naturel

Objectif : véhicule hybride urbain à émissions de CO2 ultra basses(<80 g/km) et conforme à Euro 4

Durée : 2 ans, fin : 2007

Pilote : IFP

Partenaires : Gaz de France VALEO INRETS ADEME

Projet labellisé PREDIT (soutien financier de l'ADEME)


15

Le concept VEHGAN

Moteur Moteur downsizdownsizéé 660 cm660 cm33 d déédidiéé Gaz Gaz

NaturelNaturel : :•• moteur 3 cylindres moteur 3 cylindres

••A x C x A x C x Lb Lb : 64,6 mm x 67 mm x 114 mm: 64,6 mm x 67 mm x 114 mm

•• rapport volum rapport voluméétrique de compression 12:1trique de compression 12:1

•• turbocompresseur Garrett GT12 turbocompresseur Garrett GT12

•• puissance maximale : 40 kW puissance maximale : 40 kW àà 5250 tr/min 5250 tr/min

•• couple maximal : 90 m.N entre 2700 et 4500 couple maximal : 90 m.N entre 2700 et 4500

tr/mintr/min

RRééservoirs intservoirs intéégrgréés sous chs sous chââssisssis :•• 3 x 12 litres 3 x 12 litres

•• mat matéériau compositeriau composite

•• masse : 45 kg masse : 45 kg

•• implantation sous ch implantation sous chââssisssis

•• habitabilit habitabilitéé non affect non affectééee

•• conservation de la garde au sol conservation de la garde au sol


16

Le concept VEHGAN

Machine Machine éélectrique StARS de VALEOlectrique StARS de VALEO :•• machine type 137, 6 spires 6 aimants machine type 137, 6 spires 6 aimants

•• entra entraîînement par courroie "6V"nement par courroie "6V"

•• machine r machine rééversible ("Starter-versible ("Starter-AlternatorAlternator")")

•• couple maximal : 50 Nm couple maximal : 50 Nm

•• onduleur (gestion de la r onduleur (gestion de la rééversibilitversibilitéé))

•• supercapacit supercapacitéés 27 V, 2000 F (s 27 V, 2000 F (acacéétonytriletonytrile))

•• convertisseur DC/DC 1500 W convertisseur DC/DC 1500 W

DC

DC

14V

CAN

14V + "X"

Performances de la machine Performances de la machine éélectriquelectrique•• puissance en assistance : 3 kW puissance en assistance : 3 kW

•• puissance en r puissance en réécupcupéération : 4 kWration : 4 kW


17

Le concept VEHGAN

ContrContrôôle moteur et vle moteur et vééhiculehicule•• contr contrôôle moteur sple moteur spéécifique pour application GNVcifique pour application GNV

•• contr contrôôle de la boite de vitesse robotisle de la boite de vitesse robotisééee

•• contr contrôôle du vle du vééhiculehicule

•• gestion des communications avec le syst gestion des communications avec le systèèmeme

StARS StARS via un rvia un rééseau CANseau CAN

•• gestion de l' gestion de l'éénergie nergie àà bord (mode hybride) bord (mode hybride)

3TC sp

2EC sp

1To logger

TRANSMISSION CONTROL

D_TransmissionManagement

ENGINE ANDTRANSMISSION ACTUATORS

D_Actuators_control

ENGINE CONTROL

C_EngineManagement

VEHICLE MANAGER

B_VehicleManager

5Activations

4error

3Sensors

2Calib data

1TrigCAN

Véhicule


18

Comparaison Pleine Charge "essence" et "gaz naturel"

20

30

40

50

60

70

80

90

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Régime en tr/min

Co

up

le m

ote

ur

en

N

.m

Couple ESSENCE

Couple gaz naturel

Assistance électrique 3 kW

Performances : plus de couple et moins de CO2

Emissions CO2 et consommation sur cycle MVEG

Véhicule VEHGAN

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

Smart

Essence

Smart

Gaz Nat

Hybride

VEHGAN

Em

issio

ns C

O2 (

g/k

m)

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

Co

ns

om

ma

tio

n e

qu

i. e

ss

. (l

/10

0 k

m)

gain

32%

- 32%

+ 82%

Couple

Émissions de CO2


19

Diversification énergétique :de nombreuses filières pour les transports

essence

gazole

GPL

essence FT

gazole FT

éthanol

méthanol

biodiesel

GNV

DME

hydrogène

électricité

pétrole

gaz naturel

charbon

biomasse

hydraulique

solaire

éolien

géothermique

nucléaire

vecteur énergétiquesource primaire motorisation

Moteur à combustion interne

MCI hybride

PAC et PAC hybride

+ moteur électrique

Moteur électrique


20

Filières énergétiques : une problématique spécifiquepour chaque maillon de la chaîne

Du puits au réservoir Du réservoir à la roue

Source primaire

d'énergie

• Disponibilité des ressources

• Capacités de production

• Émissions de GES (CO2)

• Efficacité énergétique

• Coût de production et detransformation

• Sécurité desapprovisionnements

Système de

motorisation

• Émissions polluants

• Émissions de GES (CO2)

• Efficacité énergétique

• Performances

• Autonomie

• Facilité de stockage

• Réseau de distribution

• Sécurité

• Coût de distribution

• Émissions - Pertes

Vecteur

énergétique

PuitsPuits RoueRoue


21

-200

-100

0

100

200

300

400

0 100 200 300 400 500 600

Total WTW energy (MJ / 100 km)

WT

W G

HG

em

iss

ion

s (

g C

O2e

q / 1

00 k

m

Gasoline

Diesel fuel

LPG

CNG

CBG

EtOH ex SB

EtOH ex wheat

EtOH ex cellulose

EtOH ex sugar cane

MTBE/ETBE

Bio-diesel

Syn-diesel ex NG

Syn-diesel ex coal

Syn-diesel ex wood

DME ex NG

DME ex coal

DME ex wood

Ém

issi

on

s G

ES

Pà

R (

g C

O2/

100k

m)

Énergie du puits à la roue (MJ/100km)

Émissions du "puits à la roue" des carburants alternatifs(étude EUCAR/JRC/CONCAWE, 2005)

GNV

Bio-dieselEthanolBtL

essenceet diesel

ref gas.2002

ref

gas.

2002

GAZ A EFFET DE SERRE

ENERGIE CONSOMMEE


22

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 200 400 600 800 1000 1200

Total WTW energy (MJ / 100 km)

WT

W G

HG

em

iss

ion

s (

g C

O2

eq

/ 1

00

km

Gasoline

Diesel fuel

C-H2 ex NG, ICE

C-H2 ex NG, FC

C-H2 ex coal, ICE

C-H2 ex coal, FC

C-H2 ex wood, ICE

C-H2 ex wood, FC

C-H2 ex NG+ely, ICE

C-H2 ex NG+ely, FC

C-H2 ex coal+ely, ICE

C-H2 ex coal+ely, FC

C-H2 ex wood+ely, ICE

C-H2ex wood+ely, FC

C-H2 ex nuclear elec, ICE

C-H2 ex nuclear elec, FC

C-H2 ex wind elec, ICE

C-H2 ex wind elec, FC

C-H2 ex EU-mix elec, ICE

C-H2 ex EU-mix elec, FC

L-H2 ex NG, ICE

L-H2 ex NG, FC

L-H2 ex wood, ICE

L-H2 ex wood, FC

L-H2 ex EU-mix elec, ICE

L-H2 ex EU-mix elec, FC

L-H2 ex NG+ely, ICE

L-H2 ex NG+ely, FC

L-H2 ex coal+ely, ICE

L-H2 ex coal+ely, FC

Énergie du puits à la roue (MJ/100km)

Ém

issi

on

s G

ES

Pà

R (

g C

O2/

100k

m)

Émissions du "puits à la roue" de l'hydrogène(étude EUCAR/JRC/CONCAWE , 2005)

ex GN

ex charbon, H2.liq., Moteur

ex énergie renouvelable

reference

nucléaire


23

Production mondiale de biocarburants de 1ère génération

46%

14%

11%

17%

7%2%

3%

10%

36%

37%

15%2%

Consommation mondiale de pétrole dans les transports routiers : 1,6 Gt

Am. sud (Brésil)

Am. Nord (Etats-Unis)

Asie

Production mondiale d'éthanol en 2005 : 37 Mt, 80% utilisés pour la

Carburation (estimation)

Production mondiale d'EMHV en 2005 ~ 4 Mt.

France

Allemagne

Italie

AutresEuropeEurope

Autres Etats-Unis

Brésil Autres


24

Croissance rapide de la production de biocarburants de 1ère génération

0

1 000 000

2 000 000

3 000 000

1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

0

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

DrinkIndustry

Growth rate 2000/2005

-3%

-3%

+ 15%fuels

x 1000 t

0

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

DrinkIndustry

Growth rate 2000/2005

-3%

-3%

+ 15%fuels

x 1000 t

tEMHV

Ethanol

+65% +65% entre entre 2004 et 20052004 et 2005en Europeen Europe

+15% +15% entre entre 2000 et 20052000 et 2005dans dans le mondele monde


25

Perspectives des biocarburants de 2ème génération

• Limites des filières d'aujourd'hui

- volume limité

- concurrence avec le marché de l'alimentaire

Production de biocarburants à partir de résidus de bois ou depailles de céréales

• Avantages :

- réduction des coûts (matières premières moins onéreuses)

- augmentation du potentiel de production sans impact sur lafilière alimentaire

- bilan CO2 plus favorable

- pas de co-produits


26

• IEA. Biofuels for Transport ( 2004) : 33% oftransportation fuels worldwide in 2050-2100

• BIOFRAC vision (2005) : 25% of transportation fuels inEurope in 2030 (20% local production, 5% imports)

• CONCAWE/EUCAR/JRC study (2005) :in 2012 lessthan 10% for 1st gen and 2nd generation biofuels,20 %for Hydrogen

• IFP estimates (2005) : 12-18% of transportation fuelsin 2015 in Europe

Potentiel de production des biocarburants 1ère

et 2ème génération

• AIE. "Biofuels for Transport" (2004) : 33% des carburants pour letransport mondial en 2050-2100.

• BIOFRAC (2005) : 25% des carburants pour le Transport enEurope en 2030.

• Étude CONCAWE/EUCAR/JRC (2006) :Europe en 2012 moins de10% pour les biocarburants de 1ère gén. et 2éme gén. 20 % pourl' hydrogène ex biomasse.

• Estimations IFP (2006) : 12-18% des carburants routiers en 2015en Europe (biocarburants de 1ère et 2ème génération ).


27

L'IFP et les biocarburants

• Production

- Des recherche depuis les années 80

- Des procédés IFP sur toutes les filières

- Une dizaine d'unités IFP aujourd'hui dans le monde

• Validation de l’utilisation dans les transports

- Adéquation des biocarburants aux évolutions des moteurs à combustion

- Moteurs dédiés (FFV)

Travaux en partenariat avec les pouvoirs publics, l'industrie pétrolière etautomobile et les diverses filières agricoles

De la production à l’utilisation


28

Les différentes filières : l'approche de l'IFP

EMHA

EMHV :

EEHV :

NexBtL:

Ethanol/ETBE

ProcProcééddéé IFP/ IFP/EniEni

ProcProcééddéés issus de la recherche IFPs issus de la recherche IFP

IFP pilote du projet europIFP pilote du projet europééen en NileNile

procprocééddéé IFP IFP Esterfip Esterfip HH

IFP/IFP/Dvt Dvt d'un procd'un procééddéé àà l' l'éétudetude

travaux IFPtravaux IFPen coursen cours


29

Roadmap des carburants alternatifs

2000 2010 2020 2030 Année

Échelle de risques

R et D, v

alidation en usage ré

el

GNV

Biocarb. 1ére gén.: biodiesel éthanolbiogaz

huile hydrotraitée(NexBTL)

GTL

Biocarb. 2ème gén.:

Ethanol ex-paille,biogaz

CTL avec stockage du CO2

Biocarb. 2ème gén.:

BTL

hydrogène


30

Roadmap des systèmes de motorisation automobiles

2000 2010 2020 2030 Année

Échelle de risques

Moteur dédié au GNFFV

Downsizing et IDE (E)Contrôle basé sur modèles

Piège à NOx (D) SCR (D)

Diesel HCCI (D)Levée Variable soupapes (D)

Catalyseur 4 voies (D)désactivation de cylindre (E)

Hybride (G,D,NG) Turbo 2 ét. (D)

IDE haute pression (E) combustion CAI(E)

Hybrides recharg. (G, D, NG)

Pile à CombustibleHybride Hydrogène

moins de polluants et m

oins de CO2


oins de CO2

Downsizing (D)Piège à NOx (E)

Soupapes à dist. variable (E)IDE stratifié (E)

Filtre à particules (D)


31

Roadmap des systèmes de motorisationPoids Lourds et Bus

2000 2010 2020 Année

Échelle de risques

EGR refroidiTurbine à géométrie variable

GNV

SCR (UE)Filtre à particules (US)

Contrôle basé sur modèlesturbo double étageMultiple InjectionPmax : 200 bar

HCCI partielPiège à NOx

Filtre à particules (UE)Injection à taux piloté

TurbocompoundHybride DieselPmax : 240 bar

HCCI étenduSoupapes à dist VariableHybride All. Commandé

HCCI totalPmax :300 bar


oins de CO2


oins de CO2

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