Transport et développement durable

Depuis l’origine des temps l’être humain s’est ingénié à transporter sur des distances plus ou moins importantes nombre de choses qui lui étaient indispensables. D’abord sur son dos ou dans ses bras puis vint le portage sur perche.Les premières révolutions furent la découverte du levier puis de la roue.Longtemps les progrès en matière de transports résultèrent d’améliorations relevant de la mécanique jusqu’au jour ou poussant sa brouette l’homo pédibus glissa sur ce qui s’avéra beaucoup plus tard être du pétrole.’homo pédibus venait d’inventer la lubrification. Certes il s’agit encore de physique, mais la matière utilisée relève de la chimie.En fait, la chimie n’est intervenue que beaucoup plus tard dans le transport, d’abord timidement par l’intermédiaire de la métallurgie qui permit de développer de nouveaux matériaux plus solides, plus légers, représentant une avancée technologique considérable.Ce furent l’age du bronze puis l’age du fer.

La vraie révolution, polymorphe, intervint au XIX^e siècle, siècle des lumières scientifiques, la physique s’allie alors avec la chimie.L’homme va élaborer de nouveaux matériaux : plus légers comme l’aluminium, plus résistants comme les alliages, les matières plastiques ; puis il va asservir l’énergie thermique et l’énergie électrique pour mouvoir des objets de plus en plus lourds.Mais la part de la chimie dans tous ces progrès passés et à venir, où est elle ?Pour transporter il faut un véhicule : bateau, camion, remorque, avion et pourquoi par fusée.La chimie va intervenir dans la conception des véhicules.Ce seront les matériaux qui en composent l’infrastructure, rigides, légers, résistants ; mais aussi les peintures qui protègent, qui facilitent la pénétration dans l’eau, dans l’air.Et pour mouvoir les engins de transport, il faut de l’énergie.Là encore la chimie est omniprésente ; que ce soit pour produire de l’énergie mécanique, thermique ou électrique.Même l’énergie nucléaire dépend de la chimie pour produire et retraiter son combustible.Aujourd’hui de nouveaux objectifs sont fixés : trouver des carburants et des technologies en adéquation avec le développement durable.

Les carburants actuels

Pour mouvoir les moyens de transport il est indispensable de disposer d’une source d’énergie d’usage facile et souple. Les carburants liquides issus du pétrole ont depuis plusieurs décennies rempli cette fonction. Pour les véhicules automobiles, deux principaux types de carburant liquide sont disponibles : l’essence et le gazole.A partir de 1920, la qualité des essences est caractérisée par son comportement lors de la combustion en référence à deux hydrocarbures purs : le 2,2,4-triméthylpentane (aussi appelé isooctane) très résistant à l’autoinflammation à qui fut attribué l’indice d’octane égal à 100 et l’heptane (aussi appelé n-heptane) peu résistant à l’autoinflammation à qui fut attribué l’indice d’octane 0.La détermination de l’indice d’octane d’un carburant est réalisée en augmentant progressivement le taux de compression du moteur d’essai jusqu’à obtention de cliquetis causés par l’autoinflammation du carburant, on note le taux de compression et il est comparé à celui obtenu avec des mélanges heptane – isooctane de composition connue.Deux indices sont habituellement déterminés ils sont désignés par les sigles MON (Motor octane number) et RON (Research octane number).Ces deux indices différent par des conditions expérimentales différentes portant sur la vitesse de rotation du moteur et la température du mélange air-carburant.L’indice MON est habituellement environ 10 points inférieur à l’indice RON.

Ainsi, une essence dont l’indice d’octane est égal à 95, a lors de l’essai les mêmes caractéristiques qu’un mélange contenant 95% d’isooctane et 5% d’heptane.Aujourd’hui, l’Eurosuper doit avoir un indice RON minimal de 95 et un indice MON minimal de 85.La formulation des essences est une science très complexe.Les hydrocarbures obtenus en raffinerie n’ont bien souvent que des indices médiocres qu’il faut relever en utilisant des additifs parfois produit dans le traitement du pétrole.On peut préparer des mélanges riches en composés aromatiques dont le RON est ajustable entre 95 et 115.Ou ajouter des composés oxygénés du type éther-oxyde dont l’indice RON dépasse 110 et qui peuvent être utilisés dans la limite de 15 %. Ce sont le MTBE et le ETBE, respectivement 2-méthoxy-2-méthylpropane et 2-éthoxy-2-méthylpropane.L’utilisation d’un mélange riche en éthanol (85% d’éthanol – essence ; appelé E85) fait déjà l’objet d’expérimentations : à l’échelon national au Brésil et localement en France.L’incorporation d’éthanol ou d’ETBE à l’essence est actuellement autorisée en France dans la limite de respectivement 5% et 15%.Dans l’étude qui suit, on compare l’éthanol et l’ETBE à l’Euro-super (SP95) ; pour des raisons de commodité de calcul on assimilera l’Euro-super à de l’octane C₈H₁₈L’énergie utilisée est de l’énergie thermique provenant de la combustion du mélange hydrocarbure – éthanol, énergie thermique qui est transformée en énergie mécanique par un dispositif conventionnel qu’est le moteur à explosion.