moteur à air / électrique pour automobile
Un véhicule à air comprimé est un véhicule mû par un moteur à air comprimé, l'air étant généralement stocké dans un réservoir. Cette technologie a principalement été utilisée à la fin du xixe siècle et au début du xxe siècle dans des locomotives minières et dans des tramways urbains ; pour ce type d’usage, l’absence de production de fumées donnait un avantage important à ces véhicules à air comprimé par rapport aux locomotives à vapeur plus polluantes. Plus récemment (début du xxie siècle) divers projets et prototypes de véhicules utilisant l’air comprimé sont apparus (vélos, voitures), mais sans réelle commercialisation à ce jour.
Historique
L'utilisation de la détente de l'air comprimé comme force motrice d'un véhicule remonte à l'époque du développement des chemins de fer et des tramways à traction mécanique où, dans certaines situations, comme les réseaux miniers et urbains, il était nécessaire d'éviter les risques d'incendie et les pollutions inhérents à la locomotive à vapeurordinaire1.
Les premiers systèmes de Tomlinson (1820) aux États-Unis ou d'Andraud (1830) en France furent des échecs, car l'air comprimé circulait dans une conduite le long de la voie et la locomotive devait être équipée pour le prélever en continu (par un dispositif analogue aux catapultes des porte-avions) ce qui occasionnait des fuites et un mauvais rendement.
Un nouveau système conçu par Andraud et Tessier de Motay, à Paris, en 1840, où la locomotive était équipée d'un réservoir que l'on remplissait en certains points du réseau, prouva la faisabilité du système2,3.
Les premières applications pratiques de véhicules à moteur à air comprimé sur rail datent du percement de tunnels ferroviaires (1872), notamment celui du Saint-Gothard en Suisse, et de quelques expérimentations de tramways. Mais le refroidissement du cylindre moteur par la détente de l'air comprimé transformait l'humidité de l'air moteur en cristaux de glace1 qui occasionnaient des blocages.
C'est l'ingénieur Louis Mékarski qui perfectionna le système, en associant l'air comprimé et l'eau surchauffée sous pression, et le rendit tout à fait opérationnel en vue d'équiper des réseaux de tramways. Il fut d'abord testé dans les tramways parisiens de 1876 à 1879 sur le réseau des Tramways-Nord4.
Puis il fut utilisé sur plusieurs lignes du réseau d’Île-de-France : Chemins de fer nogentais, Tramway de Sèvres à Versailles, Compagnie des tramways de Saint-Maur-des-Fossés et sur le réseau parisien de la Compagnie Générale des Omnibus5 de 1894 à 1914.
À partir de 1879, l'ensemble du réseau des tramways nantais6 fut équipé progressivement de plus de 90 véhicules à air comprimé qui donnèrent satisfaction jusqu'en 1917. À partir de 1890, d'autres villes s'équipaient en tramways Mékarski comme Berne (1890)7, Vichy (1895), Aix-les-Bains (1896), Saint-Quentin (1899) et La Rochelle8 (1901). Des locomotives Mékarski étaient également en service sur la partie parisienne de l'Arpajonnais pour la desserte « silencieuse » des Halles de Paris de 1895 jusqu'en 1901.
Un des projets de métro aérien de New York devait utiliser des locomotives à air comprimé et eau surchauffée. Le moteur fonctionnait au freinage en récupération d'énergie, pour recharger le réservoir d'air comprimé et réchauffer le réservoir d'eau.
À partir de 1896, la H K Porter Company de Pittsburgh mit sur le marché les locomotives à air comprimé inventées par Charles B. Hodges9. Le moteur à double puis triple expansion (cylindres à haute et basse pression) était complété par un échangeur de chaleur atmosphérique. L'air comprimé refroidi par la première détente était réchauffé par l'air ambiant, ce qui rendait inutile le dispositif à eau surchauffée et améliorait grandement le rendement global. Des milliers de locomotives Porter équipèrent les mines de charbon de l'est des États-Unis jusqu'aux années 1930. D'autres constructeurs dans le monde entier ont produit en grande quantité des machines similaires pour les mines et les usines d'industries qui ne tolèrent ni fumée, ni poussières. L'autonomie augmenta avec la possibilité de construire des réservoirs d'air à très haute pression (jusqu'à 250 bars). Ces machines ont servi jusqu'aux années 1950, avant d'être dépassées par le développement de moteurs à gaz peu polluants et d’accumulateurs électriques améliorés.
La mise en œuvre pour l'automobile a fait aussi l'objet de quelques réalisations. Moins polluant que le véhicule électrique (qui pollue par les composants de ses batteries), mais souffrant aussi d'une autonomie limitée, le concept semble oublié du monde « écologique » et ne bénéficie pour l'instant d'aucun gros industriel pour sa promotion et son développement. Plusieurs sociétés travaillent cependant sur l'application du moteur à air comprimé pour l'automobile.
Le 7 mai 2012, la société indienne Tata Motors qui construit des véhicules très compacts à bas coûts, annonçait avoir passé avec succès en coopération avec la société MDI, des tests d'utilisation sur des prototypes et commencé une phase de mise en place du processus de fabrication de ce véhicule10.
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Cette société annonce une gamme de véhicules à air comprimé développés sur un concept identique. Mais ses différents projets restent à l'état de prototypes et n’ont en 2017 pas encore abouti à une commercialisation.
Pour diffuser ses produits, MDI a imaginé un concept original consistant à commercialiser des usines clef en main pour fabriquer et vendre ses voitures localement.
En , un accord de cession de licences pour l'application exclusive de cette technologie en Inde a été signé avec le géant de l'automobile indien TATA motors. La société TATA s'engageait à soutenir les recherches sur les moteurs à air comprimé et a obtenu le droit de commercialiser des modèles utilisant la technologie MDI11 ; en mai 2012 Tata Motors a publié un nouveau communiqué de presse indiquant qu'il avait achevé avec succès dans deux de ses véhicules, les tests du moteur à air de MDI12.
La première mise en production industrielle concrète d'un véhicule MDI devait voir le jour en Suisse : la société Catecar SA avait signé en un contrat de licence pour produire des véhicules à air comprimé à Reconvilier (Canton de Berne). La sortie du premier véhicule entièrement construit en Suisse était prévue pour 13, mais ce projet est abandonné (juin 2011), comme d'ailleurs la plupart des coopérations industrielles antérieures de MDI (sauf celle avec « Tata motors »14).
PSA travail aussi le concept
du coté de MDI
AirPod risque bien de marquer un tournant dans la gamme des véhicules urbains. En effet, cette voiture futuriste circule… à l’air comprimé ! Zoom sur une voiture à la taille mini mais au maxi pouvoir !
AirPod : une idée originale du Niçois Guy Nègre
Guy Nègre est ingénieur aéronautique et motoriste. Il a notamment travaillé sur la distribution rotative et sur les moteurs de Formule 1.
Mais, cet ex-salarié de Renault développement a conçu un projet, issu d’une idée qui l’a taraudé depuis plus de 10 ans : produire en série un véhicule équipé d’un moteur à air comprimé qui ne rejette que de l’air et de la vapeur d’eau.
MDI met tout en oeuvre pour concevoir, développer et produire des solutions non polluantes, économiques et accessibles à tous. Pour l’entreprise, l’écologie ne doit pas être un luxe.
C’est dans cet esprit qu’ils ont conçu AirPod. Cette dernière fait partie de la licence de production MDI de « moins de 500 kg véhicules » et est fabriquée dans les mêmes usines que OneFlowAir.
Techniquement, l’idée est connue depuis longtemps : envoyer de l’air comprimé dans un cylindre pour pousser un piston classiquement relié à un vilebrequin, comme dans un moteur thermique.
Dans une publicité radiophonique, une actrice se vantait récemment de sauver la planète parce qu’elle roulait en voiture électrique. Bien que tournée sur le ton de la dérision, cette publicité résume la communication trompeuse autour de ces véhicules, vendus comme parfaitement propres.
Nicolas Hulot l’a annoncée comme une révolution : l’interdiction, à partir de 2040, de la vente des véhicules essence et diesel. Anne Hidalgo, la maire de Paris, compte aller plus vite, à l’instar de quatre-vingt-dix autres grandes villes mondiales : la capitale sera débarrassée des moteurs thermiques d’ici à 2030. C’est qu’il y a urgence : le dérèglement climatique n’en est plus au stade de l’hypothèse.
En France, la pollution atmosphérique serait par ailleurs responsable de près de 50 000 morts par an – et dix fois plus au niveau européen. Or, selon l’Ademe (1), le secteur des transports représente 35 % des émissions de CO2, dont les deux tiers émanent des voitures particulières. Ce même secteur est responsable de plus de la moitié des émissions d’oxyde d’azote.
La mobilité de demain, celle des humains et des marchandises, s’articulera-t-elle autour des transports collectifs les moins polluants ? Même nos responsables politiques n’osent plus trop le promettre, vu l’allure à laquelle ferment les gares SNCF et s’écroule le fret ferroviaire.
Des batteries polluantes
Le discours se porte donc de plus en plus sur le développement des véhicules électriques. Ils sont présentés comme « propres », tant sur le plan de la pollution atmosphérique que sonore. Ce n’est pas dit, mais ils présentent un autre « intérêt » : celui de sauver l’économie mondiale de l’automobile en se contentant de la faire évoluer, et donc de ne pas trop froisser les très puissants lobbies de la route. Alors, grâce à des subventions publiques, on remplace toutes nos vieilles bagnoles par des jolies voitures électriques, tout le monde est content et le problème est réglé ?
En réalité, l’intérêt écologique du véhicule électrique est loin d’être évident. Précisons d’abord que, compte tenu de leur faible autonomie et de leur fonctionnement, les voitures électriques ne peuvent être utiles qu’en ville où, dans 80 % des cas, un véhicule parcourt moins de 60 km par jour, à faible vitesse. Ce qui n’enlève rien à l’intérêt de modifier les modes de déplacement, puisque 70 % des émissions de gaz à effet de serre émanent des villes et qu’on prévoit que, dans moins de vingt ans, 90 % de la population française sera urbaine. Balayons désormais l’idée même du « véhicule propre », qui est un parfait non-sens : tout véhicule nécessite de l’énergie et des matières premières lors de sa construction et provoque, de ce fait, une pollution.
Or, première mauvaise surprise pour le véhicule électrique : sa fabrication émet plus de gaz à effet de serre que celle d’une voiture thermique. « En gros, une voiture électrique en elle-même répond aux même techniques de fabrication qu’une autre, détaille Nicolas Meilhan, consultant en stratégie spécialisé sur les secteurs du transport et de l’énergie. Mais la fabrication de sa batterie, en revanche, consomme autant d’énergie que la fabrication de la voiture. Donc, les émissions doublent. Ça, c’est pour une petite batterie, de 24 KWh. Pour une batterie plus importante de 50 KWh, celle vers laquelle s’orientent les constructeurs, vous multipliez les émissions par trois. »
Le lobby nucléaire favorable à la voiture électrique
Selon l’Ademe, il faudrait donc parcourir au moins 50 000 km pour que la voiture électrique devienne plus propre que son ancêtre thermique. Dans le meilleur des cas… « En première approximation, la voiture électrique, avec le mix mondial de production d’électricité actuel, n’a aucun impact positif sur le CO2 », tranche Nicolas Meilhan. Pour remplir les batteries, il faut bien en effet produire de l’électricité. Et à plus de 40 %, celle-ci est issue de centrales à charbon. L’intérêt pour les citadins est donc le suivant : externaliser leur pollution à la campagne. Pour leurs poumons et leur santé, c’est mieux – et c’est à prendre en considération –, mais à l’échelle globale, on ne fait que déplacer le problème des émissions carbone. On ne répond donc pas à la nécessité d’une transition. D’autant que, « même si la part du charbon baisse dans les années à venir, il y a de fortes probabilités pour que ces gains soient perdus en raison de l’augmentation de la taille des batteries », prévoit Nicolas Meilhan.
En France, le problème est un peu différent, puisque les trois quarts de l’électricité proviennent de l’énergie nucléaire. Associé de Carbone 4, un cabinet de conseil sur la transition énergétique, Jean-Marc Jancovici s’est amusé à faire le calcul : quels impacts aurait le passage de l’ensemble de nos véhicules, particuliers et professionnels, sur la consommation d’électricité ? « Il faudrait augmenter la production française d’un gros 30 % », estime-t-il (2). La Sfen – Société française de l’énergie nucléaire – voit d’un bon œil le développement des véhicules électriques, mais prévient : cela « n’a de sens que dans un mix électrique bas carbone ». Ou quand le lobby nucléaire met le pied dans la portière.
D’une manière plus globale, on ne conduit pas une voiture électrique comme une thermique. Et la ZOE, équipée d’un tableau de bord renseignant sur ses habitudes, joue dans la pédagogie pour que l’on adopte une conduite plus orientée sur la douceur. Moins de grosses accélérations, moins de freinages secs, plus d’utilisation du frein moteur. Au-delà de la préservation de ses plaquettes, le but ici est de gratter quelques kilomètres d’autonomie par la récupération d’énergie cinétique (donnée affichée en temps réel sur le tableau de bord). Autrement dit, il faut se responsabiliser et réapprendre.
Car l’autonomie de la ZOE, du moins en 2014, ne permettait pas de faire des folies. Annoncée à 200 kilomètres théoriques (lire cet article pour comprendre ce que cela veut dire), elle tombait, en pratique, dans une fenêtre comprise entre 100 et 150 kilomètres. Un écart s’explique par une donnée à prendre en compte : l’été, quand les températures sont hautes, la batterie souffre beaucoup moins qu’en hiver, où le froid grève la performance. Comme sur les iPhone. Et comme Apple, c’est un point que le vendeur Renault s’est bien gardé de préciser. L’autonomie dépend aussi de l’utilisation des options : le GPS, le chauffage ou encore la climatisation consomment de l’énergie. Fort heureusement, il existe un mode économique pour rouler plus longtemps au détriment de la performance (vitesse maximale passant de 135 à 90 km/h, accélération beaucoup moins franche).
Cela impliquait d’avoir à recharger la ZOE assez souvent, quasiment toutes les nuits par une simple prise secteur. Quand j’ai loué la voiture, Renault prévoyait l’installation d’une borne à domicile — sans payer — et quelle ne fut pas ma surprise de découvrir qu’il s’agissait simplement d’une prise secteur installée dans le garage — certes plus performante pour le rechargement. À ce sujet, on peut affirmer sans mal que l’acquisition d’une voiture électrique apparaît beaucoup plus compliquée quand on vit en appartement, à moins d’avoir un parking équipé d’une prise (ou d’avoir une copropriété compréhensive pour en faire installer une). Un paradoxe, car la voiture électrique est parfaite pour une utilisation en ville.
Au regard de l’autonomie de l’époque (150 kilomètres au maximum), la ZOE était parfaite pour une utilisation journalière sur un parcours habituel (exemple dans mon cas : un aller/retour journalier à la salle de sport, situé à moins de 15 kilomètres du domicile). Beaucoup moins pour partir à l’aventure. Avec les batteries d’aujourd’hui (qui grimpent à 400 kilomètres théoriques), on peut résolument avoir l’esprit plus tranquille. En termes de fiabilité, je n’ai rencontré qu’un seul pépin en trois ans : une panne quasi sèche à quelques kilomètres de ma destination, sachant que les conditions extérieures étaient exécrables (nuit + pluie + froid). Autrement, je n’ai jamais eu peur en ZOE. Et c’est un point essentiel à noter, à l’heure où le niveau de batterie de nos smartphones et autres gadgets est une chose que nous surveillons beaucoup.
| Renault ZOE | Voiture essence | Voiture Diesel | |
| Coût pour 100/130 km | 2,75 € | 10,5 € (7 L/100) | 7,8 € (6 L/100) |
| Coût pour 1000 km | 21,15 € | 105 € | 78 € |
| Coût pour 1000 km (avec batterie) | 101,15 € | 105 € | 78 € |
Le tableau ci-dessus, ultra simpliste, prouve qu’il faut rouler au moins 1 000 kilomètres par mois pour commencer à amortir la location de la batterie (par rapport à un modèle essence). Bien évidemment, la réalité est plus complexe que ce calcul ne s’attachant qu’à une comparaison entre les carburants. Une voiture thermique a plus de pièces susceptibles de s’user et nécessitant un lourd entretien financier, sans oublier l’assurance, moins coûteuse pour une électrique. Mais il faut garder une chose en tête : mon contrat avec Renault ne me permettait pas de rouler plus de 36 000 kilomètres sur la période de la location, soit 1 000 kilomètres par mois…
La quadrature de la bagnole
« Le vrai problème en ville, en réalité, c’est la voiture individuelle. Elle n’y a tout simplement plus sa place », estime Nicolas Meilhan. Pour bien faire, il faudrait repenser toute l’organisation des villes qui ont été façonnées par et pour la voiture. Mais cela prendra du temps et ne dispense pas, dans le même temps, de fabriquer des
véhicules moins polluants.
Outre l’essence, le diesel et l’électricité, d’autres sources d’énergie sont testées et commercialisées. Exemple : les moteurs à air comprimé. Problème : fabriquer de l’air comprimé réclame une grande quantité d’électricité ! Les véhicules au gaz, qui ont été plus ou moins abandonnés en France, pourraient en revanche faire leur retour. « Le bénéfice CO2 par rapport au diesel est nul, rapporte Nicolas Meilhan. À l’époque, ils ont préféré faire du diesel. Mais depuis, ils se sont aperçu que le diesel émettait des particules fines et des oxydes d’azote, alors que le gaz n’en émet pas. »
L’association négaWatt mise pour sa part sur les véhicules fonctionnant à l’hydrogène, « à condition que cet hydrogène soit d’origine renouvelable ». Problème, là encore : son rendement. Du puits à la roue, il est de moins de 10 %, alors qu’il est d’environ 20 % avec le diesel et l’électrique. NégaWatt relativise ce défaut en expliquant que l’électricité utilisée pour créer cet hydrogène serait une façon de valoriser les productions excédentaires d’électricité renouvelable – une électricité qui, sinon, serait donc perdue.
Pour diminuer plus simplement la pollution des véhicules, il suffirait de leur faire subir une petite cure d’amaigrissement. Certes, l’idée ne plaît pas forcément aux constructeurs, mais la consommation en énergie est, peu ou prou, proportionnelle à la masse du véhicule, qu’il soit thermique ou électrique. Or, en ville, il n’est pas très
utile de rouler en 4×4 turbo pouvant atteindre 250 km/h… Ainsi, les produits Tesla, bien qu’électriques, sont de véritables hérésies écologiques, ces berlines de luxe pesant plus de deux tonnes.
Que faire ?
Simple : la Norvège prévoit de taxer très fortement, dès 2018, les véhicules électriques de plus de deux tonnes. Le progrès que représenterait le développement du vélo à assistance électrique, capable de couvrir la plupart des déplacements urbains, fait l’unanimité.
Je pense aussi que les comparaisons avec les auto essences sont biaisées car on ne tient pas compte du coût écologique des infrastructures nécessaires pour amener le pétrole dans nos voitures (extraction polluant les sols, raffinage polluant l'atmosphère, transport polluant encore plus, et recyclage pratiquement impossible, a-t-on déjà calculé le coût de démantèlement d'une raffinerie, par exemple ?
Alors que si l'on utilise le solaire comme source, la voiture électrique est beaucoup plus écologique à produire, à utiliser et à recycler) et plus encore une automobile avec un moteur à air, équipé d une coque en fibre de Lin, dont l'énergie serrais fournie par une élolienne, ou une des cellules solaires ........