Solutions de ravitaillement pour véhicules au GNC - A propos du GNC & des VGN
Qu'est-ce que le gaz naturel ?
Le gaz naturel est un hydrocarbure naturel qui s'est formé sur plusieurs millions d'années à partir de la décomposition de matières organiques telles que les arbres ou les animaux.
Il est habituellement emprisonné dans le sol dans des réservoirs sous forme de poches de gaz ou enfermé dans un substrat comme le sable ou l'huile. Il s'extrait en tant que produit secondaire lors de l'extraction de pétrole ou spécifiquement en tant que gaz brut.
Le méthane est le composant principal du gaz naturel, et constitue habituellement le gaz de ville naturel à 90%. D'autres hydrocarbures tels que l'éthane, le propane et le butane peuvent être trouvés en petites quantités dans le gaz naturel.
La plus grande partie du gaz consommé au Royaume Uni provient de la mer du Nord. Les flux gazeux provenant des réservoirs contiennent du gaz naturel, des liquides et d'autres matériaux. Puis le gaz doit être séparé des liquides et débarrassé des contaminants. D'abord le gaz est séparé des liquides libres tels que le pétrole brut, les condensats d'hydrocarbure, l'eau et les particules solides. Le gaz ainsi obtenu est ensuite transformé pour répondre à des exigences spécifiques. Une unité de déshydratation maîtrise la teneur en eau, une unité de traitement de gaz retient certains composants d'hydrocarbure selon des spécifications relatives au point de rosée, et une autre unité d'adoucissement élimine les sulfures d'hydrogène ou autres particules sulfurées le cas échéant. Le gaz naturel est sans odeur, on lui ajoute donc des odorants pour lui donner l'odeur familière du gaz.
Qu'est-ce que le GNC ?
Le GNC signifie Gaz Naturel Comprimé et s'utilise pour définir le méthane ou le gaz naturel pressurisé à des pressions élevées (généralement 250 bar). Le gaz naturel reste à l'état gazeux tout au long de ce processus de pressurisation.
Afin d'avoir une quantité maximale de gaz stocké dans un volume donné (dans un réservoir d'essence par exemple), le gaz est pressurisé à des pressions très élevées et stocké dans des réservoirs de stockage spéciaux.
Le gaz est comprimé à l'aide de compresseurs à piston à haute pression.
Que sont les VNG ?
Les VGN sont des Véhicules au Gaz Naturel. Ce sont des véhicules standard modifiés pour fonctionner au GNC.
Trois types de VGN existent : véhicule dédié, véhicule à bi-carburant et véhicule à deux carburants. Les véhicules dédiés ne fonctionnent qu'au gaz naturel. Les véhicules équipés d'un système de bi-carburation fonctionnement au GNC mais peuvent également utiliser de l'essence comme carburant alternatif. Le moteur peut fonctionner avec l'un ou l'autre mais jamais avec les deux en même temps. Le rapport de compression du moteur doit rester à un niveau acceptable pour l'essence. A ce jour, ce type de moteur est utilisé presque exclusivement sur des véhicules de plus de 3,5 tonnes. Les moteurs à deux carburants proviennent des moteurs diesel. Une petite quantité de diesel est retenue pour agir lors du démarrage. Le gaz naturel est mélangé à l'air entrant. Les moteurs à deux carburants ont un démarrage automatique du fait de la compression et ne nécessitent pas de bougies d'allumage.
 Chariot élévateur à GNC - Dépôt de fret de Qantas, Australie |
Le gaz naturel comprimé est stocké à bord du véhicule dans des réservoirs situés à l'arrière, en dessous et au dessus du véhicule. Le gaz naturel alimente le moteur via un régulateur de haute pression (le plus souvent situé dans le compartiment moteur), où la pression est réduite. Dans les moteurs carburés, le carburant alimente le carburateur (via un mélangeur d'air et d'essence spécial) à une pression proche de celle de l'atmosphère via un mélangeur de gaz naturel spécial où le gaz est mélangé à l'air. Dans les moteurs à injection, le gaz arrive dans les injecteurs à une pression relativement basse (jusqu'à environ 6 bar). Dans les tous les cas, le gaz naturel alimente ensuite la chambre de combustion du moteur et s'enflamme pour créer la puissance requise pour conduire le véhicule. Des valves solénoïdes spéciales empêchent le gaz d'entrer dans le moteur lorsque celui-ci est éteint. |
 Camion benne à GNC chez Onyx, Paris (France) |
Dans les véhicules équipés d'un système de bi-carburation, un sélecteur de carburant contrôle le débit de l'un des deux carburants, le gaz naturel ou l'essence. (Dans certains systèmes, l'inversion est effectuée automatiquement lorsque le véhicule manque de gaz naturel). Un indicateur de niveau situé au niveau du panneau de bord ou de l'indicateur de niveau d'essence permet au chauffeur de connaître le volume de gaz naturel restant dans le réservoir.
Que sont les stations de ravitaillement en GNC ?
Les stations de ravitaillement en GNC sont des installations complètes utilisées pour ravitailler un véhicule roulant au gaz naturel comprimé. Une station est principalement constituée d'un système d'alimentation en gaz, d'un compresseur de gaz, de réservoirs de stockage, d'un panneau d'urgence et d'un distributeur.
Les stations de GNC peuvent avoir plusieurs formes ou plusieurs tailles mais contiennent toutes ces mêmes composants de base.
Les stations de ravitaillement se partagent en deux groupes principaux : remplissage classique (ou remplissage lent) et remplissage rapide.
Les stations à remplissage classique utilisent directement le compresseur pour ravitailler le véhicule pendant une durée donnée (généralement pendant la nuit). Par conséquent, ces stations ne requièrent pas de distributeurs électroniques onéreux, mais n'ont pas la possibilité d'être utilisées comme des stations services classiques pour le public.
Ce type de station convient pour les grands dépôts de bus où tous les véhicules rentrent à leur base tous les soirs.
Les stations à remplissage rapide conviennent mieux à une utilisation standard pour les véhicules légers tels que les voitures et les taxis, et peuvent faire fonction de station service classique.
Pour ces stations, le gaz est distribué par des réservoirs de stockage statiques qui maintiennent le gaz à des pressions élevées (250 bar). Les compresseurs de gaz conservent la pression à des niveaux élevés à tout moment en l'ajustant en fonction des besoins de remplissage de chaque véhicule.
Ce système convient parfaitement aux stations services publiques ou lorsqu'un ravitaillement rapide est nécessaire quand le véhicule ne peut pas rester sur place.
Les stations à remplissage rapide conviennent pour les voitures, les taxis, les camionnettes, les camions bennes et les poids lourds, tout type de véhicule en fait.
Sécurité
Le GNC qui reste un gaz est plus sûr que les carburants liquides classiques tels que l'essence ou le diesel pour un certain nombre de raisons. D'abord, en cas de fuite, le gaz se dissipe rapidement vers le haut alors qu'un carburant liquide se répand au sol au risque de s'enflammer.
Deuxièmement, le GNC a une température d'inflammabilité beaucoup plus élevée que les carburants liquides (580 DegC par rapport à 220 DegC pour l'essence), par conséquent le risque d'inflammabilité est moins fort dans le cas d'une fuite de gaz.
Troisièmement, le GNC a une faible plage d'inflammabilité, s'enflammant uniquement lorsque la concentration dans l'air se situe entre 5 et 15% (par rapport à 1 et 8% pour l'essence au contact de l'air).
Le gaz naturel est également non toxique ou corrosif et ne contamine pas la nappe phréatique.
Par ailleurs, la combustion de gaz naturel ne produit aucune aldéhyde ou autre toxine pour l'air, ce qui représente un réel souci pour le gasoil ou d'autres carburants alternatifs.
Un autre aspect sur la sécurité concernant les véhicules à gaz naturel : les réservoirs de stockage présents sur les véhicules ou dans les stations de ravitaillement sont fabriqués avec des matériaux très robustes et sont équipés de dispositifs de sécurité (soupape de pression etc.).
La conception de ces réservoirs est sujette à de nombreux tests rigoureux concernant le feu, les chocs, les dommages mécaniques, etc.
Le processus de ravitaillement au niveau de la pompe de distribution est également très sûr, car le système entier est étanche pour éviter toute fuite ou déversement de produit.
Carburants alternatifs
Les carburants alternatifs pour le transport sont à l'étude depuis de nombreuses années.
Il ne s'agit pas de technologies nouvelles, mais une prise de conscience que le pétrole brut n'est pas une ressource infinie et que sa dépendance à d'autres implications telles que la sécurité d'approvisionnement et les problèmes liés à son prix peut être source de problèmes.
Les carburants alternatifs principaux sont :
- Le diesel à faible teneur en soufre - Ce type de diesel est conforme à la norme Euro4 et à la proposition de norme par le Commonwealth applicable en 2006 relative aux carburants. La norme Euro4 a été publiée dans la directive 98/70/CE de la communauté européenne en 1998, et fixe le niveau de soufre à un maximum de 50 ppm. Le diesel classique a déjà été remplacé (il avait un niveau supérieur à 1000 ppm). Et, le diesel à faible teneur en soufre (largement disponible mais qui contient plus de 500 ppm en soufre) sera également remplacé.<500 ppm.
- Le biodiesel & le biogaz - Le biodiesel est le terme générique pour les carburants obtenus par transestérification d'une huile végétale. Ce procédé donne un carburant aux propriétés de combustion très similaires au diesel pur, mais avec une viscosité plus faible. Le biodiesel est souvent rapporté au RME (methylester de colza), le biodiesel principal en Europe. Aux Etats Unis, on utilise plutôt un carburant à base d'huile de soja estérifié appelé diesel de soja.
- Le gaz naturel liquéfié - Le GNL est également un gaz naturel mais à l'état liquide. Le méthane se liquéfie à une température de -161°C. En général, il est refroidi à -180°C pour lui donner une forme liquide et requière un stockage en caissons cryogéniques étanches pour le maintenir en l'état.
- Le gaz de pétrole liquéfié - Le GPL est principalement composé de propane, de propylène, de butane et de butadiène en quantités qui varient selon leur origine. Les composants du GPL sont des gaz à des températures et des pressions normales, mais qui peuvent être facilement liquéfiés pour les stocker. Le stockage est effectué sous pression à environ 8 atmosphères ou à une température réduite.
- L'hydrogène - L'hydrogène est l'élément chimique qui a la masse moléculaire la plus petite qu'on ne trouve pas à l'état solide sur terre. Du fait de sa réactivité élevée, il est toujours présenté avec d'autres molécules et par conséquence l'hydrogène utilisé pour l'industrie automobile est fabriqué par l'homme. Les véhicules peuvent consommer de l'hydrogène pur dans un moteur à combustion interne, ou dans une pile à carburant qui active un moteur électrique. La pile à carburant est généralement retenue car à long terme car elle permet un meilleur rendement avec un même volume de carburant même si au départ son installation sur le véhicule existant est assez complexe.
- L'électricité - Beaucoup de véhicules électriques sont utilisés : chariots élévateurs, camionnettes de livraison de lait et quelques petits véhicules etc. La plupart des véhicules électriques sont limités à cause de leur faible capacité de fonctionnement et doivent se recharger fréquemment. Par conséquent, l'utilisation de ces véhicules se limite au transport citadin. Les véhicules hybrides, électricité/essence permettront d'étendre la gamme de ces véhicules dans le futur.
Questions d'environnement
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Il existe beaucoup de raisons pour investir dans les carburants alternatifs, la préoccupation majeure étant de tendre vers une évolution à la fois environnementale, économique, entrepreneuriale et technologique. Faire fonctionner les véhicules au gaz naturel peut réduire voire éliminer :
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La réduction des émissions nocives peut être significative :
- Dioxyde de carbone - entre 22 et 24% de réduction par rapport à l'essence et 10% par rapport au diesel
- Monoxyde de carbone - 76% de réduction par rapport à l'essence, le GNC et le diesel étant tous les deux faibles
- Oxyde d'azote - 83% de réduction par rapport à l'essence, 80% par rapport au diesel
- Hydrocarbure - 88% de réduction par rapport à l'essence, 80% par rapport au diesel
- Benzène - 99% de réduction par rapport au pétrole, 97% par rapport au diesel
- Plomb - 100% de réduction par rapport au pétrole, non applicable pour le diesel
- Solides - non applicable pour l'essence, éliminés pour le diesel
- Soufre - presque 100% de réduction par rapport à l'essence, même chose pour le diesel
Le gaz naturel se consume plus lentement que l'essence ou le diesel ce qui permet d'avoir une usure moindre et plus lente du moteur.
Le gaz naturel ne contient pas de plomb, par conséquent les bougies d'allumage ne sont pas encrassées et durent 2 à 3 fois plus longtemps.
Les grandes stations de ravitaillement en GNC justifient davantage l'investissement dans les infrastructures de pipelines.
Une meilleure utilisation des ressources - les VGN bénéficient d'un soutien national car ils sont économiques et représentent une solution alternative à l'essence pour disposer d'un carburant d'origine nationale.
Le gaz naturel comprimé est entre 30% et 60% moins que les carburants traditionnels.
Sécurité d'approvisionnement - Un pays qui dépend d'un autre pour s'approvisionner en pétrole peut se protéger d'une éventuelle crise pétrolière internationale en choisissant une alternative comme le gaz naturel produit sur le plan national pour son transport.
