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lundi 28 janvier 2019

VE2.3. Monoxyde de Carbone


Le véhicule électrique : Innovation pérenne ou rêve écologiste ?
 « Dans un monde inondé d’informations sans pertinence, le pouvoir appartient à la clarté. » Yuval Noah Harari 






Les distorsions « soft » : Infox


VE2.3. CO - Monoxyde de carbone
Problème général résolu pour l’automobile

Le monoxyde de carbone résulte de la combustion incomplète du carbone par manque d’air. Il peut être produit en grandes quantités par n’importe quel appareil de chauffage comportant une combustion (bois, charbon, fioul, gaz naturel, GPL…) dans une quantité insuffisante d’air et donc d’oxygène.

L’ancien gaz de ville, dit « gaz à l’eau », obtenu par combustion du coke dans de la vapeur d’eau en contenait 50% en volume selon la réaction : C + H2O àCO +H2. Il a été utilisé par de nombreux suicidés. Il a été remplacé vers 1960 par le gaz naturel (méthane), beaucoup moins toxique.

Toxicité du monoxyde de carbone :
  • Inoffensif jusqu’à 10 000 μg/m3 (1 ppm en volume),
  • Toxique à partir de 220 000 µg/m3 (180 ppm en volume),
  • Mortel au-dessus de 14 000 000 μg/m3 (11 000 ppm, soit 1,2% en volume)…
Un moteur thermique à essence peut en produire si le mélange est trop riche en carburant. Le remplacement des carburateurs par des injecteurs et allumages électroniques a pratiquement éliminé le problème.

Il n’en reste plus que des traces, sévèrement normalisées.

CO

1991
2016
Emissions routières
KT/an
6 000
400
Taux en IdF (toutes origines) à proximité
μg/m3
1 900
450
Valeur limite UE sur 8 heures
μg/m3
10 000
Norme Euro Essence
g/km
Néant
1,0
Norme Euro Diesel
g/km
Néant
0,5




mercredi 12 décembre 2012

Econokit: un nouvel économiseur de carburant


Au début de l’année 2012, TF1 nous a présenté l’invention du siècle : l’« économiseur de carburant FDME » (Fragmenteur De Molécules  Ecologique) selon lequel le passage du carburant dans un champ magnétique fragmente les molécules et améliore ainsi la combustion. Nous avons donné dans le message correspondant toutes les raisons que nous avons de ne pas en croire un mot de  cette double absurdité.

Nous assistons maintenant au lancement de l’Ekonokit qui reprend la très vieille idée du moteur à eau, sous la forme de réinjection dans l’admission, d’eau venant soit de la condensation de la vapeur d’eau de combustion (essence), soit d’un réservoir additionnel (diesel).
  

Le dossier de presse est très professionnel, très esthétique, et « vert » par surcroît. Dans sa présentation, la Société Econokit, dont le gérant est M. Stephen Mallet, informaticien d’origine, n’hésite pas à parler de « …l’énergie renouvelable inépuisable qu’est l’eau ». Baliverne, incompatible avec les lois de la thermodynamique !

Il ne fonctionnera pas plus que le FDME, pour les mêmes raisons :

Le rendement des moteurs thermiques est un problème clair pour les scientifiques et ingénieurs depuis que Sadi Carnot a énoncé en 1824 ce qui est devenu le 2ème principe de la thermodynamique, et que Rudolf Clausius à créé en 1865 le concept d’entropie. Presque tout était alors dit sur la théorie, il restait aux ingénieurs à améliorer les technologies.

Et elles l’ont été. Depuis 40 ans, la consommation des véhicules a été divisée par deux, grâce à des innovations technologiques visant à se rapprocher de l’optimum théorique : du barbotage au carburateur, à l’injection, puis au « common rail », de l’allumage conventionnel à l’allumage électronique basse tension, puis haute tension, puis cartographique, puis commande des moteurs par microprocesseur, amélioration des tubulures d’admission et d’échappement, les multisoupapes, l’optimisation des chambres de combustion, la réduction récente des cylindrées (« downsizing ») compensée par adjonction de turbocompresseurs. Cette évolution va continuer avec les hybrides et les boîtes automatiques sophistiquées qui optimisent le point de fonctionnement, les moteurs à cycle d’Atkinson, et demain les moteurs à taux de compression variable et la commande électronique des soupapes.

Ces progrès successifs, dont chacun n’amène que quelques % d’économie, reposent sur les efforts collectifs monstrueux, mais justifiés par l’enjeu : des milliers d’ingénieurs chez les constructeurs, les équipementiers (Bosch, Valeo, ...), des laboratoires universitaires ou privés (IFP) travaillent pendant des années avec des moyens considérables pour obtenir une petite amélioration. Et plus une technologie est mure, plus les progrès sont coûteux. Le grand public sous-estime considérablement le temps et le coût d’une toute petite amélioration.

Améliorer la combustion ? Le dossier de presse allègue une baisse de consommation « jusqu’à 27% selon… ». C’est donc que la combustion n’était pas bonne, et qu’il y aurait 27% d’imbrûlés ? Mais où sont-ils passés ? Les moteurs modernes n’émettent ni CO, ni carbone (essence), si ce n'est dans des proportions infinitésimales (diesel). Le tableau ci-dessous calcule la perte  énergétique (en KJ) due aux émissions indésirables au maximum de la norme en vigueur, émissions vérifiées au cours des contrôles techniques. On constate qu'elles n'excèdent pas 0,31% pour les moteurs diesel, et 0,69% pour les moteurs à essence. Prétendre réduire la consommation de 27% par réduction d'imbrûlés largement inférieurs à 1%, est tout simplement absurde!
Tableau établi par l’auteur d’après la norme Euro 5

Mais son dossier mérite d’être analysé de plus près, car il se targue de résultats validés par le Bureau Veritas, organisme certificateur au-dessus de tout soupçon. Surpris, nous sommes allés voir de plus près.

Le rapport d’essai du Bureau Veritas est très précis, mais il porte exclusivement sur la composition des gaz d’échappement qui peut être tenue pour exacte, mais qui n’apporte pas grand-chose dès lors que tous les paramètres expérimentaux sont sous la responsabilité d’Ubiquity qui a le même gérant que Econokit. Le Bureau Veritas donne des valeurs un peu plus favorables des imbrûlés de combustion avec l’Econokit, mais ne dit en aucun cas que les conditions expérimentales (vitesse de rotation, couple et puissance du moteur notamment) étaient les mêmes.  Il rappelle en page 6 que :
« La configuration du banc d’essai, le véhicule et le protocole opératoire sont de la responsabilité d’Ubiquity et n’ont pas fait l’objet de vérification du Bureau Veritas. »
« Conditions de mesure : la mesure du débit a été fournie par le client ».

En page 22, figurent des photos d’un afficheur mixte analogique / numérique issu du logiciel « auto-diag » sur PC, portant sur :
  • En analogique : les km/h véhicule et les RPM moteur, température et charge (non définie).
  • En numérique : Les consommations totale, instantanée aux 100 km et à l’heure, le parcours et son carburant consommé.



En recoupant ces affichages, on constate des anomalies :
  • Le calcul de la vitesse par le quotient de : « consommation à l’heure / consommation aux 100 km », ressort à 112 km/h avec Econokit, et 134 km/h avec, faisant penser à des conditions expérimentales biaisées, ou à des relevés en régime non stabilisé.
  • Les « charges » (non définies) sont de 74% sans, et 64% avec Econokit. S’il s’agit, comme probable, de valeurs instantanées, elles n’ont aucun sens.
  • Les consommations aux 100 km calculées comme le quotient de : « carburant consommé / longueur du parcours » ressortent dans les deux cas à la même valeur de 8,1 l/ km, ce qui est contradictoire.
On ignore tout des grandeurs mesurées, des méthodes de mesure et du traitement des données par l’afficheur pour toutes ces grandeurs hors de la certification du Bureau Veritas, si facile à paramétrer par le client comme bon lui semble…

Le Bureau Veritas ne confirme donc en rien les allégations de la Société Econokit…

Malgré cela, Econokit a publié une « Synthèse du rapport du Bureau Veritas » dans laquelle elle appuie ses allégations sur la garantie apportée par le Bureau Veritas, laquelle ne porte en réalité que sur une toute petite partie des essais, à savoir la seule composition des gaz à l’exclusion de tout les autres paramètres, moyens de mesure et traitements des données. C’est peu dire que ce document, un modèle d’amalgame, ne démontre rien.

Pas de test normalisé ?

La consommation d’un véhicule est définie par des tests normalisés effectués par l’UTAC,  dont les résultats sont publiés par les constructeurs. Ces tests sont sans doute critiquables, en ceci que l’utilisateur est toujours au dessus, car son propre cycle est plus sévère, son attention moindre, et son véhicule pas à l’optimum,  mais ces tests ont le mérite d’exister, et d’être reproductibles et comparables entre eux. On aurait aimé avoir les résultats d’un véhicule testé avec et sans l’Econokit. Ce n’est pas le cas. Est-ce parce que les tests n’ont pas été faits, ou parce que les résultats n’étaient pas différents, voire aggravés ? L’affirmation de baisse de consommation ne s’appuie à ce stade sur rien de sérieux.

Notons au passage que la base de départ, la Fiat Punto à 8,1  litres aux 100 km à 121 km/h apparaît anormalement élevée, même avec une côte simulée de 2%, sans que nous en connaissions la cause.

Malheureusement, il faut se rendre à l’évidence : l’Econokit  n’est qu’un nouveau placebo : ceux qui y croient ne jugeront pas utile de faire des mesures qui pourraient montrer qu’ils ont perdu 160 € (VL essence), ou 300 € (VL diesel) ou 500 €  (PL) dans l’achat d’un gadget inutile, et continueront donc à y croire : le « plein » est une unité si peu précise !

mercredi 14 novembre 2012

Pollution : Delanoë annonce des restrictions de circulation à Paris



Introduction

La ville de Paris lance un vaste plan d’action pour réduire la pollution dans la Capitale. Ce plan comporterait notamment :
  • des limitations de vitesse à 30 km/h, ou 70 km/h sur le périphérique
  • des restrictions d’accès portant sur l’âge de véhicules,
  • des péages aux débouchés des principales radiales,
  • et la transformation de la voie sur berge rive gauche en jardin public.
Des mesures aussi radicales et contraignantes pour les usagers ne peuvent se justifier que par une situation très préoccupante.

De manière plus générale, dans l’esprit du grand public, pollution = automobile. Voyons ce qu’il en est.

Résumé-Conclusion

Ce message traite des diverses pollutions résultant des transports routiers, sans qu’ils en soient la seule origine. Il ne traite pas ici du CO2, qui n’est pas un polluant, et examine successivement :
  • Le monoxyde de carbone CO, toxique, résultant d’une combustion incomplète,
  • Les oxydes d’azote NOx, effet indésirable la combustion sur l’air,
  • Les particules de carbone résultant de la cokéfaction de gouttelettes de gazole,
  • Le soufre S, naturellement présent dans le pétrole,
  • Les imbrûlés de combustion des hydrocarbures HC.
Pour chacun d’eux, les chiffres incontestables montrent que :
  • Les émissions en France sont en diminution rapide
  • La part des transports routiers y est, ou y devient, minoritaire, voire négligeable,
  • Les normes « Euro 1 » à « Euro 6 » amènent une division par 20 à 50 des émissions  antérieures.
  • Le simple renouvellement naturel du parc par apport de véhicules aux dernières normes suffira à lui seul, sans autre disposition réglementaire, à réduire encore considérablement les émissions pendant les 10 années à venir.
  • Le parc de véhicules par habitant, circulant en France, ne croît plus.
Contrairement au lieu commun que les média répètent fréquemment, la pollution d’origine routière est :
  • en réduction spectaculaire,
  • devenue négligeable devant les autres origines qui ont fait des progrès moins rapides,
  • grâce à des avancées technologique majeures nombreuses et coûteuses
  • qui n’ont pas dissuadé la majorité des français d’avoir un véhicule individuel.
C’est la pollution qu’il faut réduire, et non l’automobile ! Cet objectif est largement atteint. Monsieur Delanoë, maire de Paris, l’aurait-il oublié ?

La Ville de Paris ne peut en aucun cas prétexter de la pollution pour retreindre la circulation à Paris. Le Maire doit assumer que sa décision est purement politique. La contestation de cette décision n'est donc pas dans l’objet du présent blog, mais la contestation de sa motivation y est totalement.

Message détaillé

Les polluants

Nous ne traiterons pas du CO2 qui n’est ni un polluant (il conditionne a vie des végétaux, et donc toute forme de vie), ni un problème local, bien que l’augmentation de son taux soit un problème mondial largement abordé dans ce blog. Ses émissions en France sont stables et significativement inférieures aux pays comparables.

Nous considérerons successivement les principaux polluants émis par les transports routiers (qui ne sont pas nécessairement les seuls émetteurs). Les normes d'émission "Euro x" ne sont publiées ici que pour les véhicules légers, mais la tendance des normes des véhicules industriels est similaire.

Monoxyde de carbone CO
C’est un gaz hautement toxique qui se combine l’hémoglobine du sang, pouvant, à une concentration suffisante, entraîner rapidement la mort par hypoxie. Il constituait 50% de l’ancien gaz de ville, dit « gaz à l’eau », à l’origine d’asphyxies et de suicides, heureusement remplacé depuis près d’un demi-siècle par le gaz naturel, essentiellement constitué de méthane beaucoup moins dangereux. En revanche, le monoxyde de carbone n’a pas d’effet cumulatif dans la durée. Il est commun au diesel et à l’essence, cette dernière en produisant environ le double.
  
L’amélioration en France est générale. Celle, spectaculaire, des transports routiers résulte principalement des normes d’émission en forte réduction :


                                                  Graphe établie par l’auteur d’après données de la Commission Européenne

Ces normes appliquées aux véhicules neufs depuis 2005, soit 7 ans, sont effectives sur environ les 2/3 du parc circulant.  Le renouvellement du dernier tiers dans les 7 ans à venir améliorera encore ce bon résultat qui est visible dans l’analyse de l’air effectuée au voisinage des grands axes de circulation, mais toutes origines confondues (car les chauffages domestiques émettent aussi du CO) dans le graphe ci-dessous:


Les oxdes d’azote NOx
A la différence des autres polluants, ils ne viennent pas du carburant qui ne contient ni oxygène, ni azote, mais de l’air. Cette oxydation de l’azote par l’oxygène se produit dans la très haute température qui suit l’explosion du mélange air / carburant dans le moteur. Ils sont communs au diesel et à l’essence, mais cette dernière en produit environ moitié moins.
Parmi les 5 oxydes d’azote (N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5), 2 sont pratiquement présents : le NO et le NO2. Le premier est peu stable , et s’oxyde au contact de l’ozone (O3) pour donner le second.  On les considère globalement sous l’appellation NOx.
Le graphe ci-dessous montre que les NOx d’origine routière, après avoir été prépondérants, ont été divisés par 2 pour revenir actuellement au même niveau que les autres origines.

Les normes successives les ont fortement réduites. Les normes Euro 4 et 5 n’ont pas encore produit leur plein effet qui ne sera obtenu que vers 2017, et seront complétées pour le diesel par l’Euro 6 applicable en 2015, pour aboutir finalement à une réduction par un facteur environ 10 supplémentaire par rapport à la situation actuelle.
                                         Graphe établie par l’auteur d’après données de la Commission Européenne

Les stations de proximité ci-dessous sont situées près des axes  de circulation. Elles sont donc pessimistes. Les chiffres sont des valeurs moyennes dans le temps, toutes origines confondues. Le résultat montre une forte diminution qui ne pourra être poursuivie qu’en agissant sur les autres sources…


Les analyses des stations de fond sont plus favorables, mais de même tendance :
Rappelons qu’un microg/m3 fait environ 0,8 ppm (partie par million)

Particules de carbone
Elles sont propres au diesel et résultent de la cokéfaction de gouttelettes de gazole pendant la combustion. Elles sont  suspectées de causer des problèmes pulmonaires, avec effet cumulatif, et être d’autant plus dangereuses qu’elles sont plus fines.

La situation est la suivante :


Les émissions routières sont très minoritaires, dans un facteur 10 environ. Elles sont globalement décroissantes, environ divisées par 2 en 15 ans, et il faut souligner que ce résultat a été obtenu malgré le doublement en 12 ans du taux de véhicules diesel dans le parc circulant sous l‘influence d’un TICPE déséquilibrée en faveur du gazole pour des raisons obscures. (Voir « Incidence de la TICPE »)

La généralisation récente des filtres à particules sur les moteurs diesel permet de satisfaire à la norme Euro 5 appliquée depuis janvier 2005, selon laquelle l’émission de particules est divisée par un facteur 28 par rapport à l’Euro 1 de 1993. Les émissions de particule d’origine routière vont donc, grâce au renouvellement du parc, se réduire considérablement.
                                          Graphe établie par l’auteur d’après données de la Commission Européenne

La situation en région parisienne, toutes origines confondues, figure ci-dessous. La rupture des courbes correspond à un changement de méthode de mesure, ce qui ne permet pas de comparaison avec le passé.
La seule certitude est que la moitié des véhicules du parc actuel, émettant 0,05 ou 0,03 g/km, sera progressivement remplacée par des véhicules « Euro 5 » émettant moins de 0,05 g/km, soit  6 à 10 fois moins. La réduction des particules d’origine routière va donc se poursuivre, mais son effet sera probablement noyé dans ls autres origines, très largement prépondérantes.


Soufre S et SO2

Contrairement à toutes les pollutions précédentes, le soufre ne dépend en rien du moteur, mais uniquement du carburant, en raison de sa présence naturelle dans le pétrole. Le soufre, réducteur, brûle dans l’oxygène de l’air pendant la combustion du carburant, pour donner de l’anhydride sulfureux (SO2) qui se dissout dans l’eau pour donner l’acide sulfureux, corrosif. Le moteur y étant étranger, les normes portent sur le carburant lui-même, à la charge du raffineur de s’y conformer par un traitement spécifique.

Les émissions en France sont les suivantes :

On  constate sur ce graphe que les émissions de SO2 d’origine routière, qui ont toujours été très minoritaires,  sont devenues totalement négligeables par rapport aux autres sources, lesquelles ont été réduites presque d’un facteur 5.

Ceci est expliqué par la norme Euro 4 de 2005, déjà effective sur plus de la moitié du parc circulant, qui divisait par 10 la norme Euro 1 de 1993.  La norme Euro 5 va encore la diviser par 5, soit un facteur 50 au total.
                                          Graphe établie par l’auteur d’après données de la Commission Européenne

Sans surprise, le résultat se voit dans le graphe ci-dessous : la teneur en soufre a été divisée par 7 en 18 ans, toutes origines confondues.


Hydrocabures

Il s’agit de la faible part de carburant imbrûlé dite « THC » pour « Total Hydro Carbures ». Ceci concerne principalement  l’essence dont la combustion à moins haute température émet plus d’imbrûlés, et qui contient des composés organiques volatils, dits « COV », autres que les alcanes (CnH2n+2), notamment des « aromatiques » ou « non méthaniques » ou encore « COV NM » contenant du benzène, plus toxique que les alcanes.
Notons que leur influence sur la consommation est insignifiante, de l’ordre de 0,05 %. Pour autant, leur présence dans l’air est indésirable.
Selon les cas, les chiffres disponibles peuvent porter sur les THC ou sur les COV NM. Rappelons que les THC incluent les COV NM, et sont donc toujours supérieurs. En diesel, il n’y a pas de CV NM

La situation actuelle est la suivante :


Ils sont en décroissance rapide, et la part routière a décru d’un facteur 10 en 25 ans, pour ne représenter que 13% du total.

Les THC, longtemps à 2 g/km, sont limités à 0,068 g/km, soit une division par 30, depuis la norme Euro 5 applicable depuis septembre 2010. Les émissions du graphique précédent vont donc  continuer à réduire fortement cette émission pendant  environ 10 ans.
                                          Graphe établie par l’auteur d’après données de la Commission Européenne

Malgré cela, le benzène (en bleu ci-dessous) n’a pas significativement diminué depuis 2005, contrairement à ce que la réduction du nombre de véhicules à essence pouvait faire espérer. Il faudra donc bien en rechercher les causes dans les autres origines.

Le parc circulant dans la ville de Paris

Il n’existe pas à notre connaissance de statistiques direct sur ce parc, qui est très différent du parc immatriculé dans le département parisien. Mais on peut évaluer son évolution.

La population de l’Ile-de-France (11 137 000 en 2010), comme celle de la ville de Paris (2 247 000 en 2010) sont toutes deux en croissance lente, d’environ 0,6% par an. Le taux d’équipement des français en véhicules est de 500 par 1000 habitants, stagnant depuis 2005. A défaut de statistiques, il est très improbable que la circulation en région parisienne ait connu une évolution notable. Il n’y a donc certainement pas de pollution supplémentaire par croissance de la circulation. On peut même escompter, qualitativement, que les entraves déjà apportées au cours des mandats du maire actuel, ont eu tendance à la réduire.


On ne peut donc pas invoquer l’augmentation de la circulation, toutes choses égales par ailleurs, comme cause de pollution justifiant de nouvelles restrictions.

Les véhicules sont devenus propres

Les chiffres éloquents publiés ci-dessus ne tombent pas du ciel, et les normes "Euro x" n’ont pu être fixées par le Législateur qu’en parallèle avec d’énormes progrès techniques. Rappelons les principaux (sans parler ni de sécurité, ni de confort ni de performances) : 
  • Alimentation en carburant : carburateur, double corps, injection mono-point, injection multipoints, common rail, commande numérique
  • Allumage à contact et distributeur, électronique BT, électronique HT, cartographique, commande numérique
  • Echappements : double silencieux, catalytique, filtre à particules, sondes
  • Architecture moteur: arbre à cames latéral, culbuté, en tête, multi soupapes, « dowsnsizing », turbo, intercooler, Atkinson,
  • Architecture véhicule : Cx, 5ème, puis 6ème rapport de boîte, boîte pilotée, start & stop, mild hybrid, full hybrid, pilotage numérique global
  • Carburants : sans plomb, sans soufre
Ces progrès ont nécessité des investissements énormes en étude et essais, et ont transformé un objet déjà moderne, mais simple (Ex : la « Renault « Dauphine » best seller à la fin des années 50) en un produit hyper sophistiqué, entièrement numérisé (Ex : la Toyota Prius 3). Les coûts de développement doivent être amortis, et des équipements ont été ajoutés : la recherche de propreté impacte lourdement le prix du véhicule. Néanmoins, les français continuent d’en acheter : les 49 millions d’habitants en âge de conduire (18 à 85 ans) détiennent 32 millions de véhicules légers c’est à dire environ 2 véhicules pour 3 habitants. Les français continuent de voter majoritairement pour la voiture individuelle.

S’il est légitime, et même souhaitable, dans l’intérêt de tous et de la planète, de continuer à légiférer pour réduire toutes les formes de pollution, il faut se garder des amalgames : C’est la pollution qu’il faut réduire, et non l’automobile ! Cet objectif est atteint !

Monsieur Bertrand Delanoë, maire de Paris, l’aurait-il oublié ?