Contexte et Stratégies MB Engine

Les émissions mondiales de CO2 en 2022 sont de 40.6 Gtonnes de CO2 (source AIE) dont les transports sont le deuxième contributeur à hauteur de 25% après l’électricité à hauteur de 40%.

Le parc mondial des voitures des particuliers estimé à 1.4 Gvéhicules représente à lui seul plus de la moitié des émissions des transports.

Afin de tendre vers zéro émission carbone en 2050, l’union européenne a voté en 2023 l’interdiction de la commercialisation des voitures à moteurs thermiques d’ici 2035 sauf à ne plus émettre de CO2.

Dans ce contexte, l’expansion de la voiture électrique parait bien engagée.

En parallèle, deux autres filières se dessinent :

- Les carburants de synthèses

Les eFuels développés par la société chilienne Hif Global pour Porsche notamment ou par le pétrolier saoudien Aramco, sont produits à partir d’hydrogène renouvelable et de dioxyde de carbone recyclé.

Hif Global leader mondial prévoit dès 2027 de produire 750 Mlitres/an en utilisant 0.5Mtonnes/an d’hydrogène vert et 2 Mtonnes/an de CO2 pour produire du méthanol qui peut être raffiné en essence pour les véhicules automobiles au prix de 2€/litre.

La production et l’utilisation d’eFuels ne produisent pas de gaz à effet de serre (GES).

Ils offrent avec les biocarburants la possibilité de décarboner de manière significative les transports.

Fort de son expérience de 12 ans auprès des pétroliers ESSO, SHELL, TOTAL, AGIP, acquise en contribuant aux développements des carburants spéciaux des moteurs de F1, MB réalise une pré-étude de faisabilité sur les carburants de synthèses neutres en carbone avec une approche différente.

La transformation indirecte du méthane en passant par le gaz de synthèse (syngas) est viable économiquement.

La première étape nécessaire pour les deux voies possibles suivantes consiste à faire subir à un mélange de biométhane et
d'oxygène, la réaction exothermique d'oxydation partielle du méthane (OPM), CH4 + 1/2 O2 < -- > 2H2 + CO pour produire du syngas, mélange d’hydrogène et de CO dans le rapport H2/CO = 2.

La seconde étape par la voie de la réaction exothermique de Fischer Tropsch gas to liquids (GTL) produit de longues chaînes d’hydrocarbures transformées ensuite par hydro-isomérisation pour obtenir les carburants de synthèse (essence, gazole).

Ou par la voie des procédés MTG (méthanol to gazoline) utlisés par les pétroliers Sasol et Mobil, avec production à partir du syngas de méthanol selon la réaction exothermique CO + 2H2 < -- > CH3OH, utilisé ensuite pour la synthèse d'essence.
La réaction OPM peut conduire à la production directe de méthanol par la réaction exothermique CH4 + 1/2 O2 < -- > CH3OH.
La sélectivité et le rendement de la réaction OPM dépendent des conditions de température et de pression, du réacteur et du catalyseur.

Partir de la récupération de certains biométhanes qui ne le sont pas aujourd’hui constituerait une belle avancée technologique à même d’intéresser certainement les pouvoirs publics.

Les analyses du cycle de vie (ACV) de ces biométhanes devraient être favorables.

Ils peuvent aussi être utilisés :

- Pour les transports, comme bio GNC (méthane biogénique comprimé à 250 bars)

- Ou injectés dans le réseau de gaz naturel (GN) comme une partie de la production des méthaniseurs.
GRDF et l'ADEME prévoient une progression de 30% par an avec
40Twh/an vers 2035 soit 10% de la consommation en France de GN.

- L’hydrogène vert

L’hydrogène vert produit à partir d’énergies renouvelables (solaire et éolien) permet de stocker les excédents de production de ces sources d’électricité, sinon perdus en les transformant en H2 aux moyens d’électrolyseurs.

A la SEMT, MB a conçu pour un gros moteur dual-fuel diesel PA6 d’alésage 280mm, un système de bi-injection breveté, qui consistait en une pré-injection de 5% de diesel-oil et de l’injection principale de méthane à 250 bars. Lors des essais préalables sur un moteur de recherche monocylindre PA6, MB avait largement contribué à la mise au point du bon déroulement de la combustion.

MB souhaite mettre à profit ses expériences sur la combustion des moteurs dont il était en charge sur les moteurs F1, pour les moteurs à hydrogène et bi-carburants (essence de synthèse et hydrogène) et les applications à l'e-méthane (e-fuel gazeux) et au bio GNC comprimés à 250 bars dont les émissions de CO2 sont du même ordre que l’électrique ou l’hydrogène (source Carbone 4).

Développements distribution variable

Dans le nouveau contexte, il est probable que le moteur essence perdurera encore longtemps grâce aux essences de synthèses et à la filière hydrogène après adaptation.

Avec les chaînes de traction nous avons vu que pour tirer parti au mieux du carburant hydrogène, sa combustion délicate doit pouvoir bénéficier de l’apport d’AACV à l’admission comme à l’échappement.

Dans un premier temps, l’AACV est préféré au système Intelvalve plus complexe à mettre en œuvre.

Une version monocylindre de l’AACV est à l’étude pour une première validation du dispositif perfectionné sur le banc d’essais de MB Engine.

Pour les applications moteurs, MB Engine réalise l’étude complète du haut moteur :

De la platine équipée des double AACV en tête avec les actionneurs.

De la culasse et de la platine équipée des double AACV en tête avec les actionneurs.

Le moteur Matra à distribution variable avait un potentiel de 100Cv/litre contre 80Cv/l pour les Ferrari de route les plus sportives.

Moteurs atmosphériques aujourd’hui exceptionnels :

Ferrari V12 ; Lamborghini V12 ; Porsche GT3 RS

Chevrolet Z06 V8- 5.5l – Pmax= 670 Cv à 8300tr/mn Cmax=62.4daN.m à 6300tr/mn

Performances très voisines pour tous ces moteurs de 130Cv/l ; 11,5daN.m/l

En équipant aujourd’hui par exemple le V8 de la Corvette d’AACV, à l’instar des résultats obtenus avec le moteur Matra, il serait possible d’obtenir 150Cv/l et 12.5daNm/l avec une courbe de couple sans creux. Aux bas régimes, le couple serait augmenté de 20% et la consommation réduite de 20%. La puissance max passerait à 825Cv à 9500tr/mn et le couple max à 69daN.m à 6900tr/mn avec une valeur de 50daN.m dès 1500tr/mn.

MB Engine réaliserait les études du haut moteur et d’améliorations de la culasse (aérodynamique interne)