Rudolf Diesel, dans les années 1880, a déclaré : « Le moteur d’automobile viendra, et alors je considérerai que l’œuvre de ma vie est terminée. » Il était clairement conscient de l’importance de son invention. Mais quel que soit le jugement que l’on porte sur l’œuvre de la vie de Diesel, le moteur diesel lui-même était loin d’être achevé. Tout d’abord, ses premiers moteurs n’avaient qu’un rendement de 26 %. Mais c’était il y a très, très longtemps.
L’efficacité potentielle du moteur diesel est un sujet brûlant en 2015, plus d’un siècle plus tard. En effet, l’EPA et la NHTSA américaines évaluent la rigueur potentielle de nouvelles réglementations en matière d’efficacité pour les moteurs diesel dans le cadre de la proposition de véhicules lourds « Phase 2 ». Les agences fédérales ont le pouvoir de réglementer les moteurs des véhicules lourds afin d’obtenir l’amélioration maximale réalisable et d’adopter des normes de forçage technologique, en tenant compte de manière appropriée du coût de la conformité, du délai technologique et d’autres considérations.
Les moteurs diesel modernes à allumage par compression dominent l’industrie du camionnage commercial avec des moteurs efficaces qui convertissent environ 43 % à 44 % de l’énergie du carburant en travail du moteur, sur la base des moteurs certifiés 2013-2014. Pour respecter les réglementations existantes en matière d’efficacité et de carbone, les moteurs de tracteurs devront probablement réduire leur consommation de carburant et leurs émissions de CO2 de 6 % entre 2010 et 2017, soit environ 1 % par an. La question du moment est de savoir dans quelle mesure les moteurs diesel deviendront plus efficaces lors de la prochaine phase de la réglementation, de 2017 à l’horizon 2024-2027.
Dans la proposition de l’EPA/NHTSA de juin, les moteurs diesel réduiraient leur consommation de carburant et leurs émissions de CO2 par unité de travail de 4,2 % de 2017 à 2027. Les normes finales resteraient probablement en vigueur pendant trois années supplémentaires, de sorte que les normes s’appliqueraient jusqu’en 2029 ou 2030. Cela signifie que les émissions de CO2 des moteurs seraient réduites en moyenne de 0,3 % à 0,4 % par an jusqu’en 2030. Comment cela se compare-t-il aux autres chiffres existants ?
- Le fabricant de moteurs de tracteurs le plus important, Cummins, indique que les moteurs peuvent atteindre une réduction de la consommation de carburant de 9 % à 15 % par rapport à 2017, dans le délai de 2020 à 2030.
- Une analyse de moteur avec des chercheurs de l’Université de Virginie-Occidentale (WVU) indique que les moteurs diesel de tracteurs-remorques peuvent s’améliorer de plus de 10 % par rapport à une base de référence de 2017, à l’horizon 2020 et au-delà.
- Un travail effectué par le Southwest Research Institute pour la NHTSA indique que les moteurs de tracteurs diesel peuvent voir leur consommation de carburant réduite de 4 % à 7 % – et jusqu’à 8 % à 10 % avec la récupération de la chaleur résiduelle – par rapport à une référence de 2019 dans le délai de la phase 2.
- Des équipes dirigées par Cummins, Daimler, Navistar et Volvo ont démontré des améliorations de moteur de 12 % à 17 % par rapport à une référence de 2010. Ces équipes SuperTruck du DOE américain atteignent ainsi une efficacité thermique au freinage de pointe d’environ 50 % à 51 %.
- L’objectif de suivi des programmes SuperTruck irait plus loin, avec une efficacité thermique au freinage de 55 % en conditions de pointe.
On ne peut s’empêcher de se demander ce qu’aurait pensé Rudolf Diesel, de savoir que les dernières innovations en matière de diesel pourraient être en mesure de doubler l’efficacité de ses premières conceptions diesel ?
La figure ci-dessous illustre les normes actuelles 2014-2018, les normes proposées 2017-2027 et le potentiel technologique découlant d’un déploiement accru de la technologie basée sur l’étude WVU susmentionnée, en grammes de CO2 par cheval-vapeur de frein-heure. Le potentiel technologique de la figure suggère que les moteurs de tracteurs pourraient obtenir jusqu’à 7 % d’amélioration à partir de technologies d’efficacité progressive avec la pénétration du paquet moteur « 2020+ » des études WVU (c’est-à-dire à partir d’améliorations provenant de la réduction de la friction, des parasites, de la turbocompression, du post-traitement, de l’optimisation de la combustion et des contrôles avancés). Ce potentiel de ces technologies incrémentielles est environ le double de ce que les agences ont inclus dans la règle proposée pour 2027.
En outre, nous considérons une pénétration accrue des technologies de moteur avancées dans l’analyse de la figure. Avec une plus grande pénétration des technologies incrémentales 2020+ et une pénétration de 15 % du système de récupération de chaleur perdue (WHR) à cycle de Rankine organique (comme supposé par les agences), une amélioration du CO2 à l’échelle du parc allant jusqu’à 10 % en 2027 est réalisable. Avec une pénétration plus importante des technologies de récupération de chaleur et de SuperTruck du DOE américain, le potentiel technologique est encore plus élevé. Les résultats indiquent que des émissions de CO2 nettement inférieures aux niveaux proposés par l’EPA-NHTSA sont techniquement réalisables à l’horizon 2025. Le potentiel technologique ultime à l’échelle de la flotte pourrait raisonnablement atteindre l’efficacité des démonstrations de SuperTruck du DOE américain de 2014-2016 à l’horizon 2030.
Normes réglementaires américaines de la phase 1 (2014-2017) et de la phase 2 proposée (2018-2030), potentiel technologique, potentiel technologique avec une récupération accrue de la chaleur résiduelle (WHR), et U.US DOE SuperTruck demonstrations.
La décision américaine en attente sur les normes relatives aux moteurs pourrait être la seule action réelle pour améliorer substantiellement l’efficacité des moteurs diesel pour les 10-15 prochaines années. Pour cette raison, un argument fort peut être fait qu’ils devraient pousser l’enveloppe technologique aussi fort que possible en fonction des technologies d’efficacité émergentes. Et cette décision a des implications plus larges pour l’innovation mondiale, puisque les mêmes entreprises vendent les mêmes moteurs partout. L’Inde envisage également des normes de rendement pour ses moteurs de poids lourds. Les mêmes moteurs à haut rendement pourraient alimenter les camions alimentés au diesel en Chine, en Europe, au Mexique et ailleurs si ces régions suivent le mouvement avec des réglementations similaires de plus en plus strictes.