Un peu de chimie ...
Un hydrocarbure pur est constitué d'atomes de carbone (C) et d'hydrogène (H) - d'où son nom - dans une proportion de 2n+2 atomes de H pour n atomes de C (pour simplifier, je ne parle ici que des molécules linéaires saturées: les alcanes, composant principal et représentatif de cette famille). Leur formule chimique est du type CnH2n+2. Exemple butane C4H10, hexane C6H14, octane C8H18 etc ...
La combustion d'hydrocarbures purs produit donc, lors d'une combustion parfaite, du CO2 et de l'eau H2O selon la formule:
CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 -> nCO2 + (n+1)H2O
Rapellons que le CO2 n'est pas un polluant et n'est pas toxique (nous en rejetons d'ailleurs lorsque nous expirons). En revanche c'est parce que c'est un gaz à effet de serre qu'il est important d'en réduire les émissions.
On peut également déduire de la formule ci-dessus que la production de CO2 est uniquement liée à la consommation d'hydrocarbure. Par exemple, pour n=12 (longueur moyenne des molécules contenues dans le gazole), on peut calculer que la combustion d'1kg de C12H26 produit 2,6 kg de CO2. La densité moyenne du gazole étant de 0.845 kg/l, cela signifie qu'une voiture qui produit 140 gCO2/km consomme 5.4 L/100km. Il n'y a pas d'autre solution pour réduire la production de CO2 que de diminuer sa consommation de carburant.
Nous pouvons d'ailleurs tous calculer la quantité de CO2 que nous rejetons lorsque nous roulons :
- 2,6 kg de CO2 par litre de gazole consommé si votre moteur est un diesel,
- 2,3 kg de CO2 par litre d'essence consommée si votre moteur fonctionne à l'essence
La combustion, qu'elle se fasse dans un moteur ou dans une chaudière, n'est cependant ni parfaite, ni complète. Les résidus de combustion incomplète sont des hydrocarbures imbrûlés (HC) et l'oxyde de carbone (CO). D'autre part, l'azote contenu dans l'air réagit avec l'oxygène lorsque la température est élevée pour créer des oxydes d'azote (NOx). Tous ces produits sont des polluants, plus ou moins toxiques. Les systèmes de post-traitement des gaz d'échappement (catalyseurs d'oxydation, filtres à particules, pièges à NOx ...) et les dispositions prises directement sur le moteur (vanne EGR) ont pour but de diminuer ces polluants. Cependant, ils ne les éliminent pas complètement et leur efficacité diminue avec le temps, tout particulièrement lorsque les moteurs sont mal utilisés ou mal entretenus (injecteurs encrassés, échappement ou admission colmatés ...)
Pour avoir une idée des quantités, les émissions d'une voiture moyenne sont de l'ordre de:
140 gr CO2/km
0 à 4 gr CO/km
0 à 0.5 gr NOx/km
0 à 0.1 gr HC/km
Il faut rajouter que les carburants ne sont pas des hydrocarbures purs. Ils contiennent par exemple des composés soufrés qui participent à la pollution. Ils peuvent également contenir des molécules non linéraires (benzeniques par exemple) qui sont également toxiques. Cependant, les carburants d'aujourd'hui contiennent beaucoup moins de ces impuretés grâce à des processus de raffinage très poussés.
Ci dessous : animation décrivant le processus de combustion d'un hydrocarbure
Comme on l'a vu ci dessus, les hydrocarbures sont constitués d'atomes de carbone C et d'hydrogène H.
Le plus petit d'entre eux est le méthane CH4 (principal constituant du gaz naturel)
Mais on peut réaliser la combustion de l'hydrogène pur:
2H2 + O2 -> 2 H2O
Cette réaction ne produit que de l'eau. Noter que l'hydrogène ne contenant pas de carbone, il est impropre de parler de carburant. Il faut utiliser le terme de combustible.
L'Hydrogène est donc un vecteur d'énergie totalement décarboné. C'est probablement le combustible que nos "enfants" utiliseront majoritairement d'ici quelques décennies.
Pour plus de détails, se reporter au chapitre sur l'hydrogène.