Enrichissement du carburant par hydrogène

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L'enrichissement du carburant par hydrogène désigne les technologies permettant d'ajouter principalement du dihydrogène aux hydrocarbures utilisés par les moteurs à combustion interne. L'intérêt du dispositif consisterait principalement en une diminution des émissions polluantes (CO2, NOX) sur les moteurs équipés. Toutefois, cette adjonction débouche sur la perte de la garantie du constructeur.

Sujets de recherches[modifier | modifier le code]

Il y a eu de nombreuses recherches sur les différents mélanges, et le mélange d'hydrogène, de dioxygène et d'hydrocarbures ne fait pas exception[1],[2],[3],[4],[5],[6],[7],[8]. Ces sources suggèrent qu'il pourrait y avoir des économies de carburant et des émissions réduites grâce à l'ajout d'hydrogène aux carburants classiques.

L'américain Charles H. Frazer fut le premier en 1918 à déposer un brevet pour l'amélioration de la combustion du moteur à explosion par l'ajout d'hydrogène[9].

En 1974, des chercheurs du Jet Propulsion Laboratory du California Institute of Technology publient un document intitulé On-Board Hydrogen Generator for a Partial Hydrogen Injection Internal Combustion Engine (« Générateur embarqué d'hydrogène pour une injection partielle d'hydrogène dans les moteurs à combustion interne »).

En 1977, la NASA effectue des recherches utilisant l'hydrogène comme additif combustible ou « carburant d'appoint » mélangé à l'essence sur un moteur de 1969[1]. L'expérimentation a été réalisée avec succès grâce à un mélange de vapeur de méthanol, pour la production in situ de monoxyde de carbone et d'hydrogène.

En , le ministère des transports américain (United States Department of Transportation) publie un rapport officiel (N°FMCSA-RRT-07-020) via l'administration fédérale de sécurité des transports motorisés (Federal Motor Carrier Safety Administration) consacré à l'exploitation de l'hydrogène comme ingrédient additionnel au carburant primaire ou comburant, appliquée aux poids-lourds commerciaux (moteurs de type Diesel). Par ailleurs, l'étude confirme que le dihydrogène peut être utilisé comme carburant primaire mais avec certaines restrictions, notamment le coût de revient industriel pour son implantation à large échelle ainsi que des problématiques de sécurité[10] ; tout en précisant que Water and an onboard electrolyzer cannot be used to power a fuel cell or hydrogen ICE vehicle because of the large amount of electricity required to operate the electrolyzer (« Un système d'électrolyse d'eau embarqué ne peut pas être utilisé pour alimenter un véhicule à pile à combustible ou à combustion d'hydrogène du fait de la grande quantité d'électricité nécessaire pour l'électrolyse ») (page 20 du rapport), en tant que source primaire de carburant, mais indique que ces dispositifs peuvent être efficaces pour optimiser la carburation primaire, notamment de type Diesel, comme « comburant »[réf. souhaitée].

À partir des années 2000, plusieurs études scientifiques indépendantes démontrent l'efficacité de l'adjonction de dihydrogène ou de peroxyde d'hydrogène comme carburant dans un moteur thermique exploitant du gazole[11],[12],[13],[14].

Application pour les moteurs à combustion interne[modifier | modifier le code]

L'enrichissement en hydrogène du carburant par électrolyse a été promu pour une utilisation avec des camions diesel[15],[16]. En revanche, plusieurs essais effectués par des groupes de consommateurs aux États-Unis donnent des résultats mitigés[17],[18],[19].

L'efficacité des moteurs à combustion d'hydrogène et des moteurs mixtes (hydrocarbures + dihydrogène) n'est pas mise en doute scientifiquement[20],[21],[22]. Cependant, dans le cas d'une production de dihydrogène au sein même du véhicule par électrolyse de l'eau, la loi de la conservation de l'énergie implique qu'un tel système ne peut produire plus d'énergie qu'il n'en consomme[23] et la seconde loi de la thermodynamique introduit la notion d'irréversibilité des transformations[24],[25] du fait de l'augmentation de l'entropie (S) du système qui se traduit par la dégradation d'une partie de l'énergie (c'est-à-dire sa transformation inévitable en chaleur, énergie thermique perdue au détriment de l'énergie mécanique recherchée, par exemple sous la forme de frottements mécaniques ou de résistance électrique).

Toutefois, l'exploitation de tels dispositifs « HHO » intervient comme complément à un carburant primaire (gazole ou essence). Le rendement obtenu ne repose donc non pas sur le principe du « carburant classique » mais de l'adjonction de dihydrogène (H2) et de dioxygène (O2) à l'entrée d'air du moteur qui optimisent la carburation primaire du moteur et ainsi son rendement (certains parlent de comburants), à l'instar de l'injection auxiliaire de gaz ou encore du turbocompresseur qui existent dans l'industrie automobile et aéronautique depuis le milieu du XXe siècle.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b (en)NASA Technical Note, May 1977, "Emissions and Total Energy Consumption of a Multicylinder Piston Engine Running on Gasoline and a Hydrogen-Gasoline Mixture" (Accessed 2008-08-08)
  2. Idaho National Laboratory on Fuel Enhancement
  3. (en) G. Fontana, E. Galloni, E. Jannelli and M. Minutillo, « Performance and Fuel Consumption Estimation of a Hydrogen Enriched Gasoline Engine at Part-Load Operation », SAE Technical Paper Series, no 2002-01-2196,‎ , p. 4–5
  4. (en) Mathur H.B., Das L.M., « Performance characteristics of a Hydrogen Fueled SI Engine using Timed Manifold Injection », Int. J. Hydrogen Energy, no vol 16, pp. 115-117, 1991,‎
  5. (en) Per Tunestal, Magnus Christensen, Patrik Einewall, Tobias Andersson, and Bengt Johansson, « Hydrogen Addition For Improved Lean Burn Capability of Slow and Fast Natural Gas Combustion Chambers », SAE Technical Paper Series, no 2002-01-2686,‎ , p. 7–8
  6. Tsolakis A, Megaritis A, Wyszynski ML, "Application of exhaust gas fuel reforming in compression ignition engines fueled by diesel and biodiesel fuel mixtures" Energy & Fuels 17 (6): 1464-1473 NOV-DEC 2003.
  7. (en) Yougen Kong, Sam Crane, Palak Patel and Bill Taylor, « NOx Trap Regeneration with an On-Board Hydrogen Generation Device », SAE Technical Paper Series, no 2004-01-0582,‎ , p. 6–7
  8. (en) Thorsten Allgeier, Martin Klenk and Tilo Landenfeld, « Advanced Emissions and Fuel Economy Control Using Combined Injection of Gasoline and Hydrogen in SI-Engines », SAE Technical Paper Series, no 2004-01-1270,‎ , p. 11–12
  9. Le générateur à hydrogène et oxygène de Charles Frazer, sur le site d'Empire hydrogen
  10. (en) [PDF] « Guidelines for Use of Hydrogen Fuel in Commercial Vehicles Final Report, November 2007 » sur le site de la Federal Motor Carrier Safety Administration, United States Department of Transportation,
  11. (en)A comparative study of fuels for on-board hydrogen production for fuel-cell-powered automobiles, 2001
  12. (en)« Truckers Choose Hydrogen Power », dans Wired, novembre 2005
  13. (en)Performance and emission study in manifold hydrogen injection with diesel as an ignition source for different start of injection., 2009
  14. (en)Effects of injecting hydrogen peroxide into diesel engine, 2012
  15. « Hydrogen Fuel Injection System - Technology Fact Sheet for Canadian Hydrogen Energy Company Ltd. » (ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), consulté le 2013-04-08, 2005
  16. Stephen Leahy, « Truckers Choose Hydrogen Power », dans Wired, novembre 2005 (en)
  17. Popular Mechanics Water-Powered Cars: Hydrogen Electrolyzer Mod Can't Up MPGs.
  18. Greenville News Looking Out 4 You: Water 4 Gas Fails to Boost Mileage
  19. http://www.consumeraffairs.com/news04/2008/07/water4gas.html Consumer Affairs Water4gas
  20. (en) Changwei Ji et Shuofeng Wang, « Effect of hydrogen addition on combustion and emissions performance of a spark ignition gasoline engine at lean conditions », International Journal of Hydrogen Energy, vol. 34,‎ (lire en ligne)
  21. Marius J. Rauckis, William J. McLean, « The Effect of Hydrogen Addition on Ignition Delays and Flame Propagation in Spark Ignition Engines », Combustion Science and Technology, vol. 19,‎ 1979 (lire en ligne)
  22. Fukutani et Kunioshi, « Fuel Mixing Effects on Propagation of Premixed Flames - hydrogen plus carbon monoxide flames », Bulletin of the Chemical Society of Japan,‎ 1992 (lire en ligne)
  23. « Enthalpie de formation » (ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?), consulté le 2013-04-08 de H2O
  24. Irréversibilité d'une transformation
  25. Explications sur second principe de la thermodynamique

Annexes[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

  • Jean-Michel Chavazas, Cheval Mécanique no 35, revue de l'Alliance Nationale des Experts en Automobile – Juillet 2005 [lire en ligne] [PDF]
  • Claude Boucher, Transport Magazine, juillet 2007 (article à propos de la technologie développée par Hy-Drive) {{[1] « Les systèmes d'injection G2 de Hy-Drive »}}.