Voiture à air comprimé : solution d'avenir?

Publié le par _Ulysse_

En ces temps de mode écologique, on reparle assez régulièrement de la voiture à air comprimé.
Cette technologie est essentiellement représentée dans la sphère médiatique par la société MDI de Guy Nègre.
Elle est souvent présentée comme une alternative crédible aux voitures thermiques. MDI annonce des autonomies élevées de l'ordre de 200km. Je vous propose de faire une estimation du rendement de cette filière énergétique et de l'autonomie de ce type de véhicule.














Le principe de cette solution consiste à comprimer de l'air (ou de l'azote) ce qui permet de stocker de l'énergie.
Ensuite, ce gaz est détendu dans un moteur dit pneumatique qui fournit l'énergie mécanique, le rendement d'un tel moteur est de l'ordre de 30% (1). L'air comprimé n'est pas une source mais un vecteur d'énergie, il faut donc comprimer de l'air. Pour cela, on utilise des compresseurs électriques dont le rendement est d'environ 55% (1).
Dans cette filière, l'énergie emprunte le chemin suivant :

Production électrique -> réseau -> Compresseur -> moteur pneumatique -> transmission -> roues

Nous avons les rendements suivants :

Production électrique dans le monde : 46,3% (2)
Pertes réseaux : 3% ->97% de rendement (3)
Compresseur : 55% (1)
moteur pneumatique : 30% (1)
Transmission : 80%

On en déduit facilement le rendement de la filière :

0,463*0,97*0,55*0,3*0,8 = 5,9%

A titre de comparaison le rendement des filières thermiques et électriques sont de l'ordre de 14 et 30% respectivement (2). Ces chiffres signifient simplement qu'il faudra près de trois fois plus d'énergie primaire pour faire rouler nos voitures à l'air comprimé par rapport au parc actuel et, 5 fois plus d'énergie que pour un parc électrique! On peut donc légitimement penser que la viabilité énergétique de la filière pneumatique est fortement compromise par ce rendement très faible. Un autre point à aborder concernant cette solution est celui de l'autonomie, ce qui revient au problème du stockage de l'énergie. MDI annonce des autonomies de l'ordre de 200km. Faisons quelques calculs pour nous faire une idée.
La détente du gaz peut être considérée comme adiabatique(5) car elle est rapide et donc les transferts de chaleur n'ont pas le temps de se faire. L'air étant constitué très majoritairement de diazote et de dioxygène, nous considérerons que l'on utilise un gaz diatomique parfait. L'énergie récupérable correspond à la différence entre l'énergie interne du gaz comprimé et l'énergie interne du gaz décomprimé. Les réservoirs utilisés par MDI stockent
90m3 d'air à pression atmosphérique (4). On suppose que l'air passe d'une pression de 400 bars à t0 à une pression de 1bars à t1. L'énergie interne d'un gaz parfait diatomique est donnée par la formule (6) :

U = 5/2 nRT, avec n le nombre de mole, R la constante universelle des gaz parfaits , T la température en K°

Nous avons donc :

Erécupérable = U0 - U1 = (5/2)nR(T0-T1)

Ici n = 90 000/24 = 3750, Car 1 mole de gaz parfait à 20°C occupe un volume de 24L
R = 8,314 J K^-1 mol^-1

A t0 on est à l'équilibre, le gaz est à température ambiante disons 20°C.
A t1, la température est comprise entre 0°C et -30°C, prenons -30°C (4).
On en déduit :

Erécupérable = (5/2)*8,314*3750*(20 + 30) = 3 897 187J

En wh, cela donne 3 897 187/3600 = 1082Wh.

Soit environ 1Kwh d'énergie mécanique fournie par le moteur. Il reste ensuite la transmission.
On arrive donc à environ 0,8Kwh aux roues. En reprenant les données de (7), on a qu'une blue Car
peut parcourir 385km à 50km/h mais avec 19,82Kwh d'énergie aux roues! Avec 90m3 d'air comprimé, on aurait alors :

385* (0,8/19,82) = 15.5Km d'autonomie!

Les véhicules proposés par MDI sont beaucoup plus légers que la blue Car de 2 à 3 fois plus légers.
On peut donc espérer parcourir environ 50km à 50km/h au grand maximum. Nous voyons que les chiffres annoncés par MDI sont tout simplement erronés d'ailleurs beaucoup d'autres que moi font le même constat. Il faut remarquer qu'aucun des véhicules de MDI n'a jamais été homologué et qu'aucun des projets annoncés n'a jusqu'à aujourd'hui abouti pas plus qu'il n'y a eu de démonstration des chiffres annoncés. D'ailleurs, MDI ne souhaite pas vendre des voitures mais des options. C'est à dire le concept de l'usine qui produit les voitures rien de plus et ce sans obligation de résultat. Si les gens de MDI croient vraiment à la viabilité de la voiture à air comprimé, je me demande pourquoi ils ne veulent pas produire les véhicules eux même ou en partenariat avec des entreprises du secteur automobile.

Pour toute question ou remarque, utilisez les commentaires.



Références :

(1) Rendement compresseurs et moteur pneumatique

(2) Filières éllectrique et thermique : rendements

(3) Pertes réseaux

(4) MDI sur wikipédia

(5) Détente adiabatique (wiki)

(6) Formules gaz parfaits

(7) Blue Car et B0 : 250Km d'autonomie, chiffre réaliste?

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xavier barruhet 13/04/2011 22:19



bonjour, mon métier est de concevoir des maisons écologiques mais je ne suis pas spécialiste en énergie(s)! Pourriez-vous me détailler le fonctionnement et me donner le rendement de l'utilisation
de l'air comprimé pour stocker de l'électricité ? En effet, je me demande si l'air comprimé pourrait être un bon moyen de stockage de l'énergie électrique solaire ou éolienne.


Le stockage actuel pour les maisons dites autonomes se fait en batterie, problèmes: prix, poids, recyclage


Je me demande si le rendement de l'air comprimé, retransformé en électricité, donc utilisable à tout moment, pourrait être une solution viable ?


merci pour votre réponse !


 



_Ulysse_ 14/04/2011 11:36



Bonjour et bienvenue sur mon blog!


 


Le stockage de l'électricité par air comprimé est effectivement envisageable techniquement mais dans la pratique il faut un très grand conteneur et le rendement charge/décharge n'est pas bon, de
l'ordre de 40% contre 80 à 90% pour les batteries.C'est probablement moins cher que des batteries mais il va falloir alors surdimensionner nettement l'installation en photovolaïque/éolien par
rapport à un stockage avec des batteries, du coup ça me semble difficile de s'y retrouver.


Dans l'article, le moteur est directement alimenté par l'air comprimé.Là il faut ajouter un alternateur c'est pas très cher mais il y a des pertes importantes (d'où le rendement charge/décharge
faible) .


Dans le cas de panneaux solaires thermiques par ex, une bonne solution est le stockage thermique. La chaleur peut être stockée dans des cuves remplies d'eau(ou d'un autre fluide caloporteur mais
l'eau ca reste simple et moins cher) par ex ou dans d'autres matériaux spécialisés. Cela peut aussi servir à stocker l'électricité, l'eau serait chauffée par une résistance alimentée par des
panneaux photovoltaïque ou des éoliennes. Ensuite, la chaleur peut être utilisée pour faire tourner un alternateur OU alimenter directement un circuit de chauffage via un échangeur thermique.


Niveau simplicité d'installation les batteries reste le mieux. Le souci des installations dont je parle c'est que c'est plus adapté à de plus grands systèmes. Le stockage par chaleur par ex est
utilisée dans les centrales solaires thermiques permettant ainsi à la centrale de produire la nuit mais ce sont de grosses installations. 


Ce type de système plus lourd pourrait être utilisé à l'échelle d'un immeuble ou d'un groupe de maisons.


 


Cordialement,


 


_Ulysse_


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 



Jean 02/04/2010 21:52



Pour un article de vulgarisation, je le trouve très bien construit.


Par un autre mode de calcul, je suis arrivé à des conclusions similaires. A mon avis, les principales pierres d'achoppement pour la réalisation de véhicules à air comprimé sont:


1°) l'autonomie; il s'agit là d'un sujet devenu "tabou" au fil des années, car les partisans du concept sont rapidement énervés par cet argument et font une confiance aveugle aux dires de M.
Nègre. Le problème, c'est que M. Nègre a toujours refusé de soumettre un seul de ses prototypes à un essai public... Ces refus ont plutôt tendance à renforcer les thèses des sceptiques et des
détracteurs!


2°) les contraintes de remplissage des réservoirs: le particulier devra disposer d'un compresseur capable de comprimer 80 m3 d'air à 350 bars en quelques heures (3 h 30, affirme M. Nègre); on
peut rechercher sur le Net des modèles compatibles, mais il s'agit d'équipements industriels: encombrement, poids, prix, niveau sonore, calories à évacuer à cause des pertes (50% de l'énergie
stockée, soit plusieurs kWh, mieux qu'un gros radiateur!), contraintes de maintenance (filtres, élimination de l'humidité de l'air aspiré, etc.).


Dire, comme l'assure MDI, que le remplissage sera possible dans son garage en branchant un petit compresseur sur une simple prise 220 V est une affabulation.


L'affirmation selon laquelle un plein pourra être effectué en 3 minutes par transfert d'air dans des stations d'air comprimé, c'est de la science fiction. Un essai de calcul de la configuration
technique de telles stations ne laisse aucun doute à ce sujet.


C'est pour ces raisons que M. Nègre:


- ne veut pas indiquer quel type de compresseur sera livré avec son Airpod (information déclarée "non communicable"; on se demande bien par quel secret industriel pourrait être concerné un
équipement du commerce),


- n'a jamais fourni d'indications techniques sur ses projets de stations,


- n'a jamais voulu montrer comment certains modèles de sa gamme de véhicules pourraient (comme il le prétend depuis des années) comporter un compresseur intégré. "Par inversion du moteur",
disait-il, ce qui est un non-sens technologique: son moteur fonctionnant sous 30 bars, on ne voit pas comment, en l'inversant, il pourrait comprimer à 350 bars!


L'argument de la faible autonomie étant violemment contesté par les adeptes de MDI, je pense que ce problème du remplissage devraitpouvoir leur être opposé par des calculs encore plus simples et
convaincants.



Jean 02/04/2010 21:50



Pour un article de vulgarisation, je le trouve très bien construit.


Par un autre mode de calcul, je suis arrivé à des conclusions similaires. A mon avis, les principales pierres d'achoppement pour la réalisation de véhicules à air comprimé sont:


1°) l'autonomie; il s'agit là d'un sujet devenu "tabou" au fil des années, car les partisans du concept sont rapidement énervés par cet argument et font une confiance aveugle aux dires de M.
Nègre. Le problème, c'est que M. Nègre a toujours refusé de soumettre un seul de ses prototypes à un essai public... Ces refus ont plutôt tendance à renforcer les thèses des sceptiques et des
détracteurs!


2°) les contraintes de remplissage des réservoirs: le particulier devra disposer d'un compresseur capable de comprimer 80 m3 d'air à 350 bars en quelques heures (3 h 30, affirme M. Nègre); on
peut rechercher sur le Net des modèles compatibles, mais il s'agit d'équipements industriels: encombrement, poids, prix, niveau sonore, calories à évacuer à cause des pertes (50% de l'énergie
stockée, soit plusieurs kWh, mieux qu'un gros radiateur!), contraintes de maintenance (filtres, élimination de l'humidité de l'air aspiré, etc.).


Dire, comme l'assure MDI, que le remplissage sera possible dans son garage en branchant un petit compresseur sur une simple prise 220 V est une affabulation.


L'affirmation selon laquelle un plein pourra être effectué en 3 minutes par transfert d'air dans des stations d'air comprimé, c'est de la science fiction. Un essai de calcul de la configuration
technique de telles stations ne laisse aucun doute à ce sujet.


C'est pour ces raisons que M. Nègre:


- ne veut pas indiquer quel type de compresseur sera livré avec son Airpod (information déclarée "non communicable"; on se demande bien par quel secret industriel pourrait être concerné un
équipement du commerce),


- n'a jamais fourni d'indications techniques sur ses projets de stations,


- n'a jamais voulu montrer comment certains modèles de sa gamme de véhicules pourraient (comme il le prétend depuis des années) comporter un compresseur intégré. "Par inversion du moteur",
disait-il, ce qui est un non-sens technologique: son moteur fonctionnant sous 30 bars, on ne voit pas comment, en l'inversant, il pourrait comprimer à 350 bars!


L'argument de la faible autonomie étant violemment contesté par les adeptes de MDI, je pense que ce problème du remplissage devrait pouvoir leur être opposé par des calculs encore plus simples et
convaincants.



_Ulysse_ 03/03/2010 10:45


Bonjour,

Nicolas, je ne trouve pas le document dont vous parlez, pouvez vous fournir le lien?

Cordialement,

_Ulysse_


Ferdiand 02/03/2010 22:47


En tout cas c'est interessant , merci pour les explications chiffrées.
A+