eco-sceptique

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?