Logo Volvo

Trucks

Inside Volvo – Gas
Tech Product

Gaz - À l'aube d'une nouvelle aventure

2017-10-19
Texte : Nic Townsend Photo : Arne Edström & DDR GBG
Le nouveau moteur au gaz a mis au défi les ingénieurs Volvo Trucks à plus d'un titre : il s'agissait de concevoir une nouvelle chaîne cinématique capable de réduire immédiatement les émissions de CO2, offrant aux clients les mêmes niveaux élevés de performances que le diesel et constituant une solution viable pour l'avenir. La solution finalement retenue repense entièrement le principe diesel.
Volvo FH fonctionnant au GNL sur des routes de campagne.
Les Volvo FH et Volvo FM au GNL sont les premiers poids lourds fonctionnant au gaz du marché capables de développer la puissance nécessaire pour répondre aux besoins des missions de transport lourd régional et longues distances.

Le réchauffement climatique suscite une inquiétude croissante et nous incite à nous détourner des carburants fossiles. Dans de nombreuses villes à travers le monde, de grandes municipalités cherchent à interdire les voitures diesel, parfois à l'horizon de quelques années seulement.

La question est : quelle sera l'alternative. Quelle source de carburant peut réduire les émissions de CO2 et fournir la puissance et les performances requises tout en restant une option viable du point de vue commercial pour une société de transport type ? Volvo Trucks pense avoir trouvé (une partie de) la réponse avec le gaz.

Les Volvo FH et Volvo FM au GNL sont les premiers poids lourds fonctionnant au gaz du marché capables de développer la puissance nécessaire pour répondre aux besoins des missions de transport lourd régional et longues distances. Les deux modèles, déclinés en versions de 420 ch et 460 ch, offrent des performances et une motricité comparables à leur équivalent diesel et peuvent parcourir 1 000 km entre deux ravitaillements. 

Concrètement, la seule différence est le carburant à proprement parler, le gaz naturel liquéfié (GNL), qui réduit drastiquement à la fois les coûts de carburant et les émissions de CO2. Avec le gaz naturel, qui est l'option la plus viable à court terme pour la plupart des exploitants, les émissions de CO2 sont réduites de 20 % par rapport au diesel. Pour un véhicule parcourant 120 000 km par an dans le segment du transport lourd, cela ce traduit par 18 à 20 tonnes de CO2 en moins chaque année. Mais le plus gros potentiel d'économie réside dans le biogaz, qui élimine 100 % des émissions de CO2 du réservoir à la roue. De plus, si la consommation de carburant est similaire à celle des moteurs diesel de Volvo Trucks, elle est 15 à 25 % inférieure à celle des moteurs au gaz traditionnels. 

« Le GNL est une alternative prometteuse au diesel, car il allie avantages environnementaux et atouts commerciaux », déclare Lars Mårtensson, Director Environment and Innovation, Volvo Trucks. « Les réserves mondiales de gaz naturel sont gigantesques, et le réseau d'infrastructure pour le GNL est en plein essor. »

Le GNL est loin d'être un nouveau carburant. Toutefois, Volvo Trucks est le premier à l'utiliser d'une manière offrant un tel niveau de puissance sur un poids lourd fonctionnant au gaz. Ce tour de force est le résultat de l'utilisation du principe diesel au lieu de la technologie Otto, qui est la plus courante pour les moteurs au gaz. La principale différence est que les moteurs Otto recourent à des bougies d'allumage, qui s'accompagnent d'une limitation de la puissance, du couple et de la fiabilité, et sont plus sensibles à la détonation. Les moteurs exploitant le principe diesel peuvent développer une puissance et un couple supérieurs grâce à l'injection directe et à l'allumage par compression et échauffement. 

« Jusqu'à présent, la difficulté tenait au fait que le gaz ne peut pas être enflammé par simple compression ; il faut un déclencheur pour initier le processus de combustion du gaz. Le pilote diesel enflammé par compression joue ce rôle de déclencheur », explique Anneli Soppi, Chief Project Manager au sein de Volvo Group Trucks Technology. « Mais cela pose un autre problème : comment injecter deux carburants différents dans le cylindre, sachant qu'il est très difficile d'avoir deux injecteurs ? »

Le GNL est une alternative prometteuse au diesel, car il allie avantages environnementaux et atouts commerciaux.

La solution : deux aiguilles concentriques capables d'injecter le diesel et le gaz directement. Grâce à cette technologie unique, une petite quantité de diesel est injectée dans le cylindre avant le gaz, afin de déclencher l'allumage. 

« Le diesel peut être comparé à une bougie d'allumage liquide », poursuit Anneli Soppi. « Le moteur fonctionne principalement au gaz, qui remplace plus de 90 % du diesel utilisé dans un moteur diesel classique, mais en conservant les avantages d'un moteur diesel, notamment sa puissance et son couple élevés. »




Est-ce à dire que le gaz naturel est l'avenir du transport ? Beaucoup parient davantage sur l'électricité, mais si cela peut être justifié pour les voitures particulières, les technologies d'électromobilité demanderont encore beaucoup de développement pour proposer un poids lourd commercialement viable pour le transport longues distances. 

« Les carburants qui tireront leur épingle du jeu devront allier rendement énergétique élevé et faible impact climatique », annonce Lars Mårtensson, Director Environment and Innovation, Volvo Trucks. « Nous assisterons au développement de plusieurs carburants alternatifs, dont l'électricité, et différents carburants seront utilisés selon les applications. Le diesel a encore de belles années devant lui pendant cette transition. Mais pour le transport lourd régional et longues distances, le GNL est clairement le mieux placé à ce jour pour devenir rapidement une alternative au diesel, disponible dans le monde entier. » 

À long terme, du fait de la possibilité d'utiliser du biogaz plutôt que du gaz naturel, le GNL permettra de réduire plus encore les émissions. « Toute transition vers un biocarburant se fera graduellement. Ainsi, les biocarburants le plus prometteurs sont ceux qui pourront être associés à leur version fossile pendant cette transition », affirme Lars Mårtensson. « Par exemple, le gaz naturel assure la sécurité de l'approvisionnement pour tout véhicule fonctionnant au biogaz. À mesure que la production et la distribution du biogaz progresseront et que les coûts baisseront, la possibilité d'adopter cette solution augmentera en conséquence. En bref, vous pourrez réduire considérablement les émissions de CO2 en changeant simplement de source de carburant. »




Aujourd'hui, le principal frein à l'utilisation du GNL (qu'il s'agisse de gaz naturel ou de biogaz) est le manque d'infrastructure pour la distribution et le ravitaillement. Mais face aux préoccupations croissantes liées au changement climatique, de nombreux états soutiennent les investissements dans les infrastructures pour le GNL. Pour les fournisseurs de gaz, cela se traduit en un potentiel commercial énorme pour approvisionner le secteur du transport. 

« Nous sommes convaincus que le gaz naturel offre le plus fort potentiel, tant pour réduire immédiatement les émissions de CO2 que pour proposer une solution à long terme sur les 20 à 30 prochaines années au moins », déclare Lars Mårtensson. « Le manque d'infrastructures est certes un défi, mais nous ne sommes pas seuls à vouloir le relever. Par exemple, l'UE s'est saisie de la question et met en place des programmes et des financements. Le développement de véhicules comme les Volvo FH et Volvo FM au GNL contribuera également à la montée en puissance de la production de GNL, ce qui génère un énorme potentiel. 

Jusqu'à présent, la difficulté tenait au fait que le gaz ne peut pas être enflammé par simple compression ; il faut un déclencheur pour initier le processus de combustion.

Les Volvo FH et Volvo FM au GNL ont donc été développés dans une perspective à long terme en impliquant des ingénieurs Volvo Trucks de plusieurs sites à travers le monde. « Les moteurs diesel sont un domaine que Volvo Trucks maîtrise parfaitement, fort de plus de 70 ans de développement et d'amélioration. Mais avec la chaîne cinématique GNL, nous sortons des sentiers battus et cela demande inévitablement du temps pour développer les connaissances et le savoir-faire internes », prévient Mats Franzén, Product Manager Engines, Volvo Trucks.

Pour ce projet, l'étanchéité du système de gaz sous haute pression représente un défi unique ; nous avons donc consacré d'innombrables heures à développer des joints infaillibles, que nous avons testés rigoureusement pour garantir leur durabilité. 

Les nouveaux véhicules ont été soumis aux mêmes procédures de test et de validation que tous les moteurs et véhicules Volvo Trucks, y compris les tests de collision et les essais de fatigue, sans oublier des essais approfondis en conditions réelles dans des climats chauds et froids, ainsi qu'à haute altitude.

« Ce fut un processus fastidieux, mais indispensable pour garantir les performances exceptionnelles de ces véhicules », poursuit Mats Franzén. « Au volant, vous ne ferez pas la différence entre un véhicule diesel et un véhicule au gaz. Mais ces derniers allient économies de carburant et réduction des émissions de CO2 à une durabilité équivalente au diesel ! » 

Volvo FH LNG et Volvo FM LNG

Modèles : Disponibles en configurations tracteur (4×2, 6×2, 6×4) et porteur (4×2, 6×2, 6×4) avec des PTAC jusqu'à 64 tonnes
Moteur : Volvo G13C Euro 6, développant 420 ch/2 100 Nm ou 460 ch/2 300 Nm
Boîte de vitesses : Volvo I-Shift.
Réservoirs de carburant : 115 kg (275 l), 155 kg (375 l) ou 205 kg (495 l) de GNL, pour une autonomie d'exploitation pouvant atteindre 1 000 km, ainsi qu'un petit réservoir de carburant.
Systèmes de post-traitement des gaz d'échappement : technologie SCR et filtre à particules diesel.

Les Volvo FH et Volvo FM au GNL seront commercialisés sur les marchés européens au premier semestre 2018.