Roulez à l'E85 la Théorie

Pour rouler au carburant éthanol E85 avec sa voiture essence SP95 il y a certaines choses à savoir. Une grande quantité d'informations est disponible sur les sites http://ethanol-e85.fr et http://www.super-ethanol.fr/forumE85/index.php, de plus sur les forums de ces même sites il y a beaucoup de retour d'expériences de personnes qui ont sauté le pas.
J'ai décidé de m'y mettre également, donc après avoir glané les informations (merci à tous), je me suis lancé dans la fabrication d'un boitier électronique pour adapter mon véhicule.

Intérêt de l’éthanol

Pour résumer, l’éthanol est intéressant à plusieurs titres :

• On comprend aisément l’intérêt de la substitution des produits pétroliers de nos jours. L’éthanol peut se substituer facilement aux essences de distillation de pétrole dans les moteurs à allumage commandé.
• Il peut être obtenu par fermentation de déchets ménagers ou de surplus agricole puis distillation, à un prix de revient comparable aux produits pétroliers et sans déficit du commerce extérieur. C’est le biocarburant liquide le plus facile à obtenir.
• Si l’on tient compte qu’il est obtenu à partir de végétaux, il est sans « effet de serre » car il ne produit pas plus de gaz carbonique que la plante dont il est issu en a absorbé pour croitre. Par contre, les quantités disponibles raisonnablement (sans monoculture) sont très inférieures à celles des carburants fossiles (il faudra être économe à l’avenir).
• Son indice d’octane RON de 120 en fait un carburant idéal pour les moteurs à allumage commandé (augmentation de la puissance et du rendement grâce à des taux de compression possibles très élevés >10).
• Par contre, ses faibles pouvoirs comburivore et calorifique augmentent la consommation massique et volumique du moteur donc réduction de l’autonomie ou augmentation de la masse de carburant transportée ce qui peut être un inconvénient en avion mais pas en automobile

Caractéristiques des carburants

a) Pouvoir comburivore

Une caractéristique très importante des carburants est leur pouvoir comburivore. C’est la quantité d’air nécessaire et suffisante pour bruler complètement une quantité donnée de combustible. Dans le cas d’un combustible liquide, on utilise la masse comme quantité de référence. Les moteurs à allumage commandé fonctionnent toujours aux alentours de cette proportion, et même sur la plupart des moteurs actuels et à cause des pots catalytiques exactement à cette proportion.

Si nous connaissons la formule chimique du carburant, il suffit d’équilibrer l’équation chimique de la réaction. Exemple : pour l’éthanol de formule C2H5OH brulant dans l’air dont on a coutume d’utiliser la formule chimique moyenne : O2+3,77N2 on obtient :

C2H5OH+3(O2+3,77N2)2CO2+3H2O+7,54N2

Il faut donc 3(1+3,77)=14,31 moles d’air pour une mole d’éthanol. La masse molaire de l’air est de 29g/mole celle de l’éthanol est de Méthanol=2.12+6.1+1.16=46g/mole donc le pouvoir comburivore est de :

Maéthanol=ma/mc=14, 31.29/46=9kg d’air / kg de combustible

Pour l’essence nous verrons que comme les hydrocarbures dits lourds le pouvoir comburivore est de l’ordre de Maessence=14,7

b) Pouvoir calorifique

Une deuxième caractéristique fondamentale des combustibles est le pouvoir calorifique, c'est-à-dire la quantité de chaleur délivrée par un kg de carburant. Elle est de Ipessence=43MJ/kg pour les essences et de Ipéthanol =28MJ/kg pour l’éthanol pur.

c) Indice d’octane

La caractéristique recherchée des carburants pour moteurs à allumage commandé est l’indice d’octane. Cet indice caractérise la résistance au cliquetis du carburant, cliquetis qui apparait, entre autre, lorsque l’on augmente le taux de compression ou l’avance à l’allumage du moteur, ces deux paramètres augmentant le rendement. Le cliquetis qui est destructeur limite donc la possibilité d’augmenter ce rendement. L’indice des essences actuelles, vous l’avez tous vu sur les pompes, est de 95 ou 98. Celle de l’éthanol est de 120.

d) Densité

Et pour finir, la densité de l’essence est de 0,75 celle de l’éthanol de 0,8.

Conclusion

L'éthanol à un pouvoirs comburivore et calorifique plus faible que celui de l’essence, le rapport stœchiométrique de l'éthanol est de 9 kg d'air par kg de carburant contre 14,7 kg d'air par kg de carburant pour le sans plomb. Il faut donc envoyer plus de carburant pour avoir une combustion optimum.
Le carburant E85 est, comme son nom l'indique, composé de 85% d'éthanol et de 15% de SP95, donc le rapport stœchiométrique de ce carburant est :

9 x 0,85 + 14,7 x 0,15 = 9,86 kg d'air par kg de carburant

Ce qui fait 9,86/14,7 = 0,67 soit 33% de carburant en plus à envoyer. Mais c'est une masse de carburant supplémentaire alors qu'avec les injecteurs du moteur on commande un volume, il faut donc raisonner en volume et pour cela tenir compte de la densité des carburants de 0,8 pour l'éthanol et de 0,75 pour le SP95.

Donc en volume le rapport stœchiométrique devient :

9 x 0,85x 0,8 + 14,7 x 0,15 x 0,75 = 7,77 pour l'E85
14,7 x 0,75 = 11 pour le SP95

Ce qui fait 7,77/11 = 0,70 soit 30% en plus d'E85 à envoyer par rapport à du SP95, ce qui est conforme aux expérimentations réalisées sur les forums.

En conclusion pour rouler à l'E85 avec un véhicule essence, il suffit d'enrichir de 30% la carburation. En théorie tout véhicule équipé d'une sonde Lambda (c.a.d tous les véhicules injection après 1990) peu roulez à l'éthanol puisque que le calculateur devrait corriger l'enrichissement pour assurer une combustion optimum. Seulement les calculateurs interprètent souvent cela comme un défaut et dans le meilleur des cas allument un voyant mais généralement adoptent un mode dégradé en ignorant la sonde Lamda. Le risque est de rouler avec un mélange air/E85 trop pauvre ce qui peu provoquer un échauffement du haut moteur entrainant une destruction des soupapes (en démontant les bougies, les électrodes sont blanches).

Plusieurs méthodes fonctionnent pour tromper le calculateur d'injection et l'inciter à enrichir le mélange, principalement en le trompant sur la température de l'air ou du moteur (par action sur les capteurs de température). Mais à mon avis, si ces méthodes marchent bien à régime moteur constant (vitesse stable), rien ne garantis que le calculateur tienne compte de ces informations lors des accélérations (en général, par soucis de rapidité de réaction, le calculateur utilise ses tables d'injection calculé pour du SP95) d'où un risque d'un mélange trop pauvre.

Pour moi, la meilleur méthode pour garantir un fonctionnement correcte à tous les régimes est la solution utilisée par les boitiers Flexfuel du commerce, celle d'un boitier électronique inséré entre le calculateur et les injecteurs, destiné à augmenter le temps d'ouverture des injecteurs de 30%.

La réalisation d'un tel boitier sera décris dans l'article suivant. Ce boitier sera réglable selon que l'on roule à 100% d'E85 ou à 50% voir au SP95, il pourra assurer le démarrage par temps froid ( les démarrage par temps froid sont plus difficile à cause du point éclaire de l'éthanol qui est de 15°C par rapport au SP95 qui est de -40°C).