Gaz naturel pour véhicules

Le gaz naturel utilisé comme carburant pour véhicules (GNV) a un pouvoir calorifique moyen de 10,5 kWh/Nm³ avec un indice d'octane de 125 à 130[12]. Un réservoir de 80 litres de gaz comprimé à 20 MPa contient 20 Nm³ de gaz[12].

Le biogaz issu de la fermentation de matière (déchets...) organiques est utilisé comme carburant (biométhane carburant) sous deux formes : GNC (comprimé à 20 MPa, soit 200 bars) ou GNL (liquéfiée à −163 °C)[12].
La combustion du gaz naturel est bien plus propre (chimiquement parlant) que celle des carburants classiques (CO₂ : -25 % par rapport à l’essence, pas de particules, oxydes d’azote : -80 %) et les moteurs fonctionnant au GNV sont plus silencieux. Le GNV peut être utilisé, moyennant des adaptations légères, dans des moteurs essence ou Diesel. Ainsi, en Europe, la gamme des véhicules roulant au GNV couvre les véhicules légers, les utilitaires légers, les engins spéciaux et de propreté, les camions, les bus et les bennes à ordures ménagères. L’autonomie des véhicules équipés de motorisations au gaz naturel est conforme à l’ensemble des usages de mobilité urbaine, interurbaine et longue distance. Cette autonomie s’étend de 300-400 km pour les VL au GNC à 1 000 km pour les poids lourds au GNL.

Pour le producteur, le GNV présente aussi l'intérêt de permettre une consommation régulière toute l'année, alors que la demande de gaz de chauffage est surtout hivernale[13]. Il doit cependant se former à la gestion du risque[12].

Par rapport au diesel et à l'essence, le gaz naturel véhicule (GNV) permet de réduire les émissions d'oxydes d'azote de 30 % à 70 %, les particules fines de 90 %, selon l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe). Pour les gaz à effet de serre, le gain peut atteindre 15 % par rapport au gazole, selon l'Association française du GNV. Ce carburant paraît particulièrement adapté au secteur du transport routier, car l'électrique est « incompatible avec les contraintes de la quasi-totalité des flux de marchandises », selon la Fédération nationale du transport routier (FNTR), qui estime qu'en l'état actuel de la technologie, un véhicule de 44 tonnes requerrait des batteries de plus de 20 tonnes. De plus, le gouvernement a gelé la taxe carbone jusqu'en 2022 pour le GNV, alors qu'elle augmente chaque année pour les carburants issus du pétrole. Mais l'autonomie des véhicules roulant au GNV est limitée à 500 km, deux fois moins que pour les camions au gazole, et le coût des véhicules est plus élevé de 20 % à 30 %. L'association française du GNV prévoit que 20 % des nouvelles immatriculations de camions en France rouleront au gaz en 2022, et la moitié en 2030[14].

Le gaz naturel en tant que combustible gazeux est considéré comme plus sûr que l'hydrogène en raison d'une plus faible inflammabilité, de sa faible corrosivité et de sa meilleure étanchéité en raison de son poids moléculaire plus important et de sa taille, ce qui se traduit par des solutions matérielles moins coûteuses basées sur des technologies éprouvées.

Le gaz naturel comprimé exige une plus grande quantité d'espace de stockage que l'essence et que le GPL. Vu qu'il s'agit d'un gaz comprimé, plutôt que d'un liquide, le GNV prend plus de place par « litre d'essence équivalent » (LEE). Donc, un réservoir pour stocker le GNV prend généralement une place supplémentaire dans le coffre d'une voiture, ou sur le plateau d'une camionnette. Ce problème est résolu lors de la construction en usine de certains véhicules au GNV par l’installation du réservoir sous la carrosserie, grâce à une disposition plus rationnelle des composants, laissant le coffre vide (par exemple, la Fiat Panda II, la Fiat Multipla, l'Opel Zafira Opel Zafira, la Volkswagen eco up Volkswagen up!, la Volkswagen Caddy EcoFuel, le Chevy taxi (vendus dans des pays comme le Pérou), etc.). Mais les véhicules GNV sont considérés comme aussi sûrs que ceux à l'essence[15] - [16] - [17].

Le gaz naturel est l'une des énergies fossiles responsables de 90 % des émissions de CO₂ et de 70 % de celles de l'ensemble des gaz à effet de serre[18]. Les voitures au GNV permettent une réduction de 25 % des émissions par rapport à une voiture à pétrole mais c'est nettement moins que les voitures électriques qui permettent de réduire les émissions de 77 % en France et 63 % en Europe[18].

Les voitures GNV disponibles en Europe sont des véhicules bi-carburés, mais brûlant un seul combustible à la fois. Elles disposent d'un moteur à explosion à allumage commandé fonctionnant également à l'essence. Cela signifie qu'ils peuvent fonctionner indifféremment soit à l'essence, soit au GNV provenant d'une bouteille dans le coffre. Le conducteur choisit le carburant à utiliser par le biais d'un interrupteur au tableau de bord.

Les voitures vendues en Europe sont des voitures bi-carburant. Mais la taille du réservoir pour essence varie selon les modèles.

Tout véhicule à essence peut être converti à la bi-carburation essence-GNV. Les magasins autorisés peuvent faire la mise à niveau qui implique l'installation d'un réservoir GNV dans le coffre, de la tuyauterie, d'un système d'injection de gaz naturel, et de l'électronique. Outre la réduction des coûts de consommation et de notre dépendance vis-à-vis des pays producteurs de pétrole, un avantage majeur des véhicules GNVC est de réduire la pollution[19].

Le gaz naturel est à ce jour le carburant alternatif non-dérivé du diesel le plus répandu pour la propulsion des autobus. Il est utilisé sous sa forme compressée (GNC).

L'utilisation de ce type de carburant a longtemps été interdite en France puis retardée à cause de la puissance limitée des moteurs. La première utilisation pratique sur un véhicule lourd du moteur conçu par FPT Industrial, le CURSOR C8 NP, est le fait du constructeur de poids-lourds IVECO, filiale du groupe Fiat S.p.A., en septembre 2014 avec son nouveau modèle Stralis 330 NP.

Lancé en octobre 2017, le nouveau Stralis 460 NP a démontré une autonomie record lors d'un essai grandeur nature à l'automne 2018, entre Londres et Madrid, soit 1.728 km parcourus en deux jours et demi sans refaire le plein[20].

IVECO révèle fin novembre 2018 une nouvelle version de ce moteur C13 500NP EVO dont la puissance est portée à 500 Ch DIN[21].

Des locomotives GNV sont exploitées par plusieurs compagnies chemins de fer. Le chemin de fer touristique de la Napa Valley a adapté avec succès avant 2002 une locomotive diesel pour fonctionner au gaz naturel comprimé[22]. Cette locomotive a été améliorée par un système d'injection à commande électronique en mai 2008, et est maintenant la locomotive principale de son circuit[23]. Ferrocarril Central Andino, au Pérou, exploite une locomotive de fret au GNV depuis 2005. Les locomotives GNV sont généralement des locomotives diesel-électrique transformées pour utiliser un générateur au GNV au lieu du générateurs diesel qui produit l'électricité qui alimente le moteur du train. Certaines locomotives GNV sont en mesure d'actionner le générateur seulement lors d'une demande de puissance, ce qui, en théorie, leur donne une plus grande efficacité énergétique qu'un moteur diesel.

Le Canada est un grand producteur de gaz naturel, de sorte qu'il en résulte que le GNV est utilisé au Canada comme un carburant économique. L'industrie canadienne a mis au point des moteurs de camions et d'autobus alimentés au GNV[28] - [29]. Les stations services proposant à la fois GNV et propane ne sont pas difficiles à trouver dans les grandes villes.

Aux États-Unis, des déductions d'impôt fédéral sont disponibles pour l'achat d'un nouveau véhicule GNV. L'utilisation de ce carburant varie d'un État à l'autre. En Californie, le GNV est largement utilisé par les véhicules de municipalités et des comtés, ainsi que les transports publics (autobus citadins / scolaires), et la Californie du Sud compte à elle seule 90 stations-service publiques. Bien que le prix du gaz naturel soit en hausse, le gaz naturel comprimé est disponible à 30-60 % de moins que le prix de l'essence, moyenne constatée, dans une grande partie de la Californie. L’utilisation personnelle du GNV est un petit marché de niche actuellement, bien qu'avec les incitations fiscales et un nombre croissant de stations-service, il connaisse une croissance sans précédent. L'État de l'Utah offre un réseau de stations-service subventionné par l'État, vendant le GNV au prix de 0,85 $/gge (gazoline gallon équivalent)[30], alors que l'essence est au-dessus de 4,00 $ par gallon (1,00 $/litre). Ailleurs dans le pays, le prix au détail moyen est d'environ 2,50 $/gge (0,66 $/lee), avec le ravitaillement domestique aux alentours de 1,50 $/gge (0,54 $/lee). À part les véhicules transformés, et les véhicules revendus d'occasion par les services publics, le seul véhicule GNV produit actuellement aux États-Unis est la berline Honda Civic GX, en production limitée et seulement disponible dans quelques États.

Une initiative, connue sous le nom du « plan Pickens », qui appelle à l'accroissement d'usage du GNV comme combustible pour véhicules lourds, a été récemment lancée par l'entrepreneur pétrolier T. Boone Pickens. En 2008, les électeurs de Californie ont rejeté, par une importante majorité (59,8 % à 40,2 %), une mesure de 5 milliards de dollars d'obligations qui, entre autres, aurait offert des remises pour l'achat de véhicules GNV.

Le parlement américain a encouragé la transformation des véhicules au GNV par des déductions d'impôt à hauteur de 50 % du coût de l’adaptation de l’auto et de la station d'approvisionnement domestique. Cependant, alors que le GNV est un combustible beaucoup plus propre, la transformation nécessite un certificat de l'Agence de protection de l'environnement (EPA) (équivalent au certificat des mines en France). Le non-respect des exigences d'un certificat de ce type peut coûter jusqu'à 50 000 $.

En Allemagne, la production de véhicules GNV est supposée s'accroître de deux millions d'unités de transport à moteur d'ici l'an 2020. Le coût du carburant GNV va du tiers à la moitié des autres combustibles fossiles en Europe. En 2008, il existe environ 800 stations-service GNV en Allemagne.

Pour les particuliers, il existe plusieurs possibilités. Le réseau de stations service de GNVERT[31], filiale de Engie Cofely, permet aux particuliers de faire le plein de GNV dans les villes françaises. D'autres stations sont aussi développées par d'autres opérateurs (Total, Air Liquide etc.). Il est aussi possible d'établir des conventions de distribution auprès des stations de flottes de captives GDF ou autres (bus de ville, par exemple).

Le GNV est, comme tout autre carburant, soumis en France à la taxe intérieure de consommation sur les produits énergétiques (TICPE), au taux de 8,60 c€ par mètre cube normalisé[32].

L'utilisation d'un compresseur de gaz naturel[33] destiné à être utilisé comme carburant nécessite une autorisation délivrée par la direction générale des douanes et droits indirects.

GDF Suez proposait à ses clients particuliers ayant une maison reliée au réseau gaz avec garage ou un jardin privé (condition réglementaire), d'installer une station de remplissage domestique qui permet de faire le plein chez soi[34]. Cette offre est aujourd'hui arrêtée pour les particuliers.

Les voitures et utilitaires GNV disponibles en France sont en majorité des véhicules à moteur bi-carburation gaz naturel/essence. L'autonomie en essence permet de compenser la faible densité de points de remplissage publics GNV en France. En Suisse, il est possible de convertir un véhicule essence à la bi-carburation GNV/essence. En France, la « deuxième monte » est découragée par les fournisseurs et l'État. Plusieurs constructeurs européens proposent des motorisations bi-carburation GNV/essence à leur gamme.

L'administration française a mis en place une variété de subventions ou d'incitations fiscales pour les entreprises ou les particuliers en faveur des véhicules GNV, qui sont des véhicules propres. Les collectivités territoriales en France ont quant à elles obligation d'acquérir 20 % de véhicules propres lors du renouvellement de leur parc automobile.

Le nombre d'immatriculations de véhicules GNV de plus de 3,5 tonnes devrait passer de moins de 300 en 2015 à 1 400 en 2017, selon l'Association française du gaz naturel véhicule (AFGNV). Le réseau de distribution se développe : 69 points d'avitaillement sont disponibles sur le territoire, dont 43 accessibles aux poids lourds, et l'AFGNV prévoit 125 stations en 2018 et un objectif de 250 en 2020. Les points d'avitaillement continuent d'ouvrir en 2021[35]. Produits en plus petites quantités, les véhicules GNV coûtent en moyenne 30 % plus cher qu'un diesel, mais le gaz carburant rejette 20 % de CO₂ en moins et il est 20 % moins cher à la pompe, étant soumis à une TICPE plus faible ; il permet une autonomie de 600 km[36].

La France compte moins de 90 points d'avitaillement en gaz carburant début 2018, selon GRTgaz, l'opérateur du réseau de transport gazier, auxquels s'ajoutent les points d'avitaillement privés (bus des collectivités locales, flottes d'entreprises). Mais GRTgaz prévoit 150 stations GNV fin 2018 et 460 dans cinq ans. Total, qui n'a que 8 stations, compte en ouvrir 25 par an, et Engie, numéro un avec près de 40 stations, prévoit une vingtaine d'ouvertures par an. Le marché du GNV s'adresse quasi exclusivement aux véhicules utilitaires : un peu plus de 16 000 véhicules roulent au gaz en France, dont 3 000 bus, des bennes à ordures, des camions et quelque 1 300 poids lourds[37].

L'Italie est actuellement le premier en Europe et détient la quatrième place dans le monde en nombre de véhicules GNV en circulation. Le pays a plus de 1173 stations-service GNV[38].

L'usage du méthane (GNV) pour les véhicules a débuté dans les années 1930 et a continué peu jusqu'aujourd'hui.

Il se produit actuellement (juin 2008) une grande expansion du marché du gaz naturel pour véhicules (GNV et GPL) causée par la hausse du prix de l'essence et par le besoin de réduire les émissions de polluants atmosphériques.

Avant 1995, la seule possibilité d'obtenir une voiture alimentée au GNV était l'installation d'un kit sur un véhicule classique. Les fabricants étaient Bigas, Landi Renzo, OMVL, Prins Autogassystemen et Tartarini Auto, presque tous utilisaient les pièces électroniques de chez AEB.

Landi Renzo et Tartarini ont des filiales qui vendent des véhicules en Asie et en Amérique du Sud.

Depuis 1995, des voitures bi-carburées (essence / GNV) sont disponibles chez plusieurs grands fabricants. Actuellement, Citroën, Fiat, Mercedes, Opel,Renault, Volkswagen et Volvo vendent divers modèles de voitures et petits camions essence/GNV. En fait, les pièces GNVC utilisées par les grands constructeurs automobiles sont effectivement celles produites par les fabricants des kits, comme le cas de Fiat qui utilise les composants Tartarini, Volkswagen ceux de Teleflex GFI et de Landi Renzo.

Le Portugal a 4 stations-service GNV, mais 3 d'entre elles ne vendent pas au public. Seulement à Braga, on peut le trouver à la station de bus de la ville (TUB).

En Turquie, Ankara a 1 050 autobus au GNV.

Réservoirs de gaz dans une voiture.

Station GNV à Rosario, Argentine.

L'Argentine et le Brésil sont les deux pays avec les plus grandes flottes de véhicules GNV. L’adaptation a été facilitée par un grand écart de prix avec les combustibles liquides. Le matériel de transformation est produit localement et l’infrastructure pour le GNV s'étend. Un « réseau-bleu » des stations GNV sur les principales autoroutes du Cône Sud (notamment le Chili et la Bolivie) est en cours de développement pour approvisionner le transport à longue distance.

Radio Taxi GNV à New Delhi, Inde

Un des nombreux autorickshaws au GNV à New Delhi, Delhi.

Un bus Volvo B10BLE GNV, exploité par SBS Transit à Singapour.

Le GNV est devenu l'une des principales sources de combustible des moteurs de voiture en Iran, au Pakistan, au Bangladesh et en Inde. En Inde, l'usage du GNV est mandaté pour le système de transport public de New Delhi, ainsi que pour la ville d'Ahmedabad, dans l'État du Gujarat. La Delhi Transport Corporation exploite la plus grande flotte de bus GNV au monde. Aujourd'hui, de nombreux rickshaws ainsi que les véhicules personnels en Inde et au Bangladesh sont en cours d’adaptation à la technologie GNV, dont le coût est de l'ordre de 800 à 1 000 $. Dans la capitale du Bangladesh, Dacca, pas un seul rickshaw sans GNV n’est autorisé depuis 2003.

En Iran, quelque 650 000 véhicules ont été adaptés à la bicarburation depuis 2007, soit à la fabrication en usine, soit dans des ateliers spécialisés. Il y a près de 400 stations de ravitaillement opérationnelles dans tout le pays et des plans pour élargir le réseau à plus de 800 stations. Il existe aussi un mandat du gouvernement pour que 60 % des voitures produites localement soient équipées du système à double carburation.

Au Moyen-Orient et en Afrique, l'Égypte est un dix premiers pays dans le monde avec plus de 63 000 véhicules GNV et 95 stations-service. L'Égypte fut également le premier pays en Afrique et au Moyen-Orient à ouvrir une station service de GNV en janvier 1996[39].

Au Pakistan, la majorité des véhicules privés sont adaptés au GNV en raison du prix de l'essence. Désormais, seules les voitures de luxe et les véhicules officiels fonctionnent à l'essence. Toutefois, en raison d'un mauvais contrôle de qualité, des accidents d'explosion de réservoirs non conformes aux normes se sont produits, sans que de tels accidents soient fréquents.

À Singapour, le GNV est de plus en plus utilisé dans le transport public et les taxis, de même que pour le transport de marchandises. Toutefois, selon « Channel NewsAsia » le 18 avril 2008, de plus en plus de propriétaires de voitures privées dans ce pays font convertir leurs véhicules à la bicarburation — sans doute motivés par l'escalade du prix de l'essence. Le coût initial de la transformation d'une voiture ordinaire à bi-carburant dans l'atelier de conversion allemand de C. Melchers-Galileo, par exemple, est d'environ 4 000 S$ (2 300 USD), projetant la promesse de véritables économies de coûts du la solution bi-carburant à long terme.

Singapour a pour le moment trois stations-service de gaz naturel. SembCorp Gas Pte Ltd gère la station sur l'île Jurong, et, conjointement avec Singapore Petroleum Company, celle à Jalan Buroh. Ces deux stations sont situées dans la partie ouest de l'île. Une autre station se trouve à Mandai Link au nord et est gérée par SMART Energy. SMART planifie une deuxième station sur l'avenue Serangoon North 5, qui entrera en service à la deuxième moitié de 2008 ; deux autres aussi : à Jalan Bukit Merah et à Bedok, dans le centre et à l'est de l'île.

En tant que principale motivation pour l'usage de cet éco-carburant, Singapour a la Remise pour les Véhicules Verts (Green Vehicle Rebate, GVR) pour les utilisateurs de technologie GNV. Mise en place en janvier 2001, la GVR accorde un rabais de 40 % sur la valeur sur le marché libre (Open market value, OMV) de véhicules particuliers verts nouvellement inscrits.

En Malaisie, l'usage du GNV a été initialement introduit pour les taxis et les navettes de l'aéroport au cours de la fin des années 1990. Des taxis neufs à moteur GNV furent lancés, tandis que les opérateurs de taxi étaient encouragés à effectuer la transformation complète du moteur de leurs taxis. L’utilisation du GNV est restée confinée en grande partie aux taxis, en raison d'un manque d'intérêt, et se situe principalement dans la vallée de Klang et à Penang. Pas d'encouragements furent proposées, sauf aux propriétaires de taxi, tandis que des subventions venant de l'État sur l'essence et le diesel ont rendu les véhicules conventionnels moins cher à utiliser aux yeux des consommateurs. Petronas, la compagnie pétrolière nationale, détient aussi le monopole du gaz naturel destiné aux usagers de la route. En juillet 2008, Petronas ne fait fonctionner que près de 150 stations-service GNV, dont la plupart sont concentrés dans la vallée de Klang. En même temps, une autre cinquantaine est attendue d'ici la fin de 2008.

Comme les subventions sur les combustibles ont été progressivement supprimées en Malaisie à partir du 5 juin 2008, la hausse de 41 % du prix de l'essence et du diesel a conduit à une croissance de l'ordre de 500 % du nombre de nouveaux réservoirs de GNV installés. Le constructeur automobile national Proton a contemplé la montée du kit GNV de Prins Autogassystemen dans ses modèles Waja, Saga et Persona, d'ici la fin de 2008, tandis qu’un concessionnaire local de voitures Hyundai assemblées localement offre les derniers modèles pré-équipés. Les centres de conversion, qui ont également profité de la ruée à la baisse des coûts d'exploitation, effectuent aussi des conversions partielles sur les véhicules routiers, leur offrant la bi-carburation à un coût variant entre 3 500 et 5 000 RM pour les voitures particulières.

En Chine, des entreprises telles que Sino-Energy s'attellent au développement du réseau de stations GNV dans les villes de taille moyenne de l'intérieur du pays, où au moins deux gazoducs sont opérationnels. Le pays est passé en 10 ans (2009-2019) de 450 000 à plus de 7 millions d'unités sur son territoire en devenant ainsi le leader mondial de la filière. La Chine est aussi le premier pays en termes de stations installées avec ¼ des stations sur son territoire (sur les 32 500 installées mondialement). Depuis 2015, le parc GNV national croit en moyenne d'un million de véhicules annuellement. Ce parc GNV représente 3% du parc automobile chinois, première demande mondiale de véhicules.

Au cours des années 1970 et 1980, dans le sillage de la crise pétrolière, l'usage du GNV fut courant en Nouvelle-Zélande, mais est tombé en déclin après que le prix de l'essence ait redescendu.

Brisbane Transports et Transperth en Australie ont tous deux adopté une politique d'achat exclusif de bus GNV à l'avenir. Transperth est en train de se procurer 451 autobus Mercedes-Benz OC500LE et d'évaluer l’autobus articulé GNV de Scania. MAN. et Irisbus, tandis que Brisbane transports a fait l'acquisition de 216 Scania L94UB et 240 MAN modèles 18.310, ainsi que 30 autobus articulés MAN NG 313 GNV. La State Transit Authority of New South Wales (opérant sous le nom de Sydney Buses) exploite 102 bus Scania L113CRB, deux Mercedes-Benz O405, et 300 autobus Mercedes-Benz O405NH, et sont en train de prendre livraison de 255 Mercedes-Benz OC500LEs, conformes à la norme Euro 5. Dans les années 1990, Benders Busways de Geelong a testé des bus GNV pour la Energy Research and Development Corporation[40]. Martin Ferguson, Ollie Clark, et Noel Childs sont passés aux nouvelles télévisées de ABC 7:30 pour soulever la question du GNV comme option de carburant de transport négligée, en soulignant l'importance des volumes de GPL actuellement exportés de la North West Shelf en regard du coût de l'importation de pétrole brut en Australie. La possibilité et les voies de développement de l'industrie sont mises en correspondance d'une synthèse sur le site d'actualités de Rosetta Moon[41].

• Bouteille de gaz
• ISO 11439
• HCNG
• Gaz naturel comprimé (GNC)
• Gaz naturel liquéfié (GNL)
• Gaz de pétrole liquéfié (GPL)
• Pickens Plan (en)