Dossier: utilisation du superéthanol E85

Face à la hausse significative du prix de l’essence, le carburant E85, composé majoritairement d'éthanol, suscite un fort intérêt grâce à son prix au litre modéré et l’existence de solutions désormais homologuées en après-vente depuis fin 2017. De plus, l’E85 est disponible dans un nombre important de stations-service, ce qui permet réellement de le considérer comme une alternative sérieuse aux carburants sans plomb classiques.

Composition de l’E85

L’E85 est constitué d’un mélange d’éthanol et d’essence sans plomb (généralement d'indice d'octane 95). Si l’éthanol, utilisé en tant que carburant, est récent en Europe (proposé à la vente depuis 2007 en France), c’est un carburant qui a été généralisé au Brésil au lendemain de la crise pétrolière de 1973.

L’éthanol est un carburant d’origine végétale (au contraire de l’essence sans plomb d’origine fossile) produit à base de betteraves et de céréales (en Europe). Il est produit à partir de la fermentation puis la distillation du sucre extrait de ces végétaux. Au Brésil, l’éthanol est issu de la culture de la canne à sucre.

L’éthanol aurait pu être popularisé mondialement dans les années 1920. A cette époque, les constructeurs américains cherchaient à améliorer le fonctionnement de leurs moteurs, très sensibles au cliquetis. Ces derniers conclurent assez rapidement que le facteur principal de ce phénomène était la qualité de l’essence, en particulier à cause d'un faible indice d’octane.

Grâce à son indice d'octane élevé, l’éthanol fut un candiat sérieux pour améliorer les aptitudes de l'essence. Néanmoins, c’est finalement le carburant au plomb qui s’imposera jusqu’en 1985 aux Etats-Unis et jusqu’à la fin des années 1990 en Europe (lire « l’histoire secrète du plomb » écrit par Jamie Lincoln Kitman et publié en 2005 pour plus d’informations à ce sujet).

Selon les saisons, la proportion d’éthanol dans l’E85 varie :

• En été (début mai à fin septembre) : entre 75% et 85%
• En hiver (mi-novembre à mi-mars) : entre 65% et 75%
• Durant l’intersaison (mi-mars à fin avril et début octobre à mi-novembre) : entre 70% et 80%

Cette proportion est fixée par arrêté ministériel (arrêté du 28 décembre 2006 relatif aux caractéristiques du superéthanol publié au Journal Officiel du 12 janvier 2007).

Le prix au litre de l’E85 est très avantageux par rapport au SP95 / SP95-E10. Pour un litre de super 95 vendu 1.50 €/L, un litre d’E85 ne coûte que 70 centimes. Cette différence significative est due au fait que le bioéthanol bénéficie d’une fiscalité allégée par rapport aux autres carburant.

Si l’E85 est plus cher à produire que de l’essence sans plomb (une quinzaine de centimes de différence par litre au bénéfice de l’essence sans plomb), il bénéficie d’une taxe sur les produits pétroliers (TICPE) beaucoup plus faible. En 2018, la TICPE atteint 11,83 centimes d’euros par litre pour l’E85 contre 68,29 centimes pour l’essence sans plomb. A cela s’ajoute la TVA à un taux de 20% qui amplifie l’écart de prix.

Que change l'E85 dans le fonctionnement du moteur?

L'E85 a des caractéristiques sensiblement différentes de l'essence sans plomb qui influent sur les paramètres de fonctionnement moteur:

Etant donné que le rapport stoechiométrique (rapport entre la masse d'air présente dans le cylindre et la quantité de carburant injectée dans le cylindre) de l'E85 (9,8) est plus faible que celui de l'essence (14,7), il est nécessaire, lorsque le moteur fonctionne avec de l'E85, d'injecter plus de carburant pour éviter que le moteur ne fonctionne en mélange pauvre. 

Le calculateur moteur analyse en continu les données transmises par les sondes lambda. Ces dernières évaluent si le moteur fonctionne en mélange pauvre (pas assez de carburant injecté par rapport à l'air admis dans le cylindre) ou en mélange riche selon la quantité d'oxygène présente dans les gaz d'échappement.

En fonction de cette information, le calculateur moteur ajuste le temps d'injection (et donc la quantité de carburant injectée dans les cylindres) en conséquence pour obtenir un mélange légèrement riche, proche des conditions stoechiométriques, ce qui garantit une bonne combustion et une dépollution optimale des gaz d'échappement.

En utilisant de l’E85, le calculateur moteur va recevoir l'information des sondes lambda que le mélange air/carburant devient pauvre. Le calculateur va donc chercher à augmenter la quantité de carburant injectée en augmentant le temps d'injection.

Il est capital pour le moteur de ne pas fonctionner continuellement en mélange pauvre (excès d'air) car, dans ce cas-là, la température des gaz pourrait augmenter significativement (jusqu’à 100 °C en plus dans les cas les plus défavorables) et endommager irrémédiablement le moteur.

A l'inverse, si le conducteur remplit son réservoir de super sans plomb après un plein d'E85, il est important que le calculateur moteur réduise le temps d'injection afin de ne pas fonctionner en mélange riche (trop de carburant injecté par rapport à la quantité d'air admise). Si ce mode de fonctionnement n'est pas dommageable pour le moteur, il induit en revanche une surconsommation significative et un mauvais traitement des émissions de gaz polluants.

Considérant que le pouvoir calorifique (PCI) de l’E85 est environ 33% plus faible que celui de l’essence sans plomb, la combustion d'E85 dégage une quantité similaire d'énergie à la combustion de super sans plomb lorsque l'un et l'autre carburant fonctionnent en conditions stoechiométriques.

Exemple pour un moteur de 4 cylindres de 2.0l de cylindrée:

Enfin, la pression de vapeur saturante est plus faible dans le cas de l’E85: l’E85 est sensiblement plus difficile à vaporiser que l’essence sans plomb, ce qui peut être un problème à basse température pour le démarrage du véhicule. Il faut donc temporairement injecter plus d'E85 dans ces conditions pour s'assurer de pouvoir démarrer son véhicule dans de bonnes conditions.

Tout comme l'essence, la pression de vapeur saturante varie pour l'E85 selon la saison à laquelle le carburant est distribué. En hiver, l'augmentation de la pression permet de faciliter les démarrages à froid (le carburant est plus volatile). En été, il est nécessaire de limiter la pression de vapeur saturante afin de limiter la volatilité du carburant. Une forte volatilité entraîne la formation de composés organiques volatiles (COV), contribuant fortement à la formation du smog (brouillard) en milieu urbain sous l'effet du rayonnement solaire. 

Bilan écologique de l'E85

L’E85 est considéré comme un biocarburant (il est souvent plutôt qualifié d’agrocarburant, ceci afin d’éviter l’assimilation avec la filière agriculture biologique), c’est-à-dire un carburant à faible émissions de CO₂, dans le sens où la quantité de dioxyde de carbone rejetée par le moteur correspond en partie à la quantité de CO₂ absorbée par les végétaux lors de leur culture.

Selon une étude relayée par l’ONG Transport et Environnement en 2016 (lire Globiom : the basis for biofuel policy post-2020), en considérant le CO₂ ingéré par la culture des végétaux durant leur cycle de vie, l’éthanol pur diminue les émissions de CO₂ de l’ordre de 35%. Lorsqu’on prend en compte le fait que l’éthanol est présent dans l’E85 entre 65% et 85% et la surconsommation de carburant par rapport à l’essence sans-plomb, il en résulte que l’utilisation d’E85 permet encore de réduire de plus de 20% les émissions de CO₂ par rapport à l’essence sans-plomb.

Néanmoins, il n’est pas question de remplacer l’essence sans-plomb par l’E85. Les matières premières nécessaires à la production d’éthanol rentreraient alors directement en concurrence avec la production de denrées alimentaires en Europe (selon les estimations, les surfaces agricoles consacrées à la production de biocarburant représenteraient entre 1% et 5% de la surface agricole utile en France en 2017). C’est d’ailleurs une problématique à laquelle doit faire face le Brésil.

Pour éviter cela et développer la filière des agrocarburants, il est alors nécessaire de considérer les biocarburants dits de deuxième génération. Avec cette filière, l’éthanol sera produit à partir de résidus agricoles (copeaux de bois, paille, tige de maïs,…) et ne devrait plus entrer en concurrence avec l’agriculture alimentaire. Toutefois, les carburants de deuxième génération ne sont pas encore compétitifs en matière de coûts: la transformation des matières premières en sucre reste très coûteuse.

Compatibilité des véhicules

Il existe principalement quatre moyens pour pouvoir utiliser de l’E85:

• Acquérir un véhicule neuf homologué flexfuel (autrement dénommé véhicule à carburant modulable)
• Ajouter un dispositif de conversion (boîtier additionnel)
• Ne pas modifier son véhicule
• Reprogrammer le calculateur du moteur

Parmi ces quatre méthodes, seules deux solutions sont homologuées:

• Achat d’un véhicule neuf homologué pour l’utilisation de l’E85
• Ajout d’un dispositif de conversion E85

Faible jusqu’en 2015, l’offre en matière de véhicules neufs à carburant modulable est désormais réduite à néant en France. De fait, l’homologation d’un tel véhicule est plus lourde que celle des véhicules à carburant unique: le véhicule doit être évalué avec chacun des carburants en matière d'émissions, outre le fait que le constructeur doit développer une calibration moteur spécifique pour un marché jugé, jusqu'à présent, restreint.

Dans le cas d’un dispositif de conversion, l'arrêté du 30 novembre 2017 permet une homologation d'un véhicule par l’entremise d’un agrément de prototype. Il s’agit d’un type d’agrément facilitant la mise aux normes de véhicules modifiés en après-vente.

Pour pouvoir obtenir une homologation selon cet arrêté, un véhicule doit répondre aux critères suivants:

• La puissance fiscale est inférieure ou égale à 14 CV (*)
• Le véhicule est déjà immatriculé avec ses plaques définitives
• Le véhicule est homologué au minimum selon la norme Euro 3
• Le véhicule n'est pas équipé d’un filtre à particules (*)
• Le véhicule est compatible avec le SP95-E10

(*) selon un décret paru au Journal Officiel du 5 mars 2021, la condition sur puissance fiscale maximale et la condition sur l'absence de filtre à particules seront supprimées à partir du 1er avril 2021.

Les véhicules hybrides sont aussi éligibles à cette homologation si leur moteur thermique répond aux critères précités.

Selon toute vraisemblance, les conditions requises pour obtenir l'agrément de prototype pourraient s'alléger courant 2021 par l'entremise d'un nouvel arrêté ministériel : il n'y aurait plus de limitation sur la puissance fiscale et les véhicules équipés de filtres à particules pourraient aussi bénéficier de l'agrément.

Le fabricant du dispositif de conversion doit garantir les points suivants :

• Le boîtier est installé par un professionnel habilité par le fabricant du boîtier de conversion E85 (à ce sujet, le fabricant doit fournir aux autorités une procédure d’habilitation et l’habilitation doit être renouvelée au minimum tous les 3 ans)
• Le témoin moteur du tableau de bord ne doit pas s’allumer après l'installation du boîtier
• Les valeurs limites d’émissions de gaz polluants doivent être respectées indépendamment du carburant utilisé (à ce sujet, le fabricant du boîtier doit présenter un véhicule équipé du boîtier de conversion et réaliser plusieurs cycles NEDC auprès d’un organisme habilité tel que l’UTAC)
• L’intégrité du moteur et des systèmes de dépollution est préservée et le fabricant doit assumer la responsabilité d’une détérioration éventuelle de ces organes due à l’installation du boîtier (le fabricant a donc l’obligation garantir les éventuels pannes moteur ou des systèmes de dépollution, s’il est reconnu que cette panne a été causée par le dispositif de conversion)
• Le dispositif doit satisfaire aux normes de compatibilité électromagnétique pour ne pas perturber les autres composants électroniques présents dans le compartiment moteur

L’homologation du dispositif se fait par catégorie de véhicules, en fonction de leur puissance administrative (inférieure ou égale à 7 chevaux / entre 8 et 14 chevaux), de leur norme d’émissions (Euro 3 ou Euro 4 / Euro 5 ou Euro 6) et de leur type d’injection (directe ou indirecte) pour un total de 8 catégories. Pour chaque catégorie où il souhaite obtenir l'homologation du dispositif, le fabricant du dispositif doit, en particulier, réaliser des tests d'émissions.

Les véhicules dits flexfuel ou à carburant modulable, qu’ils soient homologués par le constructeur ou homologués en après-vente par l’ajout d’un dispositif, sont capables de fonctionner avec n’importe quel type d’essence (SP95, SP95-E10, SP98 et E85). Aucune intervention de la part du conducteur n’est requise lorsque ce dernier remplit son réservoir de l’un ou l’autre carburant: le calculateur moteur (ou le dispositif de conversion le cas échéant) va automatiquement adapter les paramètres moteur.

Véhicule à carburant modulable (FlexFuel)

Lorsqu’un constructeur propose un véhicule homologué, ce dernier bénéficie d’une calibration moteur spécifique pour adapter le mode de fonctionnement du moteur en fonction du carburant présent dans le réservoir. Selon les constructeurs, il peut y avoir différentes stratégies pour évaluer le pourcentage d’éthanol présent dans le carburant:

• Méthode logicielle en continu (en fonction des données recueillies en continu par les sondes lambda, le calculateur ajuste en conséquence l’avance à l’allumage et la quantité de carburant injectée)
• Méthode logicielle discrète (lorsque le calculateur détecte qu’un appoint de carburant a été fait, il lance une procédure de reconnaissance du carburant en se basant, là aussi, sur les données des sondes lambda pour déterminer les paramètres moteurs à appliquer jusqu’au prochain appoint de carburant)
• Capteur d’éthanol

En règle générale, les véhicules homologués Flexfuel n’ont pas besoin de composants spécifiques pour être compatible avec l’E85. C’est, par exemple, le cas du Ford 1.6l Ecoboost dont la version Flexfuel ne différait de la version classique que par une calibration moteur adaptée.

Dispositifs de conversion E85

Les dispositifs de conversion se matérialisent par des boîtiers électroniques montés dans le compartiment moteur. Ces derniers vont intercepter les signaux en provenance du calculateur moteur vers les injecteurs. Ainsi, ils ne modifient en rien la programmation du calculateur moteur. Les dispositifs de conversion vont agir sur le temps d’injection pour pouvoir injecter plus de carburant lorsque le moteur fonctionne avec de l'E85, afin de compenser le pouvoir calorifique et le rapport stoechiométrique plus faibles.

Le dispositif de conversion recueille le signal du temps d'injection en provenance du calculateur et, en fonction des variations ou non du temps d'injection entre chaque cycle, il va en déduire la composition du carburant et appliquer éventuellement une correction en conséquence (augmentation du temps d'injection en cas d'utilisation d'E85).

Par exemple, lorsque le boîtier détecte le calculateur augmente progressivement le temps d'injection (ce qui signifie que le calculateur aura reçu l'information des sondes lambda que le moteur fonctionne en mélange pauvre), il va en conclure que le carburant utilisé contient plus d'éthanol qu'auparavant et le boîtier va appliquer une correction supplémentaire par rapport au signal initial du calculateur pour augmenter d'autant plus la quantité de carburant injectée.

A l'inverse, si le calculateur commande une diminution des temps d'injection, le boîtier en déduira que la part d'éthanol dans le carburant diminue et stoppera alors d'appliquer une facteur de correction par rapport à ce que demande le calculateur moteur.

Le dispositif de conversion possède donc son propre algorithme pour déterminer le temps d’ouverture idéal des injecteurs en fonction des informations envoyées par le calculateur moteur. Cette méthodologie s’applique aussi bien aux moteurs à injection indirecte (monopoint ou multipoint) ainsi qu’aux moteurs à injection directe.

D’autre part, les dispositifs de conversion sont normalement munis d’un capteur de température interne. En fonction de la température relevée dans le boîtier et des dernières corrections apportées au temps d'injection, le dispositif va injecter temporairement plus de carburant lors d’un démarrage à froid lorsque la température extérieure est fraîche et que le carburant utilisé contient une part significative d'éthanol afin de pouvoir démarrer dès la première tentative.

Utilisation d’E85 dans un véhicule non homologué

Dans le cas où le conducteur se contente de faire le plein d’E85 sans aucune modification de son véhicule, le voyant moteur pourrait s’allumer rapidement avant éventuellement de mettre le moteur en sécurité. D’autre part, les démarrages à froid peuvent être difficiles, voire impossibles.

En utilisant de l’E85, le calculateur moteur va détecter que le mélange air/carburant devient pauvre. Le calculateur va donc chercher à augmenter la quantité de carburant injectée. Toutefois, si le temps d’injection nécessaire devient supérieur à la limite prédéfinie dans le calculateur par le constructeur, le calculateur va générer un code d'erreur.

Enfin, dans le cas de démarrage à froid, le calculateur moteur n’est pas programmé pour ce type de séquence avec l’E85, à savoir injecter une quantité de carburant significativement plus importante les premières secondes après un démarrage à froid.

Les moteurs dépourvus d’injection électronique (tels que les moteurs alimentés par des carburateurs) ne sont pas capables de fonctionner avec l’E85 car il n’y a pas de calculateur permettant d’ajuster le débit de carburant en fonction des autres paramètres moteur.

Le carburateur peut être modifié pour fonctionner avec de l’E85, mais l’utilisateur sera contraint de remplir son réservoir uniquement d’E85. Dans cette configuration, si le conducteur remplit son réservoir d’essence sans plomb, le moteur fonctionnera en mélange excessivement riche (surconsommation significative, émissions de gaz polluant supérieures aux normes).

Reprogrammation moteur

En théorie, une reprogrammation est le moyen qui permettrait d’exploiter au mieux les caractéristiques du moteur lorsqu’il fonctionne à l’E85 car de cette manière car il est possible de s’appuyer sur les données des sondes lambda pour évaluer avec plus de précision le contenu du réservoir et éventuellement modifier l’avance à l’allumage et non juste le temps d’ouverture des injecteurs.

Néanmoins, cette méthode peut s’avérer risquée (au même titre qu’une reprogrammation moteur pour gagner de la puissance du couple), notamment si la société qui procède à la programmation n’est pas familière avec le moteur. De plus, cette solution n’est pas homologuée en après-vente et il n’est pas prévu qu’elle le soit.

Solutions non homologuées : quels sont les risques?

• Risques mécaniques

Il est souvent reproché à l’éthanol d’être plus corrosif que l’essence, ce qui est vrai. Néanmoins, depuis la mise en place des normes Euro 3 (2000/2001), tous les véhicules neufs doivent être testés avec des carburants contenant jusqu’à 5% d’éthanol. Depuis l’application des normes Euro 6 (2014), les véhicules à moteur essence sont homologués avec le carburant SP95-E10, contenant jusqu’à 10% d’éthanol.

De ce fait, les composants en contact avec l’essence (réservoir, durites, composants moteur) sont déjà compatibles avec l’éthanol et ne risquent pas d’être altérés avec l’utilisation d’E85.

• Assurance du véhicule

Concernant l'assurance du véhicule, la plupart des compagnies d’assurances prennent en compte, sur la base d’un courrier, le fait que le véhicule a fait l’objet d’une modification pour accepter l'E85. Certaines compagnies proposent même une réduction de la prime d’assurances sans exiger que le dispositif de conversion soit homologué.

Si le changement n'est pas déclaré, l’utilisation d’une solution non homologuée pourrait faire l’objet d’un refus de prise en charge en cas de sinistre. Néanmoins, il faut voir que l’utilisation de l’éthanol ne modifie pas significativement les performances du véhicule et il sera difficile pour la compagnie d’assurances d’argumenter que la conversion d’un véhicule à l’E85 puisse être à l'origine d’un sinistre.

En cas de reprogrammation du calculateur moteur, la compagnie pourrait très bien estimer que la reprogrammation n’a pas servi uniquement à adapter les paramètres moteur pour fonctionner avec l’E85, mais que le conducteur aurait pu en profiter pour augmenter les performances du véhicule, ce qui pourrait générer des tensions supplémentaires en cas de litige.

• Contrôle technique

Au cours du contrôle technique, un véhicule fonctionnant avec de l’E85 peut faire l’objet d’une contre-visite dans le cas où le véhicule n’est pas homologué pour l’utilisation de ce carburant (mention FE au poste carburant sur la carte grise).

Le véhicule pourrait être recalé pour trois raisons: si un voyant moteur est allumé au tableau de bord, si le contrôleur détecte la présence d’un boîtier non homologué (ce qui peut arriver lorsque le contrôleur soulève le capot pour vérifier le numéro de châssis ou le niveau du liquide de frein par exemple) ou si les gaz d'échappement dépassent les valeurs limites d'émissions de monoxide de carbone ou de richesse (ce qui peut être notamment le cas avec l'utilisation d'E85 sans boîtier ou avec un boîtier de conversion mal réglé).

Dans les faits, il semble que peu ou pas de cas de contre-visites se soient réellement produits à cause de la présence d'un boîtier.

• Contrôle des forces de l’ordre

Au titre de l’article R322-8 du code de la route, l’ajout d’un boîtier ou la reprogrammation du moteur peut être sanctionné d’une amende de 4^ème classe (amende forfaitaire de 135€ pouvant être minorée à 90€) par la police ou la gendarmerie.

Dans le cas des autorités douanières, l’utilisation d’E85 pourrait être éventuellement sanctionnée dans le sens où ce carburant est, selon l’article 1 de l’arrêté du 28 février 2017, autorisé pour une utilisation dans les moteurs à allumage commandé adaptés à ce carburant.

Or, la notion de moteur adapté reste plutôt floue. On peut faire le parallèle avec l’usage de fioul domestique ou de gazole non routier dont l’utilisation est clairement définie pour certains types de moteur précisément listés et interdite pour tous autres moteurs (arrêté du 10 novembre 2011): ce n’est pas le cas pour l’utilisation du superéthanol, ce qui peut, dès lors, faire l’objet d’interprétation.

Crédits photos: FlexFuel Energy Development / Wikimedia Commons / Audi / Magneti Marelli / flickr / pxhere / Ford / Toyota / Peugeot / Volkswagen