GNL-Diesel : T&E a comparé les émissions de GES et de polluants de deux camions

Selon une étude comparative commandée par l'ONG Transport&Environment et réalisée en laboratoire sur deux camions Iveco, le GNL n'est pas forcément moins émetteur de gaz à effet de serre et de particules que le diesel. Cela dépend de la période considérée et du mode de conduite. En revanche, il émet moins de NOx.
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Transport&Environment Iveco GNL diesel

Rappelez-vous, la Commission européenne doit présenter d’ici fin 2021 une proposition de loi pour rendre plus strictes les normes d’émissions de polluants atmosphériques des véhicules, en prévision du passage à la norme Euro 7 / VII en 2025. Cette révision concerne notamment les poids lourds et l’une des alternatives au diesel pour les PL est le gaz naturel véhicule (GNV).

Dans ce contexte, l’ONG Transport & Environment (T&E) a voulu comparer les émissions de gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques entre un camion diesel et GNV (voir le rapport). Pour cela, elle a fait appel à l’association de recherche sur les moteurs à combustion et la thermodynamique (FVT) de l’université de technologie de Graz.

Cette dernière a réalisé une étude comparative de deux tracteurs semi-remorques de marque Iveco respectant la norme Euro VI D, un S-Way roulant au gaz naturel liquéfié (GNL) immatriculé en 2021 et un Stralis roulant au diesel immatriculé en 2019. Ceux-ci ont été loués auprès de deux transporteurs indépendants. « Les deux véhicules étant des camions de transport longue distance du même constructeur, la technologie du véhicule est similaire. Par conséquent, les différences dans le comportement des émissions peuvent être principalement liées aux différentes technologies de moteur », estime FVT.

En pratique, deux cycles d’essai sur bancs à rouleaux en laboratoire ont été effectués pour chaque véhicule, avec un démarrage à froid (voir les résultats des tests). Les essais n’ont pas été réalisés en conditions réelles de conduite « pour assurer une plus grande comparabilité » et pour « éliminer la variabilité » des conditions ambiantes telles que la température et l’humidité, argue T&E. A noter que FVT a également réalisé des tests sur route, mais leurs résultats n’ont pas été communiqués.

Le premier essai, dit test ISC, était basé sur un cycle d’essai de conformité en service (ISC) pour les camions long-courriers et couvrait la conduite en milieu urbain, rural et sur autoroute. Le second, dit test régional, était représentatif du cycle de livraison d’un supermarché régional et se basait sur un profil d’essai sur route. Durant ces essais, FVT a mesuré en continu les émissions à l’échappement de CO2 et de polluants,  à l’aide notamment d’un système portable de mesure des émissions (PEMS).

Des émissions de CO2 à l’usage réduites d’au moins 10 % en GNL par rapport au diesel, mais plus d’émissions de méthane

« Globalement, le camion GNL a émis moins de CO2 à l’échappement que le camion diesel sur les deux cycles d’essai », résume T&E. Le camion diesel a en effet émis 1 051 g/km lors du test ISC et 1 100 g/km lors du test régional, contre respectivement 925 g/km (- 11,9 %) et 984 g/km (- 10,6 %) pour le camion GNL.

En revanche, le camion GNL a émis plus de méthane (CH4), avec des émissions de 0,15 g/km lors du test ISC et de 0,31 g/km lors du test régional, contre moins de 0,001 g/km pour le camion diesel durant les deux cycles. En cause : le rejet de méthane non brûlé à l’échappement, en particulier lors du démarrage à froid. Une fois convertis, ces résultats restent inférieurs à la norme de 0,75 g/kWh applicable aux essais sur route, précise toutefois T&E.

Enfin, toujours à l’échappement, le camion diesel a émis plus de protoxyde d’azote (N2O) – un gaz à effet de serre non réglementé – à hauteur de 0,165 g/km lors du test ISC et de 0,307 g/km lors du test régional, contre respectivement 0,006 g/km et 0,015 g/km pour le camion GNL.

Méthane : le potentiel de réchauffement planétaire en question

L’organisme a ensuite additionné ces résultats en les exprimant en équivalent dioxyde de carbone (eq CO2), une unité créée par le GIEC à cet effet. En pratique, le GIEC considère qu’une tonne de méthane a un potentiel de réchauffement planétaire (PRP) 28 fois supérieur à celui d’une tonne de CO2 sur une période de 100 ans (période par défaut).

En conséquence, 1 t de méthane compte pour 28 t de CO2 lors du calcul du bilan des émissions de gaz à effet de serre (GES). Attention, cette équivalence varie selon la période considérée : sur un période de 20 ans, 1 t de méthane compte cette fois pour 84 t de CO2. En cause : une durée de vie plus courte (environ 12 ans) que celle du CO2, persistant dans l’atmosphère.

Valeurs des gaz à effet de serre en équivalent dioxyde de carbone (CO2e) en fonction de leur potentiel de réchauffement climatique (PRG)

Type de gaz à effet de serre PRP 20 ans PRP 100 ans
Dioxyde de carbone (CO2) 1 1
Méthane (CH4) 84 28
Protoxyde d’azote (N2O) 264 265
Source : Données T&E basées sur le cinquième rapport d’évaluation du GIEC.

Bilan : lors du test ISC, les émissions de GES du camion diesel s’élevaient à 1 094,5 g/km eqCO2, contre 975,3 g/km pour le camion GNL, soit – 10,9 %. Toutefois, cet écart chute à – 2,1 % si l’on effectue le bilan sur une période de 20 ans : les émissions du camion diesel restent stables (1 094,3 g/km) mais celles du camion GNL augmentent (1 071,7 g/km). Les résultats sont similaires pour le test régional : les émissions de GES du GNL sont inférieures de 11,7 % à celles du camion diesel sur une période de 100 ans, mais seulement de 2,3 % sur une période de 20 ans (voir le détail en fin d’article).

Des émissions de méthane hors échappement

À noter que du méthane est également émis hors échappement, signale T&E. Celui-ci peut provenir des soupapes de sécurité du réservoir de GNL, lors de l’évacuation du méthane évaporé mais aussi lors du ravitaillement. Par ailleurs, les opérations de maintenance nécessitent de vider les réservoirs, sans oublier les éventuelles fuites en station-service. T&E a estimé ces émissions supplémentaires pour le camion GNL.

Enfin, l’organisme a également estimé les émissions de GES des deux camions du puits au réservoir. Il s’est basé pour cela d’une part sur la consommation de carburant mesurée lors des tests, et d’autre part sur une étude du consortium JEC. Celui-ci a évalué la consommation d’énergie et les émissions de GES du puit à la roue de différents groupes motopropulseurs et filières de production de carburant dans le contexte européen. À noter que cette étude « ne tient pas compte des importations de GNL en provenance des États-Unis et de la Russie, généralement composées d’une plus grande part de gaz de schiste et sujettes à plus d’émissions fugitives de méthane », signale T&E, c’est-à-dire dont l’origine ou l’importance ne sont pas connues précisément.

Une estimation des émissions de GES du puits au réservoir

Au final, selon les estimations de T&E, les émissions du puit-au-réservoir étaient de 269 g/km éq CO2 sur un PRP de 100 ans pour le camion diesel lors du test ISC, contre 286 g/km pour le camion GNL. L’écart se creuse sur un PRP de 20 ans avec 291 g/km en diesel et 499 g/km en GNL. Même observations pour le test régional avec des émissions de 284 g/km sur 100 ans et de 307 g/km sur 20 ans pour le diesel, contre respectivement 307 g/km et 535 g/km pour le GNL.

« Les émissions du puits au réservoir du camion de GNL sont légèrement plus élevées en gCO2e/km que celles du camion diesel, et nettement plus élevées sur un horizon de 20 ans en raison de l’augmentation des fuites de méthane dues à l’extraction du gaz naturel et à la distribution intérieure du GNL par camion-citerne, ainsi qu’en raison de l’apport d’électricité pour le processus de liquéfaction provenant des centrales à gaz sur site », explique T&E.

Émissions de GES du puits à la roue : le GNL moins avantageux à court terme

T&E a pour finir additionner les résultats des tests et de ses estimations afin d’obtenir les émissions totales du puits à la roue des deux camions. Sur un PRP de 100 ans, le camion diesel a émis 1 363,3 g/km éq CO2 lors du test ISC et 1 465 g/km lors du test régional, contre respectivement 1 261 g/km (- 7,5 %) et 1 349,8 g/km (- 7,9 %) pour le camion GNL. « Le camion GNL testé a permis de réaliser des économies de gaz à effet de serre bien inférieures à celles annoncées par Iveco », constate T&E.

Plus surprenant, la situation s’inverse sur un PRP de 20 ans : le camion diesel a alors émis 1 384,9 g/km éq CO2 lors du test ISC et 1 488,2 g/km lors du test régional, contre respectivement 1 570,6 g/km (+ 13,4 %) et 1 689,6 g/km (+ 13,6 %) pour le camion GNL.

Polluants atmosphériques : des variations selon le mode de conduite

T&E s’est également intéressé aux émissions de polluants atmosphériques. Les émissions de particules en masse (PM) et en nombre (PN) ont été mesurées, avec des seuils à 23 nm, 10 nm et 4 nm. « Au cours des essais, le camion GNL a émis 1,2 à 3,4 fois plus de particules que le camion diesel sur tous les cycles d’essai, à l’exception du deuxième cycle régional où les émissions étaient 22 % inférieures à celles du camion diesel, résume T&E. Les performances du camion GNL ont été particulièrement mauvaises en conduite urbaine et rurale. »

Dans le détail, le camion GNL a émis moins de 10 mg de particules par kWh, sauf pendant la première partie du test ISC où les émissions ont atteint 34 mg/kWh. En comparaison, les émissions du camion diesel se sont élevées à 10 mg/kWh lors de la première partie du test ISC. Le diesel a également fait mieux que le GNL lors de la seconde partie du test ISC et de la première partie du test régional, avec des émissions de particules d’environ 5 mg/kWh. En revanche, le diesel a émis environ 13 mg/kWh lors de la seconde partie du test régional, soit 22 % de plus que le GNL. Pour rappel, le seuil de la norme Euro IV est fixé à 10 mg/kWh.

Si l’on s’intéresse uniquement aux particules de plus de 23 nanomètres, les deux véhicules ont respecté les normes. Globalement, les émissions de PN23 du camion GNL ont été inférieures de 8 % à celles du camion diesel lors du test ISC, mais supérieures de 115 % lors du test régional.

Mais ces résultats cachent des variations significatives selon le type de route (voir le graphique ci-dessous). En milieu urbain avec un démarrage à froid, le camion GNL a émis deux à trois plus de PN23 que le diesel. Il a également été moins performant lors de section rurale du test régional (+ 83 %). Inversement, le camion GNL a émis entre – 62 % et – 91 % de PN23 sur autoroute, et – 56% sur la section rurale du test ISC.

« Comme la conduite combinée sur autoroute et en zone rurale représente 86 % du total des kilomètres parcourus lors du test ISC, le camion GNL a globalement émis un peu moins de particules que le camion diesel lors de ce test, malgré des émissions urbaines nettement moins bonnes, ajoute T&E. Lors de l’essai régional, la conduite urbaine et rurale représente 77 % du total des kilomètres parcourus, les émissions de particules étant plus élevées que celles du camion diesel, ce qui se traduit par une émission globale plus élevée du camion GNL lors de l’essai régional. »

Plus ennuyeux, les deux camions émettent encore plus de particules plus fines, d’un diamètre inférieur à 23 nm. « Lorsqu’il s’agit d’émissions de particules de 4 à 23 nm, le camion GNL est généralement le moins performant, émettant plus que le camion diesel à la fois sur le test ISC et sur le test régional », indique T&E. Au total, si l’on tient compte de l’ensemble des particules de plus de 4 nm, le camion GNL émet « entre 0,3 et 15 fois plus de particules selon les conditions de conduite » par rapport au camion diesel, complète T&E. Seule exception : là encore, le camion GNL a obtenu de meilleurs résultats que le camion diesel sur autoroute, de – 64 % (test régional) à 72 % (test ISC).

NOx : une réduction globale de 60 % à 76 % avec le GNL lors des test

Pour finir, comme annoncé par Iveco, le camion GNL n’a quasiment pas émis d’oxyde d’azote (NOx). Toutefois, cette diminution a été un peu moins élevée qu’annoncée par le constructeur, à hauteur de – 76 % pour le test ISC et de – 60 % pour le test régional. Et l’écart diminue en conduite urbaine et rurale. De plus, les émissions du camion GNL ont atteint 643 mg/kWh en conduite urbaine, le seuil normatif étant fixé à 690 mg/kWh.

Il faudrait maintenant vérifier ces résultats sur un plus grand nombre de camions, de différentes marques, et en conditions de conduite.

Émissions de gaz à effet de serre : résultats du test ISC

Taux d’émissions (g/km équivalent CO2) Potentiel de réchauffement global (P RG) Diesel GNL Différence diesel-GNL
Émissions de dioxyde de carbone (CO2) à l’échappement Non concerné 1 050,8 925,4 – 11,9 %
Émissions de méthane (CH4) à l’échappement 20 ans 0,002 12,5  
  100 ans 0,001 4,2  
Émissions d’oxydes nitreux (N2O) à l’échappement 20 ans 43,5 1,6  
  100 ans 43,6 1,6  
Émissions de méthane (CH4) hors échappement 20 ans 132,2
  100 ans 44,1
Émissions de GES du réservoir à la roue 20 ans 1 094,3 1 071,7 – 2,1 %
  100 ans 1 094 975,3 – 10,9 %
Émissions de GES du puits au réservoir 20 ans 290,6 498,9  
  100 ans 268,9 285,7  
Émissions de GES du puits à la roue 20 ans 1 384,9 1 570,6 + 13,4 %
  100 ans 1 363,3 1 261,0 – 7,5%
Source : T&E

Émissions de gaz à effet de serre : résultats du test régional

Taux d’émissions (g/km équivalent CO2) Potentiel de réchauffement global (PRG) Diesel GNL Différence diesel-GNL
Émissions de dioxyde de carbone (CO2) à l’échappement Non concerné 1 100,2 983,7 – 10,6 %
Émissions de méthane (CH4) à l’échappement 20 ans 0,004 26 ,0  
  100 ans 0,001 8,7  
Émissions d’oxydes nitreux (N2O) à l’échappement 20 ans 81,0 4,0  
  100 ans 81,3 4,0  
Émissions de méthane (CH4) hors échappement 20 ans 140,5
  100 ans 46,8
Émissions de GES du réservoir à la roue 20 ans 1 181,2 1 154,2 – 2,3 %
  100 ans 1 181,5 1 043,2 – 11,7 %
Émissions de GES du puits au réservoir 20 ans 306,7 535,4  
  100 ans 283,7 306,6  
Émissions de GES du puits à la roue 20 ans 1 488,2 1 689,6 + 13,6 %
  100 ans 1 465,0 1 349,8 – 7,9 %
Source : T&E