Il existe principalement deux types de moteurs thermiques utilisés dans les voitures : les moteurs dits à essence et les moteurs dits Diesel. Les deux brûlent du carburant pour faire tourner le moteur et faire avancer la voiture. À première vue, donc, c’est juste un choix personnel que de choisir l’une ou l’autre de la motorisation.
D’un point de vue plus technique, les deux moteurs sont un peu différents. Leur carburant également. À tel point d’ailleurs, que se tromper de carburant peut empêcher le moteur de tourner.
Voyons un peu ces différences.
Dénomination
Déjà, un moteur à essence fonctionne avec… de l’essence ! Le moteur Diesel, lui, fonctionne avec du gazole. Il aurait pu s’appeler « moteur à gazole », pour la peine. S’il s’appelle moteur Diesel, c’est en référence à Rudolf Diesel, un ingénieur allemand du XIXᵉ siècle qui mit au point ce type de moteur.
Le moteur a essence, s’il devait porter un nom, s’appellerait le moteur d’Otto (et non pas « auto », quoique), en référence à Nikolaus Otto, également ingénieur, également allemand et également du XIXᵉ siècle.
En fait, il existe un grand nombre de types de moteurs thermiques : moteur Diesel, moteur d’Otto, moteur Lenoir, moteur de Stirling, moteur d’Atkinson, moteur Wankel et bien d’autres. Les deux principaux utilisés aujourd’hui dans l’automobile grand-public sont le moteur Diesel et le moteur d’Otto. Les moteurs à cycle d’Atkinson sont généralement utilisés dans les voitures hybrides, et les moteurs Wankel, ceux avec un pseudo-piston rotatif, étaient connus pour être utilisés dans certaines voitures de la marque Mazda.
Essence et gazole
L’essence est un hydrocarbure léger, principalement composé d’octane, d’heptane et d’alcènes. Cet hydrocarbure étant léger, il s’évapore facilement : il est volatile, et ses vapeurs se mélangent très bien avec l’air. Le mélange air-essence est alors facilement inflammable voire explosif.
Le gazole a son nom dérivant de l’anglais gas-oil, c’est-à-dire « huile gazant », car il produit des gaz quand on le distille. Le gazole est un hydrocarbure nettement plus lourd que l’essence : il est composé de chaînes carbonées de 10 à 20 carbones, typiquement.
Le gazole est aussi un produit nettement plus gras et huileux. Il est difficile à enflammer manuellement. Pour y arriver il faut plutôt le vaporiser sur une flamme, car il ne s’enflammera pas si vous approchez une allumette d’une bouteille de gazole.
Le gazole est chimiquement proche du kérosène ou du fioul, alors que l’essence est plus proche de l’alcool et des alcanes légers (gazeux).
Deux moteurs différents
Le moteur à explosion utilise la combustion du carburant pour chauffer le gaz contenu dans un cylindre. Le gaz chaud se dilate, pousse le piston et on obtient un mouvement. En multipliant les pistons et en utilisant un système de bielles, on obtient un mouvement de rotation exploitable.
Dans un moteur Diesel, la combustion du gazole est amorcée par l’échauffement dû à la compression de l’air par le piston : la compression suffit seule à échauffer les gaz autour de 600 °C et à l’enflammer.
L’échauffement produit la descente forcée du piston. Une fois en bas, le piston remonte par inertie et vient chasser les gaz de combustion avant de redescendre puis de remonter. Lors de cette seconde remontée, le piston est clos et l’air s’échauffe sous la pression, et c’est à cet instant qu’on injecte le gazole vaporisé, qui s’enflamme alors. Ces étapes se produisent en cycles répétitifs.
Dans un moteur à essence, on injecte le mélange air+carburant quand le piston est en bas. On laisse le piston remonter et comprimer le mélange, puis on utilise une bougie pour produire une étincelle et enflammer le carburant. L’échauffement et la pression produites vont repousser le piston en bas et faire tourner le moteur.
Les deux moteurs ont donc des méthodes d’inflammation du carburant bien différents :
- l’essence est allumé par une bougie commandée (on parle d’un moteur à allumage commandé). Ceci est possible, car l’essence, volatile, se mélange à l’air et s’enflamme facilement.
- le gazole, plus difficilement inflammable y compris avec une flamme, doit être chauffé au-dessus de son point d’auto-inflammation. Ceci est le rôle du piston seul : il va comprimer le gaz, le chauffer, et l’inflammation du gazole est instantanée dès l’injection.
Remarquez que dans ces conditions, il n’y a pas besoin de bougie d’ignition pour un moteur Diesel, car le carburant s’enflamme tout seul au moment où on l’injecte. Il est en revanche nécessaire d’utiliser des bougies de préchauffage lors du démarrage : en effet, quand le moteur est froid, la température n’est pas suffisante pour faire exploser le carburant. Il faut alors produire un point chaud pour aider le moteur quand il est froid.
On pourrait utiliser le même principe d’auto-inflammation dans un moteur à essence, mais cela poserait d’autres problèmes : par exemple, la nécessité d’avoir un bloc moteur beaucoup plus robuste, massif et solide, ce qui serait plutôt coûteux là l’on cherche avant tout à faire des économies et augmenter l’efficience des véhicules en contrôlant le moment où le carburant s’enflamme.
De plus, il est nettement plus difficile d’obtenir ce système avec de l’essence, car il explose bien plus facilement et rapidement que le gazole. Le moteur a essence doit au contraire posséder un taux de compression plus bas afin de ne pas auto-enflammer le mélange air+essence avant que le piston soit en haut.
Ainsi, là où le moteur Diesel comprime avec un ratio de 16:1, le moteur essence se limite à 10:1. Certaines voitures essence montent parfois au-dessus pour des questions de performance (voitures de course), mais on entend alors les auto-inflammations claquer et exploser, ce qui, sur une voiture normale abîmerait le moteur beaucoup trop rapidement.
C’est également la raison pour laquelle les moteurs Diesel font plus de bruit et vibrent plus qu’un moteur à essence : l’essence s’enflamme progressivement dans le cylindre, sans réellement exploser de façon incontrôlée comme le fait le gazole.
Pour résumer cette section : l’essence et le gazole sont des produits différents. Le premier est volatile et s’enflamme très vite quand il commence à se mélanger avec l’air, le second est bien plus gras et ne brûle pas sans être vaporisé et fortement chauffé.
Les moteurs Diesel (gazole) et d’Otto (essence) utilisent donc chacun à leur avantage les spécificités d’un carburant bien précis. Chaque carburant est donc adapté à un moteur particulier.
Quelques autres spécificités
Le gazole est huileux et possède des chaînes carbonées plus longues que l’essence, qui est lui plus volatile et proche de l’alcool.
Ceci explique alors très bien ce qui suit :
- les moteurs Diesel acceptent sans problème le kérosène et même l’huile végétale (colza, tournesol…), bien que ce soit interdit en France pour des raisons de taxes. Ces produits sont chimiquement très proches.
- les moteurs essence acceptent quant à eux l’alcool (l’éthanol), qui est également très volatile et se mélange bien avec l’air ; et également le gaz (GPL). Les véhicules essence sont d’ailleurs modifiables facilement pour fonctionner à l’éthanol ou au gaz. Tous ces produits ont pour point commun le fait de très bien se mélanger avec l’air et de s’enflammer à la moindre étincelle.
De plus en plus de producteurs de carburants ajoutent de ce fait des carburants d’origine végétale (« biocarburants ») dans les carburants fossiles, que ce soit dans le gazole (huile végétale) ou dans l’essence (bioéthanol).
- les moteurs Diesel, avec leur taux de compression plus élevé, ont un rendement thermodynamique plus élevé : la chaleur est mieux convertie en travail mécanique. Concrètement les moteurs Diesel consomment moins de carburant au kilomètre qu’un moteur à essence. Ils émettent, de ce fait, également moins de CO2. En revanche, les températures et pressions bien plus élevées atteintes dans les chambres de combustion provoquent une sur-combustion des gaz, en particulier de l’azote. Ces moteurs émettent donc davantage d’oxydes d’azote, qui sont des gaz nocifs.
- Enfin, en règle général, les moteurs Diesel sont plus puissants : ils sont donc presque toujours utilisés sur les moteurs des véhicules lourds, comme les engins de chantier, les camions, les tracteurs.
Si on se trompe de carburant, il y a un problème, car les deux moteurs ne fonctionnent pas selon le même mode. Si on injecte de l’essence dans un moteur Diesel, ça brûlera, mais beaucoup trop tôt, ou trop tard et le moteur ne tournera pas bien ou même pas du tout.
Si l’on injecte du gazole dans un moteur essence, ce carburant étant peu inflammable avec une flamme ou une étincelle, il y a un risque que le carburant ne brûle pas du tout et le moteur ne démarrera pas non plus.
En pratique, s’il y a un peu de gazole dans un réservoir d’essence, ou vice-versa, le moteur fonctionnera. Ce seront plutôt les filtres, injecteurs et autres éléments spécifiques au carburant qui vont s’encrasser : souvenez-vous que si l’essence est volatile et sèche rapidement, le gazole est gras et peut encrasser tout ce qu’il touche. Se tromper de carburant n’est donc pas conseillé.
