Quelle est l'origine du carburant diesel?

En 1892, l'inventeur Rudolf Diesel a créé un nouveau carburant révolutionnaire qui porte aujourd'hui son nom. Son invention, comme c'est généralement le cas dans les sciences physiques, était l'aboutissement d'années de travail dur, répétitif et financièrement ingrat.

Diesel a d'abord été inspiré par une conférence sur la thermodynamique à l'École polytechnique royale de Bavière de Munich, dans son Allemagne natale. (Thermodynamique est l'étude de la relation entre la chaleur et les diverses autres formes d'énergie.)

Diesel a atteint ce qu'il a fait dans la poursuite déterminée d'une sorte de "Saint Graal" de la physique: un moteur à combustion qui pourrait convertir toute la chaleur en travail utile et serait donc à 100 pour cent mécaniquement efficace. Cela avait été prouvé par les physiciens aux théoriquement possible, mais en termes pratiques, c'était, et même aujourd'hui, reste au mieux insaisissable.

Bien que Diesel soit loin d'atteindre cet idéal d'efficacité, ses moteurs étaient encore plus de deux fois plus efficaces que leurs prédécesseurs - environ 25 pour cent contre 10 pour cent. Malheureusement, il a dû faire face à de fréquents appels au remboursement de ses produits et sa vie s'est terminée dans la pauvreté, apparemment de sa propre main.

Mais la nouvelle approche sur mesure de Diesel pour allumer le carburant et l'invention du moteur diesel restent extrêmement importantes, même à une époque dans laquelle les perceptions des combustibles fossiles de tous types sont devenues extrêmement impopulaires, même si leur utilisation continue en grande partie sans contrôle.

« L'énergie » en physique est un concept central, mais quelque peu difficile à expliquer de manière adéquate avec des mots de tous les jours. L'énergie a des unités de force multipliées par la distance, mais "apparaît" également sous diverses formes moins quantifiables. Sources d'énergie primaire inclure énergie nucléaire, combustibles fossiles (pétrole, charbon et gaz naturel) et les sources dites renouvelables telles que:

• **vent
  
• solaire
  
• géothermie**
  
• hydro-électrique Puissance

En 2016, environ 81,5% de l'énergie utilisée aux États-Unis (le plus grand consommateur d'énergie au monde parmi les nations) était dérivée de combustibles fossiles. Alors que ce nombre devait chuter à moins de 77 % d'ici 2040, il n'en reste pas moins que l'industrie le monde ne devrait pas se sevrer de sa dépendance au pétrole, au gaz naturel et au charbon dans un avenir prévisible futur.

Ceci malgré les discussions inflexibles, claires et parfois très stridentes des médias et du secteur scientifique sur le potentiel effets environnementaux dévastateurs du changement climatique qui devraient se produire sérieusement dans la seconde moitié du présent siècle.

Alors que l'énergie nucléaire, la biomasse, l'hydroélectricité et d'autres énergies renouvelables se sont développées pour contribuer près d'un quart de besoins énergétiques de l'Amérique, seule la catégorie « autres énergies renouvelables » devrait croître de manière significative au cours des décennies pour venir.

La plupart des sources énumèrent trois combustibles fossiles comme contribuant à la machine énergétique humaine mondiale: pétrole, gaz naturel et charbon. (Un quatrième, un produit pétrolier exclusif appelé Orimulsion, a été utilisé dans les années 1980 mais est devenu un non-acteur efficace dans la première décennie du 21e siècle.) Ensemble, ceux-ci représentaient les quatre cinquièmes de l'approvisionnement énergétique de la planète au 2019.

Toutes polémiques sur les conséquences de l'utilisation des combustibles fossiles mises à part, sans eux, nous vivrions dans un monde méconnaissable pour les voyageurs terrestres actuels. L'ensemble des réseaux mondiaux de transport et de communication dépendent de leur approvisionnement en énergie, et la plupart des les produits manufacturés critiques du monde, tels que les plastiques et l'acier, dépendent des combustibles fossiles absolument au moment.

Les « combustibles fossiles » sont un terme impropre, car ces combustibles ne proviennent pas de fossiles, qui ne sont généralement même pas des restes d'êtres vivants en soi, mais des impressions de ces choses mortes depuis longtemps dans les roches et le sol. Les combustibles fossiles proviennent de la biomasse en décomposition des animaux et des plantes qui ont vécu il y a plusieurs millions d'années, les combustibles fossiles et les fossiles réels sont donc liés en ce sens qu'ils servent tous deux de preuves indirectes de la vie ancienne sur Terre.

Le carburant diesel est une sorte de pétrole, un terme utilisé de manière interchangeable dans le discours quotidien avec « pétrole ». Les caractéristiques essentielles des trois principaux combustibles fossiles sont les suivantes:

Pétrole. Ce combustible fossile se compose principalement des éléments carbone et hydrogène, ce qui n'est pas surprenant étant donné à la fois l'abondance de ces éléments sur Terre en général et leur abondance dans les êtres vivants en particulier. On pense que la majeure partie de celle-ci a été créée il y a environ 252 millions à 66 millions d'années, lorsqu'une grande partie de la vie végétale était enfouie dans les océans de cette époque incroyablement longue.

Le pétrole - ou plus précisément, les nombreux hydrocarbures "huileux" différents qui sont considérés comme du pétrole - est utilisé pour fabriquer un certain nombre de produits de tous les jours, y compris l'essence et le mazout en plus du carburant diesel.

À l'heure actuelle, la combustion de ces carburants est responsable de plus de la moitié des émissions de « gaz à effet de serre » riches en carbone dans l'atmosphère terrestre, à son tour considéré comme un contributeur majeur au réchauffement continuel de la surface et des habitats de la planète qui se produit depuis décennies.

Le pétrole représentait environ 35% de l'énergie produite aux États-Unis en 2016, une statistique qui devrait rester stable jusqu'en 2040 au moins.

Gaz naturel. Ce combustible fossile est remarquable pour être incolore et inodore, des qualités qui contrastent fortement avec le pétrole, une substance particulièrement intrusive dans ces aspects. Comme le pétrole, il s'est formé il y a des millions d'années à partir des restes de matières végétales et animales, par et les conditions mécaniques (par exemple, la pression) qui les ont créés n'étaient évidemment pas identiques à celles qui ont donné lieu à huile.

La production de gaz naturel a augmenté de façon spectaculaire aux États-Unis au cours de la deuxième décennie du 21e siècle, un effet presque entièrement attribuable à la propagation rapide de la mise en œuvre de "fractionnement."

Plus correctement appelé fracturation hydraulique, cette technique de forage controversée nécessite beaucoup d'eau et peut provoquer une activité sismique (similaire aux tremblements de terre) dans les régions touchées. Le gaz naturel a contribué à environ un quart de l'approvisionnement énergétique des États-Unis en 2016, mais devrait correspondre au chiffre de 35 % du pétrole d'ici 2040.

Charbon. Autrefois presque la seule source de combustible pour produire de l'électricité dans les centrales électriques, le charbon est encore plus ancien que les autres combustibles fossiles, ayant commencé à se former il y a environ 360 millions d'années. Contrairement aux autres combustibles fossiles, il a également été compressé sous une forme caractéristique, bien que divers sous-types existent et soient classés en fonction de la teneur en carbone.

Le charbon fournit actuellement environ un tiers de l'approvisionnement énergétique mondial. Alors qu'il a baissé en termes de part du gâteau énergétique américain depuis environ 2010, le charbon reste très populaire dans les pays aux normes environnementales historiquement laxistes comme la Chine.

Malgré les fréquentes proclamations contraires du gouvernement américain à partir de 2019, l'utilisation du charbon devrait baisse, non seulement grâce à une augmentation de l'utilisation des énergies renouvelables, mais en raison de la poussée susmentionnée du gaz naturel extraction. Le charbon a contribué pour environ 15 % à l'approvisionnement énergétique des États-Unis en 2016, et son utilisation devrait continuer à baisser légèrement avant de se stabiliser à environ 12 % d'ici 2040.

L'arc de la vie de Rudolf Diesel se présente comme un récit tragique. Diesel était un étudiant universitaire en Allemagne au début des années 1870, à une époque où les grandes villes commençaient à être submergées par la grande quantité de fumier généré par les chevaux servant de principal moyen de parcourir de longues et de courtes distances dans ces zones urbaines domaines.

Les efforts de longue date de Diesel pour lancer le moteur à combustion vers de nouveaux sommets d'efficacité ont probablement été entravés par le poids de ses propres attentes et de celles d'un public conscient de ses objectifs. Malgré d'importants gains d'efficacité (bien que loin des aspirations de Diesel, ses moteurs étaient plus de deux fois plus efficaces que les versions standard de l'époque).

En 1913, quelque 40 ans après avoir commencé son travail, Diesel a péri dans un suicide apparent mais parfois contesté lors d'un voyage en bateau. Malheureusement, il n'a jamais vraiment vu sa classe d'inventions décoller dans les années 1920 et 1930.

Un moteur diesel est un moteur à combustion interne, ce qui signifie qu'il convertit l'énergie chimique des liaisons dans les molécules de carburant en énergie mécanique. Un arbre d'entraînement est relié à un piston via une charnière à l'extérieur de l'arbre. Le piston est à l'intérieur d'un cylindre dans lequel l'air, en particulier l'oxygène (nécessaire à la combustion) et le carburant sont pompés ou injectés.

L'explosion contrôlée à l'intérieur du cylindre résultant de la forte augmentation de la pression (et de cette température) force le piston vers le bas, provoquant la rotation de l'arbre, entraînant le piston vers le haut lorsque l'arbre effectue une rotation complète et que davantage de carburant et d'air sont pompés. Ce cycle peut se produire jusqu'à plusieurs milliers de fois par minute.

La "magie" d'un moteur diesel est que, contrairement à un moteur à combustion ordinaire, il ne nécessite aucun allumage actif du carburant. Dans un moteur normal, la température à l'intérieur du cylindre n'est pas assez élevée pour que le carburant s'enflamme sans aide électrique - d'où les "bougies d'allumage", qui rendent les voitures inutiles en cas de panne. Dans un moteur diesel, l'air est si fortement comprimé que le carburant s'enflamme sans aide et qu'il faut moins de carburant par coup de moteur, ce qui améliore considérablement le rendement énergétique.

La plus grande efficacité, ou économie, de ces moteurs les rend généralement plus coûteux et difficiles à entretenir. À l'époque de Diesel, la technologie permettant de résoudre ces problèmes n'était tout simplement pas encore disponible.

Les propriétés uniques d'un moteur diesel lui permettent d'utiliser différents types d'huile, un carburant naturellement appelé carburant diesel. Ce carburant est fabriqué à partir de pétrole brut et produit environ 11 à 12 gallons de carburant diesel par baril de 42 gallons de pétrole non traité. Il est utilisé dans la plupart des camions de fret, des trains, des bus et des bateaux ainsi que des véhicules agricoles et des véhicules de construction et militaires.

En 2006, l'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis a exigé que la teneur en soufre du diesel carburants soient fortement réduits, une mesure qui s'est avérée extrêmement efficace puisqu'elle a été mise en œuvre au cours temps. En 2018, environ 97 % de tout le diesel utilisé sur les routes américaines et ailleurs consistait en un mélange connu sous le nom de diesel à très faible teneur en soufre (ULSD).

• En 2018, le carburant diesel représentait environ 20 % de la consommation totale de pétrole aux États-Unis, soit environ 7 % de la consommation globale de carburant aux États-Unis.