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Le moteur de demain se précise

À court ou moyen terme, le moteur diesel n’est pas près de disparaître pour les véhicules lourds et puissants qui exigent une grande autonomie. Néanmoins, de premières applications commerciales mettant en jeu le gaz, l’hydrogène et l’électricité pointent à l’horizon.

La dernière version de la célèbre Mother Regulation actant l’homologation européenne des tracteurs agricoles prend en compte la possibilité de recourir à de multiples sources d’énergie : éthanol, biodiesel, gaz propane liquide et gaz naturel compressé, électricité ou encore hydrogène. Et ce, en application monocarburant, bicarburant ou encore multicarburant, en utilisations successives ou en mélange, tel qu’un mix d’hydrogène et de gaz H2GN. Les alternatives au gazole ne manquent donc pas. Si leur stockage reste le principal challenge à relever, les avancées technologiques distinguent les choix les plus prometteurs.

Gaz : déjà cinquante ans d’expérience

L’utilisation du gaz naturel comme carburant n’est pas nouvelle. Dans les années 1950 et suite aux krachs pétroliers de 70, plusieurs constructeurs — John Deere, Case ou encore Ford — proposaient des tracteurs carburant au GPL. Et dans les pays disposant d’importantes réserves fossiles, le gaz n’a jamais été abandonné. Le Biélorusse Gomselsmash prévoit même d’introduire prochainement en Europe sa future moissonneuse-batteuse Palesse 4218 CNG dotée de huit réservoirs en matière composite contenant le gaz naturel compressé. L’usage du gaz est assez répandu chez les motoristes dans les applications à charge constante comme les groupes électrogènes et ce, sans grandes modifications. Le gaz implique d’ailleurs une moindre consommation d’huile et des intervalles d’entretien rallongés.

Fort de l’expérience de son motoriste FPT, New Holland a vu dans le gaz la solution la plus viable à moyen terme en présentant dès 2012 un concept fonctionnant au propane. L’année suivante, le constructeur annonçait un tracteur T6.140 adapté au méthane, avant de présenter en 2018 un T6.180 commercialisable. « Avec les règles définies dans la TMR2(1), on peut enfin soumettre les dossiers d’homologation. Nous aurons quelques tracteurs de pré-série en France dès l’automne, et prévoyons un lancement commercial en milieu d’année prochaine », assure Nicolas Morel, chef produit tracteurs chez New Holland France. Ce T6.180 ElectroCommand respecte les normes d’émission Stage V avec un simple catalyseur à trois voies, comparable à ceux équipant les moteurs essence. Le gaz naturel compressé (GNC) — comprenant le biométhane — ou le gaz naturel liquide (GNL) sont contenus dans un réservoir de 190 litres près du marchepied, et des réservoirs additionnels : un réservoir frontal fixe en départ d’usine (pour des raisons d’homologation), mais d’autres seront disponibles en tant qu’accessoires amovibles et permutables pour atteindre une journée d’autonomie. « On est en discussions avec des constructeurs pour imaginer des réservoirs additionnels sur les outils, comme les tonnes à lisier notamment », précise Nicolas Morel.

Concernant l’aspect économique, les camions Iveco Stralis commercialisés (déjà 1 000 par an) affichent un tarif de vente supérieur de 20 % en mode GNC (550-600 km d'autonomie) à 30 % en mode GNL (1 500 km d’autonomie). Bien sûr, les transporteurs routiers peuvent faire valoir davantage d’arguments que les agriculteurs. « En agricole, où il n’y a pas de récupération de TICPE, le coût à l’usage sera probablement équivalent au gazole. Peut-être inférieur chez les maraîchers disposant de serres chauffées, qui peuvent acheter leur gaz à un prix avantageux, note le chef produit. Éligibilité aux PCAE, suramortissement… on s’active désormais auprès des ministères pour voir comment compenser le surcoût initial. Comme les transporteurs, les ETA qui répondent à des marchés publics et certains agriculteurs pourraient trouver des incitations. » New Holland s’est aussi préparé à appuyer ses concessionnaires : intervenir sur un véhicule fonctionnant au gaz naturel peut en effet nécessiter des certifications, sans oublier les investissements en matériels de diagnostic, de recherche de fuites et éventuellement de bâtiments avec ventilation adaptée.

L’hybridation avant d’envisager le 100 % électrique

Partout dans le monde, les initiatives électriques se multiplient. En France, c’est le secteur viticole qui mène la danse — les enjambeurs Tecnoma Voltis et Kremer T4E sont déjà en phase de croisière — porté par une filière capable de valoriser cet argument auprès de sa clientèle et par une plus faible contrainte d’autonomie. L’électrification peut aussi convenir à des petits engins de manutention à l’image des chargeuses du groupe Wacker Neuson (Kramer et Weidemann) ou plus récemment, des télescopiques JCB, Merlo et Faresin. Le motoriste Deutz a également collaboré avec Manitou et JLG pour le développement de prototypes de chargeurs télescopiques électriques. Autre engin de cour de ferme, des mélangeuses automotrices sont apparues chez Siloking et Supertino. En revanche, la technologie des batteries lithium-ion ne permet pas d’envisager des tracteurs 100 % électriques à l’autonomie suffisante. L’hybridation concentre ainsi les meilleures perspectives à court terme. John Deere affiche déjà 1,5 million d’heures d’expérience avec ses chargeuses articulées hybrides commercialisées depuis 2013 : une génératrice couplée au bloc diesel et un moteur électrique relié à une transmission mécanique, remplacent le traditionnel convertisseur de couple. La présentation du premier tracteur John Deere 7530 E-Premium doté d’une génératrice électrique date déjà d’une dizaine d’années. Mais faute d’équipements attelés compatibles, sa commercialisation est restée confidentielle, « on n’est pas sur les mêmes volumes que le secteur automobile », rappelle Loïc Lepoivre, responsable commercial chez John Deere. Mais le constructeur multiplie les développements de composants (génératrices, convertisseurs, moteurs, connecteurs, interfaces de commande) constituant un circuit de puissance électrique complet. « À court terme, on ne voit pas autre chose que le thermique pour produire l’électricité. En revanche, on obtient déjà des progrès sur les composants périphériques du moteur : on a remplacé le système viscostatique des ventilateurs, et ce sera bientôt au tour de la transmission, note celui qui annonce un lancement du tracteur 8R e-AutoPowr en 2021. L’électricité n’est pas soumise aux mêmes variations que l’huile, en viscosité et température. Le rendement de la transmission devrait atteindre 90 % en électrique contre 40 % maximum en mécanique + hydraulique. » S’il dessine des perspectives d’avenir, le concept de tracteur autonome 100 % électrique présenté par John Deere sur le dernier Agritechnica reste encore utopique. Compte tenu de sa puissance de 500 kW (750 ch), assurer 8 heures de travail à pleine charge nécessiterait un pack de batteries lithium-ion pesant plus de 20 tonnes !

La pile à combustible toujours prometteuse

Sur le stockage de l’énergie, la pile à hydrogène présente des perspectives plus intéressantes. « Les piles à combustible ont une densité d’énergie plus élevée et réduisent la capacité de batterie nécessaire, limitant le poids du tracteur tout en offrant une autonomie adéquate. Et pour faire le plein, dans un avenir proche, le ravitaillement en hydrogène restera beaucoup plus rapide », assure le motoriste Cummins. L’hydrogène présente l’avantage de pouvoir être compressé, puis stocké dans des réservoirs fixes. Contrairement à une batterie, la pile à combustible ne stocke pas d’énergie : elle convertit l’énergie chimique de l’hydrogène, du gaz naturel ou d’autres hydrocarbures pour générer de l’électricité. Longtemps pénalisée par une grosse dépense d’énergie (un rendement d’à peine 70 %, toutefois compensé par le rendement de la pile, supérieur à celui des moteurs thermiques), la production d’hydrogène redevient pertinente avec des méthodes reposant notamment sur l’énergie solaire. Mais cette technologie est encore loin d’être rentable : le coût de production des véhicules serait trois fois plus élevé, notamment parce que la durée de vie d’une pile à combustible ne dépasse guère 5 000 heures, et celui du carburant resterait encore quatre fois plus élevé !

Dans l’immédiat, gaz et hybridation thermique/électrique présentent les meilleures perspectives pour les tracteurs de moyenne et forte puissance. Mais comme toujours en matière d’énergie, la performance ne sera probablement pas le seul critère. À l’image des politiques énergétiques nationales, il faudra prendre en compte les ressources du pays et ses intérêts géostratégiques, les choix de fiscalité, ou la pression sociétale avec lesquels les agriculteurs doivent déjà composer. Sans oublier que l’architecture des machines pourrait aussi évoluer : les prototypes de robots agricoles à la dépense énergétique réduite pourraient même relancer des solutions jugées inadéquates pour les lourds engins utilisés actuellement dans les champs.

(1) Deuxième version de la directive européenne Tractor Mother Regulation.

Des alternatives aux batteries lithium-ion

Les contraintes persistantes des batteries à technologie lithium-ion — autonomie réduite, temps de recharge excessif, coût prohibitif, dépendance aux matériaux critiques, risque d’explosion…— ne permettent pas d’envisager raisonnablement leur usage en forte puissance. Mais il existe d’autres pistes. La start-up Tiamat valorise la technologie sodium-ion issue d’un partenariat entre le CEA et le CNRS. L’élément chimique facilement disponible remplace le cobalt exploité au Congo ou le graphite importé de Chine. La densité énergétique reste encore trop faible, mais le rechargement sera très rapide. En fin de phase expérimentale, les technologies de batterie « solide » — le solvant assurant l’électrolyte est remplacé par une plaque de verre — promettent pour leur part de multiplier la densité énergétique par six (de 150 à 800-1000 Wh/kg). Leur durée de vie est très importante, et la plage de température optimale d’usage beaucoup plus large. Les acteurs asiatiques investissent massivement dans cette technologie, tout comme une filiale de Total.

Du bioGNV à la pompe

La société Liger Bioconcept souhaite déployer dans les trois ans sur tout le territoire un réseau de 150 stations « smartgrid » distribuant du bioGNV (gaz naturel issu de la biomasse), un carburant qui émet bien moins de CO2 (-99 %) et de particules fines (-95 %), notamment produit par les agriculteurs méthaniseurs.

Une incitation fiscale pour les véhicules routiers

Jusqu’au 31 décembre 2021, un dispositif de type suramortissement vise les véhicules lourds utilisant le gaz naturel et le biogaz, l’énergie électrique, l’hydrogène, ou encore le carburant B100 (biodiesel). Pour les véhicules de 3,5 à 16 tonnes, cette déduction exceptionnelle peut atteindre 60 % du résultat imposable. Elle ne concerne malheureusement que les poids lourds et les véhicules utilitaires légers. Il est regrettable qu’une telle mesure ne puisse pas s’appliquer à des engins agricoles.

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