La consommation de carburant d’une automobile est le volume de carburant utilise lors d'un trajet rapporte a la distance parcourue. L’unite utilisee pour la consommation de carburant est le ≪ litre pour cent kilometres ≫ (note l/100 km ) ^{[ 1 ]} . En Europe, la consommation de carburant fait partie des donnees necessaires pour l' homologation des vehicules automobiles.

La reduction de consommation des vehicules automobiles constitue un enjeu important pour la societe par ses effets sur le rechauffement climatique, la qualite de l'air et les economies des pays sous forte dependance energetique ^{[ 2 ]} . En effet, la combustion de carburants fossiles dans les moteurs a explosion produit du dioxyde de carbone (CO ₂ ), dont la diffusion dans l’ atmosphere participe a l’ effet de serre et au rechauffement climatique . Un litre de carburant produit lors de sa combustion environ 2,4  kg de CO ₂ , valeur qui depend du type de carburant (essence, gazole, gaz naturel,  etc. ) et de sa densite.

En Europe, la consommation de carburant homologuee et publiee par les constructeurs est mesuree en laboratoire selon un protocole reglemente qui utilise un profil de vitesse simplifie (NEDC, Nouveau cycle europeen de conduite ). Depuis 2019, la procedure d'essai mondiale harmonisee pour les voitures particulieres et vehicules utilitaires legers (en anglais Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures , ou WLTP ) remplace le test NEDC, qui permet de mesurer la consommation de carburant avec davantage de realisme, l'autonomie electrique et les rejets de CO ₂ et de polluants.

Ainsi, les reglementations qui encadrent la consommation de carburant fixent des objectifs (en grammes de CO ₂ par kilometre) independamment du type de carburant.

Ces reglementations visent a reduire progressivement l'impact environnemental du parc automobile :

• par des penalites pour les constructeurs qui ne respecteraient pas les seuils d’emission moyenne des vehicules vendus sur un territoire durant une annee civile (Reglementation europeenne CAFE) ;
• par des incitations fiscales de differentes natures decidees par les etats pour favoriser l’achat et l'usage de vehicules a faible consommation.

Approche energetique [ modifier | modifier le code ]

De facon generale, l’ energie chimique disponible dans le carburant est transformee par le moteur thermique en energie mecanique , transmise aux roues pour propulser le vehicule, et en chaleur. L'energie mecanique represente, au mieux, moins de 45 %, le reste, soit plus de 55 %, est de l' energie thermique perdue dans l'atmosphere. Une partie de cette chaleur de recuperation peut etre utilisee par des dispositifs auxiliaires, qui fournissent de l’energie pour d'autres fonctions ( chauffage , turbocompresseur , pot catalytique ).

La quantite d'energie chimique consommee (ou le volume de carburant) depend donc de l'energie necessaire pour deplacer le vehicule et du rendement du moteur thermique (rapport entre l'energie mecanique produite et l'energie chimique consommee).

Equation d’equilibre d’une automobile en mouvement [ modifier | modifier le code ]

Un vehicule automobile en mouvement selon un profil de vitesse donne est soumis a chaque instant a un systeme de forces egales et opposees appliquees aux roues : la force de traction produite par le moteur a travers la chaine cinematique et la resistance a l'avancement totale R _t .

La resistance a l'avancement R _t ^{[ 3 ]} est la somme des resistances a l'avancement : R _t = R _roul + R _air + R _α + R _i

R _roul = μ _roul P _veh cos(α) ( resistance au roulement )

avec μ _roul  : coefficient de roulement, P _veh  : poids du vehicule, α : angle de pente

R _air = 1/2 ρ _air S _fveh C _x V ² _flux ( resistance aerodynamique )

avec ρ _air = masse volumique de l'air , S _fveh = surface frontale du vehicule ^{[ 4 ]} , C _x = coefficient de trainee ^{[ 5 ]} , V _flux = vitesse vehicule +/? vitesse du vent

R _α = P _veh sin α (resistance a la pente)

avec Pveh : poids du vehicule, α : angle de pente

R _i = (m _veh + m _ce ) γ _veh ( force d'inertie liee a l' acceleration )

avec m _veh = masse du vehicule, m _ce = inertie de translation equivalente des parties tournantes du moteur, de la chaine cinematique et des roues.

Pour suivre un profil de route avec une consigne de vitesse donnee, le moteur doit produire a chaque instant une force aux roues egale et opposee a la resistance totale R _t . La puissance instantanee du moteur P est alors egale a R _t V.

Influence sur la consommation des frottements lies a la vitesse

Pour des raisons techniques, il est temporairement impossible d'afficher le graphique qui aurait du etre presente ici.	Pour des raisons techniques, il est temporairement impossible d'afficher le graphique qui aurait du etre presente ici.
BVM: boite vitesses manuelle; TDI: Turbo diesel injection; ch: chevaux
Sources: Clio: calculconsommationessence [ 6 ] . Berline et Minivan: conduiteeconomique [ 7 ]

Efficacite energetique du moteur [ modifier | modifier le code ]

La consommation d'un moteur thermique varie avec la vitesse de rotation (regime en tours par minute, tr/min) et la charge (couple produit sur l'arbre moteur, exprime en newton metre, N m).

Pour analyser la consommation de carburant d'un moteur, il est pratique d'utiliser un diagramme du type joint ^{[ 8 ]} qui indique la consommation specifique (grammes de carburant par kilowatt-heure ) pour chaque couple (N m) et vitesse de rotation (tr/min). On observe sur un tel graphique appele ≪ cartographie moteur ≫ qu'il existe plusieurs combinaisons possibles de couple et vitesse de rotation pour produire une meme puissance (par exemple points de fonctionnement 1,2 et 3 du graphique joint).

L'efficacite energetique du moteur pour un point de fonctionnement donne est le rapport entre l'energie mecanique produite pendant un temps dt et l'energie chimique consommee sur cette duree (43,8  MJ/kg pour l'essence).

η = Pm x dt / (Pm x Cse/3600 x D _carb x dt) = 1 / (Cse/3600 x Dcarb) avec P _m  : Puissance moteur, Cse : Consommation specifique (en g/kWh ou g/3600 kJ), Dcarb : densite energetique du carburant (en MJ/kg ou kJ/g).

Sur le graphique joint, le point de fonctionnement 3 correspond a une efficacite energetique de 33 % proche de la ligne de consommation minimale du moteur. A l'inverse, l'efficacite energetique du point de fonctionnement 1 n'est que de 24 % et dans les zones de faible charge, elle est inferieure a 20 %.

Sur un cycle de type NEDC, l'efficacite energetique correspondant a la moyenne des points de fonctionnement. Pour un moteur essence atmospherique, elle est de l'ordre de 20 %, ce qui signifie que 80 % environ de l'energie disponible dans le carburant est rejetee dans l'atmosphere sous forme de chaleur a travers l'echappement et le circuit de refroidissement du moteur.

Diagramme energetique [ modifier | modifier le code ]

Il est pratique de presenter sur un meme diagramme l'energie necessaire pour deplacer un vehicule sur un trajet donne (ordonnee) en fonction de la consommation de carburant ou des emissions de CO ₂ realisees sur ce meme trajet (abscisse). Cette representation nommee ≪ diagramme energetique ≫ permet de tracer des droites d'iso-efficacite energetique qui correspondent aux differentes technologies de moteurs et ainsi d'estimer pour une categorie de vehicule donnee les emissions de CO ₂ sur le trajet. L'exemple joint ^{[ 9 ]} montre que pour atteindre le seuil de 50  g de CO ₂ par kilometre (soit environ 2  l/100 km ) sur cycle Nouveau cycle europeen de conduite avec un vehicule urbain (categorie B), il faut utiliser un moteur hybride plug-in ou alors realiser sur ce vehicule un allegement considerable.

Le tableau ci-dessous donne les ordres de grandeur des gains a realiser sur les principaux inducteurs de la voiture pour gagner 1 gCO ₂ /km ^{[ 9 ]} .

Grandeur physique	Gain de CO 2 (cycle NEDC)
Efficacite energetique du groupe moto-propulseur	ŋ +1 % ⇒ CO 2 ?1 %
Masse (reconception avec effets induits)	100  kg = 10  g/km
Resistance au roulement	6  N = 1  g/km
Consommation electrique	50  W = 1  g/km
Aerodynamique	0,03  m 2 SCx = 1  g/km

Procedures et reglementations [ modifier | modifier le code ]

Histoire [ modifier | modifier le code ]

La preoccupation de reduction de la consommation a d’abord ete dictee par l’envolee du cout des carburants lors des grands Chocs petroliers des annees 1970. Le principal impact sur le marche automobile a ete le retour a des vehicules plus compacts et moins lourds. Dans cette periode, les constructeurs ont mene des recherches pour reduire la consommation et ont presente des prototypes pouvant atteindre jusqu'a 2  l/100 km avec des technologies conventionnelles, sans hybridation ni electrification ( Renault VESTA 2 de 1987 : 1,94  l/100 km ). Ces travaux n’ont eu malheureusement que peu d'impact sur les vehicules de serie qui ont continue de s'alourdir pour satisfaire les normes de securite et assurer plus de performance et de confort pour les usagers. La preoccupation de reduction de consommation est reapparue dans les annees 2000 avec la mise en place de reglementations CAFE dans certains pays, puis la mise en place par les Etats de fiscalites discriminantes pour les vehicules a forte consommation ^{[ 10 ]} . Sont apparues alors des technologies qui visaient prioritairement a ameliorer l’efficacite energetique du moteur : hybridation par Toyota Hybrid Synergy Drive (1997), puis electrification par Nissan et Renault (2010).

C'est aussi dans cette meme periode que les motorisations Diesel qui emettent de l'ordre de 15 % de CO ₂ en moins que les moteurs essence ont pris le pas en Europe. En Europe de l'Ouest, la part du Diesel dans les vehicules nouvellement immatricules est passee de 13,8 % a 53,3 % entre 1990 et 2013 ^{[ 11 ]} .

Les premiers cycles de mesure de la consommation ont ete elabores en 1962 par l'organisme francais UTAC ^{[ 12 ]} a partir de cycle urbain ( Urban Driving Cycle ). Ce cycle a ensuite evolue vers le cycle Nouveau cycle europeen de conduite (NEDC) encore en vigueur debut 2015.

Mais c'est aux Etats-Unis que fut instauree la premiere legislation CARB ( California Air Resources Board ) en 1968, avec pour objectif premier de mesurer la pollution plutot que la consommation en raison de la degradation de la qualite de l'air dans plusieurs villes de l'Etat de Californie ^{[ 12 ]} .

Procedure de mesure de la consommation de carburant [ modifier | modifier le code ]

En Europe, la consommation de carburant d'une automobile est donnee par le constructeur en faisant reference au cycle WLTP . Ce cycle vient en remplacement du cycle NDEC de 2017, avec une mise en application retardee a 2020, dans le cadre de la norme Euro 6 ^{[ 13 ] , [ 14 ]} , concu pour etre le plus proche possible des conditions d'utilisation reelles.

Reglementation europeenne [ modifier | modifier le code ]

La reglementation europeenne fixe des limites aux constructeurs pour les emissions moyennes des vehicules neufs vendus dans l'annee sur le perimetre des 27 pays de l'UE.

Pour les vehicules particuliers de categorie M1, ces limites sont fixees a 130 gCO ₂ /km en 2015 puis 95 gCO ₂ /km en 2020 ^{[ 15 ]} .

Les seuils sont definis selon un parametre d'utilite qui est la masse moyenne des vehicules pour chaque constructeur. Le seuil de 130 gCO ₂ /km en 2015 est donne pour une masse 1 372  kg qui correspond a la moyenne de la flotte europeenne en 2006, mais les seuils varient pour chaque constructeur en fonction de la masse moyenne de la flotte de vehicules avec une pente de 4,57 gCO ₂ /kg pour 100  kg ^{[ 16 ]} . Cette pente est inferieure a la pente ≪ naturelle ≫ que l'on obtiendrait avec de vehicules utilisant les memes technologies. Ainsi, la reglementation est plus exigeante pour les constructeurs qui commercialisent les vehicules les plus lourds et reciproquement.

Par ailleurs, des conditions particulieres sont mises en œuvre dans la reglementation pour inciter a la diffusion de dispositifs innovants (eco-innovations qui produisent des gains de consommation en dehors du cycle normalise) ou de vehicules a faibles emissions de CO ₂ (supercredits pour les vehicules electriques).

Cette reglementation est tres incitative pour les constructeurs et la plupart d'entre eux sont en ligne ^{[ 17 ]} pour satisfaire le seuil reglementaire de 130 gCO ₂ /km en 2015. La prochaine etape, en 2020, imposera un seuil reglementaire de 95 gCO ₂ /km, qui sera beaucoup plus difficile a atteindre.

Fiscalite francaise [ modifier | modifier le code ]

La France applique une fiscalite de type bonus-malus a l'achat du vehicule basee sur les emissions de CO ₂ normalisees.

En 2015, les seuils sont les suivants ^{[ 10 ]}  :

Le bonus ne s'applique que sur les vehicules neufs ayant fait l'objet d'une reception communautaire et n'ayant jamais ete immatricules en France ou tout autre pays de l'Union europeenne.

Taux d’emission de CO 2 (en grammes par kilometre)	Montant du bonus au 1 er janvier 2015
0 a 20  g	6 300  € (dans la limite de 27 % du cout d’acquisition)
21 a 60  g	4 000  € (dans la limite de 20 % du cout d’acquisition)

Le malus s'applique sur tous les vehicules neufs et d'occasion lors de leur premiere immatriculation en France. Pour les vehicules d'occasion (achetes a l’etranger) un abattement de 10 % par annee de circulation est applique.

Taux de CO 2 /km	Montant du malus
Entre 131 et 135  g	150  €
Entre 136 et 140  g	250  €
Entre 141 et 145  g	500  €
Entre 146 et 150  g	900  €
Entre 151 et 155  g	1 600  €
Entre 156 et 175  g	2 200  €
Entre 176 et 180  g	3 000  €
Entre 181 et 185  g	3 600  €
Entre 186 et 190  g	4 000  €
Entre 191 et 200  g	6 500  €
A partir de 201  g	8 000  €

Du puits a la roue [ modifier | modifier le code ]

Les emissions de CO ₂ reglementees sont les emissions en usage ≪ du reservoir a la roue ≫ ( ≪  tank to wheel  ≫ en anglais), qui correspondent a la combustion du carburant dans le moteur. Pour comparer le bilan carbone des differentes energies utilisees pour la propulsion des vehicules, on utilise la notion d'emissions de CO ₂ ≪ du puits a la roue ≫ ( ≪  well to wheel  ≫ en anglais). Pour ce faire, on evalue les emissions de CO ₂ produites lors des differentes etapes d'extraction, de transformation et de transport du carburant jusqu'a la pompe.

Ainsi, les emissions de CO ₂ d'un vehicule electrique, qui sont nulles en usage, varient considerablement en fonction du mode de production de l'electricite et le mix energetique des pays. C'est aussi en utilisant cette notion ≪ du puits a la roue ≫ que l'on peut justifier de l'interet de certains biocarburants , pour laquelle la partie ≪ du puits au reservoir ≫ est negative car on considere que la croissance du vegetal dont ils sont issus se realise par captation du CO ₂ dans l'atmosphere lors de la reaction de photosynthese.

Donnees du marche [ modifier | modifier le code ]

Dechiffrer les valeurs officielles [ modifier | modifier le code ]

Les resultats d'essais de consommation sur le profil NEDC sont rapportes dans les deux unites ( l/100 km ) et emissions de CO ₂ (g/km) pour trois profils de vitesse :

• cycle urbain de 800 s comprenant quatre motifs repetes d'acceleration jusqu'a 15   km/h , 30   km/h et 50   km/h  ;
• cycle extra urbain de 400 s comprenant plusieurs paliers de vitesse jusqu'a 120   km/h  ;
• cycle complet donnant des valeurs ponderees. En general, ce sont ces valeurs qui sont communiquees par les constructeurs et qui servent de reference pour les reglementations et la fiscalite.

L'exemple ci-dessous ^{[ 18 ]} montre l'interet d'analyser l'ensemble des resultats pour faire un choix pertinent par rapport aux usages.

Modele	Puissance (ch)	Urbain ( L/100 km )	Extra urbain ( L/100 km )	Mixte ( L/100 km )	Mixte CO 2 (g/km)
Citroen C3 Diesel	100	3,6	2,7	3,0	79
Toyota Yaris Hybride Ess.	100	3,1	3,3	3,3	75

Ainsi, pour une utilisation essentiellement urbaine, un vehicule hybride qui tire avantage de sa capacite a recuperer l'energie lors des decelerations pour la restituer en acceleration est plus performant lorsqu'il y a beaucoup d'arrets et de variations de vitesse, a l'inverse un vehicule diesel est plus efficace pour un usage routier car il beneficie d'une meilleure efficacite energetique que le moteur essence du vehicule hybride dans ces conditions d'utilisation.

Relation entre consommation de carburant et emission de CO ₂ [ modifier | modifier le code ]

Le tableau ci-dessous donne quelques caracteristiques pour les carburants automobiles usuels.

Type de carburant	Densite (kg/l)	Densite energetique specifique (MJ/kg)	CO 2 produit par combustion (kg/l)	CO 2 produit par combustion pour une consommation de 1  L/100 km (g/km)
Essence	0,755	43,8	2,365	23,65
Diesel	0,845	42,5	2,645	26,45

Les vehicules les plus sobres [ modifier | modifier le code ]

En France, l' ADEME s'appuyait sur la consommation theorique ( cycle NEDC ) desormais ( cycle WLTP ) pour realiser un classement des voitures selon les grammes de CO ₂ par kilometre emis par les voitures ^{[ 18 ]} .

Consommation reelle contre consommation homologuee [ modifier | modifier le code ]

Il est courant pour les usagers de constater un ecart important entre la consommation reelle observee et la consommation homologuee (de l'ordre de 25 % ^{[ 19 ]} superieure aux valeurs homologuees). Ces ecarts peuvent s’expliquer de plusieurs facons :

• les conditions d’usage sont tres differentes des conditions d’homologation, par exemple dans les cas suivants :
  • trajets tres courts ou pourcentage d'autoroute important,
  • vehicules tres charges ou transport d'objets sur une galerie,
  • pneumatiques sous gonfles,
  • temps froid avec courts trajets et usage degivrage ou chaud avec usage de la climatisation,
  • Amenagements imposant des decelerations et des accelerations frequentes comme des ralentisseurs, des feux tricolores non synchronises et des ronds-points, lors des accelerations le moteur est fortement sollicite avec une consommation qui s'envole.
  • conduite nerveuse avec acceleration et freinages brutaux ou regimes inadaptes lies a un mauvais choix de rapport de boite (boite manuelle) ;
• les constructeurs utilisent leur expertise pour exploiter les tolerances de la procedure d’essai afin de minimiser la consommation homologuee. Cette pratique s’est developpee depuis la mise en place de reglementations fiscales dans certains pays avec des seuils tres discriminants qui ont des impacts commerciaux considerables.

Il est possible pour un usager de realiser une consommation proche de la valeur homologuee sous certaines conditions d'usage mais surtout s'il pratique une conduite adaptee ( ecoconduite ).

Le tableau ci-contre montre l'importance du rapport de boite de vitesses sur la consommation ^{[ 8 ]} .

Reduire la consommation de carburant [ modifier | modifier le code ]

Comportements et techniques visant a reduire la consommation [ modifier | modifier le code ]

• Reduction du besoin energetique
• Amelioration de l’efficacite energetique
• Conduite a faible impact ecologique ( ecoconduite ).

Autres voies [ modifier | modifier le code ]

Puisque la finalite est de reduire la contribution des transports aux emissions globales de CO ₂ sur la planete, il est plus pertinent de raisonner en emission de CO ₂ par personne et par kilometre. Des etudes sont menees pour evaluer cet indicateur pour differents moyens de transport ^{[ 20 ]} . Pour l'automobile, cet indicateur est tres influence par le kilometrage annuel et le nombre de passagers. Les couts d'usage (dont prix du carburant) et les conditions de circulation dans les zones urbaines de forte densite incitent les automobilistes a de nouvelles pratiques.

• Covoiturage
• Mobilites alternatives (transport en commun, velo, marche a pied...)
• Teletravail

Le projet ≪ 2 L/100 ≫ de la Nouvelle France industrielle [ modifier | modifier le code ]

Le projet ≪ 2 L/100 ≫ fait partie du programme des Investissements d'avenir lances par l'Etat francais. Il a ete lance en juin 2013 avec l'objectif de federer les acteurs de la filiere francaise automobile (constructeurs, equipementiers, academiques) autour d'un objectif commun qui consiste a developper ensemble les technologies du futur et mettre en place de nouvelles filieres industrielles.

Si l'objectif parait peu ambitieux dans la mesure ou Volkswagen a commercialise 150 exemplaires en 2014 de son vehicule XL1 annonce a 0,9  l/100 km , la specificite du programme francais, selon les constructeurs ^{[ 21 ]} , est de developper des technologies abordables (a un prix identique a une version Diesel) avec les memes conditions de confort et d'habilite qu'un vehicule du segment inferieur actuel (Clio ou 208).

Dans ce programme, toutes les pistes de reduction de la consommation sont explorees et les technologies permettant d'atteindre le seuil de 2 l/100 sont mises en œuvre ^{[ 22 ]} sur des demonstrateurs presentes au Mondial de l'automobile 2014 a Paris (Peugeot 208 et C4 Cactus avec la technologie Hybrid Air et Renault EOLAB avec la technologie Hybride rechargeable).

Le graphique ci-contre donne une idee des ameliorations apportees par les differentes technologies pour passer de ≪ l'etat de l'art ≫ en 2013 au niveau vise en 2020.

Note sur les unites [ modifier | modifier le code ]

Le L/100 km est l'unite courante en Europe de mesure de la consommation. D'autres unites sont utilisees dans le monde, notamment dans les pays anglo-saxons qui n'utilisent pas le Systeme international d'unites .

L/100 km → km/L	100 / ( L/100 km ) = km/L
miles per US gallon → L/100 km	235 / mpg US = L/100 km
miles per Imp. gallon → L/100 km	282 / mpg Imp. = L/100 km
L/100 km → miles per US gallon	235 / ( L/100 km ) = mpg US
L/100 km → miles per Imp. gallon	282 / ( L/100 km ) = mpg Imp.

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Voir aussi [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• ADEME Agence pour le Developpement et la Maitrise de l’Energie
• WLTP  : Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures
• NEDC  : New Driving Cycle
• CAFE : Corporate Average Fuel Economy
• Economiseur d'essence
• Efficacite energetique dans les transports
• Coefficient de trainee
• Aerodynamique automobile

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

• Notices d'autorite  :

  • BnF ( donnees )
  • LCCN
  • GND
  • Israel
• http://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/incitations-financieres-vehicules-2014-7376.pdf
• (en) ≪  Reducing CO2 emissions from passenger cars  ≫, sur archive.org (consulte le 15 avril 2023 )
• (en) ≪  Monitoring of CO2 emissions from passenger cars ? Regulation 443/2009  ≫, sur European Environment Agency (consulte le 29 septembre 2020 )
• https://weber.fi.eu.org/consommation/ script gnuplot (calcul de consommation d'un vehicule)

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