L'essence est un mélange d'hydrocarbures dérivés du pétrole utilisé comme carburant dans les moteurs à combustion interne. Il a une valeur calorifique très élevée, environ 46 MJ/kg.
L'essence est un liquide incolore, hautement inflammable, moins dense que l'eau (densité relative : 0,70 à 0,75). L'essence est obtenue à partir du pétrole par distillation directe, entre 60° et 200°C, ou par craquage des fractions lourdes.
D'un point de vue chimique, l'essence est un mélange d'alcanes, de cycloalcanes et de composés aromatiques de 4 à 10 atomes de carbone et, occasionnellement, d'alcènes. L’essence est principalement utilisée comme carburant dans les moteurs à combustion interne. Pour cette raison, ce carburant doit avoir un pouvoir antidétonant élevé, mesuré par l'indice d'octane (octane).
Ce pouvoir antidétonant peut être amélioré en faisant varier la composition chimique, par des procédés de raffinage (craquage, reformage, isomérisation, etc.) et par l'ajout d'agents antidétonants (plomb tétraéthyle). Il est également utilisé comme solvant dans de nombreuses applications et la volatilité souhaitée est obtenue en faisant varier le point final de distillation.
Composition de l'essence
L'essence peut être considérée comme un mélange d'hydrocarbures, principalement d'octane et d'octane. Le naphta est généralement désigné comme la fraction du pétrole dont le point d'ébullition est compris entre 28 et 175 °C, bien que cette plage puisse varier en fonction des besoins commerciaux de chaque raffinerie. Cette fraction est subdivisée en naphta léger (avec un point d'ébullition allant jusqu'à environ 100 °C) et en naphta lourd (le reste).
Le naphta léger, dont l’indice d’octane est proche de 70, est l’un des composants de l’essence. Le naphta lourd, en revanche, n’a pas la qualité nécessaire pour être utilisé directement dans la production d’essence, il subit donc un processus de reformage catalytique. Ce processus chimique améliore non seulement l’indice d’octane de l’essence lourde, mais produit également de l’hydrogène.
Outre le naphta léger et le naphta de reformat, d'autres composants utilisés dans la formulation de l'essence commerciale comprennent le naphta FCC, le naphta isomérisé léger, l'essence de pyrolyse débenzénisée, le butane, les butènes, le MTBE, l'ETBE, l'alkylat et l'éthanol. Les formules utilisées dans chaque raffinerie peuvent varier, même au sein d'une même entreprise, en fonction des unités de traitement disponibles et de la saison (été ou hiver).
Le naphta FCC, obtenu par le procédé de craquage catalytique fluide (FCC) à partir de carburant diesel lourd, peut contenir jusqu'à 1 000 ppm de soufre s'il n'est pas raffiné. Ce type de naphta est composé d'environ 40 % d'aromatiques et de 20 % d'oléfines. Ses indices d'octane (MON/RON) sont d'environ 80/93.
Le naphta léger isomérisé est obtenu à partir de naphta léger de distillation directe grâce à un procédé utilisant des catalyseurs solides à base de platine/aluminium ou de zéolites. Ce composant est exempt de soufre, de benzène, d'aromatiques et d'oléfines, et ses indices d'octane (MON/RON) sont d'environ 87/89.
L'essence de pyrolyse débenzénisée est un sous-produit de la production d'éthylène à partir de naphta léger. Il est composé principalement de 50 % d'aromatiques (tels que le toluène et les xylènes) et de 50 % d'oléfines (telles que l'isobutène et l'hexène). Contient environ 200 ppm de soufre. Le benzène présent dans sa composition est généralement purifié et commercialisé comme matière première pétrochimique. Les indices d'octane (MON/RON) de cette essence sont compris entre 85/105.
L'alkylate est obtenu à partir d'isobutane et de butènes, à l'aide d'un procédé utilisant des catalyseurs acides, tels que l'acide sulfurique ou l'acide fluorhydrique. Ce composant est exempt de soufre, de benzène, d'aromatiques et d'oléfines, et ses indices d'octane (MON/RON) sont d'environ 94/95.
Formule de l'essence
La formule chimique de l’essence n’est pas une formule unique et fixe, car il s’agit d’un mélange complexe de nombreux hydrocarbures. Cependant, l’essence est principalement composée de composés organiques contenant entre 4 et 12 atomes de carbone. Les principaux types d’hydrocarbures présents dans l’essence comprennent :
- Alcanes (paraffines) : Hydrocarbures saturés, tels que l'octane (C₈H₁₈) .
- Cycloalcanes (naphténiques) : Hydrocarbures cycliques saturés.
- Aromatiques : Hydrocarbures à cycles benzéniques, tels que le toluène (C₆H₅CH₃) et le xylène (C₆H₄(CH₃)₂) .
- Oléfines (alcènes) : Hydrocarbures insaturés, bien qu'en plus petites quantités.
Le mélange varie selon la raffinerie, la saison et le type d'essence, mais certains des principaux composants comprennent :
- Octane (C₈H₁₈) : Composant important de l'essence en raison de son indice d'octane, qui est crucial pour une combustion efficace dans les moteurs.
- Toluène (C₆H₅CH₃) : Un hydrocarbure aromatique qui améliore l'indice d'octane.
Origine et extraction
Le naphta est également obtenu à partir de la conversion de fractions pétrolières lourdes (gas oil sous vide) dans des unités de traitement appelées FCC (craquage catalytique fluidisé) ou hydrocraquage.
Une série de spécifications doivent être respectées pour que le moteur fonctionne correctement, ainsi que d'autres spécifications environnementales, toutes deux réglementées par la loi dans la plupart des pays. La spécification la plus caractéristique est l'indice d'octane, qui indique sa tendance à détoner.
Il existe différents types d’essence commerciale, classés en fonction de leur indice d’octane. L'essence la plus vendue en Europe (2004) a un MON minimum de 85 et un RON minimum de 95.
Production de dioxyde de carbone à partir de l'essence
Environ 2,36 kg de dioxyde de carbone (CO 2 ) sont générés lors de la combustion d’un litre d’essence ne contenant pas d’éthanol. 1 litre de carburant diesel génère 2,69 kg de CO2 .
L'EIA américaine estime que la consommation de carburant et d'essence (distillat) aux États-Unis pour le transport en 2015 a entraîné l'émission d'environ 1 105 millions de tonnes métriques de CO 2 et 440 millions de tonnes métriques de dioxyde de carbone, respectivement, pour un total de 1 545 millions de tonnes métriques de CO 2 . Ce total équivaut à 83 % des émissions totales de dioxyde de carbone du secteur des transports aux États-Unis et à 29 % des émissions totales de dioxyde de carbone liées à l’énergie aux États-Unis en 2015.
La plupart des essences vendues au détail aux États-Unis contiennent environ 10 % d’éthanol carburant (ou E10) en volume. La combustion d’un gallon d’E10 produit environ 17,68 livres (8,02 kg) de dioxyde de carbone qui est émis à partir du contenu en combustible fossile.
Si l’on considère les émissions de dioxyde de carbone provenant de la combustion de l’éthanol, environ 18,95 livres (8,60 kg) de dioxyde de carbone sont produites lorsqu’un gallon d’E10 est brûlé. Environ 12,73 livres (5,77 kg) de dioxyde de carbone sont produites lorsqu’un gallon d’éthanol pur est brûlé.