Ce dossier fait le point sur «l'état de l'art 2007» en matière d'HVP, sachant qu'un certain nombre d'interrogations subsistent, comme le comportement de l'HVP dans les moteurs common rail, les émissions polluantes, la tolérance dans le temps des moteurs. Les nombreuses études en cours dans l'Hexagone devraient permettre d'y voir plus clair (expérimentation tracteurs FNCuma-Ademe, opération Solea). Pour prolonger votre réflexion, nous mettons à votre disposition, sur notre site internet, une documentation foisonnante autour des HVP.

Itinéraire d'une huile de qualité

Des critères physiques de la graine jusqu'au pressage et à la filtration: revue de détails pour mettre toutes les chances de son côté.

Produire une huile de qualité carburant n'est pas aussi simple que ne le laissent paraître ces installations à l'aspect parfois artisanal. A contrario, la tâche n'est pas insurmontable dès lors que l'on s'impose une grande rigueur. En effet, tous les détails comptent et l'à-peu-près peut se payer cher avec, dans le pire des cas, la casse du moteur.

Humidité: entre 5 et 8%

Humidité et propreté des graines ont leur importance. Non seulement un taux d'impuretés élevé engendre un risque d'usure prématurée de la presse, mais il influe aussi sur le rendement d'extraction. L'échauffement que ces impuretés induisent peut aussi libérer du phosphore dans l'huile. Un taux inférieur à 2% d'impuretés est donc requis. Le bon compromis généralement admis est de travailler des graines dont l'humidité est comprise entre 5 et 8% (l'association belge Valbiom situe l'optimum à 5,5-7%), quitte à enlever quelques points au séchoir après récolte... En réduisant l'humidité, le rendement d'extraction augmente et le taux de matière grasse du tourteau baisse, de même que la teneur en phospholipides. Mais ily a des limites: avec des graines très sèches (moins de 4%), l'huile redevient difficile à extraire, ce qui use la presse.

La température des graines joue également. Les spécialistes considèrent que la meilleure plage se situe entre 20 et 30°C au maximum. Au-delà de 35°C, on extrait trop de phosphore contenu dans les enveloppes. Si la température est trop froide (en dessous de 15°C), le rendement de la presse baisse et on fabrique beaucoup de sédiments qui se retrouvent dans l'huile. Il ne faut pas se fier à la température de l'air: un thermomètre placé dans le tas sera plus fiable. En France et en Allemagne, certaines installations semi-industrielles utilisent un préchauffage des graines à 20°C.

Comme en meunerie, il est préférable d'attendre quelques semaines de stockage avant de commencer la trituration des graines. Le rendement du pressage n'en sera que meilleur.

Pression à basse température

Comparé aux procédés d'extraction à chaud utilisés en industrie (90-100°C), le pressage «à froid» utilisé à la ferme permet de limiter la teneur en phospholipides dans l'huile, source d'encrassement et d'imbrûlés dans le moteur. Le terme «à froid» prête un peu à confusion puisque du fait de l'échauffement mécanique produit, la température de l'huile en sortie de presse peut monter jusqu'à 60°C. Il est déconseillé de franchir un seuil de 45°C.

La température d'extraction est donc un paramètre influent pour un usage carburant. Les presses dites «à barreaux» sont censées fournir des températures un peu plus basses que les presses à tube perforé (appelées communément à vis), mais cette appréciation n'est pas partagée par tout le monde. Du reste, on ne dispose pas d'étude comparative. En fait, la manière dont on se sert de la presse est tout aussi importante. Il est ainsi communément admis que la vitesse de rotation a une grande influence. A vitesse élevée, le débit de chantier sera certes important, mais l'huile obtenue de moins bonne qualité car plus riche en impuretés et en phospholipides. La taille de l'embout de pressage joue aussi sur la température, comme l'ont montré des essais Valbiom (cinq degrés d'écart pour une différence de buse de 2 mm sur une Oléane 50).

D'une manière générale, l'apparition de phospholipides est autant liée au pressage du colza qu'au tournesol. Des analyses pratiquées par le Cirad sur une cinquantaine d'échantillons d'huile fermière montrent que le seuil maximal de 12 ppm de phosphore (norme allemande) était largement respecté. Ce critère semble donc aujourd'hui bien maîtrisé par les producteurs, ce qui n'était pas le cas il y a dix ans, lors de la première vague d'intérêt autour des HVP. A la sortie de la presse, l'huile n'est pas directement utilisable en l'état. Elle doit être purifiée par étapes successives pour éliminer toutes les particules de taille supérieure à 1 micron, voire 3 microns si l'injection n'est pas trop sophistiquée. Pourquoi des seuils aussi drasconiens? D'abord pour ne pas colmater les filtres du tracteur, mais aussi parce que les motorisations de dernière génération ont des trous au niveau des injecteurs qui ne font que 2 microns, signale Valbiom.

Purification par étapes

Il y a deux méthodes pour nettoyer l'huile. La purification peut s'opérer soit par décantation suivie d'une filtration, soit par filtration directe en sortie de presse. Dans les deux cas intervient toujours une filtration finale dite de sécurité (lire l'encadré). De plus, il est impératif de filtrer l'huile de tournesol à moins de 15°C afin de piéger les cires.

Une fois purifiée, l'huile est conservée dans une cuve, à l'abri d'une contamination par les poussières. Il faut absolument éviter la condensation car l'eau provoque des dépôts d'algues et de l'acidification rendant l'huile agressive pour la mécanique. Certaines cuves en métal (fer, cuivre) sont à proscrire. On peut consommer l'huile plusieurs mois après le pressage, car elle s'oxyde au bout d'un certain temps et devient du coup plus comburante. A condition, là encore, qu'elle ne se soit pas acidifiée (sans eau dans la cuve).

 

Témoignage: XAVIER DELOMMEZ, agriculteur à Vicq, dans le Nord

"Je filtre avec de la perlite"

Xavier Delommez a monté une installation semi-industrielle triturant 100 kg de graines par heure. Il dispose en la matière de plusieurs années de recul (*). Ainsi, il refuse d'acheter des lots trop chargés en gaillet et impossibles à séparer du colza car la densité et la taille des graines sont trop proches. Il travaille à 7% d'humidité, en enlevant quelques points au séchoir. Xavier a remarqué l'incidence d'une humidité excessive sur la mauvaise conservation des tourteaux. «A plus de 9%, c'était moisi au bout de trois semaines, alors qu'à 7%, j'ai retrouvé des tourteaux dans un très bon état au bout de deux ans!»

Pour la filtration en continu, effectuée à 2,5-3 bars au maximum et à moins de 14°C, il rajoute de la perlite (poudre de roche volcanique) en sortie de presse à raison de 1 g/litre d'huile. A 44 centimes le kilogramme, le coût est dérisoire. «Cela permet de conserver un débit de filtration stable quelle que soit l'épaisseur du gâteau. Maintenant, je peux purifier de 5.000 à 6.000 litres d'affilée sans ouvrir les plateaux pour le nettoyage. C'est spectaculaire. Il y a donc un gros intérêt pratique, l'entretien des plateaux est plus aisé et je trouve que la qualité de l'huile, parfaitement translucide, s'est améliorée.» Sitôt la filtration terminée, il ajoute dans la cuve un additif (du C99 Méca Run qui lui revient à 2,10 centimes/litre d'huile), utile, selon lui, pour la conservation (afin d'éviter les départs d'algues) mais aussi pour améliorer la combustion.

Pour réussir une fabrication stable du mélange fioul-huile, Xavier estime essentiel que les deux cuves soient à la même température. Il met ensuite les deux pistolets simultanément dans le réservoir. Dans ces conditions, il n'y a pas de démixtion dans le temps, malgré la différence de densité, comme en témoignent les échantillons qu'il garde. Il recourt à du fioul haut de gamme (Total Premier) de manière à bénéficier d'un meilleur indice de cétane et des additifs contenus dedans (antibactériens évitant la formation d'algues dans le réservoir).

(*) Il utilise de l'huile pure dans un Deutz Agrotron 150 acheté en avril 2006 (injecteurs-pompes, équipé d'un kit de bicarburation ATG, 700 heures réalisées) et dans une moissonneuse Case 2366 (1.500 heures, dont 1.000 réalisées à l'huile, travail en mélange à 50% pour la récolte du maïs). Un mélange à 30% d'huile alimente un Maxxum 5140 (10.000 heures, dont 3.500 heures à l'huile).

 

 

Des différences notoires avec le fioul

 

 

Dans une optique de carburation, l'huile végétale pure (HVP) a plusieurs inconvénients majeurs, desquels découlent toutes les précautions et adaptations techniques qui devront être prises par la suite.

- Sa viscosité est nettement plus élevée que celle du fioul, ce qui signifie que la progression dans le circuit d'alimentation du moteur et au travers des filtres est plus difficile et que les pompes d'injection devront fournir plus d'efforts mécaniques. Cette caractéristique a aussi un impact sur la combustion: une viscosité élevée (à faible température) génère des gouttelettes plus grosses au niveau de l'injecteur, synonymes de mauvaise combustion. La température est donc un facteur clé pour l'huile: vers 70-80°C, sa viscosité devient comparable à celle du fioul, d'où le montage de réchauffeurs et d'échangeurs thermiques lorsqu'on envisage de fonctionner avec une proportion élevée d'HVP. Un mélange de 25 à 30% d'HVP avec du fioul a une viscosité assez proche de celle du fioul pour une large plage de températures.

- Le point éclair, c'est-à-dire la température à partir de laquelle le mélange air-carburant commence à s'enflammer (sans pour autant se propager), est plus élevé avec une huile de colza ou de tournesol (plus de 270°C) qu'il ne l'est avec du fioul (seulement 75°C). Les spécialistes estiment que pour limiter les imbrûlés et le risque d'encrassement, la température de la chambre de combustion doit atteindre au moins 450°C. Pour cela, le moteur doit être en situation de forte charge (plus de 70%).

- Une HVP de colza a un indice de cétane plutôt faible (38) comparé au fioul (de 44 à 50 selon sa qualité). Cet indice est révélateur de la capacité du carburant à l'auto-inflammation lorsque celui-ci est compressé. Il caractérise le délai entre l'injection dans la chambre et la combustion. Plus cet indice est élevé, plus le démarrage à froid est facilité et le bruit réduit. Cet indice augmente au fur et à mesure que l'huile s'oxyde.

- Les cires et les phospholipides sont deux constituants indésirables issus de l'enveloppe des graines qui peuvent se retrouver en plus ou moins grande quantité dans l'huile selon la technique de pressage et de filtration. Présentes surtout dans le tournesol, ces cires se solubilisent à chaud mais peuvent être filtrées une fois l'huile redescendue en dessous de 14°C. Elles posent un problème dans la mesure où elles peuvent colmater le circuit d'alimentation, la pompe et les filtres. Mais, contrairement à ce qui est parfois dit, elles ont aussi un impact sur la combustion. Elles entraînent un dépôt noir (coke) sur le nez des injecteurs et la tête des pistons. Les symptômes annonciateurs sont une fumée bleutée et des trous à l'accélération. Le phénomène est réversible avec des additifs de nettoyage, contrairement aux phospholipides, qui sont une autre source d'imbrûlés capables de générer un glaçage des parois du cylindre ainsi qu'une réaction de polymérisation avec le lubrifiant (échange d'huile par la segmentation). D'où un grippage du moteur. Les phospholipides sont favorisés par des températures élevées de pressage, ce qui conduit à rechercher une trituration la plus froide possible.

 

 

Décantation ou filtration en continu

La décantation convient bien à des installations de taille modeste (moins d'une tonne de graines triturées par jour). C'est une manière simple et peu coûteuse de se débarrasser des «grosses» impuretés qui vont être entraînées par gravité vers le fond. Sont notamment éliminés les cires et les phospholipides, avec une diminution de moitié. Inconvénient: il faut laisser décanter pendant au moins quatre à six semaines, ce qui suppose d'avoir de l'espace pour loger tous ces bacs et ne pas interrompre le flux de fabrication. La décantation laisse aussi une proportion non négligeable d'huile contenue dans ces sédiments et qui ne sera pas valorisée en carburant. A moins d'avoir prévu une évacuation gravitaire de cette masse visqueuse et noirâtre, il faut périodiquement vidanger et nettoyer les cuves. Par décantation, on élimine en conditions optimales les particules de plus de 30 microns. Derrière, il faut donc procéder à une filtration complémentaire, d'abord à 3 microns, puis à une filtration «police» de 1 micron.

Une autre solution consiste à filtrer en sortie de presse au moyen d'un filtre-presse constitué d'une série de plateaux en polypropylène. Ce sont les impuretés elles-mêmes, en formant un gâteau entre chacune des plaques, qui vont permettre de filtrer finement l'huile. Il ne faut donc surtout pas de décantation. Inconvénient: il faut nettoyer périodiquement les plateaux lorsqu'ils deviennent trop chargés. Des filtres à nettoyage automatique existent, mais ils restent très coûteux. Il faut ensuite procéder à une filtration de sécurité pour ôter les sédiments très fins, là aussi au seuil de 1 micron.

 

 

Effectuer des analyses

Quels critères prendre en compte pour jauger la qualité d'une HVP? Beaucoup se réfèrent à la norme allemande DIN 51605 qui fait autorité et liste dix-sept seuils à respecter. Mais, dans la pratique, compte tenu du prix prohibitif des analyses complètes, on se limite à quelques caractéristiques cruciales: le phosphore, l'eau, la contamination totale (sédiments), l'acidité, certains experts rajoutant le calcium et le magnésium (surtout pour les dernières générations de moteurs). Pour l'agrément Végétole, l'Institut français des huiles végétales pures se base sur les quatre premiers critères, dont un seuil de phosphore à 10 ppm plus bas que la norme allemande. Une analyse simplifiée revient à 170 euros environ.

 

Des solutions pour se prémunir contre la casse

Plus on va loin dans l'adaptation dumoteur, plus on évite les surprises.

En France, le front des tractoristes reste pour l'instant uni sur la question: l'huile végétale pure n'est pas un carburant sérieux, d'autant que les dernières générations de moteurs ont été optimisées pour des carburants fossiles normalisés et qu'il est envisagé de faire baisser les températures de combustion pour satisfaire aux normes européennes d'émissions. A la longue, le moteur finira de toutes manières par casser à cause d'inévitables imbrûlés liés à des postcombustions. Dans ces conditions, il n'est pas question d'apporter une garantie constructeur à des tracteurs qui tourneraient à l'huile. L'avenir est au biodiesel et à lui seul. Quant on traverse le Rhin, on s'aperçoit que les choses sont un peu plus nuancées. Et, en Belgique, l'importateur Deutz, la société Gaspart, va même jusqu'à apporter une garantie de deux ans à des Agrotron Tier 2 (injecteurs-pompes) équipés en bicarburation pour fonctionner à 100% à l'HVP. Sans le crier sur les toits, quelques concessionnaires français accordent leur propre garantie, sous certaines conditions. D'autres, comme les Ets. Colinet (Deutz), dans le Rhône, ont procédé à des modifications lourdes du moteur, sous licence allemande VWP, pour sécuriser complètement l'utilisation. Mais de telles adaptations coûtent cher.

C'est donc encore à ses risques et périls que l'agriculteur mettra de l'HVP dans son réservoir. Si quelques-uns ont effectivement déjà endommagé leur moteur ou leur pompe d'injection, d'autres semblent bien s'en sortir dans la durée (plus de cinq ans) et déjouer les pronostics les plus sombres. Il est vrai que leurs tracteurs sont des injections directes de première génération (basse pression), dont on sait qu'ils sont plutôt tolérants à l'huile.

Le sacre des injecteurs-pompes

Pour des moteurs de conception plus récente, le seul recul disponible est celui de l'expérience allemande des 111 tracteurs roulant à l'HVP (entre avril 2001 et octobre 2005). Certains ont préféré retenir qu'il y avait eu des casses importantes sur 46 tracteurs (dont 10 tracteurs à plus de 15.000 euros de réparations) tandis que d'autres, sans doute plus constructifs, ont remarqué que 65 n'avaient eu aucune panne ou des pannes mineures. Les moteurs à technologie injecteurs-pompes (montée chez Deutz etFendt) se sont particulièrement distingués dans ce test pour leur bonne adaptation à l'huile.

«Contrairement à ce que l'on pense, explique Pierre-Jean Borniche, spécialiste des HVP, les moteurs de dernière génération ont de bonnes prédispositions pour carburer à l'huile, notamment en raison de leur très haute pression d'injection. Sauf qu'ils sont beaucoup plus pointus que leurs prédécesseurs de par les contrôles électroniques qui ont été rajoutés, et qu'ils ne tolèrent pas une qualité d'huile médiocre, les adaptations de réchauffage imparfaites ou les surdosages d'huile en mélange.»

«Contrôler les compressions»

«J'ai vu trop d'agriculteurs basculer à l'huile sans vérifier au préalable l'état de leurs injecteurs et de leur moteur. La première chose à faire est de contrôler les compressions, insiste-t-il. Un trop fort pourcentage d'huile avec des injecteurs fatigués et une segmentation défaillante et c'est l'assurance d'avoir une huile qui se mélange au lubrifiant.»

Pour lui, il faut que l'huile soit de qualité irréprochable, c'est-à-dire conforme à la norme allemande (et sans cires dans le cas du tournesol). Ensuite, il faut adapter le pourcentage d'huile au type de moteur et aux conditions ambiantes et procéder aux modifications nécessaires: réchauffage, taille des durites pour assurer un débit de carburant suffisant, kit de bicarburation bien conçu et qui régule bien les températures. L'utilisation en mélange à 30% reste le mode d'utilisation le plus utilisé car le plus simple. Avec des moteurs à injection directe à basse pression (pression inférieure à 300 bars), «un retarage adéquat des injecteurs, l'installation d'un réchauffeur et un doublement de la filtration procurent une sécurité non négligeable en mélange», conseillent les Cuma. Sur les moteurs à très haute pression d'injection (injecteurs-pompes et common rail), le mélange semble utilisable à condition de réchauffer l'huile et que celle-ci soit d'une qualité parfaite. Toutefois, les retours d'expériences étant encore peu nombreux concernant les common rail, la prudence s'impose: le montage d'un kit de bicarburation pour un fonctionnement à 100% d'HVP semblerait mieux convenir à ces moteurs de dernière génération (des kits spéciaux common rail avec carte de gestion électronique reparamétrée commencent à apparaître).

 

 

 

Quelques préconisations de base

Les Cuma Pays-de-la-Loire ont édité une série de recommandations pour fonctionner en bicarburation.

- Injecter de l'huile à 70°C au minimum, du fait de la viscosité de l'HVP. Pour cela, utiliser un réchauffage passif (échangeur entre l'eau et le carburant) et un réchauffage actif (gaine chauffante).

- Utiliser l'HVP à plus de 70% de charge du fait de la température de la chambre de combustion. Pour cela, utiliser l'HVP uniquement pour les gros travaux (NDLR: un système de basculement automatique fioul-huile fondé sur la température des gaz d'échappement peut être monté, mais certains préfèrent garder la main sur la commutation).

Plusieurs préconisations générales sont également rappelées.

- Sur les anciennes générations, disposer d'une pompe d'injection en ligne peu sensible à la qualité du carburant (pour les pompes rotatives, valider au cas par cas avec un conseiller).

- Disposer d'un filtre à eau ou d'un bol de décantation.

- Changer les filtres après le premier plein en raison de la détergence de l'huile.

- Rapprocher les vidanges (deux fois plus souvent).

- Vérifier le niveau d'huile du moteur tous les jours. Si le niveau monte, c'est qu'il y a des imbrûlés et un échange d'HVP avec le lubrifiant.

 

 

Opinion: PIERRE-JEAN BORNICHE, ancien conseiller agricole de l'Aveyron

"L'huile n'est pas condamnée par les futures normes polluantes"

Les constructeurs disent que l'huile n'est pas une solution d'avenir compte tenu des contraintes d'émissions de plus en plus sévères qui leur sont imposées, notamment sur les oxydes d'azote (NOx). N'est-ce pas effectivement le talon d'Achille du dossier HVP?

P.-J. B: «La majorité du parc de tracteurs est encore en Tier 2 et là, l'huile passe encore. Il est vrai qu'il existe une corrélation directe entre NOx émis et température élevée de combustion. Du coup, la baisse de température pourrait être une piste pour les motoristes, auquel cas ce ne serait pas bon pour l'huile. Mais, à mon avis, leurs marges de manoeuvre sont trop étroites pour aller dans ce sens car, à trop baisser les températures, on réduit le rendement du moteur. Vu les seuils d'émissions draconiens qui sont envisagés pour Tier 4 et Tier 5, il est probable qu'ils s'orientent vers des voies plus performantes comme les technologies de dépollution qui, elles, ne sacrifient pas la puissance ou du moins l'affectent beaucoup moins. Je pense en particulier au retraitement des gaz par catalyseurs et par injection d'urée (*). En la matière, le secteur des poids lourds qui est soumis à de fortes contraintes tire la technologie. Du reste, ces systèmes de dépollution commencent à arriver sur les voitures (Mercedes Classe E Blue Tec). Les additifs font aussi partie de la panoplie des solutions à creuser. Les carottes ne sont donc pas cuites pour les HVP, mais la question des émissions polluantes va devoir être prise à bras le corps par les prohuiles.»

(*) La plupart des constructeurs de poids lourds ont adopté l'injection d'urée (Ad-Blue) pour réduire d'environ 80% les NOx en azote et en eau. Le produit est distribué dans les stations services pour poids lourds, notamment par Total.