GNR, biocarburants, électrique, hydrogène : comparer les énergies d'un tracteur

Une situation d'exploitation

Une exploitation de polyculture-élevage renouvelle son tracteur de cour, 75 ch, qui fait 900 heures par an en petites tâches : distribution, curage, chargeur. Le concessionnaire propose trois options : un diesel classique au GNR, le même moteur homologué pour rouler au HVO, ou un tracteur électrique à batterie. Le chef d'exploitation demande un avis argumenté, pas un slogan. Pour le donner, il faut comparer les énergies sur des bases physiques : combien d'énergie dans un litre, un kilogramme ou une batterie, quel rendement pour la transformer en travail, quelles émissions et quelles contraintes de chantier. Cette leçon fournit ces repères et la méthode pour raisonner un choix selon le contexte, ce que demande la capacité C7.2.

Le GNR et sa combustion

Le gazole non routier est un gazole coloré en rouge, à fiscalité réduite, réservé aux engins agricoles et de chantier. Sa combustion complète transforme le carbone en dioxyde de carbone et l'hydrogène en eau : brûler un litre de GNR rejette environ 2,7 kg de CO₂, quoi que fasse le moteur. La combustion est rarement parfaite : le manque d'oxygène produit du monoxyde de carbone et des particules de suie, et les hautes températures forment des oxydes d'azote. Les normes d'émission des moteurs non routiers (Stage V en Europe) imposent filtre à particules, catalyseur d'oxydation et réduction des NOx par injection d'urée. Ces dispositifs ne changent rien au CO₂ : la seule façon d'en émettre moins avec un diesel est de consommer moins de litres, par le réglage, le lestage, le régime moteur et le choix de l'outil.

Les biocarburants : même moteur, autre origine du carbone

Le HVO (huile végétale hydrotraitée) est un gazole de synthèse produit à partir d'huiles et de graisses usagées ou végétales. Ses propriétés sont proches du GNR (PCI 44 MJ/kg, masse volumique 0,78 kg/L, environ 34 MJ/L), la plupart des moteurs récents l'acceptent pur, et il réduit les émissions nettes de CO₂ de 50 à 90 % selon la matière première, parce que le carbone rejeté a été capté par la plante peu de temps avant. Le B100 (ester méthylique de colza) demande un moteur homologué et supporte mal le froid. L'huile végétale pure impose des adaptations. Le biométhane comprimé, produit par méthanisation des effluents, alimente des tracteurs à moteur à allumage commandé ; il boucle le cycle de l'exploitation mais demande un stockage à 200 bar et une station. Leur limite commune : la disponibilité et le prix.

L'électrique à batterie : dense en rendement, pauvre en énergie

Un moteur électrique convertit 90 à 95 % de l'énergie de la batterie en travail, contre 40 % pour un diesel, et il donne son couple maximal dès l'arrêt. Le problème est le stockage. Un litre de GNR contient 10 kWh ; une batterie lithium-ion en stocke 0,2 à 0,25 kWh par kilogramme. Calculons pour un tracteur de 100 kW qui travaille à 60 % de charge pendant 8 heures : énergie utile 480 kWh. En diesel à 40 % de rendement, il faut 1 200 kWh de carburant, soit 120 L. En électrique à 90 %, il faut une batterie de 530 kWh, soit plus de 2 tonnes de cellules et une recharge de plusieurs heures. Voilà pourquoi l'électrique s'impose d'abord sur les petites puissances et les tâches courtes ou proches de la ferme : chargeurs, robots, tracteurs spécialisés en vigne ou en maraîchage.

Hybride et hydrogène

L'hybride associe un moteur thermique et une machine électrique. Le thermique tourne à son meilleur rendement, la batterie absorbe les pics, par exemple au démarrage d'un rotor de presse, et le tracteur peut alimenter des outils électriques par une prise haute tension. Le gain de consommation atteint 10 à 20 % sur les cycles très variables, moins au labour où la charge est constante. L'hydrogène se stocke sous 350 ou 700 bar ; un kilogramme contient 33 kWh, et une pile à combustible en convertit environ la moitié en électricité : 1 kg d'hydrogène rend donc 16 kWh utiles, l'équivalent de 4 L de GNR dans un moteur diesel. Le réservoir reste volumineux, l'hydrogène disponible est aujourd'hui surtout produit à partir de gaz naturel, et la filière de distribution rurale n'existe pas encore. C'est une piste pour les fortes puissances, à l'horizon de dix ans.

Comparer sur une base commune

Pour comparer, on ramène tout au kilowattheure utile, c'est-à-dire livré aux roues ou à la prise de force. GNR : 10 kWh par litre, 40 % de rendement, 4 kWh utiles par litre, 0,68 kg de CO₂ fossile par kWh utile. HVO : même rendement, CO₂ net divisé par deux à dix. Batterie : 0,25 kWh stockés par kilogramme, 90 % de rendement, CO₂ dépendant de l'électricité (en France, autour de 0,05 kg par kWh). Hydrogène : 33 kWh par kilogramme, 50 % de rendement, CO₂ nul à l'usage mais lourd à la production s'il vient du gaz. Il faut ajouter le temps de plein (deux minutes pour 300 L de GNR, plusieurs heures pour une batterie), le coût du kWh, la masse embarquée et la durée de vie. Aucune colonne ne gagne partout : c'est le contexte qui tranche.

Retour sur l'exploitation

Le tracteur de cour fait des tâches courtes, proches des bâtiments, avec des pauses fréquentes ; une batterie de 60 à 80 kWh couvre une demi-journée et se recharge à midi sur le réseau de la ferme, d'autant plus intéressant que les toits sont couverts de panneaux photovoltaïques. Le silence et l'absence de gaz d'échappement dans les bâtiments d'élevage sont un vrai plus. Le tracteur de 180 ch qui laboure et fait les transports de fourrage, lui, reste au GNR ou passe au HVO : autonomie, temps de plein et puissance ne se négocient pas. Le raisonnement du référentiel est là : décrire le contexte (tâches, distances, énergie disponible sur place, contraintes réglementaires), poser les contraintes (autonomie, coût, disponibilité du carburant), puis justifier la technologie. Le même tracteur peut être un bon ou un mauvais choix selon la ferme.

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