Le kérosène est un mélange d'hydrocarbures contenant des alcanes (C_nH_2n+2) de formule chimique allant de C₁₀H₂₂ à C₁₄H₃₀. Issu du raffinage du pétrole, il résulte du soutirage pendant la distillation d'une coupe avec un point initial (PI) de distillation compris entre 150 °C et 180 °C, et un point final (PF) de distillation entre 225 °C et 250 °C. Il doit être exempt de soufre.

Histoire

Au X^e siècle, le savant perse Muhammad Al-Razi décrit la distillation du pétrole permettant d'obtenir du pétrole d'éclairage dans son Livre des secrets^[7].

En Occident, c'est le physicien et géologue canadien Abraham Gesner qui a effectué en 1846 la première démonstration publique d'un liquide d'éclairage qu'il nomme « kérosène ».

Au départ obtenu à partir de charbon, puis de pétrole, le kérosène est un liquide économique, qui a supplanté l'huile de baleine dans les lampes à huile ou les lampes à pétrole ; on l'appelait aussi « pétrole lampant ». Il s'agit de la « première source de lumière efficace, abondante et pas chère dont ait jamais disposé l'humanité »^[8]. Cet usage a été abandonné lors de l'avènement des ampoules électriques.

Utilisation en aéronautique

Son usage en aviation est principalement dû à son fort pouvoir calorifique de 43,15 MJ kg⁻¹ pour le Jet A1, qui autorise une plus grande autonomie à masse embarquée égale, ou, en d'autres termes, qui permet d'alléger la masse totale à emporter à autonomie constante.

Comme carburant pour l'aviation, le kérosène doit remplir des conditions particulières, notamment au niveau de ses propriétés physiques. Le carburant pour avion est ainsi un kérosène particulier ayant notamment un point de congélation très bas (−47 °C pour le Jet A1^[9]), car à 11 000 mètres d'altitude, la température externe est proche de −56,5 °C.

En tant que carburant utilisé par les compagnies aériennes publiques et privées assurant le transport du fret et des passagers, le kérosène bénéficie d'une exonération totale de taxes sur les liaisons internationales depuis la convention de Chicago (1944) ; certains pays ont introduit une taxe pour leurs liaisons internes.

Propriétés physiques

Le kérosène est un mélange d'hydrocarbures obtenu par raffinage du pétrole. Selon le niveau de raffinage, il est classé en plusieurs catégories dont les plus connues sont :

• le TR0 de densité moyenne 0,79 est le plus répandu ;
• le TR4 plus volatil que le TR0 mais de densité équivalente (de moins en moins utilisé car il pose des problèmes de tenue des pompes à carburant) ;
• le TR5 qui a un haut point d'éclair et qui a une densité moyenne 0,81, il est employé sur les porte-avions.

Le coefficient de dilatation volumique du kérosène est de 0,0007 K⁻¹.

Propriétés chimiques

Le kérosène est un hydrocarbure saturé de premier type ou alcane. Sa formule moyenne est C₁₀H₂₂. L'oxydation du kérosène par l'oxygène donne de la vapeur d'eau et du gaz carbonique en dégageant de la chaleur. Le pouvoir calorifique inférieur de cette combustion est de 10 300 kcal par kilogramme de carburant.

Le pouvoir calorifique inférieur d'une réaction chimique exothermique est la quantité de chaleur cédée à l'extérieur quand on a ramené les produits de la réaction dans leur état vapeur sans récupérer leur chaleur latente de vaporisation.

L'équation chimique de la réaction s'écrit :

2 C₁₀H₂₂ + 31 O₂ → 20 CO₂ + 22 H₂O

On définit la richesse en carburant du mélange carburant/oxygène par le rapport de la masse de carburant à la masse d'oxydant. Dans le cas de la réaction complète équilibrée, on dit de cette richesse qu'elle est stœchiométrique

Dans le cas du turboréacteur, la combustion du kérosène se fait dans l'air et non dans l'oxygène pur ; l'équation de la réaction est alors la suivante (dans le cas d'une combustion parfaite sans production de NO_x) :

2 C₁₀H₂₂ + 31 (O₂ + 4 N₂) → 20 CO₂ + 22 H₂O + 124 N₂

La température de fin de combustion du mélange carburé (kérosène/air) est donnée par l'équation suivante : Cp × (T₂−T₁) = Alpha × Pceff avec :

• Cp = chaleur massique à pression constante de l'air
• T₂ = température de fin de combustion
• T₁ = température d'entrée du mélange carburé
• Pceff = pouvoir calorifique efficace, inférieur à Pci [pouvoir calorifique inférieur], car la vapeur d'eau et le gaz carbonique, en se dissociant sous l'effet de la forte température, absorbent une partie des calories libérées par la combustion
• Alpha = richesse injectée ou quantité de carburant suffisante et inférieure à la richesse stœchiométrique dans l'oxygène pur

Biokérosène

Les biokérosènes (ou bio-kérosènes) sont des alternatives au kérosène produits à partir de la biomasse et incorporables (drop-in) au kérosène « fossile » (Jet A/Jet A-1) sans besoin d'adaptation de leur usage, de leur maintenance et de la logistique d’approvisionnement associée.

En octobre 2014, la société Air France a commencé à utiliser un biokérosène issu de la fermentation du sucre de canne pour certains vols entre Toulouse et Paris^[10].

De 2011 à fin 2017, plus de 45 000 vols commerciaux d'une vingtaine de compagnies aériennes auraient expérimentalement testé le biokérosène. Pour rappel en 2015, l'UE28 a consommé 41,6 Mtep de kérosène (8,6 % des produits pétroliers) et 14,2 Mtep de biocarburants (éthanol + biodiesel) sur les routes^[11].

Taxes sur le kérosène

Bien que carburant d'origine fossile de même nature que l'essence et le gazole, le kérosène est exempté de toute taxe sur les liaisons aériennes internationales depuis la convention de Chicago de 1944 qui visait à encourager leur développement, sur l'impulsion des États-Unis ; la disposition a ensuite été prolongée par des accords bilatéraux et maintenue en raison d'un lobbying intensif des compagnies aériennes^[12],[13].

Cas des vols intérieurs :

• Les Pays-Bas, les États-Unis, le Brésil, l'Inde, le Japon et la Suisse ont introduit une taxe pour leurs liaisons nationales^[12],[14].
• En France, le kérosène est utilisé par les compagnies aériennes qui, en vertu de l'application d'une exonération intégrale de la Taxe intérieure de consommation sur les produits énergétiques (TICPE), ne payent aucune taxe sur le territoire français^[15]. La France estime peu efficace d'agir sur les stricts vols intérieurs, car ils ne représentent que 4 % du trafic, et souhaite une taxe européenne^[16]. De plus, une exonération de la TVA existe également, sous la simple condition que « les produits destinés à des avions des compagnies aériennes dont les services à destination ou en provenance de l'étranger ou des territoires et départements d'outre-mer représentent au moins 80 % des services exploités »^[17],[18].

Impact environnemental

Le kérosène est, comme tous les combustibles fossiles, responsable de l'émission de gaz à effet de serre. Le secteur aérien est responsable de 2 à 3 % des émissions au niveau mondial^[19]. La combustion de 1 litre de kérosène libère 2,52 kg de CO₂, auxquels il faut ajouter 0,52 kg pour l'extraction, le transport et le raffinage, soit un facteur d'émission total de 3,04 kg de CO₂ par litre de kérosène (ou 3,81 kg de CO₂ par kg de kérosène, ou 0,312 kg par kWh, ou 3 642 kg par tep)^[20]. Selon Lorelei Limousin, responsable des politiques de transport au sein du Réseau Action Climat (RAC) France, le maintien de l’exonération du kérosène est incompatible avec les objectifs de réduction des gaz à effet de serre auxquels s’est engagée la France lors de l’Accord de Paris sur le climat : « Limiter l’augmentation de la température à 2 °C n’est pas atteignable sans agir sur le transport aérien. »^[21].