Moteurs automobiles et environnement

 

La qualité de l’air est aujourd’hui une préoccupation importante tant du point de vue de son effet sur l’environnement que sur la santé publique. Les études récentes du CITEPA démontrent bien que les transports routiers sont à l’origine de plusieurs dizaines de millions de tonnes d’émissions polluantes qui représentent une part de 10 à 75% (selon le produit CO, COVNM, HC ...) des émissions totales. Cette situation est donc préoccupante non seulement par la masse de polluants émis mais aussi par la localisation des sources d’émissions qui sont principalement urbaines.

Bien que l’effet nocif sur la santé des polluants réglementés (CO, NOx, hydrocarbures et particules) dans des situations d’exposition classiques ne soit pas clairement démontré, le principe de précaution incite à prendre des mesures pour limiter les teneurs en polluants dans les atmosphères urbaines.

Les règlements européens imposent donc aux constructeurs automobiles depuis 1975 des niveaux d’émission maximum à la source en grammes de polluant par kilomètre parcouru. Les travaux de recherche et développement ont permis depuis cette date de diminuer en moyenne les émissions par un facteur 20. Le prochain règlement en 2000 réclamera une diminution par 2 et encore par 2 en 2004. Mais les limites basses commencent à être atteintes et les solutions pour diminuer les émissions font appel à des technologies de plus en plus sophistiquées et coûteuses.

La réduction des émissions se réalise de la préparation du mélange air/carburant au post traitement à l’échappement en passant par l’allumage et la propagation de la combustion. Chacun de ces thèmes sont étudiés pour éviter la formation de polluants (par ex. recirculation des gaz d’échappement pour les NOx) ou éventuellement pour les détruire avant la sortie de la chambre de combustion (par ex. post-oxydation des particules diesel) ou dans l’échappement (catalyseur trois voies, filtre à particules).

Le catalyseur trois voies utilisé sur moteur à allumage commandé a permis de faire chuter les émissions des polluants réglementés de façon très importante (d’un facteur 15 à 20 selon le polluant) mais ce type de catalyseur ne commence à convertir qu’à partir de 250°C et n’est donc pas efficace lors des 2 ou 3 premiers kilomètres. Sachant qu’un pourcentage important des déplacements sont réalisés sur des trajets inférieurs à 5 km, une grande partie des véhicules essence circulant en ville émettent des masses de CO et d’hydrocarbures de 2 à 30 fois supérieures à un moteur diesel dans les mêmes conditions. Seule la masse de particules diesel reste 20 fois plus faible en essence qu’en diesel et les NOx du même ordre en essence et en diesel. De plus le rendement global du moteur diesel supérieur à celui de l’essence permet de diminuer la consommation de 20 à 30% et le CO2 dans les mêmes proportions. L’image du moteur essence moins polluant que le diesel est -elle réellement méritée ?

Les particules diesel sont classées 2A (" probablement cancérigène ") par l’IARC (OMS). Ce classement a été adopté à la suite d’études d’inhalation chez le rat à des concentrations importantes 8h par jour pendant 2 ans à des concentrations 1000 fois supérieures à celles rencontrées dans les atmosphères urbaines).

Bien que le principe de précaution soit une règle d’or en matière de santé publique ne vaut-il pas mieux exploiter une technologie qui permet de réduire de 20 à 30% les émissions de CO2 qui a un impact important sur le réchauffement de la planète? De plus, le fort potentiel de progrès des motorisations diesel grâce notamment à l’injection très haute pression à accumulateur (common rail), les catalyseurs de déNOx et les filtres permettront de réduire encore les particules , les NOx et le CO2 à des niveaux jamais atteints par les moteurs essence (notamment à froid).

L’injection directe essence à mélange pauvre poursuit les mêmes objectifs de réduction des émissions réglementées et du CO2 mais se heurte au même problème que le diesel : la réduction des NOx en milieu oxydant . Le profil type du moteur à partir de 2000 sera à injection directe (essence ou diesel) avec turbo à géométrie variable pour réduire le CO2 et systèmes de post-traitement sophistiqués (cata déNOx, filtre à particules...).

L’exploitation des molécules plus légères comme le GPL et le GNC (Gaz Naturel Comprimé) permet de réduire significativement les imbrûlés et le CO , la production de NOx qui reste élevée est facilement post-traitée par un catalyseur au paladium. Le véhicule hybride à propulsion électrique en milieu urbain et à moteur à combustion interne en extra-urbain parait une bonne solution en attendant de faire sauter le verrou technologique des batteries qui permettra de passer au tout électrique (cf. la pile à hydrogène).

Frederik Dionnet