Le scandale qui touche Volkswagen (VW) a placé les émissions d’oxydes d’azote des voitures diesel au centre de l’actualité. Du fait de leur technologie différente, les moteurs diesel ont toujours émis davantage d’oxydes d’azote que les moteurs à essence.
Par contre ils consomment moins de carburant. S’il était possible de «désazoter» les gaz d’échappement diesel, on aurait alors un moteur à la fois propre et économique. Des chercheurs de l’Empa travaillent à l’optimisation de la technologie des catalyseurs des moteurs diesel.
Les instruments de mesure optique laser dont dispose le laboratoire des moteurs de l’Empa permettent d’optimiser les systèmes de réduction des émissions d’oxydes d’azote des moteurs diesel.
Par rapport aux moteurs à essence, les moteurs diesel utilisent plus efficacement leur carburant – et émettent ainsi comparativement moins de ce gaz à effet de serre qu’est le dioxyde de carbone (CO2). Ceci, entre autres, parce que les moteurs diesel fonctionnent avec un excès d’air, on parle alors de fonctionnement en régime pauvre. Du fait de «l’excès d’oxygène» dans leurs gaz d’échappement il n’est toutefois pas possible d’utiliser sur les moteurs diesel le catalyseur 3 voies bien connu des voitures à essence qui est capable de décomposer plus de 98% des oxydes d’azote (NOx) toxiques sur ces véhicules.
Pour épurer tout de même les gaz d’échappement diesel de leurs oxydes d’azote, on a recours à un procédé développé à l’origine pour l’épuration des effluents gazeux des centrales thermiques. Il y bientôt dix ans qu’on a vu sur les routes tout d’abord les premiers camions équipés de catalyseurs utilisant cette technologie. Ce procédé utilise une solution aqueuse d’urée, commercialisée sous la dénomination de «AdBlue», pour transformer les oxydes d’azote en azote gazeux inoffensif à travers différentes réactions chimiques dans un catalyseur SCR (de l’anglais «selective reduction catalyst») optimisé spécialement pour la réduction des NOx. L’AdBlue est transporté sur les véhicules dans un réservoir spécial qui doit être périodiquement rempli, normalement lors du service du véhicule.
Les catalyseurs SCR sont toutefois notablement plus complexes que les catalyseurs 3 voies usuels des voitures à essence. Par exemple, le dosage de la solution d’urée AdBlue doit être exactement adapté à la quantité d’oxydes d’azote rejetée par le moteur; avec un dosage trop faible, la réduction des NOx prescrite par la législation n’est pas atteinte alors qu’un dosage trop élevé provoque des émissions d’ammoniaque indésirables. A cela vient encore s’ajouter qu’aux températures inférieures à 200°C, l’AdBlue a tendance à former des dépôts qui obstruent à plus ou moins long terme le catalyseur SCR. C’est aussi pourquoi les catalyseurs SCR doivent être adaptés et optimisés spécifiquement pour les différents types de moteurs et les variations de charge attendues – autrement le mode de conduite, ce qui est très compliqué et par là aussi coûteux.
EURO-6: Pour la première fois égalité des prescriptions sur les NOx pour l’essence et le diesel
Les catalyseurs SCR ne sont utilisés que depuis peu sur les voitures de tourisme. Les prescriptions actuelles applicables Europe et aux USA exigent que les catalyseurs SCR réduisent de plus de 95% la teneur en oxydes d’azote des gaz d’échappement diesel. De plus, avec l’entrée en vigueur de la norme EURO-6 au mois de septembre 2014, les véhicules à essence et diesel doivent désormais respecter les mêmes valeurs limites de NOx; auparavant on avait toujours toléré en Europe des émissions de NOx légèrement plus élevées sur les véhicules diesel.
Le laboratoire Technologies de motorisation de l’Empa dirigé par Christian Bach travaille depuis plusieurs années sur les catalyseurs et a équipé pour cela un laboratoire des fluides hautes températures spécial. Deux doctorants de l’équipe de Bach étudient actuellement différents procédés d’injection d’AdBlue dans le but d’obtenir une pulvérisation optimale et une distribution homogène de la solution aqueuse d’urée dans le flux des gaz d’échappement. Ces chercheurs utilisent pour cela un équipement de mesure optique laser pour quantifier et visualiser les minuscules gouttelettes d’AdBlue dans le flux des gaz d’échappement et étudier leur vaporisation et leur transformation chimique.
[ Une analyse réalisées dans le laboratoire des moteurs de l’Empa qui met en évidence une distribution plane de l’AdBlue dans les gaz d’échappement diesel (rouge = concentration élevée; bleu: faible concentration). L’idéal serait d’obtenir une concentration aussi régulière que possible de l’AdBlue. ]
Une meilleure compréhension technique pour des moteurs diesel propres
Les résultats expérimentaux ainsi obtenus sont utilisés en collaboration avec des collègues de l’EPF de Zurich et du «Politecnico di Milano» pour paramétriser des simulations sur ordinateur de l’injection d’AdBlue physiquement correctes et valider des modèles de simulation qui permettent de prévoir le taux de conversion d’un catalyseur dans différentes conditions d’exploitation.
«Avec ces travaux, l’Empa apporte une contribution à la poursuite de la réduction des émissions polluantes des gaz d’échappement des véhicules diesel» explique Bach. «Mieux nous comprendrons cette technologie dans ces moindres détails, plus les véhicules diesel circulant sur les routes deviendront propres.»
Ces projets sont soutenus par l’Office fédéral de l’environnement (OFEV) et le Centre de compétence énergie et mobilité (CCEM) du Domaine des EPF et sont réalisés en collaboration avec différents partenaires industriels.
Une autre solution interressante c’est d’utiliser de l’eau. Exemple: l’aquazole ou aussi le réacteur Pantone.Là un comparatif interressant.
L’aquazole, testé il y a 15 à 20 ans sur des flottes d’autobus avait pas mal d’inconvénients (dont émulsion non stable dans le réservoir, conso…) et ses performances ne répondent de toutes façons pas aux normes actuelles. Quand au « fameux » moteur Pantone, j’hésite entre fantaisie et escroquerie…
Je n’ai pas retrouvé la source, donc mon affirmation est à prendre avec des pincettes , mais d’après une lcture datant de l’époque de la fin de l’expérience, il s’avérait que si L’aquazole fasait bien disparaitre les particules > PM10, il faisait littéralement exploser (report diret en volume) les part < PM10 , les pires donc. ça aurait donc été une fausse solution. l'abaissement de la t° des sorties de gaz auraient probablement nuit à sa filtration autant particulaire que NOX. Fausse bonne solution donc. Pour le pantone, juste ah ah ah.
Pour tous les moteurs modernes, il y a la fameuse « Vanne EGR », pas un mot là dessus ? Pourtant cette vanne – qui s’encrasse beaucoup et provoque des pannes – doit donner des résultats puisque on la trouve sur 100% du parc. Son principe consiste à rediriger une partie des gaz brulés vers l’admission afin de faire baisser la température de combustion qui est le vrai problème en matière de NOx. En effet, ceux ci ne se forment qu’à partir d’une T° critique (j’ai un peu oublié combien mais ça doit se trouver sur goooo) Littéralement, l’azote de l’air « brûle » (s’oxyde) et c’est tout le problème Plutôt que Pantone qui a toujours été bizarre, je parlerais de HHO qui est installé sur une majorité de poids lourds américains et assez présent en europe Il s’agit d’une électrolyse de l’eau faite en temps réel et dont les gaz (HH et O) sont envoyés dans l’admission , juste après le filtre à air On a dit maintes fois que l’electrolyse consome obligatoirement plus d’énergie que celle restituée par l’hydrogène et l’oxygène ré-injectés mais cet argument est réfuté par les tenants du HHO qui affirment qu’il n’y a aucun rapport avec l’apport d’énergie mais uniquement la qualité de combustion. L’effet est – dit-on – spectaculaire en ce qui concerne les particules et on parle généralement de réduction de la consommation. J’ai fait moi-même quelques tests sans matériel de mesure et je n’ai pas vraiment constaté de différence majeure. Ce serait bien si un laboratoire pouvait s’auto-saisir de cette question et confirmer ou infirmer l’utilité du HHO Pour le diesel comme pour l’hydrogène, les NOx sont un problème à cause de la T° de combustion. Actuellement la solution déployée massivement est la vanne EGR, il faudra sans doute un système équivalent pour les systèmes à combustion non-catalytique d’hydrogène.. Qui travaille sur de tels dossiers ? je n’en sais rien.. j’ai l’impression que cette question a été largement négligée. On a écrit des km de littérature mais au final, très peu ont fait de véritables tests et recherches appliquées. L’Europe ne sait plus faire grand chose d’autre que noircir du papier et c’est dommage.
le problème n’est pas seulement la température, mais la richesse en Azote. Quand tu travailles en super pauvre, tu es super riche en azote, et aussi sur-riche en O2. En réinsérant des gaz imbrulés (et de la fumée, car la fumée brûle) tu crées l’équivalent de la double combustion qu’on va trouver dans les poelles à bois, tu « brules la fumée » . Je ne suis pas certain du tout que recompresser ces gaz de combustions brûlants abaissent la t° moteur. En revanche, insérer un mix dihydrogène + o2 ‘pur’ là dedans, peut être que ça aide, mais à quoi ? tu ne sais pas du tout quels composants (à commencer par des Nox, mais aussi des composés hydrogénés) ça va générer… La piste ultime AMHO c’est bien de profiter de l’aspect oxydant des Nox pour leur faire carburer un composé qui les neutralise (nox trap) au moins tu sais exactement ce que tu produis
La vanne EGR comme vous le faites remarquer pose pas mal de problèmes en terme de fiabilité… Cependant il est indéniable que ça baisse la température de combustion et donc la formation de Nox. C’est ce même principe qui est aussi utilisé dans les chaudières avec les pots de combustion dont le principe est de recupérer les gaz de combustion pour réduire la température de flamme. Globalement pour réduire la formation de Nox il faut une température de combustion assez faible, et refroidir vite. C’est les stratégies que l’on voit sur les chaudières (bruleur à flamme très courte avec gros excès d’air pour Budérus, barres de refroidissement dans les flammes gaz, rebrulage des gaz de combustion…). Du coup je vois pas trop comment injecter de l’O2 et de l’H2 pur réduirait la température de flamme… Si on veut aller plus loin, il faut un post traitement, et là ça se complique…!
Le gasoil (du puit à la roue) est & sera toujours le carburant le plus polluant. 9 diesels sur 10 ne respectent pas la norme Euro 6 ! (Rapport du 14 septembre 2015 de la fédération européenne Transport & Environnement.) Il est urgent de régulariser les taxes des carburants. Il est parfaitement anormal de voir un gasoil moins cher alors qu’il est plus coûteux à produire & plus polluant! Un manque à gagner de près de 7 milliards d’euros par an pour le budget de l’État ! Signons la pétition « essence-gasoil, mêmes taxes » _lien:_ _ Merci
Peut-être idiote! Mais si on utilisait de l’oxygéne pur (o2) au lieu de l’air chargé en azote est-ce qu’on aurait toujours se problème d’oxyde d’azote, est-ce que le rendement ne serait pas meilleur?
Pas si idiote que ça, mais il faudrait une usine à gaz, au sens propre, qui ferait exploser la consommation et le prix du véhicule. Cette solution est étudiée pour les centrales à charbon afin de recueillr du CO2 presque pur et « facilement » enfouissable.
Voici un document qui donne pas mal d’informations, d’accord c’est Peugeot :
Le but de la vanne EGR est d’appauvrir l’admission d’air en O2. Je ne pense pas que ça baisse la température, (au contraire, elle doit augmenter un peu).
En alimentatn en O2 pur, plus d’azote en entrée, donc plus de NOX en sortie … Rendement probablement meilleur, et le moteur d’une twingo devrait froler les 250cv… s’il ne fond pas bien sur … M’enfin, sans parler du cout et de la façon dont on obtient l’O2, je vois difficilement se trimbaler avec un réservoir de LOx sur une bagnole. ça serait « un peu » dangeureux. Avec de l’oxigène non liquefié, ça risque d’être volumineux (et pas forcémment beaucoup plus sur)
Le gasoil comme carburant est le pire, il est tant de cesser… Il est urgent de régulariser les taxes des carburants. Il est parfaitement anormal de voir un gasoil moins cher alors qu’il est plus coûteux à produire & plus polluant! Un manque à gagner de près de 7 milliards d’euros par an pour le budget de l’État ! Signons la pétition « essence-gasoil, mêmes taxes » _lien:_ _ Merci
Il ne faut pas uniquement injecter l’O2 nécessaire à la combustion, mais aussi des « gaz » de travail (par exemple de recirculation) qui en étant chauffés vont faire se mouvoir les pistons. Je partage par alleurs l’avis d’Hervé sur le risque à transporter de l’O2 comprimé ou liquéfié dans un véhicule.
« La vanne EGR est un dispositif de réduction des oxydes d’azotes, installé par les constructeurs pour satisfaire, à moindre coût, aux normes européennes de pollution. Ce système a pour effet de : ralentir la vitesse de combustion via la diminution de la proportion d’oxygène dans les gaz ; réduire la capacité thermique des gaz et donc diminuer leur température lors de la combustion ; Ceci a pour effet de diminuer la quantité d’oxydes d’azote (NOx) dans les gaz échappement à l’origine notamment de la pollution atmosphérique à l’ozone. La production d’oxydes d’azote dépendant notamment de la température et de la présence d’oxygène pendant la combustion, l’introduction de gaz brûlés agit sur les deux paramètres (température et proportion d’oxygène). » Source Wikipaedia, et ça confirme ce que j’ai appris…
De mon temps (c’est vieux), j’avais appris à l’école que la recirculation des gaz brûlés (comme celle réalisée par la vanne EGR) permettait d’introduire dans la chambre des « précurseurs » qui avaient pour effet de démarrer la combustion d’une manière plus rapide, donc sans les « pics » responsables de beaucoup de NOx. Qu’elle qu’en soit la cause, cette technologie, que ce soit dans un moteur ou une chaudière permet de baisser les émissions de NOx, mais dans des proportions bien plus faibles que l’injection d’urée / NH3 /… ou encore mieux les catalyseurs.
Comme je pense que de toute façon le moteur à combustion pour l’automobile vit ses dernières années, il vaut mieux concentrer les moyens sur des solutions plus durables, merci pour les infos!
Attention, sur des sujets compliqués wikipédia n’est peut être pas ce qu’il se fait de mieux en matière de réference… C’est un condensé de la pensée générale, d’une certaine manière une vérité votée à la majorité (aprés discution tout de même!). Dans un moteur diesel, on émets beaucoup de nox sur les couples intermédiaires principalement à cause de l’excés trés important d’oxygéne dans ces puissances (qu’on n’a pas dans ces proportions sur une essence). L’EGR est en grande partie destinée à remedier à cela en permettant de baisser le débit d’air frais sans perdre de température de compression (le diesel en a besoin, contrairement à l’essence) . Aprés que ça baisse la température de flamme, effectivement on le lit ici et la, mais même si c’est exact, je doute que ce soit le facteur dominant de réduction des nox sur ce type de moteur, tant un surdosage d’o2 est désatreux, et sachant que contrairement aux chaudières le débit de l’EGR vient en remplacement de l’air frais et non en sus.
Je ne suis pas spécialiste de ces sujets, mais je ne serais pas surpris qu’en moyenne, l’association turbo + EGR soit l’élément essentiel de réduction des Nox, les actalyseurs et pieges terminant le travail en aval… La doc de peugeot qu’a donné Dan1 hier est assez interessante.
Disons que les « gaz de travail » permettent surtout d’avoir des temperatures moindres. A mon avis, les gaz de combustion pourraient en faire autant avec un rendement meilleur (carnot), l’ennui c’est que les pistons… auraient une facheuse tendence à fondre… De mémoire, sur les turbines à combustion, le rendement maximal n’est pas encore atteint car on n’arrive pas a fabriquer des pales qui résistent a une combustion atmosphérique. Les fusées spatiales ne s’encombrent pas de « gaz de travail », par contre le refroidissement des tuyères est assez spectaculaire dans sa conception!