Les particules au bûcher

...Comment ça marche ?

D'une manière générale, un moteur thermique rejette cinq polluants : du gaz carbonique (CO2), du monoxyde de carbone (CO), des hydrocarbures (HC), des particules (PM) et de l'oxyde d'azote (NOx). Et contrairement aux idées reçues, les moteurs Diesel ne sont pas ceux qui rejettent le plus de "tout", même s'il faut reconnaître qu'ils ont quelques sérieux handicaps. Une mécanique Diesel émet environ 30 % de moins de gaz carbonique (CO2), 40 % de moins d'hydrocarbure (HC) et 3 fois moins de monoxyde de carbone (CO) que son équivalent en essence. En revanche, le Diesel est moins performant sur le NOx et les particules à cause d'une combustion moins homogène du carburant dans les chambres. Partant de ce postulat, les ingénieurs ont travaillé sur la réduction des émissions de ces deux gaz, notamment avec le recyclage de l'ensemble des gaz d'échappement. Il faut toutefois préciser que, déjà, l'oxyde d'azote (NOx) et les hydrocarbures (HC) ne rentrent plus en ligne de compte car ils sont traités grâce au pot catalytique conventionnel. Il faut également noter que l'oxyde d'azote (NOx) est traité sur les mécaniques essence avec des catalyseurs

EN CHIFFRES 0,004 C'est le poids en g/km des particules que rejette une 607 équipée du Fap. 0,002 C'est le poids, toujours en g/km, des particules que rejette une Toyota Avensis D-Cat

"DéNOx" qui devraient également apparaître sur les motorisations Diesel d'ici à 2005. Restent donc ces fameuses particules.
Avec l'arrivée de l'injection directe, la combustion du gasoil s'est améliorée, mais la production de particules aussi ! Cette nouvelle technologie a donc donné naissance à des particules beaucoup plus fines. Nous sommes passés des "grosses", 1 à 10 microns de diamètre, aux "petites", de 0,01 à 0,1 micron. Le défi consistait donc à les emprisonner, puis à les détruire sans que cela soit une contrainte pour l'automobiliste. PSA a fait le choix de détruire ces particules en les brûlant. La température à atteindre pour brûler les particules est de 550° mais le problème est que le moteur ne génère que 200° à l'échappement. Les ingénieurs ont donc développé un astucieux système. Dans un premier temps, le système d'injection réalise une postcombustion qui permet de faire monter la température jusqu'à 450° dans le pot précatalytique en carbure de silicium. Mais il manque encore 100° ! Cet écart sera comblé grâce à un additif à base de sérine, l'Eolys, injecté avec le carburant, qui permet d'abaisser la température de combustion à 450°. Le résultat est sans appel, une 607 2.2 HDi Fap rejette 0,004 g/km, alors que la norme Euro IV autorise un maximum de 0,025 g/km. La seule contrainte liée au système actuel de PSA est l'obligation d'un entretien tous les 120 000 km qui consiste à nettoyer le filtre et à remplir à nouveau le réservoir d'Eolys.

570° à 600° nécessaires à la combustion des particules

Au système additivé avec entretien, on oppose celui sans additif et/ou sans entretien. Aujourd'hui, cette offre est au catalogue allemand de Renault, avec la Vel Satis, mais dans l'année 2004, comme nous l'avons vu précédemment, Peugeot, Citroën, Mercedes, Opel ainsi que Volkswagen et Ford accompagnés par leurs diverses marques disposeront de ces nouvelles générations. Ces systèmes ne sont toutefois pas identiques, chacun ayant développé, avec ses partenaires, sa technologie. PSA travaille depuis le début de l'aventure avec Rhodia Electronics & Catalysis pour l'additif Eolys, avec Faurecia pour l'échappement, avec Ibiden pour le support filtrant en carbure de silicium et avec Bosch pour la gestion électronique. Pour la nouvelle génération, l'équipe gagnante ne change pas, mais s'élargit avec l'arrivée de Siemens dans la gestion moteur. Si le nouveau Fap de PSA conserve un additif, il n'en demeure pas moins sans entretien, car l'ensemble des éléments ont été dimensionnés pour jouer leur rôle sur toute la durée de vie du véhicule. Le seul point commun avec le système Renault est Ibiden, l'autre constructeur français ayant ensuite fait appel à Engelhard et Eberspaecher. Sur le principe de fonctionnement, le Fap Renault et celui développé par Opel sont assez proches. En effet, les deux systèmes proposent une régénération en fonction des conditions de conduite. Une fois que les particules stockées sont suffisamment nombreuses, un capteur indique cela au calculateur moteur ; ce dernier, en modifiant les lois d'injection, injecte plus de carburant afin d'élever la température du pot d'échappement. Le Fap Renault doit atteindre 570° pour brûler les particules alors que celui

EN CHIFFRE 1994 C'est l'année où le pot catalytique a été rendu obligatoire pour les véhicules essence. Il traite principalement le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures (HC). Le Fap agit sur les particules et l'oxyde d'azote (NOx). Ces derniers sont aussi combattus avec l'EGR, le recyclage des gaz d'échappement.

d'Opel demande, lui, 600°. De plus, cette combustion des particules peut intervenir avec une périodicité différente, comprise entre 300 et 500 km pour le constructeur français.

1 622 brevets sur le système Toyota

En partenariat avec Denso et NGK, Toyota a mis au point un système différent, dont le constructeur a déposé pas moins de 1 622 brevets, avec un filtre à particules intégré dans le catalyseur à 4 voies appelé DPNR (Diesel Particulate NOx Reduction System). Une partie du pot catalytique traite en continue les CO, HC et NO alors que le reste du pot est dévolu à la récolte et à la destruction des particules et des NOx. Lorsque la capacité maximale de stockage est atteinte, le moteur qui jusqu'ici fonctionnait en mode appauvri (peu de carburant pour beaucoup d'oxygène) passe alors en mode riche (plus de carburant et moins d'oxygène) avec, en plus, une injection de carburant dans le conduit d'échappement grâce à un 5e injecteur, qui marque l'une des différences du système Toyota. Cette injection supplémentaire est nécessaire pour réunir les conditions optimales de fonctionnement, avec les bonnes proportions des différents gaz, pour que la réaction chimique soit totale. En se produisant, cette réaction chimique permet de brûler les particules par oxydation. Même si cela apparaît un peu complexe, le résultat semble être au rendez-vous puisque Toyota annonce des chiffres de rejet de particules et de NOx respectivement inférieurs de 90 % et 50 % aux normes Euro IV.
Il n'y a donc pas une seule vérité, différents systèmes fonctionnent aujourd'hui, bien qu'ils coûtent encore un peu cher. Mais à la vitesse à laquelle on est parti, ils seront bientôt moins que le gasoil à la pompe ! 

 Christophe Jaussaud