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La dépollution automobile a ses armes

Publié le 14 mai 2004

Par Alexandre Guillet
9 min de lecture
Si le contrôle du moteur et l'optimisation des processus de combustion ont fait d'énormes progrès ces dernières années, l'échappement demeure néanmoins l'un des véritables points d'orgue de la dépollution automobile. Le post-traitement des gaz d'échappement semble en effet l'un des moyens d'atteindre...

...les niveaux d'émissions requis par la Commission européenne.

Automobile et respect de l'environnement ne font pas toujours bon ménage. Pourtant, les constructeurs se sont progressivement penchés sur la question de la dépollution des véhicules qu'ils conçoivent et ont cherché des solutions pour que les émissions soient de plus en plus maîtrisées. Il faut cependant bien reconnaître que, en la matière, c'est plutôt le principe de la carotte et du bâton qui a déterminé les avancées technologiques. Dans le rôle du bâton, la réglementation internationale ou européenne, qui vient imposer aux constructeurs un niveau d'émissions polluantes de plus en plus bas. Dans celui de la carotte se trouve l'avantage qu'a un constructeur à proposer à ses clients des véhicules plus écologiques, un argument plus vendeur outre-Rhin que dans l'Hexagone, ou encore de proposer des véhicules consommant moins de carburant, ce qui est tout de suite plus attrayant pour l'automobiliste. Mais si la réglementation pousse les constructeurs à rendre leurs voitures plus propres, le coût de la dépollution a parfois tendance à freiner leurs ardeurs. Les constructeurs sont ainsi parfois réticents à équiper leurs véhicules, notamment les plus petits, des solutions les moins polluantes. Pour autant, selon une étude menée par l'Ifen (Institut français de l'environnement), depuis les années 90, les émissions d'oxyde d'azote et de monoxyde de carbone liées aux transports ont respectivement baissé de 21 % et de 42 %. Cette réduction des émissions polluantes est la conséquence directe de l'obligation faite aux constructeurs, à partir de 1993, d'équiper leurs véhicules dotés de motorisation essence de pots catalytiques.

95 % des émissions polluantes sont détruites par catalyse

La catalyse permet en effet d'oxyder les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone, et de réduire les oxydes d'azote, ce qui ôte toute toxicité à ces émissions. Ce procédé détruit ainsi jusqu'à 95 % des émissions polluantes. Un pot catalytique est constitué d'une coquille en acier inoxydable contenant un monolithe, généralement en céramique, composé d'une structure en nid d'abeilles permettant d'offrir la surface de contact la plus grande possible avec les gaz d'échappement. C'est en effet au contact des parois du monolithe que se produit la catalyse. Ces parois sont imprégnées de métaux précieux (platine, rhodium et palladium) et d'une formulation permettant d'obtenir la réaction catalytique. Rhodia Electronics &




En chiffres

1 à 2 grammes
C'est la quantité de métaux précieux (platine, rhodium et palladium) nécessaire pour un convertisseur catalytique.


350 000
C'est le nombre de FAP produits par Faurecia pour PSA entre 2000 et 2003. C'est aussi le nombre de FAP que l'équipementier compte produire uniquement en 2004, pour plusieurs constructeurs cette fois.

Catalysis est l'un des fournisseurs de ce produit de catalyse qu'il fabrique sur la base de terres rares. Allié aux métaux précieux, il permet d'améliorer la réaction catalytique. "Ces procédés sont aujourd'hui parfaitement maîtrisés", estime Jacques Mauge, vice-président de l'activité échappement de Faurecia qui continue : "Nous sommes actuellement dans une phase où il s'agit d'optimiser le convertisseur catalytique." En effet, la généralisation des pots catalytiques a permis aux fabricants de détenir l'expertise nécessaire pour leur production de masse, mais des axes de développement demeurent. L'un d'entre eux est l'amélioration de l'efficacité de ces pots et le raccourcissement de leur temps d'amorce. En effet, sur les petits trajets, le convertisseur catalytique n'a pas toujours le temps d'atteindre une température suffisamment élevée pour déclencher la catalyse. Pour remédier à cela, la tendance actuelle vise à rapprocher le convertisseur catalytique du moteur afin de bénéficier le plus rapidement possible des températures les plus hautes. En même temps, les fabricants développent des substrats à paroi mince, voire ultra mince, qui permettent d'augmenter la surface de contact entre les gaz d'échappement et les produits chimiques déclenchant la catalyse. Enfin, parallèlement à l'optimisation du fonctionnement des convertisseurs, la réduction des coûts, éternel moteur de la recherche, pousse les constructeurs à réduire la quantité de métaux précieux recouvrant le substrat. Le coût des métaux précieux peut en effet atteindre, en fonction des fluctuations des prix, le double du prix de l'acier utilisé pour la fabrication du pot. Ainsi, le chimiste Rhodia Elecronics & Catalysis a développé un nouveau matériau de catalyse, baptisé Optalys, qui assure une durée de vie plus longue aux métaux précieux. Sa grande capacité de stockage en oxygène, nécessaire pour la catalyse, et sa très haute résistance à la chaleur permettent aux métaux précieux de conserver plus longtemps leurs propriétés et leur efficacité. Ce produit entrera en production à la fin de l'année et devrait apparaître sur des véhicules dès 2005.

Le FAP monte en puissance

Toutefois, si la généralisation des pots catalytiques et leur amélioration constante ont permis de réduire les émissions des véhicules, la pollution entraînée par l'automobile est loin d'avoir été enrayée. Aujourd'hui, ce sont les moteurs Diesel qui font l'objet de toutes les attentions. Si les fumées noires que l'on associait traditionnellement à ces motorisations font désormais partie du passé, la gestion moteur ayant été considérablement améliorée, ce sont les particules émises à l'échappement qui doivent maintenant être contrôlées. Les avancées technologiques au niveau de l'injection, dues notamment à l'arrivée du Common Rail ou de l'injecteur pompe, ont permis d'optimiser la combustion, qui est gérée électroniquement, et donc de réduire les émissions de polluants. Toutefois, si ces technologies ont un impact réel sur le niveau de grosses particules (diamètre inférieur à 10 microns) émises par les moteurs Diesel, les particules fines (diamètre inférieur à 2,5 microns) et ultrafines (diamètre inférieur à un micron) demeurent. C'est PSA qui, le premier, a décidé de s'attaquer de front au problème en essayant non plus de le régler à la source, mais plutôt au niveau de la sortie du moteur. En 2000, il a ainsi lancé la Peugeot 607 équipée d'un filtre à particules venant piéger les suies, puis les brûler au moyen d'une post-injection augmentant la température à l'échappement. Un catalyseur soluble à base de cérium, injecté directement dans le carburant, permet par ailleurs d'abaisser la température de combustion des particules de 600° à 480°.
Cette technologie de post-traitement des particules s'est rapidement propagée dans le monde automobile et est aujourd'hui décrite comme un élément essentiel pour permettre aux véhicules Diesel de passer les normes Euro 5 prévues pour 2010. Le FAP permet en effet de détruire, dans le meilleur des cas, pas moins de 99 % des particules émises par les moteurs Diesel. Les autres constructeurs, notamment allemands, qui au départ pensaient pouvoir venir à bout des particules grâce à un contrôle moteur plus poussé, se sont ainsi tous tournés vers le FAP, en adoptant toutefois des variantes technologiques. Certains ont ainsi développé des filtres à particules sans additif, dont le principe est de rapprocher le FAP du moteur pour augmenter rapidement sa température et brûler les particules sans avoir recours au catalyseur soluble. Stéphane Champlong, de la société Rhodia E&C qui fabrique l'additif du FAP, estime néanmoins que "le FAP additivé n'a pas dit son dernier mot, loin de là !". Selon lui, le fait de garder le FAP plus loin du moteur pourrait permettre, par exemple, de réserver la place près du moteur à d'autres dispositifs de dépollution. Par ailleurs, depuis le lancement des premiers FAP, ces additifs ont déjà fait des progrès. Alors qu'il fallait refaire le plein d'additif tous les 80 000 km pour la première génération de filtres à particules, la génération actuelle autorise un plein tous les 120 000 km et, bientôt, une troisième génération fera son apparition avec une durée de vie de 250 000 km. En parallèle, la capacité de stockage dans le FAP des cendres résiduelles issues de la combustion des particules est augmentée régulièrement, ce qui évite d'avoir à démonter le filtre pour le nettoyer.
Pour le moment, les constructeurs ont prévu de n'équiper que des véhicules haut de gamme de filtre à particules, en raison de son coût élevé. Toutefois, selon Jacques Mauge, de Faurecia, "à terme, les petits véhicules en seront également équipés, nous estimons d'ailleurs que tous les véhicules neufs en seront dotés d'ici 2010 pour pouvoir respecter les normes d'émissions". La solution pour rendre les moteurs plus propres existe donc bel et bien, mais leur généralisation se fait encore attendre. Le groupe des Verts au Parlement européen a d'ailleurs attiré l'attention de la Commission sur les bénéfices du FAP en termes d'environnement et s'est prononcé en faveur d'une plus grande sévérité des normes d'émissions des véhicules.


Arnaud Dumas





ZOOM

La Rochelle équipe ses bus de FAP

Une fois encore, la ville de La Rochelle se distingue par son souci de préserver l'environnement en milieu urbain. On se souvient de son initiative, dans les années 90, en faveur des véhicules électriques mis à la disposition des citadins. Aujourd'hui, c'est à sa flotte d'autobus que la ville a décidé de s'attaquer. Depuis la fin de l'année dernière, la Communauté d'agglomération de La Rochelle a entamé une action "bus propre" dont le but est de réduire les émissions polluantes de ses moyens de transports urbains. Mais plutôt que de simplement renouveler sa flotte d'autobus en remplaçant les plus vieux, donc les plus polluants, par des neufs plus en phase avec les normes actuelles d'émissions, la Communauté d'agglomération s'est lancée dans une initiative plus originale. Elle a en effet décidé d'équiper ses bus les plus anciens de filtre à particules. Pour cela, le célèbre port des Charente-Maritime s'est associé avec trois partenaires spécialistes de la dépollution moteur. Airmeex fabrique les filtres à particules et les installe sur les bus, Rhodia Electronics & Catalysis, une filiale du groupe Rhodia, fournit l'additif pour le FAP, et l'IFP (Institut français du pétrole) prend en charge les vérifications et les mesures de dépollution. Une fois équipés, les bus deviennent quasiment propres, le système Carmex, un filtre à particules de type carbure de silicium et un catalyseur métallique d'oxydation mis au point par Airmeex, permet en effet de réduire les émissions de particules de 95 % et les émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés de 80 %. Dans un premier temps, quatre bus ont été dotés du système afin de le valider. Vu le succès remporté, la Communauté d'agglomération a rapidement décidé de poursuivre son initiative en ajoutant 43 bus supplémentaires au projet. Ceux-ci auront droit à leur FAP dans le courant de l'année 2004.

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