Cet article de blog examine le problème de la pollution atmosphérique due aux véhicules diesel ainsi que les limites et le potentiel des technologies de post-traitement pour y remédier.
Séoul est toujours une ville fascinante. Lorsqu'on prend le KTX depuis la gare de Busan, qu'on y circule pendant deux heures et demie et qu'on descend à la gare de Séoul, on est souvent surpris. En particulier, la première chose qui frappe le regard en arrivant à la gare de Séoul, c'est le ciel brumeux et opaque. À peine trois heures plus tôt, le ciel était clair et limpide à Busan, mais à Séoul, il est souvent devenu grisâtre. Cette pollution atmosphérique est due à la population et au nombre de véhicules beaucoup plus importants à Séoul qu'à Busan. Si les Séouliens, qui voient ce ciel gris quotidiennement, s'y sont plus ou moins habitués, ce n'est pas un problème propre à Séoul. La dégradation de la qualité de l'air et le smog sont depuis longtemps reconnus comme des problèmes environnementaux majeurs qui touchent les grandes villes du monde entier.
En effet, la pollution atmosphérique due aux gaz d'échappement automobiles fait l'objet de débats de société depuis le début du XXe siècle. Par exemple, un musée de l'automobile en Alaska expose des équipements de protection portés par les femmes au début des années 1900 pour éviter que leurs vêtements ou leur peau ne soient salis par les gaz d'échappement, démontrant ainsi que la pollution atmosphérique était déjà perçue comme un problème dès les débuts de l'ère automobile. Ce problème de pollution n'a cessé de s'aggraver au fil du temps, incitant de nombreux pays, dont les États-Unis et l'Europe, à renforcer leur réglementation sur les émissions des véhicules.
Les préoccupations liées à la pollution atmosphérique s'intensifient notamment en raison de la demande croissante de moteurs diesel, qui émettent davantage de polluants que les moteurs à essence. Si les moteurs diesel présentent un rendement énergétique élevé, ils ont pour principal inconvénient d'émettre plus de polluants. Par conséquent, divers dispositifs et technologies de post-traitement visant à réduire les émissions polluantes des moteurs diesel sont développés et leur importance est de plus en plus reconnue.
La différence entre les moteurs diesel et essence réside d'abord dans les propriétés physiques du carburant. Les composants relativement légers du pétrole sont classés comme essence, tandis que les composants plus lourds deviennent du diesel. Cette différence de poids induit une différence de point d'ébullition (la température à laquelle ils se vaporisent), ce qui détermine leur mode d'injection dans le moteur. L'essence est prémélangée à l'air avant d'entrer dans le moteur, où la combustion se produit dans un mélange homogène. Ceci permet une combustion relativement complète. À l'inverse, le diesel, avec son point d'ébullition plus élevé, entre dans le moteur séparément de l'air. Le carburant est injecté et brûlé après l'admission d'air sous haute pression. Cette différence explique l'émission par les moteurs diesel de particules de carburant n'ayant pas complètement réagi avec l'oxygène. Ces particules constituent les particules fines (PM), un des principaux polluants atmosphériques émis par les véhicules diesel.
Un autre polluant généré par les moteurs diesel est constitué par les oxydes d'azote (NOx). Fonctionnant à des températures et des pressions élevées, ces moteurs entraînent la combinaison de molécules d'azote stables présentes dans l'atmosphère avec l'oxygène pour former des oxydes d'azote. Ces derniers déclenchent des réactions chimiques atmosphériques, conduisant à la formation d'ozone et de particules fines. À long terme, cela peut provoquer des maladies respiratoires et cardiovasculaires. Par ailleurs, les substances comme les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement sont généralement invisibles et donc facilement négligées. Cependant, leur accumulation peut engendrer du smog et entraîner des problèmes environnementaux durables.
Divers dispositifs de post-traitement ont été mis au point pour atténuer la pollution atmosphérique des véhicules diesel. Le filtre à particules diesel (FAP) en est un exemple. Il retient les particules fines présentes dans les gaz d'échappement grâce à un filtre, réduisant ainsi les millions de particules émises par le moteur à quelques milliers seulement. Le FAP fonctionne en piégeant les particules fines à l'intérieur de son filtre fermé dès l'entrée des gaz d'échappement, ne laissant sortir que les gaz propres. Pour assurer le bon fonctionnement du filtre, un processus de régénération doit être effectué périodiquement. Ce processus consiste à augmenter la température interne afin de brûler les particules fines accumulées. Bien que ces dispositifs permettent de réduire efficacement les particules fines, un entretien négligé du filtre peut entraîner son colmatage, ce qui peut potentiellement augmenter les émissions polluantes. Un entretien rigoureux est donc essentiel.
Un autre dispositif de post-traitement est le système de recirculation des gaz d'échappement (EGR). L'EGR réinjecte une partie des gaz d'échappement dans la chambre de combustion du moteur afin d'abaisser la température de combustion et ainsi limiter la formation d'oxydes d'azote (NOx). Bien que l'EGR réduise les émissions de NOx, elle peut potentiellement affecter le rendement du moteur. Par ailleurs, le système de réduction catalytique sélective (SCR) a été développé pour neutraliser chimiquement les oxydes d'azote. Le SCR améliore l'efficacité de la purification des gaz d'échappement en injectant un matériau contenant un agent réducteur, qui décompose les oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement en eau et en azote. Cette technologie est particulièrement répandue chez les constructeurs automobiles européens tels que Mercedes-Benz et BMW.
Cependant, la présence de ces dispositifs de post-traitement ne résout pas tous les problèmes. Les systèmes de post-traitement automobile ne fonctionnent correctement qu'au-dessus d'une certaine température. Leur efficacité peut être compromise lors de courts trajets ou de conduites répétées à basse vitesse en milieu urbain. Par exemple, la plupart des polluants sont émis en grande quantité dans les dix minutes qui suivent le démarrage du moteur, période durant laquelle les systèmes de post-traitement sont souvent inefficaces. De plus, certains dispositifs de post-traitement présentent des inconvénients, tels qu'une augmentation de la consommation de carburant ou la production potentielle d'autres polluants. De nombreux défis restent donc à relever.
Face à l'inquiétude croissante concernant la pollution atmosphérique, la réglementation relative aux émissions des moteurs automobiles se durcit à l'échelle mondiale, stimulant ainsi le développement technologique pour réduire les polluants. Améliorer les technologies permettant de garantir l'efficacité et la stabilité constantes des systèmes de post-traitement des moteurs diesel dans diverses conditions de conduite demeure un enjeu crucial. Afin de léguer un environnement plus sain aux générations futures, l'industrie automobile exige le développement de dispositifs de réduction des émissions plus performants et de technologies innovantes. Ces avancées contribueront progressivement à améliorer la qualité de l'air que nous respirons au quotidien.
