Réduction des émissions des moteurs et des véhicules
L'approche intégrée
Les catalyseurs et les filtres font partie d'un système complet où tous les éléments doivent fonctionner ensemble pour obtenir les réductions les plus importantes possibles d'émissions. Le carburant et le système de carburant, le moteur et son système de combustion, les détecteurs, la conception et la position du catalyseur et du filtre, combinés au système électronique de contrôle, permettent d'obtenir les réductions maximum d'émissions. Les membres de l'AECC travaillent donc en étroite collaboration avec les constructeurs automobiles et les fournisseurs de systèmes pour atteindre ce but.
L'approche intégrée
Les sources de polluants
La combustion complète de l'essence ou de gazole avec de l'oxygène pur ne produirait que du dioxyde de carbone (CO2), de la vapeur d'eau (H2O), et de l'énergie. Cependant, dans la réalité, il est impossible de brûler complètement les carburants et il y a donc toujours quelques émissions de carburant imbrûlé ou partiellement brûlé ainsi que des oxydes d'azote (NOx) provenant de l'azote présent dans l'air.
Le carburant, que ce soit l'essence, le gazole, le gaz naturel comprimé (GNC) ou le GPL, est composé d'hydrocarbures. Ceux-ci peuvent être de petites molécules simples comme le méthane, composant principal du gaz naturel, ou de grandes molécules complexes. Pendant la combustion, ces molécules se fragmentent. D'une manière idéale, elles se décomposent complètement en CO2 et en vapeur d'eau, mais certaines s'échappent inchangées ou partiellement dégradées sous forme d'hydrocarbures (HC) ou de monoxyde de carbone (CO). Pour les moteurs diesel plus particulièrement, une partie du carburant se transforme en particules (PM). Les PM sont constituées principalement de particules de suie avec des hydrocarbures volatils et quelques résidus sulfatés et métalliques provenant du carburant et des lubrifiants pour moteurs. L'autre polluant principal présent dans les gaz d'échappement résulte du fait que la combustion du carburant s'effectue avec l'air, qui est composé à 80% d'azote, pas avec de l'oxygène pur. A haute température, l'azote forme des oxydes d'azote (NOx) dans la chambre de combustion. Plus la combustion est efficace, plus les températures seront élevées d'où des émissions plus importantes de NOx.
Le rôle des catalyseurs, des filtres et des adsorbeurs
Le contrôle des processus de carburation et de combustion offre un moyen d'obtenir des réductions d'émissions à la sortie du moteur. Les systèmes mécaniques comme le recyclage des gaz d'échappement (Exhaust Gas Recirculation ou EGR) donnent également aux motoristes l'occasion de réduire des émissions spécifiques dans des conditions de fonctionnement appropriées ; par exemple, le système EGR réutilise une partie des gaz d'échappement afin de baisser la température de combustion et réduire les émissions de NOx à la sortie du moteur. Les catalyseurs automobiles, les pièges et les filtres intégrés à un système moteur conçu correctement peuvent pratiquement éliminer toutes les émissions polluantes dans la plupart des conditions de conduite. Les catalyseurs ont généralement besoin d'atteindre une température adéquate de fonctionnement, mais avec les systèmes modernes, celle-ci peut être obtenue en quelques secondes.
Les catalyseurs, les filtres et les adsorbeurs fonctionnent avec le système de gestion de moteur du véhicule.
Qualité du carburant pour une bonne performance des catalyseurs, des pièges et des filtres
La qualité du carburant utilisé peut aider ou nuire au bon fonctionnement des systèmes de réduction d'émissions. On sait depuis longtemps que le plomb est nuisible à la performance des catalyseurs et nocif pour l'homme, et il est désormais interdit dans les carburants européens. L'utilisation d'autres additifs métalliques pose potentiellement problème : il est possible que leur utilisation dans l'essence, dans certaines conditions de conduite, provoque des dépôts sur les composants du système d'échappement comme la sonde à oxygène et le catalyseur. L'addition dans le gazole de matériaux, métalliques ou autres, formateurs de cendres augmentera la quantité de cendres capturée par les filtres à particules et peut nécessiter que le système soit conçu en fonction de la quantité supplémentaire de cendres générée. L'addition de détergents offre par contre des avantages : leur utilisation maintient les systèmes d'injection et de combustion propres, et prolonge ainsi l'efficacité optimale des technologies de réduction des émissions.
Le soufre présent dans l'essence et le gazole nuit gravement au bon fonctionnement du catalyseur, et pour ce qui est du diesel, contribue également à la masse de particules (PM). Les effets du soufre sur la performance du catalyseur sont particulièrement critiques alors que l'on s'efforce de réduire les émissions. La baisse de performance du catalyseur due à la présence de soufre dans le carburant est ressentie comme un handicap par rapport aux faibles niveaux d'émissions préconisés pour l'avenir. Le soufre se dépose sur la surface du catalyseur en bloquant l'accès aux autres polluants, en sorte que, quelle que soit sa concentration, les systèmes catalytiques perdent de leur efficacité. S'il est possible d'éliminer ces dépôts à la surface du catalyseur, le soufre peut, en revanche, provoquer des altérations irréversibles de la couche d'imprégnation (washcoat) et de certains composants métalliques de base. La conversion du soufre en aérosol sulfaté peut entraîner une augmentation sensible des émissions de particules. Un plein de carburant à haute teneur en soufre fera immédiatement baisser la performance du catalyseur, mais celui-ci retrouvera ses capacités si l'on revient à un carburant à faible teneur en soufre. Les niveaux de soufre dans le carburant font varier considérablement la performance de la plupart des catalyseurs De-NOx et autres adsorbeurs. Plus le niveau de soufre présent dans les carburants est faible, meilleur sera la performance du catalyseur. Pour cette raison, la législation européenne limite déjà la teneur en soufre des carburants routiers à 50 ppm, le carburant à teneur en soufre de 10 ppm (max.) devant être disponible dès 2005 pour être introduit totalement en 2009.
