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Le '''pot catalytique''' est une amélioration récente du [[pot d'échappement]] des [[moteur à explosion]]. C'est un des éléments visant à limiter la nocivité des gaz d'échappement des véhicules motorisés.
==Constitution==
Il est constitué d'une chambre d'[[acier inoxydable]] dans laquelle sont conduits les gaz d'échappement, lesquels traversent les conduites capillaires d'une [[structure en nid d'abeille]] généralement faite en [[céramique]].
L'intérieur des conduits est recouvert d'une fine couche de cristaux combinants des métaux précieux : [[alumine]], [[cérine]], [[platine]], [[palladium]] et [[rhodium]]). La structure est concue pour offrir une grande surface de contact entre les éléments [[catalyseur hétérogène|catalyseurs]] et les gaz d'échappement.
==Fonctionnement==
Les éléments catalyseurs déclenchent ou accentuent les réactions chimique qui tendent à transformer les constituant les plus toxiques des gaz d'échappement ([[Monoxyde de carbone#Toxicité|monoxyde de carbone]], [[hydrocarbure]]s imbrûlés, [[oxyde d'azote|oxydes d'azote]]), en éléments moins toxiques (eau et CO<sub>2</sub>).
Il existe deux grands types de pot catalytique, chacun adapté à la nature du carburant utilisé.
# catalyseur dit ''à trois voies'' (pour les moteurs à essences) ;
# catalyseur dit ''à deux voies'' associé ou non à un [[filtre à particule]] pour les moteurs au diesel.
===Catalyseur à trois voies===
Il provoque trois réactions simultanées :
#Une réduction des oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone : NO + CO → 1/2 N<sub>2</sub> + CO<sub>2</sub>
#Une oxydation des monoxydes de carbone en dioxyde de carbone : 2CO + O<sub>2</sub> → 2CO<sub>2</sub>
#Une oxydation des hydrocarbures imbrulés (HC) en dioxyde de carbone et en eau : 4C<sub>x</sub>H<sub>y</sub> + (4x+y)O<sub>2</sub> → 4xCO<sub>2</sub> + 2yH<sub>2</sub>O
Le pot n'est efficace qu'à partir d'environ 400°C, ce qui explique que ces pots sont relativement inefficace pour de petits trajets ne laissant pas le temps au moteur de chauffer.
Les réactions d'oxydations (demandant une forte présence d'oxygène) et de réduction (demandant une faible présence d'oxygène) sont contradictoires. Elles ne se produisent simultanément que si la quantité d'air dans le carburant est optimale. Ceci est assuré par la {{sonde lambda]] qui renseigne le [[calculateur]] de gestion du moteur.
Une réaction parasite ce type de catalyseurs aux température élevées :
:2NO + CO → N<sub>2</sub>O + CO<sub>2</sub>
''Sonde lambda :'' Les modèles récents sont équipés d'une double sonde à oxygène (dite "lambda") liée à un calculateur électronique qui pilote la quantité d'air à injecter dans le moteur (le rapport idéal air/carburant est de 14,8/1). Si la proportion de carburant augmente, les rejets de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrocarbures (HC) augmentent aussi, si elle diminue (mélange pauvre), c'est le taux d'oxydes d'azote (NOx) qui augmente et, par suite la probabilité de production d'[[ozone]] et peut-être de PANs (autre type d'oxydant produit par la circulation).
''Composés-tampons :'' Ce sont des composés ([[rhodium]], mais surtout oxyde de [[Cerium]])ajouté à l'[[alumine]] du support) pour limiter l'impact les variations de composition des gaz en stockant un peu d'oxygène quand il est en excès pour le rejeter quand il manque.
===Catalyseur à deux voies (moteur diesel)===
Les catalyseurs d’automobiles vendus dans les années 1990-2000 visent à convertir le [[monoxyde de carbone]] (CO) et les [[hydrocarbure]]s imbrûlés (HC) en [[dioxyde de carbone]] (CO{{sub|2}}) et en eau, tout en réduisant la masse de particules du carburant [[Gazole|diesel]]. Ils n’éliminent pas les oxydes d'azote (NOx) ni ne diminuent la quantité de particules émises.
===Filtre à particules===
{{Article détaillé|Filtre à particules}}
Les moteurs à carburant non gazeux (GPL...) et surtout fonctionnant au diesel émettent des particules (suies, fumée noire). Le pot catalytique ne retient pas les suies ni les particules, qui par ailleurs gênent son fonctionnement. Un filtre peut être pré-installé dans le pot, ces particules étant polluantes et cancérigènes et/ou mutagènes suspectées ou avérées. Le filtre doit être régulièrement changé. Certaines particules comme les suies (noir de carbone) peuvent trouver un usage commercial.
<br>Les normes d'émissions ''Euro 4'' sont applicables aux poids lourds à partir du 1{{er}} octobre 2006 et l'Amérique du Nord vend désormais le gaz-oil à teneur réduite en soufre.
==Améliorations et tendances (selon l’[[AECC]]) :==
* Des catalyseurs récents « ''à amorçage rapide'' » améliorent leur fonctionnement à température d'échappement moindre et donc sur les déplacements courts (de plus en plus fréquents).
* Des catalyseurs mieux fixés sur leur substrat, et plus résistants aux dilatations propres aux hautes températures et aux vibration permettent un montage plus près du moteur, allongeant la durée de vie utile des catalyseurs
* La composition en métaux précieux actifs a été améliorée grâce ;
# à une dispersion stable des cristallites de métaux catalytiques (métaux précieux)
# à une couche d'imprégnation permettant une large surface vers 1000°C.
* Des composants améliorés (stockage d'oxygène stabilisant la surface imprégnée) optimisent la "fenêtre" air/carburant du dispositif ''trois voies''. Un système rétro-informe le pilote informatique sur l'état du catalyseur (''Système d'auto-diagnostic'' OBD).
* Les substrats progressent ;
: - En 1974, les substrats céramiques présentaient une densité de 200 cellules par pouce carré (cpsi) de section transversale (31 cellules/cm²) pour une épaisseur de paroi de 0,012 pouce ou 12 millièmes de pouce (0,305 mm).
: - À la fin des années 70 les substrats dérivés des feuilles ultra-fines d'acier inoxydable, n'excédaient pas 0,05 mm d'épaisseur pour atteindre une densité élevée des cellules. A présent, des structures internes complexes utilisent des substrats de 800 et 1000 cpsi, pour des parois affinées (jusqu' à 0,025 mm).
: - Au début des années 1980, la densité en cellules doublait (400 cpsi), pour une épaisseur de parois diminuée de 50% (jusqu'à 6 millièmes de pouce). Des substrats de 400, 600 et 900 cpsi on suivi, avec des parois réduites presque à 0,05 mm (2 millièmes de pouce d'épaisseur), mais dont la tenue dans le temps devra être confirmée par l'usage.
On peut se demander si ces progrès n'ont pas aussi été accompagnés par une fragilisation du matériel lorsqu'il est utilisé dans des conditions non optimales (vibrations, nombreux démarrages à froid, etc).
Pour atteindre les normes certains constructeurs renvoient des gaz d'échappement refroidis dans le moteur ou mieux (du point de vue de l'efficacité) injectent 32,5% d´[[urée]] (CO{{ind|2}} et [[ammoniaque]]) et d´eau chimiquement pure.
==Impacts environnementaux, positifs et négatifs==
Face au nombre croissant de véhicules motorisés et pour limiter la pollution de l'air, depuis la fin des années 1990, un nombre croissant de pays a rendu un élément [[catalyseur]] obligatoire pour les moteurs à essence et/ou [[Moteur Diesel|diesel]]. Cependant les véhicules sont toujours plus nombreux, et ils parcourent des distances croissantes, et certains [[polluant]]s ne sont pas traités par les catalyseurs.
<br>Enfin, il semble que certains pots catalytiques vieillissent mal et puissent perdre une partie de leur contenu dans l'environnement. Outre que ces métaux sont précieux, ils peuvent polluer.
'''Impacts positifs :''' Les pots catalysés ont permis de diminuer les émissions de 3 polluants monoxyde de carbone (CO, toxique), oxydes d'azote (précurseurs de l'ozone) ainsi que des hydrocarbures imbrûlés (polluants et parfois mutagènes et cancérogènes), et indirectement du [[plomb]] (en favorisant les carburants sans plomb)
'''Limites du système''' : La catalyse ne résout pas tous les problèmes de pollution des gaz d'échappement, et elle en crée de nouveaux.
# Le catalyseur n'est efficient qu'au dessus d'environ 400°C, température qui n'est généralement atteinte qu'après 10 à 15 kilomètres de conduite. Or, c'est au démarrage que les émissions de gaz toxiques sont les plus importantes.
# Des polluants majeurs ne sont pas traités : la température de fonctionnement du catalyseur à trois voies provoque une réaction parasite qui crée du N<sub>2</sub>O, un puissant gaz à effet de serre, et il ne traite pas le CO<sub>2</sub>. Ce sont donc deux gaz à effet de serre qui sont produits et/ou non traités.
# Remplacement du plomb : le plomb utilisé pour relever l'indice d'octane a été remplacé car il détruit les pots catalytique et pour ses inconvénients graves (le plomb est non dégradable, et facteur de [[saturnisme]]). Mais le [[benzène]] et certains métaux lourds (ex : [[Manganèse]]) qui ont remplacé le plomb comme « ''anti-détonants » '' posent d'autres problèmes écologiques et sanitaires (le benzène est [[cancérogène]]), et ils sont de plus en plus présents dans l'air et l'environnement urbain et aux abords des routes à fort trafic.
# Nouvelle pollution par les métaux précieux : Selon des études citées par la revue scientifique américaine ''Environmental Science and Technology '' – paradoxalement - les [[métaux lourds]] des pots catalytiques polluent notre environnement, localement et jusque dans les neiges et les glaces polaires. (100 fois plus de retombées dans les zones polaires avec très forte augmentation en deux décennies). Les pots sont soumis à un flux corrosif et encrassant, à de fréquentes variations de température et de pression, à des chocs thermiques et aux vibrations, ce qui explique qu'une part des métaux lourds utilisés soient peu à peu arrachés de leur support et expulsés avec les gaz d'échappement.<br> Les pots catalytiques pour automobiles sont apparus vers 1975 aux USA et fin des années 1980 en Europe de l’Ouest. Ils émettent des quantités croissantes de [[platine]], [[rhodium]] et de [[palladium]], par exemple détectées dans l'herbe des prairies bordant des routes, dans l'urine des habitants de Rome, ce qui laisse penser que nous y sommes exposés. Ces métaux autrefois rares dans notre environnement sont maintenant communément trouvés dans la poussière des routes des pays riches, à des taux parfois plus élevées que dans le précieux minerai de platine (source : Pr. [[Claude Boutron]]).<br> '''Pollution locale et globale :'''Contrairement aux principaux gaz d'échappement, les métaux lourds ne sont ni [[biodégradable]]s ni dégradables. Ils ne peuvent qu'être stockés éventuellement provisoirement dans les sols, sédiments ou végétaux. Ce phénomèe est récent et peu étudié : on ignore encore s'ils peuvent être fortement bioaccumulés dans les chaînes alimentaires. Une étude<ref>Étude franco-italienne pilotée par les Pr. [[Claude Boutron]] (Grenoble) et Carlo Barbante (Venise), dans le cadre des programmes européens GRIP et EUROCORE, basée sur des analyses faites à l'aide de techniques analytiques sophistiquées (ICP - MS à haute résolution). </ref> a dosé le [[platine]], le [[rhodium]] et le [[palladium]] de [[Carotte de glace|carottes de glace]] et de neige prélevées au centre du [[Groenland]] ; ''Les taux de platine, rhodium et palladium se sont montrés jusqu'à 100 fois plus élevés dans la neige tombée au milieu des années 1990 que dans la glace datant d'il y a 7000 à 8000 ans'', avec une ''brutale augmentation ces dernières années'' qui laisse penser que la catalyse serait en cause. <br>Des analyses sont en cours pour voir si l'[[Antarctique]] et l'Hémisphère-Sud sont également touchés, bien que beaucoup moins industrialisés et peuplés.<br>L'origine de cette pollution semble avérée et incontestable, car le rapport d'abondance du platine et du rhodium mesuré dans la neige récente du [[Groenland]] est le même que celui mesuré directement à la sortie de pots d'échappement catalytiques. Ces métaux circulent donc déjà de manière aéroportée jusqu'en [[Arctique]].
==Risques pour la santé ?==
Sans nier les avantages des pots catalytiques, on manque de données [[toxicologie|toxicologiques]] et [[écotoxicologie|écotoxicologiques]] quant aux impacts des métaux qu'ils perdent dans l'environnement, et quant à ceux de leurs dérivés (oxydes en particulier) et [[métabolite]]s. Ces métaux ne sont pas chimiquement neutres et notamment à faible dose, c'est ce pourquoi ils font de bons catalyseurs. Ils sont pour certains utilisés comme médicament anticancéreux (par exemple pour une forme oxydée du platine), mais non sans [[effets secondaires]], puisque c'est la molécule qui cause la perte des cheveux dans certaines [[chimiothérapie]] et qu'elle est potentiellement cancérigène à plus forte dose.
==Conclusion provisoire ; alternative et perspectives==
Les études citées ci-dessus confirment que la pollution automobile diffuse très rapidement à l'ensemble de la planète, car les pots catalytiques sont récents et ne se sont développés à ce jour que dans les pays riches. <br>Si des études prouvent des impacts négatifs de ces émissions pour la santé et l'environnement, on se trouvera face à des choix et défis nouveaux :
: - "pot catalytique" amélioré + filtre,
: - nouveau carburant (ex : [[hydrogène]], déjà priorité en Islande et USA qui veulent le généraliser d’ici 50 à 60 ans)
: - limitation des transports ou développement des [[transports en commun]]...
Des '''Alternatives''' sont étudiées, par exemple pour le diesel ; le japonais ''Daihatsu Diesel'' et l'université d'Osaka testent en 2007 un traitement de gaz d'échappement, sans catalyseur, détruisant 80 a 90% des [[oxyde d'azote|oxydes d'azote]] (NOx) et des particules (PM) par un plasma, qui produit du CO, transformé en CO{{sub|2}} éliminé par une solution de [[sulfite]], pour un coût annoncé très inférieur aux solutions catalytique<ref>Source : [http://www.bulletins-electroniques.com BE Japon numero 450 Ambassade de France au Japon / ADIT] (9 juillet 2007)</ref>.
===Remarques===
Ies scientifiques indépendants et les autorités locales peinent à travailler sur l'impact des carburants. Leurs formules varient selon les provenances, la saison, les fabricants, la durée de stockage. Elles sont de plus, de même que les quantités consommées localement, considérées comme des informations confidentielles par les fabricants.
Des questions se posent aussi concernant les installations catalytiques équipant des installations industrielles, incinérateurs, etc, surtout lorsque placées en aval d’un filtre, ou non suivies de très bon filtres capables de récupérer les métaux catalytiques arrachés de la surface interne de l’équipement.
Les pots catalytiques ne sont pas obligatoires pour les voitures à essence mises en circulation avant le 1{{er}} janvier 1993. (Celui-ci peut donc être remplacer par un simple tube).
Ceci ne modifie pas la validation du [[contrôle technique]] (pour un moteur correctement réglé), puisque les tests antipollution sont faits "à froid", alors qu'il faut rouler au minimum 10 à 15 Km pour que le catalyseur commence à agir.
== Voir aussi==
===Bibliographie===
{{...}}
===Liens internes===
* [[Environnement]], [[Pollution de l'air]]
* [[Catalyseur]]
* [[Tube afrique]]
* [[Transport]]s, [[Source mobile]]
===Liens externes===
*[http://www.aecc.be/fr/AECC.html AECC (Association for Emissions Control by Catalyst)] : Association internationale regroupant les entreprises européennes élaborant des technologies de réduction des émissions automobiles
*[http://poubelles.be/catalyseur.php A propos du recyclage des pots catalytiques]
===Notes===
<references/>
Sources principales pour les aspects d'impacts sur l'environnement :
#) Laboratoire de [[Glaciologie]] et de [[Géophysique]] de l'Environnement, Université Joseph Fourier (Science, technologie, médecine), Grenoble et CNRS<br>
#) Département des Sciences de l'Environnement de l’Université Ca Foscari de Venise et du CNRS
{{Portail automobile}}
[[Catégorie:
[[Catégorie:Pollution]]
[[cs:Katalyzátor výfukových plynů]]
[[de:Fahrzeugkatalysator]]
[[en:Catalytic converter]]
[[
[[he:ממיר קטליטי]]
[[it:Marmitta catalitica]]
[[ja:三元触媒]]
[[ms:Penukar bermangkin]]
[[pl:Reaktor katalityczny]]
[[pt:Conversor catalítico]]
[[ru:Каталитический конвертер]]
[[sk:Katalyzátor (auto)]]
[[sv:Katalytisk avgasrening]]
[[tr:Katalitik konvertör]]
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