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{{Voir homonymes|Particule}}
 
Le '''pot catalytique''' ou '''catalyseur''' est une amélioration récente du [[pot d'échappement]] des [[moteur à explosion|moteurs à explosion]]. C'est un des éléments visant à limiter la nocivité des gaz d'échappement des véhicules motorisés.
[[Image:FAP-Filter Peugeot.jpg|thumb|Filtre à particules installé sur une [[Peugeot]].]]
 
==Constitution==
Le '''filtre à particules''' (FAP) est un système de [[filtration]] utilisé pour éliminer les [[Particules en suspension|fines particules]], réputées cancérigènes, contenues dans les gaz d'échappement des moteurs [[Moteur Diesel|Diesel]]. Ces particules de [[suie]] sont essentiellement composées de [[carbone]] et ont typiquement une taille comprise entre 10 nm et un [[micromètre]].
[[Image:Pot catalytique vue de la structure.jpg|thumb|300px|Structure intérieure d'un pot catalytique.]]
L'utilisation du filtre à particule deviendra probablement généralisée à l'horizon 2009 avec l'entrée en vigueur de la [[Norme européenne d'émission Euro|norme d'émission Euro]] 5. Les particules les plus fines ([[nanoparticule]]s) sont cependant mal retenues par les filtres existants.
 
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]].
== Géométrie ==
L'intérieur des conduits est recouvert d'une fine couche de cristaux combinants des métaux précieux : [[alumine]], [[cérine]], métaux rares du groupe du [[platine]] (dits platinoïdes (Pd-Pt-Rh) ; qui outre le [[platine]], le [[Palladium (chimie)|palladium]] et le [[rhodium]] contiennent aussi jusqu'à 228 [[Partie par billion|ppt]] d'[[osmium]] de composition isotopique non-radiogénique (187Os/188Os <0.2) ; en faibles quantités)<ref name="Thèse1">http://theses.uqac.ca/resume_these.php?idnotice=24607786 résumé en Français] de la [http://theses.uqac.ca/resume_these.php?idnotice=24607786&onglet=ti Thèse d'André Poirier ; « ''Géochimie isotopique Re-Os et Pb-Pb :approches environnementale et météoritique'' » : Ed : Université du Québec à Chicoutimi. Université du Québec à Montréal, 2005]</ref>. La structure interne du pot est conçue pour offrir une grande surface de contact entre les éléments [[catalyseur hétérogène|catalyseurs]] et les gaz d'échappement.
 
==Fonctionnement==
Sur les véhicules légers à moteurs Diesel, les filtres à particules sont constitués d'un nid d'abeille extrudé en céramique [[frittage|frittée]]. Les canaux du nid d’abeille sont bouchés alternativement en entrée et en sortie du filtre afin de forcer le passage des gaz à travers les parois poreuses pour collecter les particules. Différentes formes géométriques des canaux sont possibles, couramment de section carrée, mais des canaux de section triangulaire peuvent également être envisagés.
Les éléments catalyseurs déclenchent ou accentuent les réactions chimiques qui tendent à transformer les constituant les plus toxiques des gaz d'échappement ([[Intoxication au monoxyde de carbone|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.
À l'origine, ces filtres étaient réalisés en [[cordiérite]]. Les contraintes spécifiques associées au fonctionnement embarqué sur véhicule léger a conduit les différents fabricants de filtres à remplacer la cordiérite par une autre céramique. Le [[carbure de silicium]] dispose notamment d’une [[conductivité thermique]] plus élevée qui permet de mieux dissiper la [[Transfert thermique|chaleur]] dégagée par la combustion des suies ; cela permet d’obtenir une bien meilleure résistance à la fonte et à la fissuration.
# 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===
== Fonctionnement : Phase 1 - Filtration ==
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 {{tmp|400|°C}}, ce qui explique que ces pots sont relativement inefficaces pour de petits trajets ne laissant pas le temps au moteur de chauffer.
La capture des particules dans le filtre est obtenue par [[filtration]]. L'accumulation des particules conduit à la formation d'une couche de [[suie]] sur les parois qui, dans un premier temps, améliore l'efficacité de la filtration (95 à 99% en masse des particules peuvent être collectées dans le filtre). Cependant, cette couche poreuse augmente fortement la [[perte de charge]] imposée dans le [[pot d'échappement]]. Ceci a tendance à nuire au bon fonctionnement du moteur en entraînant notamment une perte de puissance. Un nettoyage (ou régénération) du dispositif devient alors indispensable après quelques centaines de kilomètres.
 
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.
== Fonctionnement : Phase 2 - Régénération ==
 
Une réaction parasite ce type de catalyseurs aux température élevées :
Plusieurs méthodes de régénération ont été envisagées, la plus classique est basée sur la [[combustion]] des suies par une élévation de la température des gaz d'échappement à l'entrée du filtre. Cette opération nécessite la présence d'une [[catalyse]]. Les moteurs Diesel récents (de type ''common rail'' par exemple) permettent de contrôler finement la quantité de carburant injectée ainsi que le moment de l'injection : pré-injection, injection principale et post-injection. C'est la post-injection qui aide à la régénération du filtre en envoyant une grande quantité de gazole imbrûlé dans le catalyseur où il va s'enflammer, afin d'élever de façon significative la température des gaz d'échappement pour activer l'oxydation des suies piégées dans le filtre.
:2NO + CO → N<sub>2</sub>O + CO<sub>2</sub>
Certains modèles de filtres, notamment ceux du groupe [[PSA Peugeot Citroën|PSA]] nécessitent l'ajout d'un composé catalyseur dans le carburant (à base de [[Cérine]]) afin d'abaisser la température de combustion des suies contenues dans le filtre pour faciliter la régénération de ce dernier. Le groupe PSA ayant déposé un brevet pour ce procédé de régénération, les autres constructeurs ont dû étudier d'autres procédés d'où l'introduction de matériaux précieux ([[platine]], [[Palladium (chimie)|palladium]]...) déposés directement dans le pain du filtre. La température de combustion des suies non additivées étant plus élevée, la régénération du filtre est plus difficile surtout lorsque le véhicule ne circule qu'en ville.
 
''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 14,7/1). 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 (peroxyacetyl nitrate, autre type d'oxydant produit par la circulation).
== Limitations ==
 
''Composés-tampons :'' Ce sont des composés ([[rhodium]], mais surtout oxyde de [[cérium]]) ajouté à l'[[alumine]] du support pour limiter l'impact des variations de composition des gaz en stockant un peu d'oxygène quand il est en excès pour le rejeter quand il manque.
L'efficacité des filtres à particules diminue avec la taille de celles-ci.<ref>[https://portal.health.fgov.be/pls/portal/internet.set_language_portlet.save_language?p_language=f&p_requested_url=https%3A%2F%2Fportal.health.fgov.be%2Fportal%2Fpage%3F_pageid%3D56%2C4974386%26_dad%3Dportal%26_schema%3DPORTAL%23comment Particules et transport (fonctionnement)] (Service Public Fédéral Belge - Santé publique)</ref> Même si seulement 1 à 5% (en masse) <!-- 10% (en masse ou en nombre ?) --> des particules échappent aux filtres <!-- (voir le reportage de France 2 du 23/10/2007) (impossible à vérifier) -->, leur nombre est très important étant donné que leur taille varie de 0,1 à 1 micromètre.
Le problème est que ce sont justement ces particules de moins d'un micromètre qui sont les plus nocives.<ref>[https://portal.health.fgov.be/pls/portal/internet.set_language_portlet.save_language?p_language=f&p_requested_url=https%3A%2F%2Fportal.health.fgov.be%2Fportal%2Fpage%3F_pageid%3D56%2C4974386%26_dad%3Dportal%26_schema%3DPORTAL%23impact Particules et transport (impact)] (Service Public Fédéral Belge - Santé publique)</ref>
 
===Catalyseur à deux voies (moteur diesel)===
=== Rejets ===
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.
 
==Améliorations et tendances (selon l’[[AECC]])==
D'après les chiffres de certains constructeurs, la masse totale des particules rejetées par un moteur Diesel après filtration ne dépasse pas 4 mg par km. Mais bien entendu, cela peut représenter des milliards de particules, tout dépend de leur masse individuelle.
* 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 vibrations 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 {{tmp|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 ;
Partant du fait que la [[masse volumique]] des particules est de 100 kg/m<sup>3</sup><ref>Regis Vonarb et Patrick Gilot, ''Contribution à l'étude des phénomènes d'inflammation et de propagation de la combustion d'un lit de suies diesel additivées'', 1999 [http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=199662]</ref>, en supposant que le diamètre moyen des particules qui traversent le filtre est de 0.5 micromètre et qu'elles sont [[Sphère|sphériques]], leur volume est de <math>\textstyle\frac{4 \pi (0,25*10^{-6})^{3}}{3} = \mathrm{ }\scriptstyle 6,545*10^{-20}\mathrm{m^3}</math>, ce qui donne une masse de 6,545×10<sup>-18</sup> kg par particule.
** 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. En 2009, 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.
 
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]] et d'eau chimiquement purs.
En divisant la masse des particules échappant au filtre par la masse d'une particule d'un demi micromètre, on obtient 6×10<sup>11</sup>, soit plus d'un demi [[billion]] de particules par km.
 
==Impacts environnementaux, positifs et négatifs==
Les filtres à particules sont donc loin d'être efficaces à 100% en ''nombre de particules'' filtrées, notamment pour les particules les plus fines comme les [[benzopyrène]]s. Ils sont pourtant présentés comme la solution au problème du rejet de particules, en partie à cause de la méthode de mesure des [[Norme européenne d'émission Euro|normes Euro]] basée sur la masse.
Face au nombre croissant de véhicules motorisés et pour limiter la pollution de l'air, depuis la fin des années 1990, de nombreux pays ont 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)
== Remarques ==
 
'''Limites du système''' : La catalyse ne résout pas tous les problèmes de [[pollution]] des [[gaz d'échappement]], et elle en crée de nouveaux.
* L'évolution des matériaux utilisés, l'optimisation de la géométrie du dispositif et les progrès apportés au fonctionnement des moteurs a permis d'améliorer fortement la durabilité des filtres à particules. À l'origine de {{formatnum:80000}} km sur le 2.2 HDi, premier moteur au monde équipé d'un filtre à particule de série, leur durée de vie a depuis été fortement augmentée, à tel point qu'aujourd'hui certains constructeurs parlent de filtre à particules sans entretien.
* La difficulté de mise au point de l'intégration de ce système au moteur est avant tout la préservation d'un comportement neutre du moteur pour le conducteur, car dégrader le fonctionnement ne se fait pas sans désagrément.
* Le filtre à particules produit, par l'oxydation des particules diesel, des gaz à effet de serre , contribuant ainsi au réchauffement climatique. Son impact à long terme est ainsi loin d'être négligeable et la question de son intérêt réel doit donc être soulevée (ceci sans compter les dépenses énergétiques nécessaires à sa production)
* La réglementation européenne tend en 2007 à moins suivre les avis scientifiques<ref>[http://www.journaldelenvironnement.net/fr/document/detail.asp?id=11719&idThema=3&idSousThema=19&type=JDE&ctx=259 Brève du Journal de l'Environnement (JDLE)]</ref> (A titre d'exemple, Denis Zmirou-Navier<ref>Pr de santé publique (Université Henri Poincaré de Nancy (Meurthe-et-Moselle) ; Directeur de recherche à l'[[Inserm]] ; 1er Vice-Président de la commission de sécurité sanitaire du [[Haut Conseil de santé publique]]</ref> estime que les études disponibles en 2007 laissent penser que les particules issues des pots d'échappement causent 350.000 morts prématurées par an et dans l’Union Européenne, ainsi que de milliers de cancers bronchiques et d’infarctus du myocarde. Pour les particules fines, la France, dans le cadre du [[Grenelle de l'Environnement]], s'est cependant donné un objectif plus ambitieux (limite de 15 µg/m³) que celui de l'Union Européenne (20 à 25 µg/m³).
* Depuis le 1er janvier 2008, les centres-villes de [[Berlin]], [[Cologne]] et [[Hanovre]] sont interdits aux voitures diesel dépourvues de filtres à particules.
 
# Le catalyseur n'est efficace qu'au-dessus d'environ {{tmp|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.
== Filtres à particules pour les chauffages au bois ==
# 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.
En France, le chauffage au bois émet plus de [[Particules en suspension|fines particules]] (et certains autres polluants) que l'ensemble des véhicules Diesel. La combustion de bois est principalement émettrice de particules très fines (< 1 [[micromètre]]).
# Remplacement du [[plomb]] : le plomb utilisé pour relever l'[[indice d'octane]] a été remplacé car il détruit les pots catalytiques et pour ses inconvénients graves (le plomb est non dégradable, et facteur de [[saturnisme]]). Mais le [[benzène]] et certains métaux lourds (ex : [[Manganèse]] en l'additif sur les véhicules qui ne supportent pas les carburants sans plomb) qui ont remplacé le plomb comme « ''anti-détonants » ''(une grande partie du benzène a été aujourd'hui remplacée par des alcools qui ont des propriétés anti-détonantes similaires) 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.
La réduction de ces émissions devient un véritable enjeu de santé publique, ainsi que le révèlent les données officielles suivantes :
# 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 déjà l'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 (chimie)|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 minerai de platine<ref>Le platine commercial est généralement extrait de minerais riche en nicke, qui ne contiennent qu'un ou deux grammes de platine par tonne de minerai</ref> (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, [[sédiment]]s 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 (chimie)|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]].<br>Selon une étude allemande<ref>Platinum and Rhodium Concentrations in Airborne Particulate Matter in Germany from 1988 to 1998, Fathi Zereini, Clare Wiseman, Friedrich Alt, Jürgen Messerschmidt, Jürgen Müller, and Hans Urban, Environ. Sci. Technol., 2001, 35, (10), pp 1996–2000. [http://pubs.acs.org/cgi-bin/abstract.cgi/esthag/2001/35/i10/abs/es001126z.html Résumé]</ref> publiée en 2001, le platine était jusqu'en 1998 plus présent que le rhodium, et sa présence augmente plus vite en Allemagne que celle du rhodium dans l'air ambiant et dans les poussières, et ce depuis l'introduction de pots catalytiques automobiles en 1988. Les analyses montrent une forte et régulière augmentation des teneurs ambiantes de ces métaux sur 10 ans (de 1988 à 1998). Plus précisément, les teneurs de l’air en ces matériaux étaient 46 fois plus élevées en 1998 qu’en 1988 pour le Platine et 27 fois pour le Rhodium, et on peut supposer qu’ils ont encore augmenté depuis étant donné la multiplication du nombre des pots catalytiques. Les taux considérés par métaux restaient en 1998 pour le platine (147 pg/m³ en moyenne, avec un maximum de 246 pg/m³ en 1998) au-dessous de la valeur guide de 15000 pg/m³ (concentration à partir de laquelle un risque appréciable pour la santé est reconnu, selon les données épidémiologiques disponibles (étude d’employés d’usines produisant ou utilisant des catalyseurs), mais ces études sont rares, elles ne concernaient pas les très petites particules et n’ont pas étudié si des effets [[synergique]]s étaient possibles entre catalyseurs, ou avec d’autres polluants, ou en termes d’impacts secondaires via la [[photochimie]] par exemple.
# Pollution par l'[[Osmium]] (faiblement présent comme catalyseur ou comme impureté dans les platinoïdes catalytiques ; à raison de 600 à 700 ppt pour les pots catalytiques anciens et beaucoup moins probablement pour les derniers modèles) pour les nouveaux modèles). Ce métal rare est volatile sous sa forme oxydée, qui est par ailleurs très [[toxique]].<br />- Un faible pourcentage de cet osmium est perdu sous forme [[particulaire]] (expulsé avec les gaz d'échappement, déposé sur les routes et éventuellement lessivé par les pluies).<br />- Une autre partie, probablement beaucoup plus importante est perdue sous forme [[gaz]]euse. En laboratoire, la volatilité de l'[[oxyde d'osmium]] ([[OsO4]](g>) se montre élevée ; assez pour que près de 95% de l'Osmium des pots catalytiques soit vaporisé et dispersé dans l'air, faisant des automobiles contemporaines (des années 2000-2009) la première source majeure et planétaire de pollution en Osmium non radiogénique. Ce sont de 3 pico-grammes d'osmium/m2 à 126 pico-grammes/m2 (qui peuvent être émis dans de grandes agglomérations telles que New-York City) qui pourraient ainsi être déposés annuellement, surtout aux abords des réseaux routiers les plus circulants. Ces dépôts sont importants si on les compare par exemple aux 1 pg d'Osmium/m2/an déposé ''via'' les poussières d'origine naturelle (érosion du sol, volcanisme, météorites..)<ref>Williams, G.A. and Turekian, K.K. (2002) ''Atmospheric supply of osmium to the oceans'', Geochimica Cosmochimica Acta, v. 66 n. 21, 3789-3791.</ref>. Cet osmium n'est pas [[biodégradable]], et s'ajoute à celui provenant des rares autres sources anthropiques déjà inventoriées et on en trouve déjà des quantités significatives dans les eaux et sédiments. On ignore son temps moyen de vie dans l'air ou l'eau, mais comme c'est une molécule très réactive ([[hyperoxydant]]), on suppose que sa forme vapeur (la plus toxique) a une relativement faible durée de vie<ref>Smith I. C, Carson B. L., and Ferguson T.L. (1974) ''Osmium : An Appraisal of Environmental Exposure''. Environ. Health Perspectives 8, 201-213.</ref>. On ne connait pas son cycle dans les compartiments vivants des écosystèmes ([[chaine alimentaire]]), mais on mesure déjà une accumulation dans les sédiments. Par exemple, les métaux sédimentés dans le Saanich Inlet, un fjord [[anoxique]] de la Cote Ouest du Canada ont été étudiés pour fabriquer la courbe en 187Os/I88Os caractérisant certains évènement géotectoniques et climatiques des paléo-océans (du Cénozoïque, et pour partie du Mézosoïque). Les quantités d'osmium y sont faibles, probablement en raison de la faiblesse de l'enrichissement du fjord en osmium marin, mais on s'est aperçu que les couches récentes de sédiments contiennent une faible quantité d'Osmium (55-60 [[Partie par billion|ppt]] dont la composition isotopique ne reflète pas celle de l'océan actuel mais évoque un apport local en Osmium non-radiogénique (détritique et/ou dissous). La comparaison qualitative (isotopique) et quantitative de cet osmium avec celui qui est conservé dans les couches stratigraphiques plus anciennes et préanthropiques laisse penser que cet Osmium non-radiogénique est d'origine humaine, et plus particulièrement automobile, car on trouve aussi dans les sédiments superficiels de ce fjord du [[plomb tétra-éthyl]] issu des carburants automobiles (des années 1930 à 1980). La [[signature isotopique]] de ce plomb démontre que ce fjord est fortement affecté pas les retombées de plomb atmosphérique originaire du parc automobile nord-Américain)<ref name="Thèse1"/>. <br />-L'osmium des catalyseurs passe effectivement en phase vapeur aux températures de fonctionnement des pots d'échappement : Une expérience a consisté à chauffer l'élément catalytique d'un pot d'échappement dans un four durant 330 h (délai correspondant à environ un an d'utilisation à raison d'une heure/jour, à 400 ° C, soit la température la plus basse pour que le catalyseur fonctionne). À cette température, 75% à 95% de l'osmium quitte le substrat catalytique pour passer dans l'air sous forme gazeuse (OSO4). Or la température dans un pot catalytique dépasse souvent 500 °C et peut atteindre 1100 ° C <ref>Farrauto R. and Heck R. (1999) ''Catalytic converters: state of the art and perspectives''. Catalysis Today 51, 351-360.</ref>. L'auteur suppose donc qu'en usage normal, près de 100 % de l'osmium présent dans le catalyseur pourrait être perdu dans l'air. <br />- Une étude isotopique récente a montré que cette contamination était déjà largement planétaire pour les neiges et eaux de pluies, mais aussi des eaux marines superficielles par de l'osmium anthropogénique <ref>Cynthia Chena, Peter N. Sedwickb and Mukul Sharmaa ; ''Anthropogenic osmium in rain and snow reveals global-scale atmospheric contamination'' ; Ed : Karl K. Turekian, Yale University, New Haven ; April 24, 2009, doi:0.1073/pnas.0811803106</ref>
 
==Risques pour la santé ?==
- ''Emissions dans l'atmosphère comparées du [[bois énergie]] et du [[transport routier]] (véhicules Diesel inclus)'', pour l'année 2007 en France métropolitaine, en % des émissions totales (selon les estimations du [http://www.citepa.org CITEPA], qui assure la réalisation technique des inventaires de la pollution atmosphérique) :
Sans nier les avantages des pots catalytiques, on manque de données [[toxicologie|toxicologiques]] et [[écotoxicologie|écotoxicologiques]] quant aux impacts des métaux perdus par ces pots dans l'environnement, et notamment quant aux effets sanitaires et écologiques des dérivés (oxydes en particulier) et [[métabolite]]s de ces métaux.
<br>Les métaux du [[groupe du Platine]], lorsqu'ils sont présents dans les [[particules en suspension]], ne sont en effet pas chimiquement neutres (ce pourquoi ils font de bons catalyseurs), et notamment à l'état de particules ultrafines (moins de 1 µm) ou de [[nanoparticule]]s lorsque leur effet catalytique est dopé par une surface de contact très augmentée à poids égal de matière. Certains de ces métaux sont pour ces raisons 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.
 
Un échantillon d’air collecté en Allemagne à 150 m d’une route a fait l’objet d’une étude<ref>Platinum and Rhodium Concentrations in Airborne Particulate Matter in Germany from 1988 to 1998, Fathi Zereini, Clare Wiseman, Friedrich Alt, Jürgen Messerschmidt, Jürgen Müller, and Hans Urban, Environ. Sci. Technol., 2001, 35, (10), pp 1996–2000</ref> visant à déterminer précisément les tailles et la nature des particules présentes dans l'air : près de 75% des particules de platine et 95% de celle de Rhodium de cet échantillon étaient associées à des particules de plus de 2 [[µm]] de diamètre (comprises entre 4,7 et 5,8 µm pour la plupart). Le [[poids moléculaire]] de ces particules laisse supposer qu’elles sont facilement mises en suspension, mais qu'elles [[Sédimentation|sédimentent]] assez rapidement dans l'air et sont moins susceptibles de réenvol une fois fixées par un sol végétalisé. Mais les 25% restants de Platine et 5% des particules de Rhodium étaient présent sous forme de particules fines ou ultrafines de moins de 2 µm qui sédimenteront plus difficilement. Environ 10% des particules en suspension de Platine et près de 38% des particules de Rh se sont montrées solubles dans un acide fortement dilué (0,1 molaire), ce qui laisse penser qu'elles pourraient facilement franchir les [[muqueuse]]s [[Poumon|pulmonaires]] et les barrières [[Intestin|intestinales]] en cas d'inhalation et/ou d'ingestion.
''PM10'' = particules de taille inférieure à 10 [[micromètres]] - ''PM2,5'' = particules fines - ''PM1,0'' = particules très fines - ''HAP'' = [[HAP|Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques]] (certains sont reconnus très cancérigènes)
{| class="wikitable" border="3"
|+ '''Emissions nationales de quelques polluants (en %) pour l'année 2007<br />(rapport SECTEN - mise à jour de juin 2009)'''
!
! PM10
! PM2,5
! PM1,0
! HAP
! Dioxines/Furanes
! Plomb
|-----
| [[Bois énergie]]
| 23
| 35
| 61
| 72
| 17
| 19
|-----
| [[Transport routier]]
| 10,5
| 11,6
| 16,2
| 20,5
| 1,6
| 0,0
|}
'''Benzène''' : en ce qui concerne les émissions de ce composé cancérigène, le [http://www.citepa.org CITEPA] ne fournit pas de donnée spécifique au bois-énergie, mais précise que : « Le principal secteur émetteur de benzène est le résidentiel/tertiaire (75,8%) en particulier du fait de la combustion du bois, suivi du transport routier avec 14,1%. »
 
Par ailleurs, selon cette étude un quart des particules composées de métaux du groupe du platine sont émises avec une taille si fine qu’elles sont susceptibles d’avoir un comportement de particules en suspension plutôt que de rapidement retomber au sol. Or ce sont des métaux à fort pouvoir catalytique qui pourraient contribuer à la pollution photochimique et dont les impacts sur les organismes vivant après inhalation ou bio-intégration par des plantes, [[champignon]]s, ou [[bactérie]]s sont mal connus, notamment sous forme de microparticules. Les matériels utilisés pour cette étude ne permettaient pas de mesurer le pourcentage de [[nanoparticule]]s éventuellement présent dans cet échantillon. Cette étude confirme néanmoins qu’un quart au moins de ces métaux lorsqu’ils sont perdus par les pots d’échappement peuvent facilement être emportés et se redéposer loin de leurs sources d’émissions, emportés par les vents et courants aériens faibles (ex : ascendances thermiques fréquentes au-dessus des routes goudronnées de couleur noire). Ces produits n'étant pas [[biodégradable]]s, ils sont susceptibles d'être [[bioaccumulation|bioaccumulés]] et/ou de s'accumuler dans les sols proches des [[route]]s, et dans les [[parking]]s souterrains et près de leurs bouches d'aération.
- Pour les chaufferies au bois collectives et industielles, sont développés des systèmes de dépollution performants (notamment des ''électrofiltres'' et des ''filtres à manches''). Ces systèmes ont évidemment un coût : « Un système minimal renchérit en effet le prix de la chaudière de 20 %. Ce surcoût peut atteindre 100 % si l'on veut arriver au niveau de filtration des [[ Incinérateur de déchets| incinérateurs à ordures]]. »<ref>[http://www.cap21npdc.net/article-15926008.html Des experts dénoncent la pollution due aux chaufferies à bois]</ref>.
 
Le fait que les pots catalytiques perdent de l'osmium sous forme vapeur (forme oxydée la plus toxique de l'osmium) est également préoccupant)<ref name="Thèse1"/>. Le [[kérogène]] est une source naturellemen riche en osmium radiogène <ref>Ripley, E. M.; Park, Y. R.; Lambert, D. D.; Frick, L. R. (2001) Re-Os isotopic variations in carbonaceous pelites hosting the Duluth Complex; implications for metamorphic and metasomatic processes associated with mafic magma chambers. Geochim. Cosmochim. Acta 65; 2965-2978</ref>peut laisser penser que l'osmium peut être [[Bioaccumulation|bioaccumulé]] mais son cycle "naturel" est encore mal étudié.
- Dans le secteur domestique, ces technologies évoluées et coûteuses ne peuvent pas être appliquées telles quelles. Des filtres à particules (''électrofiltres'') pour le chauffage domestique au bois commencent à être développés par des fabricants suisses (Rüegg par exemple, cité par le document de l'OFEV et les articles de la revue Bioenergie International ci-dessous);<br />s'ils ne sont pas aussi efficaces que ceux des secteurs collectifs et industriels, ils permettent tout de même de réduire très significativement les rejets : [http://www.holzenergie.ch/fileadmin/user_resources/publications/308_vertreiberPartikelfilter.pdf Filtres à particules] (format PDF).
 
==Conclusion provisoire ; alternative et perspectives==
Il est possible de consulter différents documents sur ce sujet :
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>.
- de la [[DRIRE]] du Limousin : [http://www.limousin.drire.gouv.fr/faits%20marquants/2trim2007/chaufferie-bois.htm Le bois énergie pour les chaufferies collectives]. Le deuxième document complémentaire consultable en bas de page (format PPT) nécessite la Visionneuse PowerPoint (gratuite) pour son ouverture.
 
===Remarques sur la connaissance===
- de la revue Bioenergie International : 1. [http://www.bioenergieinternational.com/index.php/post/2008/01/04/Le-point-sur-les-particules-fines Le point sur les particules fines] - 2. [http://www.bioenergieinternational.com/index.php/post/2008/04/16/Comment-reduire-les-emissions-du-bois-energie Comment réduire les émissions du bois énergie]
Les scientifiques indépendants et les autorités locales peinent à travailler sur l'impact des carburants dont les formules varient selon les provenances et producteurs, mais aussi selon 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 bons filtres capables de récupérer les métaux catalytiques arrachés de la surface interne de l’équipement.
- de l'Office Fédéral de l'Environnement suisse (OFEV) : [http://ddata.over-blog.com/xxxyyy/0/00/49/42/pdf/Chauffage-Du-bois-d-accord-mais-jamais-sans-filtre-OFEV-11-2007.pdf Chauffages - Du bois d'accord, mais jamais sans filtre] (format PDF) ; à ce document fait écho un communiqué diffusé par le chef-lieu d'un canton helvétique<ref>[http://www.lausanne.ch/view.asp?DocId=32033 Protection de l’air: équiper sa cheminée d’un filtre à particules avec le soutien de la Ville]</ref>.
 
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 remplacé par un simple tube).
- du Conseil Fédéral suisse : [http://www.news.admin.ch/message/index.html?lang=fr&msg-id=7799&print_style=yes Plan d'action contre les poussières fines]
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.
 
== NotesVoir aussi==
 
<references />
 
== =Liens internes ===
* [[MoteurPot d'échappement]]
* [[HDiPot de détente]]
* [[Environnement]], [[Pollution de l'air]]
* [[Catalyseur]]
* [[Tube afrique]]
* [[Transport]]s, [[Source mobile]]
 
===Liens externes===
{{portail automobile}}
*[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]
*[http://www.journaldelenvironnement.net/fr/document/detail.asp?id=135&idThema=2&idSousThema=11&type=JDE&ctx=259 Mesure de l'osmium dans les eaux du globe]
 
===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|Environnement|chimie|Automobile}}
 
[[Catégorie:Moteur à explosion]]
[[Catégorie:Pollution de l'air]]
[[Catégorie:Technologie automobileCatalyse]]
 
[[cs:Katalyzátor výfukových plynů]]
[[da:Partikelfilter]]
[[da:Katalysator (udstødning)]]
[[de:Dieselrußpartikelfilter]]
[[de:Fahrzeugkatalysator]]
[[en:Diesel particulate filter]]
[[en:Catalytic converter]]
[[es:Filtro antipartículas]]
[[es:Convertidor catalítico]]
[[fi:Hiukkassuodatin]]
[[fi:Katalysaattori]]
[[it:Filtro attivo antiparticolato]]
[[he:ממיר קטליטי]]
[[ja:DPF]]
[[hr:Katalitički pretvornik]]
[[nl:Roetfilter]]
[[it:Catalisi]]
[[pl:Filtr cząstek stałych]]
[[ja:三元触媒]]
[[pt:Filtro de partículas diesel]]
[[ms:Penukar bermangkin]]
[[sk:Filtrácia výfukových plynov]]
[[nl:Driewegkatalysator]]
[[sv:Partikelfilter]]
[[pl:Reaktor katalityczny]]
[[pt:Conversor catalítico]]
[[ru:Каталитический конвертер]]
[[simple:Catalytic converter]]
[[sk:Katalyzátor (auto)]]
[[sl:Avtomobilski katalizator]]
[[sv:Katalytisk avgasrening]]
[[tr:Katalitik konvertör]]
[[zh:催化转换器]]