Technologie/Moteurs thermiques/Moteur Diesel/Recirculation des gaz d'échappement

La recirculation des gaz d'échappement, ou EGR pour Exhaust gas recirculation (le terme anglais est plus couramment rencontré dans la littérature) est un système inventé au début des années 1970 qui consiste à rediriger une partie des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne dans le collecteur d'admission. L'EGR fonctionne essentiellement à faible charge du moteur et à un régime de 2500 tr/min. Le taux des gaz réinjectés varie de 5 à 35 %.

Valve EGR au sommet du collecteur d'admission.

Avantages

C'est un dispositif de réduction des émissions polluantes, installé par les constructeurs pour satisfaire, à moindre coût, aux normes européennes. Ce système, adopté depuis une dizaine d'années sur la majorité des moteurs Diesel, a pour effet de ralentir la combustion du mélange et d'absorber une partie des calories, ce qui diminue la température de combustion. De plus, il limite la présence d'oxygène dans le cylindre. Ces deux effets entrainent une diminution des oxydes d'azote, à l'origine, entre autres, de la pollution atmosphérique à l'ozone.

Inconvénients

L'EGR augmente la production de particules. Il faut donc trouver un compromis entre la diminution des oxydes d'azote et l'augmentation de particules. Pour résoudre ce problème, les gaz recirculés sont donc refroidis. Le fait d'abaisser la température des gaz réinjectés diminue la production de particules pour le même taux d'EGR.

Description du système et possible défaillance

Le système de dépollution par recirculation des gaz d'échappement est généralement constitué d'un échangeur thermique destiné à refroidir les gaz brûlés et d'une vanne, appelée communément vanne EGR, qui vient régler le débit de gaz brûlé vers le collecteur d'admission. Cette vanne est pilotée par le calculateur de contrôle moteur.

La panne la plus courante de ce type de système est l'encrassement de la vanne, ce qui entraîne son blocage en position ouverte et donc perte de puissance, défauts d'accélération, et occasionnellement fumées et ratés moteur. L'encrassement peut également bloquer la vanne en position fermée occasionnant moins de perte de puissance à faible régime (augmentation du couple).

Son remplacement s'avère souvent coûteux : en moyenne 400 à 800 euros, la pièce seule. L'encrassement est lié à des températures de fonctionnement trop basses. En effet, les performances des moteurs de dernière génération et les boîtes de vitesses très longues sur les véhicules Diesel font que l'usage de ces moteurs se fait à un régime relativement bas d'environ 2000 tours par minute. Un remède simple à réaliser en prévention est une utilisation en régime plus élevée (environ 4000 à 4500 tours par minute), de manière occasionnelle pendant 10 à 20 secondes, en charge soutenue. Cela permet une montée en température du circuit d'échappement et une combustion des résidus déposés. Lors de cette opération, le turbocompresseur est lui aussi désencrassé.

Réduction Catalytique Sélective

La Réduction Catalytique Sélective désigne une technologie qui est utilisée pour réduire les Oxydes d'azotes qui sont émis soit par des moteurs a combustion interne, soit par des installations industrielle de combustion: Gas, Charbon et Pétrole.

Principe

La réduction mise en œuvre transforme les NO_x en azote N₂ et en Eau. Cette conversion est rendue possible par l'injection d'un agent réducteur, un mélange d'eau et de 32,5% d'urée synthétique NH₂-CO-NH₂, ou bien d'ammoniac pur, ou en solutions usuellement à 24,5%. On utilise plus souvent l'ammoniac pour les grosses installations industrielles, comme les centrales de production d'énergie ou les incinérateurs, tandis que l'urée est plus utilisée pour les petites installations ou les véhicules. Cette Technologie est utilisée depuis de nombreuses années dans le traitement des émissions polluantes des installations industrielles. Elle a subi un transfert de technologie depuis les installations fixes vers les camions afin de respecter les niveaux de pollution Norme européenne d'émission Euro 5.

Dans l'industrie

Cette technologie est maintenant la technologie dominante, quand des rendements de dénitrification de plus de 60% sont requis. En deçà de ces niveaux de réduction, l'autre technologie importante, ou SNCR, qui consiste à injecter directement de l'urée ou de l'ammoniac au foyer est très utilisée, et moins coûteuse. Les catalyseurs usuels sont à base de tungstène et de vanadium (V2O5 et W2O3) et opèrent à des températures comprises entre 220°C et 350°C.

Dans l'automobile

Cette technologie est en passe de devenir la technologie dominante pour la réduction des NO_x pour les véhicules léger pour la mise en place de la Norme européenne d'émission Euro 6. Elle sera mise en vigueur à partir du 1er septembre 2014. L'implantation de ce dispositif sur les voitures pose cependant des contraintes d'encombrement, de poids et de coût: il comprend un catalyseur avec injecteur, un module de dosage, un réservoir et un contrôle en boucle réalisé par deux capteur NO_x, ainsi qu'une surveillance par des capteurs de pression et de température.

un système SCR ou RCS sur automobile : 1 Réservoir d'urée, 2 Canalisation, 3 Calculateur injecteur, 4 Injecteur, 5 Catalyseur.

Il faut également ajouter un système de pilotage de la pompe de dosage et du réservoir car le point de congélation du mélange eau et urée est de -11°C. Par ailleurs les constructeurs doivent garantir la durabilité des dispositifs de contrôle de la pollution pour une distance de 160 000 km et la conformité en service doit pouvoir faire l'objet de vérifications pendant 5 ans ou 100 000 km.

Cette technologie est aujourd'hui proposée sur des voitures vendues aux USA où les limites d'émission de NOx sont inférieures à l'Europe et le contrôle OBD plus sévère. La plupart des camions commercialisés en Europe depuis 2008, date de la mise en application de la Norme européenne d'émission Euro V, sont aussi équipés du système SCR. Il y aurait un peu moins d'un million de camions équipés de SCR sur les routes européennes à ce jour.

La consommation du mélange eau/urée synthétique est de 1 à 3% du gazole. Des réservoirs de 20 litres permettent de tenir environ 20000 km. L'intervalle de révision des véhicules pourrait être ramené à ce kilométrage ou le mélange eau/urée synthétique serait disponible en bidon dans les stations services et serait réalisé par l'utilisateur. Pour atteindre les niveaux d'émission de NO_x requis par la Norme européenne d'émission Euro 6 (0.08 g/km), un compromis sera sans doute mis en place entre optimisation de la combustion, utilisation d'Recirculation des gaz d'échappement, et post traitement SCR.

Cependant, pour les véhicules particuliers, les choix technologiques ne sont pas encore figés. Il est encore possible de voir émerger des choix alternatifs de dosage d'ammoniac (solide SCR ou metal ammine). À terme, la gestion du SCR n'aura pas d'incidence sur la consommation du moteur. Elle pourra même permettre aux motoristes d'orienter le développement de la combustion principalement vers le rendement et de laisser les polluants à un arsenal de dispositifs de postdépollution efficace. La consommation pourrait être réduite de 5 à 7 %. L'additif a base d'urée est commercialisé dans de plus en plus de stations service sous le nom AdBlue en Europe - DEF (Diesel Emission Fluid) aux États-unis.

LNT - Lean NOx Trap - Piege a NOx - SCR sans additif

Ce système dispose d'un catalyseur à deux couches. La couche inférieure adsorbe, dans un premier temps, les NO_x présents dans les gaz d'échappement. Le moteur passe ensuite en mélange riche afin que les hydrocarbures se transforment en hydrogène H₂ et qu'une réaction chimique produise de l'ammoniaque NH₃. Le NH₃ est stocké dans la couche supérieure. Lorsque le moteur retourne en mode pauvre, la réaction entre le NH₃ et les NO_x des gaz d'échappement donnent de l'azote N₂. De plus ce dispositif améliore les caractéristiques de réduction des oxydes d'azote entre 200 et 300°C, soit des températures courantes dans la ligne d'échappement.