Comprendre les normes antipollution en vigueur

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20 octobre 2015
DI15/01F
Comprendre les normes antipollution en vigueur
en Europe et en savoir plus sur les familles de moteurs
récentes du Groupe Volkswagen
Quels sont les polluants contenus dans les gaz d’échappement ?
- Le dioxyde de carbone (CO2) : Présent dans l’atmosphère en tant que gaz naturel,
le dioxyde de carbone soulève certaines préoccupations. Il n’est certes pas toxique,
mais, de par sa concentration en augmentation constante dans l’air, il est considéré
comme l’un des principaux responsables de l’effet de serre. À ce titre, il a fait l’objet
de toutes les préoccupations et des discussions dans le cadre du protocole de Kyoto,
qui visait à en réduire la production. Toute combustion s’accompagne d’une produc­
tion de CO2. Sa quantité est fonction de la consommation, et donc, notamment, du
style de conduite adopté.
- Le monoxyde de carbone (CO) : Il s’agit d’un gaz incolore, inodore et insipide qui
se forme à la suite de la combustion incomplète de combustibles carbonés due à
un manque d’oxygène. Ce gaz est très toxique.
- Les hydrocarbures (HC) : Ils proviennent d’une combustion incomplète. De nom­
breux composés chimiques sont qualifiés d’hydrocarbures (par exemple, C6H6,
C8H18...). Ce sont les résidus noirâtres visibles entre autres sur la paroi interne des
tuyaux d’échappement.
- Le dioxyde de soufre (SO2) : Le dioxyde de soufre est produit par la combustion
de carburant à teneur en soufre. C’est un gaz incolore à l’odeur piquante. La teneur
s.a. D’Ieteren n.v. / Press relations
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en soufre du carburant est en diminution constante. Les oxydes de soufre favo­
risent certaines maladies respiratoires.
- Les oxydes d’azote (NOx) : La formation des oxydes d’azote (par exemple, NO,
NO2...) est favorisée par une pression et une température élevées, ainsi que par
une proportion d’oxygène trop importante lors de la combustion dans un moteur.
Certains NOx sont nocifs pour la santé.
- Les particules de suie (PM, pour « Particulate Matter ») : Leur émission résulte
d’une combustion incomplète due à un manque d’oxygène. Le terme « particules »
est un terme générique qui regroupe toutes les fines particules solides ou liquides
produites par usure, désintégration, érosion, condensation, ainsi que par une com­
bustion incomplète. Tous ces processus engendrent des particules de forme, de
taille et de structure différentes. Les particules sont considérées comme des pol­
luants atmosphériques à partir du moment où elles sont à ce point petites qu’elles
peuvent être en suspension dans les gaz et, de ce fait, constituer un danger pour
l’organisme. Les particules de suie sont de petites boules de carbone de taille micro­
scopique dont le diamètre est d’environ 0,05 µm.
Les normes Euro : de quoi s’agit-il ?
Tableau Euro 1 – 6
g/km
Moteurs à essence
Homologa­
CO
tion – Mise (monoxyde
en service de carbone)
HC
(hydro­
carbures)
NOx
(oxydes
d’azote)
Moteurs diesel
MP
NP
CO
(masse des (nombre de (monoxyde
particules) particules) de carbone)
HC
(hydro­
carbures)
NOx
(oxydes
d’azote)
0,097
0,873
MP
NP
(masse des (nombre de
particules) particules)
Euro 1
1/7/1992 –
1/1/1993
2,72
0,5335
0,4365
Euro 2
1/1/1996 –
1/7/1996
2,2
0,275
0,225
1
0,07
0,63
0,08
Euro 3
1/1/2000 –
1/1/2001
2,3
0,2
0,15
0,64
0,56
0,5
0,05
Euro 4
1/1/2005 –
1/1/2006
1
0,1
0,08
Euro 5
1/9/2009 –
1/1/2011
1
0,1
0,06
Euro 6
1/9/2014 –
1/9/2015
1
0,1
0,006
2,72
0,005 (DI)
0,005 (DI)
0,14
0,5
0,3
0,25
0,025
0,5
0,23
0,18
0,005 /
0,0045
6 x 1011
0,08
0,005 /
0,0045
6 x 1011
0,5
0,17
La législation européenne fixe des limites (les normes dites « Euro ») pour les « pol­
luants réglementés » (CO, HC, NOx et particules) et définit les procédures de tests
à employer. La première norme en la matière (Euro 1) date de 1992. Le CO2 n’est
pas pris en compte ici, étant donné que ce gaz n’est pas considéré comme un gaz
polluant direct (le CO2 n’est pas toxique, sauf à doses massives). Ce gaz ayant des
effets néfastes sur la couche d’ozone et contribuant au réchauffement climatique,
les constructeurs s’attèlent cependant à en limiter les émissions via une réduction
de la consommation.
La législation européenne est de plus en plus sévère sur les rejets des moteurs à
combustion, ce qui s’exprime de manière très claire dans le tableau reprenant les
valeurs limites autorisées. À noter que la première date mentionnée pour chaque norme
Euro correspond à l’homologation des nouveaux types de véhicules (par exemple, le
1er juillet 1992 pour la norme Euro 1), tandis que la deuxième date indiquée concerne
la mise en service des véhicules (par exemple, le 1er janvier 1993 pour la norme Euro 1).
Entrée en vigueur de la norme Euro 6
La norme antipollution Euro 6 est d’application depuis le 1er septembre 2014 pour
toutes les voitures particulières qui font l’objet d’une nouvelle homologation. Depuis
le mois de septembre 2015, toutes les nouvelles voitures particulières immatricu­
lées doivent être conformes à cette norme.
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La nouvelle procédure WLTP sera finalisée en ce mois d’octobre 2015. Cette « pro­
cédure d’essai mondiale harmonisée pour les voitures particulières et les véhicules
utilitaires légers » (« Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures ») com­
prend le cycle WLTC (« Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle »), qui
remplacera dès 2017 le Nouveau Cycle de Conduite européen (NCCE) – « New
European Driving Cycle » (NEDC) en anglais –, en vigueur depuis 1973. Par ailleurs,
la Commission européenne planche sur l’instauration de procédures de mesure des
émissions dans des conditions réelles (« Real Driving Emissions »).
Le diesel dans le collimateur
L’introduction de cette nouvelle norme a constitué un défi de taille pour les moteurs
diesel. Auparavant, en effet, les normes Euro étaient moins exigeantes pour ces
derniers que pour les moteurs à essence. La norme Euro 6 a réduit cette différence
de traitement.
Pour les diesels, l’évolution la plus contraignante concerne les oxydes d’azote (NOx),
qui participent à l’effet de serre, qui sont la principale source des pluies acides ainsi
que de l’acidification des eaux de source et qui ont un effet irritant sur les voies res­
piratoires.
Catalyseur SCR
La norme Euro 6 a imposé aux constructeurs automobiles de ramener de 180 mg/km
à 80 mg/km les valeurs limites d’oxydes d’azote (NOx) pour les véhicules à moteur
diesel. Si le recours à un intercooler, à la recirculation des gaz d’échappement (EGR)
et à la gestion de la combustion permet dans certains cas de respecter cette exigence,
à partir d’un certain gabarit de voiture, cela n’est possible que grâce à un catalyseur
SCR (« Selective Catalytic Reduction »).
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Après être passés par le catalyseur à oxydation, qui se charge de la réduction des
hydrocarbures et du monoxyde de carbone, et par le filtre à particules, qui empri­
sonne les fines particules qu’ils contiennent, les gaz d’échappement aboutissent
dans le catalyseur SCR, spécialement conçu pour éliminer les oxydes d’azote.
Un additif (AdBlue) est injecté « à la demande » dans la ligne d’échappement en
amont du catalyseur SCR. Le dosage de cette solution aqueuse à base d’urée est lié
au flux des gaz d’échappement ; la gestion du moteur, « informée » par un capteur
de NOx monté derrière le catalyseur SCR, en assure la régulation exacte. Au contact
des gaz d’échappement chauds, l’urée, finement pulvérisée au moyen d’un treillis,
se transforme dans le catalyseur SCR en ammoniac. Dans le catalyseur SCR, celui-ci
réagit avec les oxydes d’azote et les décompose en eau et en azote, inoffensif pour
l’environnement (l’azote est d’ailleurs le composant principal de l’air), au cours d’un
processus de réduction catalytique sélective.
AdBlue
L’AdBlue est une solution aqueuse composée à 32,5% d’urée. L’association du
catalyseur SCR et de l’additif AdBlue permet d’obtenir une réduction significative
(jusqu’à 90%) des oxydes d’azote, qui sont l’une des principales causes du smog
et des pluies acides et qui, en plus des suies et des particules fines, jouent un rôle
déterminant dans la pollution, principalement en ville. Avec les technologies BlueTDI
et clean diesel (deux noms derrière lesquels se cachent les moteurs diesel les plus
propres de leur catégorie), les marques Volkswagen et Audi y remédient par des
techniques innovantes.
Inoffensif, inodore et biodégradable, l’additif aqueux AdBlue est contenu dans un
réservoir supplémentaire en acier inoxydable ou en matière synthétique, chauffé et
isolé, qui se remplit aisément. La consommation moyenne d’AdBlue est d’environ
0,1 l/100 km. Sur la base de cette consommation, la taille du réservoir a été calculée
de façon à ce qu’un appoint ne soit nécessaire que dans le cadre des entretiens.
Et les normes antipollution en vigueur aux États-Unis ?
Elles ne présentent pas les mêmes critères que les normes européennes. Ainsi, les
émissions admises de NOx sont beaucoup plus faibles aux États-Unis. En Europe,
l’accent est plutôt mis sur la chasse au dioxyde de carbone (CO2). La tolérance aux
émissions de CO est encore plus basse en ce qui concerne les moteurs diesel. Ces
derniers doivent en émettre deux fois moins que les moteurs à essence. En revanche,
ils ont le droit de dégager plus de NOx.
Il importe de souligner qu’outre-Atlantique, l’État de Californie bénéficie d’une dispense
spéciale, accordée par le gouvernement fédéral, qui lui permet de fixer ses propres
normes sur les émissions du parc automobile. Ces dernières sont plus strictes que
celles édictées au niveau national. Les autres États peuvent choisir d’adopter soit les
normes du California Air Resources Board (CARB), soit celles, moins contraignantes,
de l’United States Environmental Protection Agency (EPA).
L’influence de la législation californienne en matière de pollution n’est pas à négliger.
Ainsi, l’interdiction virtuelle par l’État de Californie du moteur deux-temps à la fin des
années 1990 a eu d’importantes répercussions au niveau mondial, notamment sur
la production des motos tout-terrain. En effet, les constructeurs ont été contraints
de s’intéresser de nouveau au moteur quatre-temps, qu’ils avaient délaissé trente
ans plus tôt, et la physionomie des championnats du monde a été remodelée pour
permettre d’accueillir des motos à moteur quatre-temps plus lourdes et moins vives.
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Quid du CO2 ?
Le dioxyde de carbone (CO2) est un gaz incolore et inodore naturellement présent
dans l’air. Il est essentiellement produit par la combustion du carbone ou de subs­
tances contenant du carbone, telles que les matières organiques. Les carburants
fossiles (pétrole brut, gaz naturel et charbon) en sont des sources connues, mais
le corps humain produit, lui aussi, du CO2. Le CO2 n’est pas toxique pour l’homme,
les animaux et les plantes. Ces dernières ne survivraient d’ailleurs pas sans CO2,
puisqu’elles en ont besoin pour réaliser la photosynthèse.
Cependant, la concentration trop importante de CO2 dans l’atmosphère, du fait de
l’activité humaine, accroît de manière déséquilibrée l’« effet de serre » dont est en
partie responsable ce gaz et sans lequel la température sur la Terre serait inférieure
à 0 °C. Les émissions de CO2 d’un véhicule sont directement liées à sa consom­
mation de carburant. Ainsi, la production de CO2 s’élève à environ 2.400 g par litre
d’essence et 2.700 g par litre de diesel. Un litre de diesel génère donc plus de CO2
qu’un litre d’essence, mais il contient également plus d’énergie, ce qui permet de
parcourir une distance supérieure pour un même volume de carburant.
En Belgique, le transport routier représente 18,5% des émissions totales de gaz à
effet de serre et 20,8% des émissions de CO2, soit environ la même chose que le
secteur résidentiel et moins que les secteurs de l’industrie et de la transformation
d’énergie, qui produisent à eux deux près de 50% des émissions totales de CO2.
Le secteur du transport routier porte donc sa part de responsabilités dans la pro­
duction de CO2, mais les constructeurs automobiles ont redoublé d’efforts au cours
des trente dernières années pour faire baisser la consommation de leurs véhicules.
Ces efforts ont porté sur la réduction du poids des véhicules, l’amélioration de leur
aérodynamisme, l’optimisation des moteurs et des boîtes de vitesses, mais aussi
sur la création de biocarburants et sur la mise au point de systèmes de propulsion
alternatifs (véhicules électriques, hybrides, au gaz naturel, à pile à combustible...). En
outre, les constructeurs ont incité les automobilistes à adopter au volant un compor­
tement à la fois économique et écologique.
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À cela, il convient d’ajouter que les voitures de société, qui constituent 15% du
parc automobile belge, ne sont pas forcément des « dévoreuses de kilomètres »,
mais s’avèrent en revanche plus récentes, mieux entretenues et plus propres que
la majorité des voitures privées des particuliers.
Qu’est-ce qui différencie les moteurs diesel des types EA 189 et EA 288 ?
Les motorisations de type VW EA 189 sont des moteurs diesel (TDI) présentés en
2007 et implantés de 2008 à 2015 dans différents modèles de véhicules du Groupe
Volkswagen. Les lettres « EA » sont l’abréviation de l’allemand « EntwicklungsAuftrag »,
que l’on peut traduire en français par « mission de développement ». Cette série a
succédé à la gamme de motorisations VW EA 188, également connues sous le nom
de « TDI à injecteurs-pompe ».
La série VW EA 189 comprend des moteurs quatre cylindres de 1,6 l ou 2 l et des
moteurs trois cylindres de 1,2 l. 11 millions d’exemplaires ont été produits dans le
monde. Ces moteurs présentent un turbocompresseur, une injection directe à rampe
commune (« Common Rail »), un recyclage piloté des gaz d’échappement à basse
température, une technologie à quatre soupapes par cylindre et un catalyseur-accu­
mulateur de NOx.
La série VW EA 288, qui lui a succédé, a été introduite en 2012 et a fait son apparition
dans les premiers modèles américains (des Audi A3) au milieu de l’année 2014. Ces
moteurs diesel présentent un éventail de puissances compris entre 66 kW (90 ch) et
140 kW (190 ch) et répondent aux exigences de la norme antipollution Euro 6 depuis
le mois de septembre 2014. Nous détaillons plus bas les évolutions qui différencient
les moteurs EA 288 de leurs prédécesseurs de la série EA 189.
La plateforme modulaire MQB et ses nouvelles motorisations
La plateforme modulaire MQB (l’abréviation de « Modularer Querbaukasten »), des­
tinée aux véhicules à moteur transversal, est une base technologique – multimarque
et multisegment – qui doit permettre de construire de façon plus flexible, plus simple,
plus rapide et à moindre coût pratiquement toutes les futures voitures du Groupe
Volkswagen bénéficiant de ce type d’implantation du moteur. Vue de profil, elle se
compose de :
- 4 sections (ou modules) variables : partie avant de la voiture jusqu’à l’essieu,
partie arrière jusqu’à l’essieu, zone entre le point d’ancrage des sièges arrière
et le tablier arrière, empattement;
- 1 segment à cotes fixes commun à tous les modèles (compris entre la pédale
d’accélérateur et le milieu des roues avant).
Par ailleurs, la largeur, la voie et la taille des roues sont également variables.
Outre sur la plateforme MQB proprement dite, la stratégie MQB s’appuie sur :
- des familles de composants standardisés (dont les moteurs et les systèmes
d’infodivertissement) ;
- u
ne production standardisée modulaire.
Pour le client, la plateforme MQB est synonyme :
- d’un plus grand choix en termes de variantes de modèles et de motorisations ;
- d
e plus de confort ;
- d
’une sécurité accrue ;
- d’un accès à des équipements jusque-là réservés à des véhicules de catégories
supérieures.
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Côté moteurs, la plateforme modulaire pour moteurs à essence MOB (« Modularer
Ottomotor Baukasten ») comprend la nouvelle gamme de motorisations EA 211,
tandis que la plateforme modulaire pour moteurs diesel MDB (« Modularer
Dieselbaukasten ») fait appel à la gamme de motorisations EA 288, elle aussi de
conception nouvelle. Au bout du compte, l’adoption de ces nouvelles familles de
motorisations a permis au Groupe de réduire le nombre de variantes de moteurs
et de boîtes de vitesses au sein du système MQB sans que cela s’accompagne du
moindre inconvénient. Au contraire, la plateforme MQB permettra d’accueillir sans
restriction dans la même position d’implantation, outre les moteurs à combustion
traditionnels, l’ensemble des motorisations alternatives courantes.
Les évolutions présentées par les moteurs à essence EA 211 (seul l’entraxe des
cylindres est inchangé) sont les suivantes :
- Architecture de base identique (bloc-moteur, culasse, vilebrequin, bielles, compo­
sants intervenant dans la formation du mélange).
- Pivotement de la culasse (côté échappement désormais dirigé vers l’arrière, vers
le tablier, comme c’est déjà le cas sur les diesels) permettant une standardisation
de la ligne d’échappement, des arbres d’entraînement et de l’implantation de la
boîte de vitesses.
- Inclinaison du moteur désormais vers l’arrière (angle de 12°), comme c’était déjà
le cas des diesels, avec à la clé un encombrement réduit de 50 mm dans le sens
de la longueur de la voiture. Plusieurs organes auxiliaires comme la pompe à eau,
l’alternateur et le compresseur de la climatisation sont fixés directement sur le
moteur ou le carter d’huile, sans autre support, augmentant encore la place dis­
ponible.
- P
remier 4 cylindres au monde à coupure de cylindres (ACT).
- Diverses mesures d’allègement, optimisation de la gestion thermique, réduction
des frictions internes, etc.
Les évolutions présentées par les moteurs diesel EA 288 (seuls l’entraxe des cy­
lindres et les rapports alésage/course restent inchangés) sont les suivantes :
- Conception modulaire des mesures, aussi bien internes qu’au niveau du posttraitement des gaz d’échappement, destinées à réduire les émissions (les mo­
dules – catalyseur à oxydation, filtre à particules, catalyseur SCR – peuvent être
utilisés indépendamment l’un de l’autre ou combinés).
- Réduction des frictions internes, gestion thermique innovante, deux arbres
d’équilibrage pour le 2.0 TDI, etc.
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Au bout du compte, l’adoption de ces nouvelles familles de motorisations a permis :
- une implantation standardisée de tous les moteurs, autorisant notamment l’inté­
gration simplifiée de motorisations alternatives (synonyme de production rentable
en grande série) ;
- une réduction de 90% environ du nombre de combinaisons moteur/boîte de
vitesses au sein du système MQB ;
- u
n allongement de l’habitacle au profit du confort ;
- u
ne baisse de la consommation et des émissions ;
- une standardisation en termes de fabrication et de montage, ainsi que des sy­
nergies en matière d’approvisionnements.