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Recherche et développement
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Nouveau toit pour la grande
cavalerie des chevaux vapeurs
Depuis le mois de février, les spécialistes des moteurs de l’Empa travaillent sur la
motorisation du futur dans leur nouveau laboratoire des moteurs. Ceci afin de rendre
les voitures plus économiques et plus propres et en même temps tester des moteurs
totalement nouveaux. Ce laboratoire entièrement rénové et agrandi abrite aussi
un nouveau banc d’essai dynamique puissant pour les moteurs de poids lourds.
TEXTE: Ivo Marusczyk / PHOTOS: Rémy Nideröst
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La halle des moteurs rénovée offre
de la place pour un nouveau banc
d’essai pour les moteurs de poids
lourds de grande puissance.
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Un moteur diesel V8 avec un
couple de 4000 newtonmètres sur le nouveau banc d’essai.
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Les moteurs hybrides à gaz naturel
font déjà la preuve de leur aptitude
à l’usage quotidien.
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Nouveaux moteurs issus de longues
années de recherche: une VW avec
un moteur hybride à gaz naturel.
ortes basculantes, lifts, capots ouverts, voitures à demi démontées, moteurs rugissants et hommes en salopettes. Un atelier de garage automobile? Pas du tout. A y
regarder de plus près, on distingue des appareillages de mesure compliqués et des
moniteurs; des armoires de commande, de la verrerie de laboratoire indiquent qu’il s’agit
là plutôt d’un atelier du futur, d’un laboratoire pour la mobilité des prochaines décennies.
Un moteur hybride à gaz naturel d’un type nouveau émerge du capot d’une voiture de
classe moyenne vert acide qui se trouve à moitié démontée sur le lift. Et un peu plus
loin ce n’est pas un mécanicien mais un ingénieur électricien qui travaille sur cette balayeuse sur laquelle une pile à combustible remplace le moteur diesel.
Balayer à l’hydrogène
Cette balayeuse va bientôt parcourir les rues de Bâle et d’autres villes de Suisse et laisser
derrière elle des rues propres, et ceci au sens double: au lieu de gaz d’échappement diesel, seule de la vapeur d’eau sort de son pot d’échappement. Après les études de laboratoire, ceci est une étape importante qui permettra aux spécialistes de l’Empa et de l’Institut Paul Scherrer d’observer le comportement de la pile à combustible et d’étudier le
vieillissement des composants du véhicule en exploitation réelle. Le moteur hybride à
gaz naturel et la balayeuse à hydrogène sont deux des projets actuels les plus importants
du laboratoire «Moteurs à combustion» de l’Empa. Depuis le 23 février, date de l’inauguration du nouveau laboratoire des moteurs totalement rénové et agrandi, ses spécialistes disposent de davantage d’espace et d’installations nouvelles.
Consommation réduite et moins de polluants
En collaboration avec des hautes écoles suisses ainsi qu’avec des partenaires de l’industrie automobile et de ses sous-traitants, l’Empa travaille ici à la recherche sur la motorisation du futur: des moteurs à l’efficience énergétique accrue, des catalyseurs et des filtres à particules qui améliorent l’épuration des gaz d’échappement ainsi que de nouveaux
carburants à faibles émissions de CO 2 sont à l’agenda de ces spécialistes des moteurs.
Même si les véhicules à gaz naturel et au biogaz font plus souvent la une de l’actualité que les moteurs diesel ou à essence conventionnels, il reste encore beaucoup à faire
en recherche pour améliorer ces moteurs: pour cela le nouveau laboratoire est maintenant entre autres équipé d’un banc d’essai flambant neuf, dénommé P4, pour les moteurs
de poids lourds de grande puissance unique en son genre en Suisse.
Recherche et développement
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Un moteur suffisant pour propulser 40 petites voitures
«C’est une musique qui me réjouit les oreilles», s’enthousiasme Christian Bach qui dirige
le laboratoire «Moteurs à combustion» alors qu’un moteur rugit sur le banc d’essai «P4».
Ce grondement puissant et profond augmente pour devenir un hurlement assourdissant
semblable à celui du départ d’une course de F1. A la différence près que ce moteur a une
sonorité plus pleine avec nettement davantage de basses. Alors que le profane ne perçoit
qu’un grondement impressionnant, Bach entend lui tout un orchestre: «Un moteur diesel
V8 de 4000 newton-mètres, du type de ceux que Daimler monte dans ses gros camions.»
4000 newton-mètres, cela correspond à la puissance de 30 à 40 moteurs de petites voitures. Entre nous, la taille de ce monstre turbo-compressé atteint aussi presque celle
d’une petite voiture.
Jusque vers la moitié des années 1990, le couple des moteurs de poids lourds les
plus puissants atteignait environ 2500 newton-mètres. Depuis lors, grâce au perfectionnement de la turbo-compression et à de nouveaux processus de combustion, la puissance
de ces moteurs a fait un nouveau bond en avant. Ce qui posait problème aux chercheurs
de l’Empa car l’ancien banc d’essai ne disposait pas d’une puissance de freinage suffisante permettant de simuler une charge élevée de ces moteurs.
Un banc d’essai qui produit de l’électricité
La puissance qui se cache derrière ce grondement, on peut s’en faire une idée un étage
au-dessus du nouveau banc d’essai. C’est là, dans un enchevêtrement de gaines de ventilation et de ventilateurs de la taille d’un homme, que sont traités l’air de refroidissement
et les gaz d’échappement. Et la même chose se passe dans la cave pour l’eau de refroidissement. Les 60% de l’énergie du carburant brûlé dans le moteur sont libérés sous
forme de chaleur. Cette chaleur ne s’envole pas dans la nature mais elle est utilisée pour
le chauffage des locaux de l’Empa. Et l’énergie libérée par le freinage du moteur est transformée en électricité qui est injectée dans le réseau de l’Empa.
Le laboratoire «Moteurs à combustion» de l’Empa s’engage en commun avec d’autres
groupes du Domaine des EPF et des partenaires industriels dans des études importantes
pour la mobilité du futur. De nouveaux processus de combustion devraient permettre de
réduire la consommation de carburant et de nouveaux systèmes d’épuration des gaz
d’échappement conserver un air plus propre. Et les carburants tirés de ressources renouvelables posent de nouveaux défis aux constructeurs de moteurs car tout nouveau carburant demande des adaptations du système de commande du moteur pour en tirer le
maximum.
Nouveau catalyseur pour des gaz d’échappement plus propres
La technique du traitement des gaz d’échappement recèle elle aussi encore un potentiel
d’amélioration. Actuellement les chercheurs travaillent sur un «support de catalyseur en
mousse céramique à écoulement turbulent». Cette expression cache un nouveau concept
de catalyseur dans lequel les gaz d’échappement ne s’écoulent plus de façon laminaire
à travers des canaux parallèles. Ce nouveau catalyseur présente au contraire une structure semblable à celle d’une éponge qui imprime un mouvement tourbillonnaire aux gaz
d’échappement à travers ses cavités. Le résultat: l’écoulement à travers le catalyseur est
plus régulier, la transformation des polluants améliorée et l’air reste plus propre. Autre
avantage: ce catalyseur demande moins de métal précieux pour son revêtement.
«La réduction des émissions de CO2 est actuellement l’objectif le plus important dans
le développement automobile», explique Bach. Pour lui, les différentes voies qu’emprunte la recherche ne sont pas en contradiction entre elles car il est peu probable que
les moteurs à combustion interne soient remplacés du jour au lendemain par une
seule et unique technologie nouvelle. «Le marché des carburants pourrait bien se
diversifier» déclare Bach. Toutefois ce chercheur, qualifié il y a peu de «pape
de la motorisation» par la «Revue automobile», a un favori: «Du fait de la faible charge qu’ils exercent sur l’environnement et des possibilités de transfert rapide à la pratique, les moteurs à gaz naturel et à biogaz arrivent clairement en tête de peloton.» C’est aussi pourquoi Bach est si fier de la VW
Polo verte à gaz naturel/biogaz, le premier projet que l’Empa et l’EPF de
Zurich ont réalisé en commun avec Volkswagen et Bosch. Le projet subséquent «CLEVER», actuellement en cours, est consacré à l’étude du potentiel
de nouveaux processus de combustion et de l’hybridisation des moteurs à gaz
naturel/biogaz. Cela avec un objectif élevé: réduction de 30 pour-cent des
émissions de CO 2 par rapport aux moteurs à essence actuels. //
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