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F O C U S | r eche r che & D è v eloppeme n t
Des filtres à particules contre les poussières
toxique
Les moteurs Diesel modernes ne crachent plus de fumée noire. Certains systèmes de
filtrage actuellement utilisés ne protègent toutefois pas de toutes les nanoparticules
nocives. Le laboratoire de contrôle des gaz d’échappement de la HESB-TI est spécialisé
– depuis 15 ans déjà – dans la mesure des nanoparticules des moteurs à combustion, le
contrôle des différentes technologies liées aux particules Diesel et tout ce qui touche à
leur implémentation.
Jan Czerwinski
Titulaire de la chaire de
thermodynamique et moteurs à
combustion, Chef du laboratoire de
contrôle des gaz d’échappement et
Directeur du labo des moteurs de la
HESB-TI à Bienne
Les moteurs Diesel crachant des nuages de fumée noire
et de suie ont, par chance, en grande partie disparu de la
circulation, de l’agriculture et de l’industrie. Et c’est très
bien ainsi; bien que, selon l’Office fédéral de l’environnement, les émissions des moteurs à combustion ne constituent annuellement qu’environ 17% des émissions de particules au niveau national, le degré de pollution dû au
diesel est localement souvent plus élevé. En génie souterrain, dans les mines et les garages ou autres milieux difficiles à aérer, les moteurs Diesel sont responsables d’un
pourcentage élevé d’émissions dangereuses pour la santé. De plus, en raison de la combustion hétérogène, même
dans les agrégats Diesel les plus modernes à très faibles
émissions massiques de particules, des concentrations
numériques de nanoparticules presque identiques sont
VW Passat 1,9 TDI sur
le banc d’essai à
rouleaux
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produites. Ces dernières proviennent en premier lieu des
paquets d’additifs d’huile et de carburant et sont mille fois
plus petites que les particules fines visibles sous forme de
fumée. Elles sont composées de molécules d’hydrocarbures, de composés soufrés et phosphatés et d’oxydes
métalliques, qui se fixent sur les noyaux de suie.
Aucune limite pour les nano émissions
En hygiène atmosphérique, la masse de toutes les poussières de l’air déposée sur un filtre est pesée. Celui-ci
laisse passer au maximum des particules de 10, 5, 2.5 ou
1 millionième de mètre. Par conséquent, les émissions
s’appellent PM10, PM5, PM2.5 ou PM1. Le Conseil fédéral
a fixé les valeurs limites des émissions toxiques des gaz
d’échappement Diesel actuellement valables pour les
particules PM10, sur la base d’études scientifiques, comme par exemple le projet de recherche interdisciplinaire
SAPALDIA. Par le passé, les limites légales des émissions
ont régulièrement été renforcées, de sorte que les émissions PM actuelles des nouveaux véhicules sont très basses. On arrive même aux limites du processus de mesure
PM.
Les limites des émissions PM négligent toutefois les nanoparticules résultant de la combustion du Diesel, car
celles-ci ne contribuent pas ou très peu à la masse mesurée. La masse de nanoparticules qui, pour ainsi dire, disparaît dans les gaz d’échappement Diesel est toutefois
compensée par sa grande quantité et sa libre mobilité
dans l’air. Jusqu’à 10 milliards de ces corpuscules partiellement toxiques sont rejetés par litre de gaz d’échappement. Des études en cours à l’EPF de Zurich et à l’EMPA
prouvent que les nanoparticules particulièrement riches
en métal pénètrent facilement dans les cellules pulmonaires humaines et y déclenchent un stress oxydant, qui provoque, à son tour, des inflammations ou autres dégradations cellulaires.
Filtre à particules Diesel comme solution
L’idée d’un filtre à particules pour moteurs diesel (FAP) est
aussi vieille que le contrôle des gaz d’échappement de la
HESB-TI – elle existe depuis 30 ans. Les problèmes initiaux de la régénération des filtres et de la commande de
celle-ci ont, entre-temps, été résolus grâce aux efforts intensifs de la recherche et de l’industrie. Les filtres à particules modernes séparent outre la masse corpusculaire au
moins 95% des nanoparticules. La technique actuelle des
filtres pourrait même en éliminer 99.9%.
L’introduction en série de filtres à particules dans les limousines Peugeot peut être assimilée à un événement
historique important. Le fabricant français de véhicules à
moteur a ainsi prouvé qu’un FAP pouvait être réalisé en
série et était fiable. Le matériel utilisé pour le filtre permet
un excellent degré de séparation même pour les nanoparticules. Les frais supplémentaires se situent dans la fourchette de prix d’une voiture concurrentielle et n’ont pas
été reportés sur le client. Sous la pression de la prise de
conscience écologique et de la santé, les autres fabricants européens ont également intégré des filtres à particules dans leurs nouveaux véhicules, principalement
dans les modèles les plus chers et sous forme d’équipement optionnel moyennant un supplément.
Catalyseurs à particules problématiques
Dans l’industrie automobile allemande, le gouvernement a
introduit des attraits fiscaux pour encourager les filtres à
particules. Les nanoparticules ayant toutefois été évincées des discussions entre politique et industrie et les
critères de promotion établis étant plus souples, l’idée
d’un marché équipant les voitures particulières de catalyseurs à particules a vu le jour.
À des fins de marketing, ceux-ci sont souvent appelés à
tort filtres à particules, mais ils ne peuvent toutefois accumuler que 30-40% des nanoparticules et environ 60% des
particules visibles. Les catalyseurs à particules dévalorisent le terme filtre à particules et contournent la qualité de
filtration nécessaire, définie en Suisse lors d’une collaboration internationale, et matérialisée par de nombreux fabricants de filtres. Pour ces raisons, les experts du réseau
suisse des nanoparticules estiment à l’unanimité qu’il n’est
pas judicieux d’équiper ultérieurement un véhicule particulier de catalyseurs à particules. La meilleure solution
consiste à promouvoir l’achat de voitures équipées de
FAP, tout en surveillant de manière réglementée la qualité
des FAP.
Moteur Diesel avec
équipement DPF et
instrument de mesuresur
le banc d’essai à moteur
Photos: www.afhb.bfh.ch
Co-Autor
Patrick Roth
Journaliste spécialisé du Fonds national suisse
Contact:
> [email protected]
> Infos: www.afhb.bfh.ch
Haute distinction
L’association internationale des ingénieurs
automobile – Society of Automotive Engineers
International – a élu membre d’honneur le
professeur Jan Czerwinski. Cette distinction
n’est décernée qu’à des ingénieurs dont les
travaux connaissent un fort retentissement
international.
Jaguar, Boss-HossMotorrad und
Campagna T-Rex
sur le banc d’essai
à rouleaux
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