Moteur Diesel


Moteur Diesel
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Exposition de moteurs Diesel

Fruit des travaux menés par l'ingénieur allemand Rudolf Diesel entre 1893 et 1897, le moteur Diesel est un moteur à combustion interne dont l'allumage n'est pas commandé mais spontané, par phénomène d'auto-inflammation. Il n'a donc pas besoin de bougies d'allumage. Cela est possible grâce à un très fort taux de compression (rapport volumétrique) d'environ 14:1 à 25:1, permettant d'obtenir une température de 700 à 900 °C. Des bougies de préchauffage sont souvent utilisées pour permettre un meilleur démarrage du moteur à froid, en augmentant la température de la chambre de combustion.

Le moteur Diesel a été conçu au départ pour fonctionner au charbon pulvérisé, cependant, suite aux problèmes d'usure dus aux résidus de combustion, Rudolf Diesel est passé aux carburants liquides, comme le fioul ou les huiles végétales. Finalement, le fioul a été préféré car moins coûteux et se pulvérisant mieux du fait d'une viscosité inférieure.

Rudolf Diesel développa son moteur sur les lieux de la fabrique de machines d'Augsbourg (Maschinenfabrik Augsburg), entreprise prédécesseur de MAN[1].

C'est le Français Lucien-Eugène Inchauspé (1867-1930) qui, en 1924, en inventant la pompe à injection, en fit un moteur performant.

Les moteurs Diesel fonctionnent habituellement au gazole, au fioul lourd ou aux huiles végétales ou minérales. Ils peuvent aussi bien être à deux temps (surtout sur les Diesel de navire, avec suralimentation par compresseur et injection pneumatique) qu'à quatre temps. Ce type de moteur à taux de compression élevé a connu une expansion rapide en automobile en Europe à partir de la fin des années 1980 lorsque la suralimentation par turbocompresseur en a notablement amélioré les performances.

Sommaire

Description

Principe

Maquette scolaire d'un moteur Diesel
Maquette scolaire d'un moteur d'automobile avec sa boîte de vitesses

Comme le moteur thermique à essence, le moteur Diesel est constitué de pistons coulissants dans des cylindres, fermés par une culasse reliant les cylindres aux collecteurs d'admission et d'échappement et munie de soupapes commandées par un arbre à cames.

Son fonctionnement repose sur l'auto-inflammation du gazole, fioul lourd ou encore huile végétale brute dans de l'air comprimé à 1:20 du volume du cylindre (environ 35 bar), et dont la température est portée de 600 °C à 1 500 °C environ. Sitôt le carburant injecté (pulvérisé), celui-ci s'enflamme presque instantanément, sans qu'il soit nécessaire de recourir à un allumage commandé par bougie. En brûlant, le mélange augmente fortement la température et la pression dans le cylindre (60 à 100 bars), repoussant le piston qui fournit une force de travail sur une bielle, laquelle entraîne la rotation du vilebrequin (ou arbre manivelle faisant office d'axe moteur, voir système bielle-manivelle).

Les quatre temps du cycle Diesel sont :

  1. admission d'air par l'ouverture de la soupape d'admission et la descente du piston ;
  2. compression de l'air par remontée du piston, la soupape d'admission étant fermée ;
  3. injection - combustion - détente : peu avant le point mort haut on introduit, par un injecteur, le carburant qui se mêle à l'air comprimé. La combustion rapide qui s'ensuit constitue le temps moteur, les gaz chauds repoussent le piston, libérant une partie de leur énergie. Celle-ci peut être mesurée par la courbe de puissance moteur ;
  4. échappement des gaz brûlés par l'ouverture de la soupape d'échappement, poussés par la remontée du piston.

Vitesse et puissance

Les vitesses de rotation des moteurs Diesel sont très différentes d'un moteur à un autre. En effet, plus le moteur est gros, plus la course du piston est grande, et plus le moteur est lent. Trois classes de moteurs sont ainsi définies :

  • moteur lent : moins de 200 tr/min
  • moteur semi-rapide : entre 400 et 1 000 tr/min
  • moteur rapide : 1 000 tr/min et plus

La limite maximale du régime de rotation d'un moteur est déterminée par la vitesse de déplacement du piston dans le cylindre. Elle est exprimée en m/s.

Les constructeurs motoristes, suivant l'utilisation du moteur et la fiabilité qui leur est demandée, ont fixé des plages limites (résultat d'essais d'usure) suivantes :

  1. moteur fixe (groupe électrogène, gros moteur de bateau) : 6 à 8 m/s
  2. moteur de poids lourds : 8 à 9 m/s.
  3. moteur d'automobile : 12 à 13 m/s.
  4. moteur de compétition : au-delà de 15 m/s.

Ces limites déterminent la durée de vie du moteur et sa puissance en chevaux, ou kW, par litre de cylindrée. La mise en survitesse du moteur risque de conduire à des chocs pistons-soupapes qui se traduisent souvent par le flambage des queues de soupapes ou de leurs tiges de commande.

Schématiquement, plus le piston est gros, plus sa course est importante. Pour exemple : moteur DW10 ATED de PSA, cylindrée 1 997 cm³, alésage 85 mm, course 88 mm, régime de puissance maximale 4 000 tr/min.

Pour ce moteur, la vitesse linéaire du piston dans le cylindre à 4 000 tr/min est de : 88 x 2 (deux courses par tour moteur) = 176 mm ou, en mètres, 0,176 × 4 000, soit 704 m/min ou 704/60 m/s = 11,7 m/s

La vitesse de rotation d'un moteur est directement liée à la course du piston (donc à la cylindrée) et à son usage.

Suivant la définition ci-dessus : moteur lent, moteur semi rapide ou rapide, un moteur défini comme semi rapide à 1 000 tr/min peut avoir une course de 450 mm pour une vitesse linéaire de piston supposée de 9 m/s.

Si l'on suppose que le cylindre de ce moteur est de type carré (course égale à l'alésage) soit course 450 mm et alésage 450 mm, la cylindrée unitaire est de 91,225 litres.

Pour le moteur cité ci-dessous (alésage 960 mm et course 2 500 mm), le piston se déplace de 5 mètres par tour. Pour une vitesse de rotation de 102 tr/min, la vitesse linéaire du piston est de 8,5 m/s. Au régime de puissance maximale développée, à 92 tr/min, celle-ci sera de 7,6 m/s.

Certains moteurs Diesel lents de type 2 temps, atteignent 100 000 ch (voir le porte-conteneurs Emma Mærsk), comme le Wärtsilä RT-flex96C 14 cylindres[2], moteur à 2 temps lent (92/102 tr/min). Les cylindres ont un alésage de 96 cm et le piston une course de 2,5 m[3]. Ce moteur a une hauteur d'environ 13 mètres et une longueur de 26 mètres pour un poids de 2 300 tonnes.

Combustion

Réaction chimique dans laquelle la combustion du carburant (oxydation vive de l'hexadécane) par le dioxygène présent dans l'air dégage de la chaleur plus des résidus de combustion : dioxyde de carbone et eau.

Équation parfaite de la combustion Diesel du gazole : hexadécane + dioxygène = dioxyde de carbone + eau :

2 C16H34 + 49 O2 → 32 CO2 + 34 H2O

En pratique on considère qu'il faut prévoir 30 g d'air pour brûler 1 g de combustible.

Usage

Diesel-alternateur sur un pétrolier

Le moteur Diesel est de préférence utilisé lorsqu'il y a besoin d'un couple important ou d'un bon rendement : locomotives, bateaux, camions, tracteurs agricoles, groupes électrogènes, engins de travaux publics ou automobiles.

D'un point de vue historique, c'est la marine de guerre qui s'intéresse en premier aux moteurs Diesel. Compte tenu des dimensions des premiers moteurs Diesel, il semblerait naturel que les ingénieurs et architectes navals se soient, avant tous les autres, intéressés à ce nouveau moteur qu'ils avaient la place d'accueillir. C'est cependant un navire marchand danois, le Selandia, qui en fut équipé le premier en 1912. C'est à modérer par d'autres considérations, puisque ce sont, avant tout, les sous-marins qui en furent équipés. Ainsi, l'ingénieur français Maxime Laubeuf équipa d'un Diesel son sous-marin l'Aigrette (1901) car les moteurs à explosion ne développaient alors pas assez de puissance et les moteurs à vapeur, dégageant trop de fumée, auraient été contreproductifs, le souci étant précisément de mettre au point un bâtiment discret. Par ailleurs, même si le moteur Diesel connaît une importante progression durant l'entre-deux-guerres, la vapeur reste prépondérante (la chauffe au charbon étant progressivement délaissée au profit de la chauffe au mazout). C'est par exemple le cas du paquebot Normandie ou des cuirassés géants de la Deuxième Guerre mondiale (Yamato, Bismarck...).

Il faudra attendre la deuxième moitié du XXe siècle pour voir le moteur Diesel se répandre dans les moyens de transport maritime (armés ou non) au point de devenir au XXie siècle un standard de motorisation que n'a pas réussi à concurrencer la propulsion nucléaire (plus chère par différents aspects). Les premiers véhicules terrestres équipés de moteurs Diesel sont apparus au début des années 1920 (Benz et Daimler). D'abord destiné aux moyens de transport « lourds » (camions, notamment), le moteur Diesel a fini par se tailler une place dans l'automobile individuelle ou familiale, même si la motorisation « essence » y reste majoritaire.

En effet, le gazole ayant un pouvoir calorifique volumique plus important que l'essence et bénéficiant d'une taxation légèrement plus favorable en France, les moteurs Diesel se révèlent plus économiques à la pompe bien que plus chers à l'achat et à l'entretien. Par ailleurs, les progrès accomplis dans ce domaine ont très largement rendu caduque la vieille dichotomie entre le moteur à essence « vroum-vroum » et le « Diesel à papa ». Les performances ayant ainsi tendance à s'équilibrer, le gasoil a su se montrer plus sportif et nerveux, séduisant ces dernières années une clientèle jadis acquise à l'essence. Cela étant, l'équilibrage en termes de performances se traduit aussi par un équilibrage en termes de coût. Les nouvelles technologies mises en œuvre engendrent un surcoût chez le garagiste qui est de moins en moins compensé à la pompe, compte tenu de la hausse globale du prix des hydrocarbures... Il convient néanmoins de faire une distinction géographique : si, en France par exemple, le moteur Diesel se démocratise, aux États-Unis, les voitures et les camions fonctionnent encore très majoritairement à l'essence, qui reste moins cher que le Diesel[4].

En revanche, la motorisation Diesel est rarement utilisée sur les motocyclettes et les avions, notamment pour une question de masse embarquée, à l'exception des avions Clerget qui se distinguaient par un rapport poids-puissance comparable à celui d'un moteur à essence, mais la Seconde Guerre mondiale en a stoppé le développement. Toutefois, l'utilisation de moteurs Diesel sur avions légers, apparue dans les années 1980, commence à se développer : Cessna L19 équipé d'un moteur Diesel de Renault 25 poussé à 135 ch en 1988, avion de construction amateur Dieselis équipé d'un Isuzu (Opel) 70 ch en 1998[5]. Il existe au XXIe siècle des moteurs spécifiques (SMA) ou dérivés de l'automobile (Centurion sur base Mercedes du motoriste allemand Thielert) ; avions de tourisme DA-40 et DA-42 de l'autrichien Diamond, Ecoflyer du français APEX aircraft (ex-DR 400 de Robin) équipés du Thielert Centurion 1.7, avion amateur Gaz'aile 2 et Dieselis[5]. Les motocyclettes à motorisation Diesel ont connu quelques essais sporadiques, mais la production reste soit amateur, soit très intimiste par de petites entreprises, soit par l'armée mais maintenant abandonnée.

Avantages

Les raisons du succès du moteur Diesel dans l'automobile, au-delà d'avantages fiscaux qui relèvent de choix politiques et non techniques, tiennent essentiellement à son rendement, supérieur à celui du moteur à essence. Ce rendement peut être encore amélioré par l'utilisation d'un turbocompresseur (les plus récents modèles sont « à géométrie variable » (TGV), technologie qui leur permet d'être plus performants à bas régime) et par le common rail (injection directe à haute pression) inventé par Fiat et Magneti Marelli.

Il existe plusieurs sortes de compresseurs: l'échangeur de pression rotatif type « Comprex », brevet Brown-Boveri, le compresseur mécanique (entraîné par le moteur) et le turbocompresseur présentant une turbine actionnée par les gaz d'échappement.

  • Si l'injection directe existe depuis les débuts du moteur Diesel, elle n'était pas utilisée en automobile pour des raisons techniques (fumées et bruit supérieurs, gradient de pression trop élevé obligeant une utilisation de pistons très solides et très lourds, qui empêchait de tourner trop vite), mais seulement sur les moteurs lents (industriels, poids-lourds et marins).
  • Avec les nouveaux dispositifs d’injection directe, injecteurs-pompe, rampe commune et injecteurs piézo-électrique, la pression atteint jusqu'à 2 500 bars (contre 1 400 pour la première rampe commune et moins de 1 000 pour un moteur à injection indirecte) ce qui assure une pulvérisation du gazole turbulente, continue, constante et bien répartie, essentielle pour une bonne combustion ; cette technologie porte le nom de HDi (chez le constructeur automobile PSA) pour High-pressure Direct Injection, ou encore dCi (Direct Common rail Injection) chez Renault. Cette injection haute pression a été inventée par la société Elasis S.C.p.A., filiale de Fiat, et a été utilisée pour la première fois sur la Fiat Croma en 1988. Ce moteur prit le nom de TDid. Notons que Rover, quelques mois avant Fiat avait aussi commercialisé un véhicule léger équipé d'un moteur diesel à injection directe, mis au point en collaboration avec Perkins, mais s’agissant d’une version utilitaire de la Montego, Fiat revendique l’antériorité pour les véhicules particuliers, ce qui est exact puisque le groupe britannique ne commercialisa la version berline équipée de ce moteur que quelques mois après la Croma.
  • La suralimentation fait appel à un compresseur pour augmenter la quantité d'air (donc d'oxygène) introduite dans le moteur, ce qui est particulièrement appréciable en altitude (et donc en aviation). Ce principe permet d'augmenter la puissance sans augmenter le régime et la cylindrée du moteur. Le compresseur chargé de comprimer l'air admission est entraîné généralement par une turbine (ou turbo) qui récupère une partie de l'énergie des gaz d'échappement, environ 25 % de l'énergie fournie par le carburant. La suralimentation permet d'accroître le rendement du moteur : la puissance et le couple augmentent plus que la consommation de carburant.
  • Pour faciliter le départ à froid en élevant la température des parois de la chambre de combustion et de l'air admis, les moteurs Diesel (notamment les moteurs de poids-lourds) sont équipés de systèmes de préchauffage (parfois appelés bougies), de réchauffage d'air, ou encore d'un système de surcharge à la pompe d'injection.
  • À l'origine considéré comme un moteur « sale » du fait de son carburant moins raffiné et du bruit important de fonctionnement (claquements), le Diesel s'est aujourd'hui amélioré en termes de pollution aussi bien atmosphérique que sonore. Du point de vue de la pollution, l'avantage principal des moteurs Diesel est de produire, à puissance égale, du fait de leur rendement supérieur, moins de CO2 que leurs équivalents à essence, typiquement 20 % de moins. Cependant les nouvelles normes de production qui imposent une désulfuration du gazole rejettent beaucoup de CO2. Le gazole doit être traité avec de l'hydrogène pour capter les molécules de souffre. La production d'hydrogène est elle-même une source importante d'émissions de CO2 dans l'atmosphère. A l'heure d'aujourd'hui le moteur en lui même rejette effectivement moins de CO2, mais en tenant compte de la fabrication du carburant aux normes qui lui convient, cet argument est diminué[6][7]. Ils produisent également moins de monoxyde de carbone (qui s'oxyde rapidement en dioxyde de carbone dans l'atmosphère) et d'hydrocarbures imbrûlés que les moteurs à essence, notamment avant que le catalyseur de ces derniers ne monte en température[8]. Le traitement récent des problèmes dus à l'émission de fines particules imbrûlées par les filtres à particules, ainsi que la question des oxydes d'azote (irritants) sont discutés dans la section inconvénients.
  • La teneur en soufre des carburants (gazole, fioul) est progressivement diminuée dans l'ensemble des pays, afin de réduire la quantité de dérivés soufrés émis à l'échappement.
  • Ce moteur peut brûler de l’huile végétale à la place du gazole issu du pétrole. Il faut ainsi se souvenir que les sous-marins Français refugiés en Afrique de l'ouest durant la deuxième guerre mondiale, brûlaient de l'huile d'arachide, faute de pétrole. Pour un usage quotidien sur des véhicules automobiles de tourisme, il est cependant nécessaire de modifier quelque peu le circuit d’alimentation, en raison de la plus grande viscosité de l’huile végétale brute, comparée au gazole[9]. On peut aussi utiliser des carburants à base végétale transformés et raffinés (diester ou NExBTL) mais qui, comparés à des huiles végétales brutes recyclées, perdent de leur intérêt écologique en raison de l'énergie dépensée pour les fabriquer.
  • Un autre avantage du moteur Diesel réside dans les carburants utilisés, qu’il s’agisse du gazole ou des huiles végétales, dans lesquels on n’utilise pas de benzène, contrairement aux essences et supercarburants sans plomb. Or, le benzène est très cancérogène et très volatil.

Inconvénients

Les premiers moteurs Diesel étaient beaucoup plus lourds, bruyants (comme Renault Laguna ou Safrane) et bien moins puissants que leurs homologues à essence. Ces inconvénients ont été partiellement éliminés sur les véhicules modernes grâce, en particulier, au turbocompresseur à géométrie variable, aux rampes d'injection communes ou injecteur-pompe très haute pression.
La réduction du niveau sonore dépend beaucoup de la gestion de l'injection et des dispositifs d'insonorisation. De par leur conception, à puissance égale, ces moteurs restent plus lourds que leurs homologues à essence. Un moteur Diesel est moins "lisse" qu'un moteur Essence, et fonctionne à bas régime, il a donc moins d'allonge que son homologue Essence.

Pollution et toxicité des gaz d'échappement

Outre que le Diesel incite aussi à encore prélever et émettre du carbone fossile, ses impacts spécifiques sur la santé environnementale et sur la pollution de l'air restent préoccupants ;

  • Les suies et micro ou nanoparticules [8] sont considérées comme «cancérogènes probables» par le Centre international de recherche sur le cancer (Circ [10], et peut-être reprotoxiques [11]). Ils sont aussi par exemple facteur d'aggravation de l'asthme et d'un risque accru de décès chez les cheminots.
    Les lieux les plus exposés sont les tunnels routiers ou ferroviaires, certains lieux industriels dont lieux de travail confinés (garages, docks) ou souterrains, miniers en particulier[12]. Rien qu'aux États-Unis, ce sont environ 1,4 million de travailleurs qui étaient chroniquement exposés aux particules-diesel de 1981 à 1983 ; et 3 millions dans l’Europe des 15, de 1990 à 1993[12].

Les normes européennes d'émission ont pris en compte la réduction des taux de particules émis par les moteurs Diesel. Actuellement la limite est de 0.02 g/kWh pour les camions (Euro V) et 0.005 g/km pour les voitures particulieres (Euro 5).

Les normes européennes d'émission ont pris en compte de manière limitée la réduction des oxydes d'azote - NOxémis par les moteurs Diesel. Actuellement la limite est de 2.0 g/kWh pour les camions (Euro V) et 0.18 g/km pour les voitures particulières (Euro 5).

Le cas particulier du NO2

On distigue le NO2 des autres oxydes d'azote - NOx. Le NO2 se combine avec l'humidité des muqueuses nasales, de la sphère ORL et des poumons en donnant de l'acide nitrique. Il cause des troubles respiratoires (asthme notamment) ou il les aggrave, avec des symptômes souvent chroniques chez certains automobilistes et chez les habitants ou travailleurs des zones où la circulation est dense.

Aux États-Unis, l'EPA a proposé[14] en juin 2009 de durcir la réglementation (éventuellement avant janvier 2010) sur les émissions de NO2 par les véhicules ; l'agence a proposé sur des bases scientifiques récentes :

  • une valeur limite horaire en NO2 qui n'existait pas aux États-Unis, et pourrait être comprise entre 80 et 100 parties par milliard (ppb) [14].
  • le maintien d'une concentration moyenne annuelle ne devant pas dépasser 53 ppb (norme en vigueur depuis 1971[14]).
  • une surveillance obligatoire des taux de NO2 dans une bande de 50 mètres autour des principaux axes routiers urbains dans les villes de 350 000 habitants (Jusqu'en 2009, un tel contrôle n'était dans ce pays pratiqué que dans quelques villes de plus d’un million d’habitants)[14].

En France, en 2009, constatant que les émissions de NO2 par les Diesel n'ont pas diminué depuis plus de 10 ans (des années 1995 à 2009), l'AFSSET [15] a appelé - sans attendre les futures normes annoncées par l'Europe – à réduire les émissions de NO2 des moteurs Diesel[15].

Les pots catalytiques se développent et on voit se généraliser, depuis 2009, la présence de filtre à particules (FAP) sur les nouveaux moteurs Diesel. Or, les catalyseurs mais aussi certains FAP (FAP dits « catalysés » et non les FAP dits « additivés »), s'ils permettent la « combustion » de suies fines dans le filtre ou le pot catalytique ont pour effet paradoxal d'encore accroître les émissions de NO2 [15]. L'addition de platine notamment dans le Diesel oxydation catalyst (DOC) positionné en amont du filtre à particules (FAP), génère du NO2[15] qui va contribuer à la régénération dite passive des filtres à particules.

L'AFSSET alerte sur le fait que si au moins 30 % des filtres installés dans les années à venir sont de type « non polluants », alors les taux de NO2 émis par les véhicules légers devraient diminuer entre 2009 et 2014, mais si moins de 30 % des filtres posés le sont, le NO2 augmentera encore[15].

L’Afsset a recommandé mi 2009[15]

  • que les flottes captives (bus, utilitaires, taxis) soient équipés de filtres moins polluants en NO2 (c'est aussi une des propositions du Plan national santé environnement, PNSE II).
  • faire du NO2 un critère obligatoire dans toutes les nouvelles réglementations sur les émissions des véhicules, au lieu de ne se baser que sur la somme des oxydes d’azote (NOx).
  • créer un outil d’évaluation de l’efficacité des technologies de contrôle des émissions Diesel
  • faire des recherches en toxicologie sur l'impact des émissions Diesel.


Les règlements Euro VI (véhicules lourds) et Euro 6 (véhicules légers) imposeront aux constructeurs des moteurs émettant moins de NO2, mais :

  • la norme Euro 5 prévoyait qu'on puisse ensuite adopter une valeur limite, ce que la norme Euro 6 n'a pas fait ;
  • les normes n'entreront en vigueur qu'au 31 décembre 2013 ;
  • les normes présentes (jusqu'en 2009) visaient principalement à diminuer les particules émises par les Diesel, la réduction des taux de NOx n'était prise en compte que de manière marginale, et n'ont eu aucun effet significatif sur les taux émis de NO2.

Odeurs

Les odeurs caractéristiques des gaz d'échappement des moteurs Diesel sont dues à un ensemble complexe de composés organiques tels que les indoles, furanes et phénols.

Pistes de solutions, encore insatisfaisantes

Des solutions pour l'amélioration de ce moteur au niveau de l'émission de particules et d'oxydes d'azote sont aujourd'hui proposées.

  • La réduction de la quantité de particules émises dépend de la qualité du carburant et de la conception du moteur (amélioration de l'injection, dispositifs à injections multiples…). Pour certaines particules difficilement combustibles un filtre à particules (FAP) est nécessaire. Cette technologie s'est généralisée à partir de 2009, lors de la mise en place de la Norme européenne d'émission EURO V (camion). Cependant, les particules les plus fines ne sont pas filtrées et ces dernières sont les plus cancérigènes, car leur petite taille les fait s'infiltrer plus profondément dans les alvéoles pulmonaires.
  • Le problème des oxydes d'azote (NOx) est plus difficile à résoudre car ils sont générés par la présence simultanée d'oxygène et d'azote dans l'air, aux températures élevées nécessaires à un bon rendement et ce d'autant plus que, revers de son bon rendement et donc de sa plus faible production de CO2, le moteur Diesel fonctionne en mélange dit « pauvre » (c'est-à-dire avec beaucoup d’air par rapport aux hydrocarbures). Les émissions de particules et de NOx sont un équilibre entre une combustion efficace, une émission de NOx faible et un niveau de particules émises faible. Le dispositif le plus courant à ce jour est l'utilisation de la recirculation des gaz d'échappement (EGR : Exhaust Gas Recirculation). On peut aussi utiliser des systèmes recourant à un additif à base d’urée que l’on injecte dans le pot catalytique, ce sont les systèmes SCR - Selective catytic Reduction. Ce qui est très efficace puisque le groupe Volkswagen a réussi en fin 2008 à homologuer aux États-Unis divers modèles (Q7, Jetta, A4…) satisfaisant aux très sévères normes Tier2 Bin5 et à la californienne LEV 2 (NB : les versions européennes, soumises à des normes nettement moins strictes, ne bénéficient pas du même niveau de dépollution)[16]. Ces systèmes de traitement SCR sont en cours de généralisation sur les camions soumis au niveau d'émission Euro V depuis 2008. L'additif à 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. 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).
  • La voie de la catalyse des NOx semble assez délicate car ils sont relativement stables et ne se dégradent à la lumière du jour qu'en quatre heures sous l'effet des ultraviolets, en produisant de l'ozone (O3), gaz très irritant, toxique, donc nuisible en basse atmosphère bien qu'indispensable en haute altitude. Toutefois, Toyota s'y est essayé avec un système de catalyse des NOx sur son dernier moteur 2.2 D-CAT (Clean Advanced Technologie) développant 177 ch. Les versions 136 et 150 ch de ce même moteur ne sont pas équipées de ce système de catalyse des NOx.
  • L'inconvénient majeur du pot catalytique réside dans le fait que, comme sur un moteur à allumage commandé (moteur à essence), son efficacité n'intervient qu'après une plus ou moins longue période de chauffe (suivant la température ambiante extérieure). Ce phénomène pose le problème de l’adaptation des motorisations thermiques à la circulation urbaine qui se caractérise par des trajets plutôt courts, souvent insuffisants pour permettre au dispositif catalytique d'atteindre la température nécessaire à son efficacité. Certains pots catalytiques sont d’ailleurs équipés de systèmes favorisant leur montée en température.
  • Considérant que le gazole est constitué de 86 % en masse de carbone de 12 g (une mole de carbone pèse 12 g, elle est composée de 6,02x10^23 atomes) donnera une mole de 44 g (une mole de CO2 pèse 44 g) de CO2, 1 litre de gazole de 830 g donnera : 830*86%/12*44=2 617 g de CO2 ce qui fait que les moteurs Diesel produisent en moyenne une tonne de CO2 pour 382 litres de gazole. L'utilisation des moteurs Diesel permet donc de réduire les émissions de CO2, au détriment des émissions de particules.
  • Il existe des carburants de synthèse (Fischer-Tropsch) dénués de soufre, qui permettent de réduire les émissions de particules à des niveaux très faibles. Ces carburants, le di-méthyl éther notamment, peuvent être synthétisés à partir d'hydrocarbures. Cependant, toute synthèse (ou transformation chimique) induit elle-même une consommation et une émission de CO2 : il est donc nécessaire de comptabiliser l'ensemble de la dépense énergétique de la filière, et pas uniquement ce que le consommateur final est à même de percevoir et de concevoir.
  • Ne pas oublier que la diminution de carburant sur un moteur essence vient du fait d'une sur-alimentation carburant+air venant d'un moteur équipé d'un turbo.

Dénominations commerciales

Voici la liste des différents noms donnés aux moteurs Diesel modernes (injecteurs pompes ou rampe commune) selon les marques qui les commercialisent :

Compétition

Roadster de compétition propulsé par un moteur Diesel

Audi a remporté quatre fois les 24 Heures du Mans en 2006, 2007, 2008 et 2010 grâce à l'Audi R10 équipée d'un moteur V12 TDI (Turbo Diesel à Injection Directe)et l'Audi R15+ équipée du V10 TDI. AUDI a également remporté les 12 Heures de Sébring en 2009 avec ce même modèle.

Lors de l'édition 2007, Peugeot a engagé à son tour un véhicule équipé d'un moteur Diesel, la Peugeot 908. Elle est équipée d'un moteur V12 HDi développant environ 700 chevaux. L'une des deux Peugeot 908 au départ s'est classée en seconde position. Sur la lancée victorieuse des motorisations Diesel de son concurrent direct Audi, le constructeur Peugeot réalise un doublé avec ses 908 Diesel à l'édition du Mans 2009.

Cette Peugeot 908, malgré sa débâcle aux 24 Heures du Mans 2010, remporte les 12 Heures de Sebring et Petit Le Mans 2010. Elle se permet aussi de remporter les 12 Heures de Sebring 2011 (s'agissant toujours de la 908 HDi FAP datant de 2010 et engagée par Oreca, car Peugeot se bat avec une nouvelle version appelée 908 tout court et disposant d'un V8 de 3,7 L de cylindrée développant 550 chevaux (puissances revues à la baisse par le règlement)).

La domination de ces moteurs Diesel durant les 24 Heures du Mans a fait l'objet de nombreuses controverses ; Explicitement celle-ci était surtout due à des arrêts aux stands moins fréquents en raison d'une consommation inférieure à celle des moteurs à essence, mais aussi car ces moteurs génèrent un couple moteur monstrueux (un V12 TDI dont la puissance maximale est atteinte à 4 100 tr/min (430 rad/s) environ, avec une puissance de 474 kW (650 ch), on en déduit un couple de (C=P/omega) 474 000/430 = 1 100 N·m), (ces calculs sont approximatifs mais démontrent parfaitement le phénomène autour de ces moteurs), qui permet des accélérations supérieures aux essences.

Mais implicitement, leur domination est aussi due à leur valorisation, par rapport aux moteurs essence (brides anormalement plus généreuses pour les diesels), de la part de l'ACO (Automobile Club de l'Ouest, l'organisateur des 24 Heures du Mans), en invoquant la raison qu'il s'agit d'une technologie nouvelle, donc il faut être un peu indulgent pour leur laisser le temps de se développer . Ces problèmes d'équivalence essence/diesel perdurent encore aujourd'hui, il est donc facilement devinable que l'ACO laisse gagner Audi et Peugeot dans le but de ne pas les forcer à se retirer, et ainsi préserver la notoriété des 24 Heures du Mans.

Les usines Audi et Peugeot envisagent à l'avenir de mêler la motorisation Diesel à une motorisation électrique, créant ainsi un bolide de compétition hybride.

Les tentatives d'insertion des motorisations Diesel en compétition font écho aux chiffres de vente de ces motorisations face aux motorisations à essence en Europe. Les constructeurs automobiles cherchent à promouvoir l'image d'un Diesel plus intéressant économiquement que l'essence, sous l'influence très marquée des incitations gouvernementales (taxes moindres sur les carburants Diesel, primes écologiques à l'achat, etc.).

Records

  • 1973 - Virgil Snyder décroche le record de vitesse sur véhicule Diesel à 379,56 km/h.
  • 23 août 2006 - Bonneville Salt Flats (Utah, États-Unis) - Le pilote anglais Andy Green (détient aussi le record de vitesse terrestre) décroche le nouveau record de vitesse sur véhicule Diesel à bord du JCB Dieselmax (en), véhicule de sept mètres équipé de deux moteurs. Le record est établi à 563,18 km/h.

Notes et références

  1. http://www.jesuismort.com/biographie_celebrite_chercher/biographie-rudolf_diesel-5164.php
  2. Site Wartsila
  3. documentation technique [PDF]
  4. (en) GasBuddy.com - Find Low Gas Prices in the USA and Canada
  5. a et b Dieselis aircaft, avion construction amateur à moteur turbo diesel - CanalBlog.com, 2 février 2009
  6. L’industrie du raffinage et le devenir des fiouls lourds Rapport de l'INERIS pour le Ministère de l'écologie et du développement durable, par S. Soleille, 30 janvier 2004. Voir p.9 et p.22.
  7. Pétrole et transports: la fin des carburants à prix abordable? Table ronde du Centre de recherche sur les transports de l'OCDE. Voir p.31.
  8. a et b document de l'Ademe concernant les polluants comparés des moteurs Diesel et essence [PDF]
  9. Dans les pays où c’est autorisé et où l’on trouve un approvisionnement en huile végétale pure, de nombreux véhicules, y compris des voitures particulières récentes à injection directe à haute pression, roulent ainsi. C’est le cas notamment de l’Allemagne
  10. «Occupational exposure to diesel engine exhaust: A literature review» Anjoeka Pronka et al., Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology, vol.19, p.443-457 (2009)
  11. présentation des risques cancérigènes des émissions Diesel
  12. a et b Anjoeka Pronk, Joseph Coble & Patricia Stewart ; Occupational exposure to diesel engine exhaust: A literature review Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology (2009) 19, 443–457; doi:10.1038/jes.2009.21; Mis en ligne le 11 mars 2009
  13. Catégorie 3 au niveau européen, 1 ou 2, pour le code du travail français. [1]
  14. a, b, c et d Communiqué de l’Agence de protection de l'environnement des États-Unis (EPA), du 29 juin 2009, intitulé « EPA Proposes Stronger Air Quality Standards for Nitrogen Dioxide / The agency aims to reduce respiratory illness including asthma » (Voir le communiqué, en Anglais)
  15. a, b, c, d, e et f «Emissions de dioxyde d’azote de véhicules diesel: impact des technologies de post-traitement sur les émissions de dioxyde d’azote de véhicules diesel et aspects sanitaires associés», avis et rapport de l’Agence française de sécurité sanitaire de l'environnement et du travail (Afsset) ; daté d'août 2009 et publié le 1er septembre, faisant suite à une interrogation (d'août 2006) par les ministères chargés de l’écologie, de la santé et du travail
  16. Lire par ex. la revue française Action Auto Moto, numéro 163 de janvier & février 2009, pages 12 & 13, pour plus de détails sur les normes, les modèles et les moyens techniques mis en œuvre

Annexes

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Liens externes


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