Abonnez-vous Identifiez-vous

Identifiez-vous

Vos codes d'accès sont erronés, Veuillez les saisir à nouveau. Mot de passe oublié ?

Le moteur thermique Une idée d'avenir !

Publié le

Le bon vieux moteur à pistons n'a pas dit son dernier mot. En attendant la voiture électrique de 2020, de nombreuses pistes de progrès existent pour réduire les émissions polluantes. En ligne de mire : une consommation flirtant avec les 3 litres aux 100 km.

> PSA Généralisation du downsizing sur les gammes HDi (photo C3 HDi). > Fiat Moteur essence Multiair à distribution variable, qui entraîne 10 % de consommation en moins et 15 % de couple en plus. > BMW 6 cylindres essence Valvetronic. 3 l / 258 ch. pour une consommation de 9,4 l/100km sur la X1 28i. > 80 % au moins de la production automobile mondiale. > 4 litres/100 km pour une berline moyenne essence (6 litres actuellement) et 3,6 litres/100 km pour une diesel (5,3 litres actuellement). > 95 grammes de CO2/km en moyenne, contre 154 grammes aujourd'hui. Le rendement est le rapport entre la puissance délivrée et la consommation. Les rendements du moteur essence en 1995 signifient que seuls 30 % de l'énergie des carburants sont transformés en énergie mécanique. Cette notion, calculée au point de fonctionnement optimal du moteur, doit être pondérée par de nombreux paramètres liés au véhicule dans lequel le moteur est installé, comme l'aérodynamique, la transmission, le poids... Leader incontesté de l'hybride, Toyota croit-il en l'avenir du thermique ? L'automobile ne peut pas vivre selon une pensée unique. L'hybride est une solution transversale qui va s'imposer en termes de mobilité et d'écologie. Mais le moteur thermique est loin d'avoir dit son dernier mot et les marges de progrès sont, pour lui, encore importantes. Où voyez-vous les marges de progrès ? L'essentiel est de diminuer les pertes mécaniques et donc d'améliorer le rendement. En essence, les voies les plus prometteuses sont la réduction des frottements (profil de cames, viscosité de l'huile, qualité des matériaux...) et l'allègement des moteurs. Grâce, entre autres, à l'utilisation de collecteurs d'admission en résine, le nouveau bloc 1.33 des citadines Yaris et IQ est, par exemple 13 kg plus léger que le 1.4 VVTI. Sur les diesels, l'objectif vise, par exemple, à améliorer la qualité de la combustion par l'utilisation d'injecteur piézo-électrique Denzo. Toutes ces technologies coûtent cher... Certes, mais avec 80 % des ventes mondiales en 2020, le moteur thermique offrira des potentiels d'économies d'échelle encore longtemps inaccessibles aux hybrides, et a fortiori aux véhicules électriques. . > 1862 Alphonse Beau de Rochas, puis Nikolaus Otto, mettent au point le principe du moteur à explosion à quatre temps. > 1893 Rudolf Diesel invente le moteur à combustion interne diesel pour huile lourde. Le français Lucien-Eugène Inchauspé en augmente la performance en le couplant à une pompe d'injection. > 1938 Conçu par Ferdinand Porsche, le Boxer, quatre cylindres à plat refroidi par air, apparaît sur les Coccinelles. > 1991 La norme Euro 1 pour moteur diesel fait entrer l'automobile dans l'ère des normes antipollution pour la qualité de l'air. > 1997 L'Alfa 156 JTD est la première voiture à utiliser le diesel « common rail » mis au point par Magneti Marelli. Mitsubishi lance la même année un système d'injection directe essence, sur la Carisma GDI. > 1999 Record mondial La VW Lupo avec son moteur TDi à injection directe affiche une consommation de 3l/100 km. > 2005 Siemens VDO met au point l'injecteur pompe piézo-électrique, monté sur la VW Passat. > 2012 PSA lance sur les 107 et 208 son moteur essence 1.0 l./3 cylindres downsizé.

A voir les concept cars hybrides ou électriques présentés un peu partout sur les stands du salon automobile de Francfort qui s'ouvre ce 17 septembre, le moteur thermique vivrait ses dernières heures. Raréfaction du pétrole et émissions croissantes de gaz à effet de serre voueraient nos bons vieux blocs essence et diesel à une inéluctable disparition. D'autant que, pour ne rien arranger, la taxe carbone qui s'annonce va en augmenter le coût d'utilisation au quotidien.

UN COÛT SANS CONCURRENCE

La réalité est toute autre. Toutes les études prévoient que le moteur thermique a de beaux jours devant lui : à l'horizon 2020, il représentera encore au moins 80 % de la production mondiale. Soit près de 90 millions d'unités par an. Si l'hybride constitue une solution pour le court-moyen terme (lire page 24), la généralisation possible de véhicules 100 % électriques, liée au progrès des batteries, ne se profile pas avant pour 2015-2020. Comme l'estime Joseph Beretta, le responsable énergie-technologie-émissions chez PSA : « Le moteur thermique offre une praticité, une autonomie et un coût sans concurrence pour de nombreuses années. »

Pourtant rien ne sera plus jamais comme avant. Accusée d'asphyxier la planète, l'automobile doit rendre des comptes aux Etats et aux citoyens. Et l'étau se resserre. Depuis le choc pétrolier de 1974, la prise de conscience du changement climatique et le protocole de Kyoto en 1997, les motoristes sont sous tension. Faute de volonté et de budgets suffisants, les constructeurs ne sont pas parvenus à respecter la diminution « volontaire » de 8 % des émissions de CO2 que leur proposait l'Union européenne.

Du coup, et malgré leurs lobbying, l'Europe a mis la barre plus haut. Depuis le paquet « énergie climat » adopté fin 2008, l'objectif est de réduire de 20 % d'ici à 2020 les émissions de gaz à effet de serre par rapport à 1990. Sauf renégociation en 2013, les constructeurs devront alors afficher des émissions moyennes (toutes voitures particulières neuves confondues) de 95 g de CO2 au km, soit près de 40 % de moins par rapport à la moyenne actuelle de 154 grammes. Cela reviendrait à limiter à 4 litres/100 km la consommation d'une berline moyenne essence et à 3,6 litres/100 km celle d'une diesel... Et ce, tout en respectant les normes Euro V et VI, qui visent à réduire les polluants locaux (particules, NOx et oxyde de carbone...).

Le défi est ambitieux, mais les technologies en développement le rendent accessible. Lors de sa dernière conférence technique, à Boxberg en Allemagne, Rolf Leonhard, le directeur général du développement diesel chez Bosch, pronostiquait même une division de moitié des émissions actuelles, soit en 2020, des consommations moyennes de 3,8 litres/100km en essence et 2,6 litres en diesel.

A ce stade, on sera encore loin du « zéro émission » supposé de la voiture 100 % électrique (qui dépend, en fait, du mode de production de l'électricité). Mais, contrairement à cette dernière, les technologies disponibles et les coûts avantageux du thermique rendent les objectifs de Bosch réalistes pour des véhicules de grande diffusion. De plus, les solutions hybrides, qui combinent moteur à explosion et électrique, ont tout à gagner aux progrès des blocs thermiques. Et rien n'empêche que les trois technologies cohabitent et se complètent.

Les motoristes gardent donc « la tête dans le piston ». Pour Richard Tilagone, le directeur des programmes moteurs à l'IFP Lyon (Institut français du pétrole), « le moteur thermique, en particulier celui à l'essence, conserve d'énormes potentiels de progrès. La technologie est là. Reste à trouver le meilleur compromis entre efficacité, conditions d'industrialisation, coût et fiabilité ».

A ce jeu, chaque constructeur joue sa partition. Français et italiens centrent leurs recherches sur des technologies applicables, à prix abordables, sur le marché des petites et moyennes cylindrées. Nouvelles générations de HDi chez PSA ou de Dci chez Renault, Multiair chez Fiat, ces moteurs de moins de 2.0 litres ont un rapport performance/consommation exceptionnel. Les spécialistes allemands du haut de gamme planchent, eux, sur des solutions onéreuses qu'ils intégreront dans un premier temps, à prix d'or, sur leurs modèles « premium ». Comme, par exemple, le nouveau 6 cylindres en ligne de la BMW 535i. Quant aux japonais, ils jouent sur les deux tableaux. Depuis longtemps spécialistes des solutions high-tech, ils aiment prendre des risques. Leur politique consiste à proposer, dès que possible, les dernières technologies à une large clientèle pour réaliser vite des économies d'échelle. Comme l'illustre, le lancement de Mitsubishi Carisma à injection directe d'essence ou de la Toyota Prius 3.

RÉDUIRE LES FROTTEMENTS INTERNES DU MOTEUR

Si les stratégies commerciales diffèrent, les axes de recherche sur le thermique vont dans le même sens. Plus que l'augmentation de la puissance ou des performances, le leitmotiv est l'amélioration des rendements. Pour se faire, tout est bon. La priorité est de réduire les frottements internes du moteur. Comme le rappelle Richard Tilagone : « Le frottement, c'est de l'énergie perdue qui se transforme en chaleur tout aussi perdue. En travaillant sur le design des culasses, les lubrifiants ou les matériaux, on peut alléger les contraintes mécaniques. »

Sous certaines conditions, le « downsizing » (réduction de la cylindrée) permet d'obtenir le même niveau de puissance en diminuant le volume des cylindres ou leur nombre. L'élimination des frottements ne suffit toutefois pas à conserver les performances. Les constructeurs pensent donc généraliser les turbos, de façon à compenser la diminution de la cylindrée et à augmenter la pression à l'intérieur de la chambre par un « gavage » en air. Evident... Pas tant que cela. Pour Richard Tilagone : « Poussé à son maximum, ce type de moteur implique un réglage parfait de la combustion. De plus, du fait des pressions imposées dans les cylindres, le moteur devient facilement sensible au cliquetis, ce qui le met en danger. » Le rendu acoustique et vibratoire est un autre point noir des moteurs à cylindrée réduite, et en particulier des 3 cylindres. Fier de son 1 000 cm3 qui équipera en 2012 les 107 et les C1, puis les C3 et les 208, Joseph Beretta affirme que PSA a trouvé la solution : « Nous avons énormément travaillé et notre futur 1.0 offre les sensations d'un 4 cylindres. »

Pour réduire la consommation, le principe du downsizing s'accompagne d'autres innovations. Si elle se généralisait, l'injection directe essence permettrait ainsi de réduire de 15 % la consommation de deux tiers des voitures du monde. De son côté, la commande variable des soupapes d'admission optimise la combustion quelles que soient les plages d'utilisation en garantissant un meilleur remplissage des cylindres en air frais. C'est une solution prônée par plusieurs constructeurs : BMW, sous le nom de Valvetronic, Valvematic chez Toyota, Camless chez Valeo, ou Multiair chez Fiat.

DES MARGES DE PROGRÈS PLUS LIMITÉES POUR LE DIESEL

Disposant de rendements naturellement plus élevés que les moteurs à essence et déjà doté de l'injection directe et de turbos, le diesel a une marge de progrès plus limitée. Les diésélistes axent néanmoins leur recherche sur les injecteurs haute pression, le recyclage EGR, qui récupère une partie des gaz d'échappement pour les réintroduire dans l'admission du moteur ou la distribution variable, qui permet d'élargir la plage de régime d'utilisation du moteur.

Dans cette course qui consiste à gagner un par un les grammes de CO2, le travail intensif sur les moteurs s'accompagne de recherches sur les autres composants de la voiture. L'aérodynamique, la récupération de chaleur à l'échappement font des progrès constants, tout comme la réduction des masses, la gestion thermique des fluides ou l'évolution ou la diversification des carburants. Mais pas d'erreur. Tous ces développements sont coûteux. L'automobiliste devra mette la main à la poche. Et ça, ce n'est pas gagné.

Créez votre compte L’Usine Connect

Fermer
L'Usine Connect

Votre entreprise dispose d’un contrat
L’Usine Connect qui vous permet d’accéder librement à tous les contenus de L’Usine Nouvelle depuis ce poste et depuis l’extérieur.

Pour activer votre abonnement vous devez créer un compte

Créer votre Compte
Suivez-nous Suivre Usine Nouvelle sur Facebook Suivre Usine Nouvelle sur Twitter RSS Usine Nouvelle

Les cookies assurent le bon fonctionnnement de nos sites et services. En utilisant ces derniers, vous acceptez l’utilisation des cookies.

OK

En savoir plus