Le CNRS carbure pour le moteur propre et économe

Le 18 juin, au siège du CNRS, s’est tenue la séance de présentation du PNIR, pôle de recherche national à implantation régionale 'Carburants et Moteurs'. Le point sur les technologies explorées.

Tout est dit dans l’intitulé : pôle de recherche national à implantation régionale «Carburants et Moteurs». Il s’agit de regrouper une vingtaine de laboratoires, partout en France, autour des grandes problématiques que soulèvent les normes européennes, en termes de consommation (diminution de l’effet de serre dû au CO2) et de rejets de polluants (particules, aromatiques, CO, SO2 et NOx).

L’ensemble de ces travaux implique trois départements du CNRS, que représente d’ailleurs le triumvirat du pôle. A savoir Dany Escudié (INSA de Lyon, pour les Sciences de l’ingénieur), Daniel Duprez (Université de Poitiers, pour les sciences chimiques) et Michel de Labachellerie (Franche Comté Electronique, pour les technologies de l’information).

Des contraintes qui se renforcent en permanence

Car la motorisation se situe de facto à la convergence de ces trois grandes disciplines. Et le CNRS a beau jeu d’arguer de sa pluridisciplinarité.

Pour ce qui concerne les sciences de l’information, Michel de Labachellerie envisage des avancées dans les trois domaines du contrôle commande : acquisition, traitement et actionneurs.

«Dans la mesure où les organes du véhicule sont interconnectés (liaison au sol, sécurité, moteur, etc), l’aspect système prend une part accrue. En particulier dans la gestion globale de l’énergie que requièrent les véhicules hybrides. A un niveau fin, tous les phénomènes sont non linéaires. Il doit en être de même des lois de commande. D’importants progrès sont à réaliser, même dans les capteurs de température. On va en effet vers des mesures multipoints dans la chambre de combustion, par exemple grâce à des lignes de thermocouples.»

Dany Escudier, quant à elle, rappelle que les transports sont l’activité dont la part est en plus forte croissance dans les émissions de gaz à effet de serre (CO2 en particulier). Et les contraintes sur le CO2 ne vont cesser de se renforcer. En effet, l’accord de réduction des émissions du CO2, conclu entre l’Union Européenne et l’association des constructeurs automobiles européens (ACEA) vise à une diminution de 25 % en 2008 du niveau constaté en 1995 (soit 140 g/km contre 186 g/km) et prévoit une étape supplémentaire en 2012 avec – 35% (soit 120 g/km).

Elle explique : «Pour respecter ces contraintes, il va falloir s’attaquer à des phénomènes physico-chimiques qui étaient jusqu’alors jugés marginaux. Par exemple, l’interaction du front de flamme avec la paroi du cylindre… C’est d’autant plus vrai que le volume des moteurs ne cessant de décroître, le rapport surface sur volume augmente.»

Dans le même ordre d’idée, le chimiste du pôle, Daniel Duprez, souligne «qu’aller plus loin dans la compréhension des phénomènes de combustion implique de prendre en compte l’inhomogénéité du mélange.»

Les gisements de progrès résident de même dans une meilleure stratification de la charge - le mélange est injecté en plusieurs spray avant allumage. Eventuellement, par de nouvelles géométries comme des chambres à deux têtes. «Pour optimiser la combustion sur tout un parcours routier, il va bien falloir que les moteurs du futur puissent basculer d’un mode de fonctionnement à un autre, selon le régime.»

Daniel Duprez souligne un autre impact des réglementations à venir, notamment la désulfuration quasi complète du carburant : de 50 ppm aujourd’hui à 10 ppm en 2008-2009. «La solutions est radicale, puisque la suppression du soufre occasionnerait un tiers de particules en moins… Mais, au plan technique, on a du souci à se faire ! » De même, les aromatiques, supposés cancérigènes, devront être remplacés par de nouveaux additifs type oléfines.

Quant au piégeage de l’azote, il constitue à lui seul un casse-tête : «Comment réduire des oxydes d’azote (NOx) en milieu oxydant ?» La méthode actuelle consiste à basculer très brièvement au cours du cycle d’un mélange pauvre vers un mélange riche : une solution pénalisante en matière de consommation et demandant un contrôle moteur acrobatique.

La solution résiderait dans l’addition contrôlée d’urée. Une solution éprouvée dans le domaine des machines fixes à gazole, et plus récemment des poids lourds. Mais qu’il convient aujourd’hui d’adapter aux voitures particulières. Surtout le problème se mord continuellement la queue : «Si on 'fait' les NOx, on ne 'fait' pas les particules et le CO… »

Une place trop modeste pour les énergies renouvelables

En bref, la constitution de ce pôle de recherche universitaire vient à point nommé pour épauler les industriels.

Pour le CNRS, le but de cette mutualisation des recherches entre laboratoires est double: «D’abord éviter les redondances entre les travaux des différentes entités de recherche. Et aussi offrir un guichet d’entrée unique aux industriels, constructeurs et équipementiers.»

En effet, vis-à-vis de l’industriel, les différents laboratoires se comporteront comme une seule et même entité de recherche, chaperonnée par un directeur de projet.

Les contrats entreprises recherche pourront prendre la forme d’une étude ponctuelle, de l’extension d’une étude existante, ou encore d’une veille technologique. «Les industriels adhérents assistent alors à toutes les réunions du PNIR et se tiennent au courant de l’ensemble des travaux», précise Dany Escudier.

Cette approche par équipe projet, très neuve dans la recherche académique, a été vivement appréciée par un responsable de la division Moteurs de PSA. Qui s’est pour autant inquiété des problèmes de confidentialité que pourrait soulever cette atomisation des intervenants. «Tous les laboratoires du CNRS sont aujourd’hui habitués aux mesures de confidentialité. Le travail multi sites ne changera rien», lui a-t-il été répondu.

Se proclamant désireux de diffuser le plus largement possible chez Renault les activités du PNIR, un responsable de la marque au losange s’est cependant ému au cours de la présentation de la place modeste, selon lui, accordée aux énergies renouvelables (bio carburants en particulier). Une remarque visiblement percutante.

Un autre intervenant s’est étonné de l’absence de liens formels avec des partenaires européens, ancrés dans la recherche, mais coutumiers d’une démarche pré-industrielle comme Ricardo, TNO, les grands instituts allemands…

Réponse : «Il nous faut constituer des réseaux d’échelle nationalle, avant de les projeter au plan européen.» Réponse qui appelle une autre question : n’y a-t-il pas trop de petits labos en France ?

Thierry Mahé

Contacts
- Dany Escudié (thermique) : dany.escudie@insa-lyon.fr
- Daniel Duprez (chimie, catalyse) : daniel.duprez@univ-poitiers.fr
- Michel de Labachellerie (électronique, informatique) : labachel@pmo.edu

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