Pollution automobile : faut-il avoir peur des moteurs à injection directe essence ?

Un an après le scandale qui a entaché l’image des moteurs diesel, se pose la question des moteurs à injection directe essence. Faut-il croire en cette technologie qui diminue les consommations au prix d’émissions polluantes plus élevées ? N’est-on pas en train de reproduire les dérives qui ont mené au dieselgate ? Pour y répondre, L’Usine Nouvelle a interrogé le Professeur Egbert Lox, vice-président du groupe Umicore, professeur à l’Institut technologique de Karlsruhe et expert de la catalyse automobile depuis plus de dix ans.

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Pollution automobile : faut-il avoir peur des moteurs à injection directe essence ?
L’Usine Nouvelle - Les constructeurs sont de plus en plus nombreux à proposer des moteurs essence à injection directe, en quoi consiste cette technologie ?
Pr. Egbert Lox - L’injection directe essence est née à la fin des années 90. Elle a été introduite par des constructeurs japonais qui cherchaient à réduire les émissions de CO2 de leurs moteurs à essence, et donc les consommations. Ils ont imaginé une philosophie de fonctionnement proche de celle d’un moteur diesel : on augmente le taux de compression, on déplace l’injecteur au plus près de la bougie, et on injecte la quantité de carburant juste nécessaire pour initier la combustion. Ces moteurs travaillent avec moins de carburant pour la même quantité d’oxygène, c'est pourquoi on parle d’un fonctionnement en mélange pauvre, ou “lean burn”.
En quoi ce fonctionnement “lean burn” pose-t-il un problème ?
Dans un moteur à essence classique, on injecte assez d’essence pour brûler tout l’oxygène présent dans la chambre. Ce rapport “idéal“ entre carburant et oxygène est appelé rapport “stoechiométrique”. Le fonctionnement en lean burn, qui par définition ne brûle pas tous les gaz, entraîne des émissions de particules, comme sur les moteurs Diesel. C’est pourquoi cette technologie d’injection directe a été mise entre parenthèse pendant des années. Les constructeurs engagés sur cette voie n’ont pas fait totalement machine arrière : ils ont gardé cette nouvelle architecture moteur inspirée du Diesel, mais modifié les réglages pour revenir à un fonctionnement stoechimétrique.
Pourquoi y revient-on aujourd’hui ?
Parce qu’entre temps est apparue la norme qui limite les émissions de CO2 à 95 g par km en moyenne sur l’ensemble des gammes d’un constructeur à horizon 2020. Cette norme a relancé les travaux sur les consommations des moteurs à essence, donc les travaux sur le lean burn. Et avec eux la recherche sur les filtres à particules essence. Le premier constructeur à proposer un filtre à particules sur un moteur essence fut Mercedes-Benz en 2014 sur la Classe S500. Depuis, d’autres marques ont suivi le mouvement, notamment Volkswagen, qui s’est lancé dans le déploiement en grande série des filtres à particules pour ses moteurs essence.
Pourquoi trouve-t-on encore des moteurs à injection directe essence sans filtre à particules ?
Il faut considérer que, contrairement aux moteurs Diesel, les moteurs essence “lean burn” ne fonctionnent pas en permanence en mélange pauvre. La plupart des moteurs récents à injection directe ne fonctionnent en lean burn que pendant les phases de faible ou moyenne charge, c’est-à-dire lorsque le moteur est peu sollicité, par exemple en ville à vitesse basse et constante. Pendant les phases d’accélération ou de haute vitesse, le moteur redevient un moteur à essence normal. Quoi qu’il en soit, il faut s’attendre à ce que les constructeurs étendent les phases de lean burn pour continuer à réduire les consommations. A cela s’ajoute la future norme Euro 6d-Temp, applicable à partir de 2017, qui introduit pour la première fois des seuils d’émissions de particules sur les moteurs essence. L’usage de filtres à particules essence va donc se généraliser très prochainement.
Est-ce le seul filtre dont ces moteurs à injection directe auront besoin ? Qu’en est-il des autres polluants comme les NOx ?
Effectivement, les particules ne sont qu’un des quatre problèmes à résoudre. Comme les Diesel, les moteurs essence émettent des monoxydes de carbone (CO), des hydrocarbures (HC) et des oxydes d’azote (NOx). Mais dans des proportions plus faibles que les moteurs Diesel. Les catalyseurs trois voies, obligatoires depuis 1993 sur tous les moteurs essence, suffisent aujourd'hui pour éliminer convenablement ces polluants. En revanche, si la course aux gains de consommation se poursuit et que les constructeurs continuent d’élargir les phases de fonctionnement en lean burn, ces émissions vont augmenter et les catalyseurs trois voies pourraient atteindre leurs limites. Comme dans le monde du Diesel, il faudra introduire des NOx Trap en complément du catalyseur, puis passer à des systèmes plus performants de type SCR (Selective catalyst reduction) lorsque les seuils seront abaissés. Au final, étant donné que la technologie d’injection directe est inspirée du Diesel et qu’elle est amenée à se développer pour satisfaire les objectifs de réduction du CO2, il faut s’attendre à voir de plus en plus de transferts technologiques du Diesel vers l’essence dans les années à venir.
Propos recueillis par Frédéric Parisot

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