Le moteur Diesel : comment ça fonctionne

1. Le moteur à combustion interne

Commencons par quelques notions générales !

L'appellation 'moteur à combustion interne', ou 'moteur thermique', désigne les systèmes mécaniques qui brulent du carburant pour créer de l'énergie motrice. En d'autres termes plus simples : sur une voiture, le moteur thermique se sert du carburant pour faire tourner les roues. Le moteur Diesel appartient à cette famille.

En pratique, comment fait-il cela ?

Pour mieux comprendre, nous allons nous pencher sur ce qui se passe dans le moteur, là ou le carburant est brulé : la chambre de combustion.

Celle-ci de compose d'un cylindre métallique, dans lequel on vient enfermer de l'air et du carburant. On enflamme alors ce mélange gazeux pour dégager de l'énergie, qui poussera un piston. Celui-ci entrainera la rotation d'un axe (le villebrequin), qui servira à faire tourner la roue !

C'est un peu difficile à visualiser comme ca, alors le mieux, c'est un dessin !

Décomposons ce qui se passe :

• 1er temps : on aspire de l'air frais dans la chambre de combustion
• 2ème temps : on comprime l'air avec la remontée du piston, et on injecte le carburant
• 3ème temps : le mélange air + carburant prend feu. La combustion dégage de l'énergie et va pousser le piston vers le bas
• 4ème temps : on évacue les gaz brulés vers la sortie du moteur
• Et on répète ! Entre 400 et 2500 fois par minute pour une voiture Diesel classique !

Deux allers-retours du piston, quatre étapes, soit quatre temps ! C'est ce système qui équipe aujourd'hui la majorité des voitures et autres machines qui utilisent de l'essence.

Généralement, on associe plusieurs chambres de combustion en parallèle (le plus souvent 4, mais les voitures sportives peuvent en avoir plus), et on décale le moment de l'explosion de chaque cylindre pour avoir une rotation régulière du villebrequin. Chaque chambre de combustion ayant une forme cylindrique, on parlera souvent de moteur '4-cylindres' (ou 6-cylindres, etc...) : cela indique simplement combien le moteur possède de chambres de combustions !

Pour les anglophones, n'hésitez pas à visiter ce site, qui propose de très belles animations sur le fonctionnement d'un moteur thermique !

Sinon, cette vidéo proposée par Total illustre très bien le fonctionnement d'un moteur 4-temps (40 premières secondes) !

2. Le moteur thermique dans une voiture

Si on devait schématiser l'architecture du moteur thermique dans une voiture :

3. Spécificités du moteur Diesel

Le fonctionnement décrit jusqu'ici est propre à tous les moteurs à combustion de l'automobile. Intéressons-nous maintenant à quelques spécificités du moteur Diesel :

• Pour le moteur Diesel, pas d'étincelle, et donc pas de bougie ! C'est la différence fondamentale avec le moteur essence : dans un moteur Diesel, le mélange air + carburant prend feu... tout seul ! Le mélange s'enflammera spontanément lorsqu'il sera compressé par le piston dans la chambre de combustion. Ce sont la chaleur et la pression qui provoqueront l'inflammation.
• Le gazole est injectée dans la chambre de combustion par un injecteur. Depuis plusieurs années, l'injection se fait directement dans la chambre de combustion, pendant la phase de compression de l'air (étape 2). Pour que cela fonctionne, on devra injecter le carburant à très forte pression, pouvant monter jusqu'à 2500bar sur les moteurs les plus récents !
• Et puisqu'il faut assez de pression dans la chambre de combustion pour que le mélange s'enflamme tout seul (plus qu'en essence), la chambre de combustion sera concue pour écraser au maximum le mélange air + carburant. On parlera alors d'un taux de compression assez élevé.
  Il faudra aussi que la chambre de combustion soit plus résistante aux fortes pressions, donc avec des parois plus épaisses et des matériaux un peu plus résistants. Cela explique en partie pourquoi le moteur Diesel est plus lourd et plus cher que le moteur essence, à performances équivalentes.
• La vitesse de rotation du villebrequin sur un moteur Diesel varie entre 750 et 5000 tours/minute environ. C'est cette vitesse moteur qui est affichée sur le tableau de bord de la voiture ! En-dessous de 750 tours/minute, le moteur cale : il n'arrive plus à maintenir sa vitesse et s'arrete (trop de temps entre deux combustions de carburant). Au-dessus de 5000 tours/minute... Certaines pièces du moteur risquent de ne plus être assez bien accrochées !

4. Le système de post-traitement

Pour terminer, un petit mot sur le système de post-traitement des gaz d'échappement !

Aujourd'hui, les contraintes et normes environnementales ne permettent plus à un moteur thermique de bruler du carburant sans un système de post-traitement des gaz d'échappement. En effet, afin d'atténuer la pollution engendrée par l'automobile, chaque véhicule est aujourd'hui équipé d'un système (actif ou passif) dont le but est de filtrer ou convertir les gaz qui sortent du moteur. Il a pour objectif d'éviter la propagation de gaz polluants dans l'atmosphère.

Sur un moteur Diesel, les systèmes de post-traitement sont multiples, on utilise en général une combinaison de technologies.

Plus de détails dans les prochains chapitres !