La combustion du carburant émet à la fois du CO2, mais aussi des polluants locaux comme le HC, le CO, les NOx ou les particules.
Aujourd'hui, tous les moteurs Diesel sont équipés d'un système de post-traitement complexe et coûteux.
On trouve aujourd'hui un catalyseur 2-voies et un filtre à particules sur tous les véhicules Diesel. On trouve aussi un ou plusieurs systèmes pour éliminer les NOx. Le plus en vogue est le SCR, qui fonctionne avec de l'AdBlue.
Les systèmes de dépollution fonctionnent moins bien à froid : on pollue plus pendant les premiers kilomètres, quand le moteur est froid !
1. Les émissions de CO2
La question peut paraitre bête, mais elle mérite d'etre posée : pourquoi un moteur à combustion produit-il du CO2 ?
Sans entrer dans le détail de la chimie de combustion, on retiendra que les carburants issus du pétrole, de meme que le gaz naturel ou le super-éthanol, sont principalement composés d'atomes de Carbone (C) et d'hydrogène (H). En chimie, on appelle d'ailleurs ca des 'chaines carbonées'. Lorsqu'on les brule, ces chaines carbonees réagissent avec l'oxygène (c'est ce qui produit la flamme). La réaction chimique divise les molécules, on se retrouve avec du C, du H et du O !
Et quand tout ca se recombine, ca donne... de l'eau (H2O) et du CO2 !
Si on veut schématiser un peu voici un exemple avec le méthane :
Exemple de création du CO2 pendant la combustion d'une chaine carbonée
Quand on brule le carburant, on produit donc essentiellement de l'eau et du CO2 !
Et le CO2 produit dépend donc directement de la composition du carburant qu'on brule, et de la quantité brulée ! C'est pourquoi plus on consomme de carburant, plus on émet de CO2 !
Cela explique par exemple pourquoi les véhicules plus lourds émettent plus de CO2 : ils ont besoin de plus d'énergie pour se déplacer, ils consomment donc plus, par conséquent : + de CO2 !
2. Quelques ordres de grandeur pour les véhicules Diesel
Voiture citadine : 80g/km
Compacte : 100g/km
Berline : 125g/km
SUV : 150mg/km
Ordre de grandeur sur cycle NEDC 2018
On remarquera que ces moyennes sont plus basses que pour le moteur essence. Et c'est là une des forces du moteur Diesel : son carburant, sa conception et sa facon de bruler le carburant lui donnent un bien meilleur rendement énergétique que le moteur essence !
En d'autres termes : pour une goutte de carburant, un moteur Diesel produira environ 25% plus d'énergie motrice qu'un moteur essence !
La masse du moteur Diesel le pénalise un peu, mais on pourra retenir qu'un moteur Diesel consomme entre 10% et 20% de moins de carburant qu'un moteur essence. Et on sait ce que ca veut dire : moins de CO2 rejeté !
3. Les polluants
Si la combustion du carburant avec l'oxygène produit de l'eau et du CO2, ce ne sont malheureusement pas les seuls gaz qui sont créés lorsque le moteur tourne. Plusieurs raisons à cela : il n'y a pas que de l'oxygène dans l'air, et pas que des chaines carbonées dans le carburant. Et le mélange de l'air et du carburant n'est jamais parfait.
Chimiquement, de nombreuses réactions ont lieu en meme temps lorsqu'on brule le carburant, et il en résulte l'apparition de plusieurs composés indésirables : les polluants.
On notera que techniquement et légalement, on distingue les polluants du CO2, bien que tous aient un impact environnemental avéré. Pour en savoir plus, consulter la page dédiée.
En résumé, lors de son utilisation, un moteur thermique (peu importe le carburant) va agir sur l'environnement via les composants issus de la combustion du carburant.
4. Le moteur Diesel, dans tout ça ?
Dans le cas du moteur Diesel, en plus du CO2, les principaux polluants émis seront :
Les NOx (ou oxydes d'azote)
Le CO (ou monoxyde de carbone)
Les HC (ou hydrocarbures non/mal brulés)
Les particules (ou suies)
Et malgré tous les efforts des constructeurs automobiles, des polluants, il en sort toujours beaucoup du moteur. Et contrairement au moteur essence, le moteur Diesel ne peut pas utiliser de catalyseur 3-voies ! Ceci est directement lié à la facon dont le gazole brule, et aux contraintes chimiques du catalyseur.
Les ingénieurs ont donc du développer un arsenal de techniques pour réduire au maximum les émissions de polluants du moteur Diesel. Cela les rend plus complexes que les moteurs essence, et cela explique aussi en partie leur prix et leur poids plus élevés.
Parmi les techniques les plus importantes utilisées pour le moteur Diesel :
L'EGR : apparu fin des années 90, et en constante évolution depuis, il permet de renvoyer une partie des gaz d'échappement à l'entrée du moteur, pour qu'ils soient rebrulés correctement. Ils permettront de réduire un peu les émissions de NOx.
La pression d'injection : les années 2000 ont été le théatre d'une course à la pression d'injection entre les équipementiers automobiles. Une pression d'injection plus élevée permet de réduire un peu les particules émises par le moteur, en mélangeant mieux le carburant avec l'air dans la chambre de combustion.
Le filtre à particules (ou DPF) : devenu obligatoire depuis les années 2000 sur les moteurs Diesel, c'est sans doute un de ses composants les plus remarquables. Longtemps décrié à cause de ses fumées noires (suies), le moteur Diesel a vu ses émissions de suies chuter de plus de 99% avec le filtre à particules ! Aujourd'hui, un moteur Diesel n'émet pas vraiment plus de fumées qu'un véhicule essence équivalent.
Le catalyseur '2-voies', ou DOC : à l'instar du catalyseur '3-voies' en essence, celui-ci permet de convertir certains polluants quand il est chaud. Il est présent sur tous les moteurs Diesel depuis les années 2000. Cependant, de par les propriétés du moteur Diesel, il ne peut pas convertir les NOx. Il réduira cependant drastiquement les émissions de HC et CO.
Le piège à NOX (ou LNT) : c'est une des solutions récentes qui s'attaque au problème des NOx sur le moteur Diesel. le principe est le suivant : il va stocker les NOx qui sortent du moteur, et lorsqu'il est plein, il sera régénéré, par un procédé de combustion spécifique. Néanmoins, sa complexité d'utilisation fait qu'il n'est pas présent sur tous les moteurs Diesel, meme aujourd'hui.
Le SCR : c'est la technologie la plus en vogue aujourd'hui. Dès que le moteur est chaud, le SCR permet de convertir une très grande majorité des NOx émis par le moteur (quasiment 100%) ! Le SCR est encore en plein développement chez les constructeurs, et devrait etre présent sur presque tous les véhicules Diesel dans un avenir proche. QUelques inconvénients cependant : il a besoin d'un peu de temps pour chauffer, il est un peu complexe à intégrer sur le moteur, et il requiert de l'Adblue ! En effet, si votre véhicule Diesel est équipé d'un SCR, il vous faudra de temps en temps refaire le plein de ce liquide à la pompe ou au garage.
Ouf, on arrive au bout !
Il faut toutefois savoir qu'aujourd'hui, à peu près toutes ces technologies sont utilisées en meme temps sur un moteur Diesel ! Il est fréquent pour les moteurs Diesel les plus récents d'avoir toutes ces technologies, parfois meme avec deux SCR !!
On comprend donc pourquoi les moteurs Diesel sont parfois comparés à des 'usines à gaz'... Car c'est plus ou moins le cas ! Cette arsenal de technologies les rend donc plus complexes, plus chers et plus lourds que les autres moteurs thermiques. Cependant, ces sytèmes sont aujourd'hui de plus en plus performants, au point que les moteurs Diesel actuels ne polluent pas plus que les moteurs essence ! Et en meme temps, ils émettent 20% moins de CO2 ! Encore faut-il mettre le prix...
5. Alors, plus de souci ?
Hélas, si ! Ce déploiement de technologies a permis de faire d'énormes progrès en termes de pollution pour le moteur Diesel, surtout ces 5 dernières années. Cependant, quelques problèmes subsistent :
Le DOC, le LNT et le SCR ont besoin d'etre chauds pour fonctionner correctement. Comme pour le moteur essence, les émissions de polluants ne sont pas terribles quand on roule avec un moteur froid...
Le filtre à particules et le LNT nécessitent de facon régulière une régération, qu'on provoque en brulant plus de carburant que d'habitude. Et ca on sait ce que ca veut dire : + de CO2 ! Et également une augmentation des émissions de suies et de NOx pendant une courte période.
Ces systèmes ont aujourd'hui une durée de vie d'environ 200.000km. Après cela, non seulement leur performance se dégrade, mais en plus ils ont tendance à se désagréger, et libérer dans la nature les matériaux qui les composent : métaux précieux et substrat chimique. Il faut alors se dépecher de les faire remplacer ! Ce qui est loin d'etre gratuit...
Comme en essence, aucun de ces sytèmes ne permet de réduire les émissions de CO2 !
Il reste du travail pour les ingénieurs !
On retiendra que comme pour un moteur essence, un moteur Diesel froid pollue nettement plus qu'un moteur chaud. Et le temps de chauffe sera plus élevé pour un moteur Diesel (plus de systèmes à chauffer !), en tout cas actuellement. C'est pourquoi son utilisation en ville pour de petits trajets est de plus en plus décriée. Mais les progrès sont rapides, et ils méritent qu'on y prete attention !
Si l'on souhaite réduire son impact environnemental, il est de toute facon conseillé d'éviter l'utilisation de moteurs thermiques pour parcourir de courts trajets, surtout quand d'autres solutions existent !
6. Pour aller plus loin...
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