Le moteur essence : impact environnemental

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 :

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 essence

• Voiture citadine : 100g/km
• Compacte : 125g/km
• Berline : 150g/km
• SUV : 180mg/km

Ordre de grandeur sur cycle NEDC 2018

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.

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 essence, dans tout ca ?

Dans le cas du moteur essence, 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. Heureusement, une avancée technique majeure permet de grandement réduire leur présence à la sortie du pot d'échappement : le catalyseur trois-voies.

Ce catalyseur, composé entre autres de céramique et de métaux précieux, est placé entre le moteur et le pot d'échappement. Lorsqu'il est assez chaud, il est capable de convertir près de 99% des NOx, CO et HC (3 polluants, d'ou le nom '3-voies') !

Reste le problème des suies, qui ne sont pas traitées par le catalyseur. Longtemps très faibles dans le cas du moteur à essence, elles sont récemment devenues un problème majeur avec l'arrivé de l'injection directe. Cette technologie assez nouvelle pour le moteur essence permet de réduire la consommation de carburant, en revanche elle génère de plus en plus de suies, à l'instar du moteur Diesel.

C'est d'ailleurs devenu un des axes de travail majeurs pour les fabriquants de moteurs à essence. C'est pour cela qu'on trouve maintenant, pour les moteurs essence à injection directe, un autre type de filtre entre le moteur et le pot d'échappement : le filtre à particules.

Comme son nom l'indique, celui-ci a pour role de filtrer les particules qui sortent du moteur, pour éviter qu'elles se retrouvent dans l'atmosphère. Longtemps réservé aux moteurs Diesel, le filtre à particules est devenu obligatoire pour les moteurs essence à injection directe (la majorité aujourd'hui) depuis 2017.

5. Alors, plus de souci ?

Malheureusement, si ! Si la démocratisation du catalyseur 3-voies et du filtre à particules permettent de réduire drastiquement les émissions de polluants du moteur essence, on n'en est pas encore à du 'zéro émissions'. Quelques raisons à cela :

• Le catalyseur ne fonctionne que lorsqu'il est chaud ! Et pour un catalyseur, 'chaud', ca veut dire au moins 250°C... Il faut donc attendre que le moteur chauffe, et chauffe le catalyseur, pour que celui-ci fonctionne bien ! Cela prend aujourd'hui quelques minutes, pendant lesquelles le moteur va malheureusement émettre beaucoup de polluants...
• Le filtre à particules nécessite parfois (notamment lorsqu'on roule essentiellement de petits trajets qui ne laissent pas le temps au moteur de chauffer) une régération, qu'on provoque en brulant plus de carburant que d'habitude. Et ca on sait ce que ca veut dire : + de CO₂ !
• 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...
• On ne peut rien faire pour empecher les émissions de CO₂ !

Il reste du travail pour les ingénieurs !

Et un point important à retenir : un moteur essence pollue autant pendant le premier kilomètre que pendant les 99km suivants ! Une bonne raison de changer nos habitudes pour les trajets les plus courts, pour lesquels d'autres options existent...

6. Pour aller plus loin...

Quand on vous disait que ce n'était pas si simple ! Le domaine des émissions des moteurs est vaste et complexe, mais passionnant lorsqu'on prend le temps d'y mettre le nez.

• Rubrique Environnement & Enjeux