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La mise en vigueur de la norme Euro 6 en2012 pour les véhicules neufs oblige lesconstructeurs à remettre en question laconception de leurs véhicules diesels et lemoins que l'on puisse dire, c'est que le pro-blème est complexe. Les options technolo-giques ne manquent pas et un choix straté-gique doit être fait entre les différents sce-narii techniques et économiques. Au-delàde tout ceci, les constructeurs se posent ence moment cette question encore plus cru-ciale : comment concevoir un diesel prop-re qui restera économiquement attractif ?

Des normes qui iront encore plus loin

A la différence du moteur à essence, lemoteur diesel réalise une combustion sansallumage. C'est sous l'effet de la pressionque le mélange air/gasoil s'enflamme. Lerendement obtenu est meilleur de 20 à30%, mais ce moteur a l'inconvénient deproduire beaucoup plus de NOx, ce quipose problème vis-à-vis des nouvelles nor-mes. En effet Euro 5 impose une réductionde 0,25g/km aujourd'hui à 0,18g/km. Ellesera en vigueur en 2009 pour les véhiculesneufs. Euro 6 ira plus loin (effectif en2012 pour les véhicules neufs) en portantle rejet maximal à 0,08g/km. Les NOxsont formés par ionisation puis combinai-son de l'azote et de l'oxygène contenusdans l'air, sous haute température. En cequi concerne le deuxième polluant spéci-fique au diesel, les particules, notons queEuro 5 a fixé des normes de rejets consi-dérablement réduites par rapport à EUROIV, et qui imposent la généralisation du fil-tre à particules. Le niveau d'émission departicules autorisé n'est pas réduit dans lanorme EURO 6.

La palette de solu-tions de réduction deNOx est très large.On peut citer deuxvoies : l'optimisationde la combustion(jusqu'ici privilégiéepar les constructeurs)et les systèmes depost-traitement.

Ces dernières années,les constructeurs onténormément amélio-ré la combustion.Tout d'abord, tous ontadopté les systèmesde suralimentation(turbocompresseurs).Là, le problème nes'est pas trop posé carcette améliorationn'avait pas vraimentd'inconvénient. Le

surcoût du Turbo se justifiant par un gainpour le conducteur en terme de rendementet de plaisir de conduite. Le turbo a permisde réduire aussi les dimensions desmoteurs. L'avantage procuré est uneréduction simultanée des émissions CO2et NOx. Ensuite, les procédés d'injectionont été nettement améliorés. Les nouvellesgénérations d'injecteurs piezo-électriques,par exemple, permettent d'une part d'amé-liorer le mélange air/carburant grâce à unepression d'injection allant jusqu'à 2000 baret d'autre part de fractionner l'injection(jusqu'à 6 et bientôt 8 injections par cycle)grâce à des temps de commutation prochesde la milliseconde. Des stratégies d'injec-tion progressives permettent ainsi demieux contrôler l'élévation de températureou de mieux réaliser la combustion. Nousaboutissons ainsi à des systèmes trèssophistiqués où des capteurs sont à présentintégrés dans les cylindres afin de contrô-ler le moteur en boucle fermée. En com-plément, la totalité des constructeurs ontadopté l'EGR (Exhaust GasRecirculation). Le principe est de réinjec-ter dans les cylindres une partie des gaz

Des avancées en terme d’EGR

déjà brûlés pour introduire un gaz neutrequi va réduire l'excès d'oxygène. Les der-nières avancées en matière d'EGR sont lerefroidissement (pour augmenter la quan-tité d'EGR pouvant être admise dans lescylindres et abaisser encore la températurede combustion) et l'EGR "basse pression".Dans ce dernier cas, les gaz d'échappe-ment sont comprimés dans le turbo-com-presseur afin de pouvoir injecter une plusgrande quantité de gaz neutre dans le

cylindre. Ces techniques dans leur ensem-ble ont un avantage, elles sont raisonna-bles du point de vue économique, maiselles ont un inconvénient : elles abaissentle rendement du moteur. " Toute diminu-tion des émissions de NOx en sortie dumoteur se fait au détriment du rendementet donc du taux de CO2 et de la consom-mation. " explique Jean-Charles Ricaud,chef de projet Ingénierie Diesel chezMoteur Moderne, un leader des concep-teurs de moteurs dans le monde. Pour Euro6, il sera possible théoriquement d'êtreconforme aux normes de rejet de NOxsans post-traitement pour une grande par-tie des véhicules, mais cette voie ne sem-ble pas être privilégiée par les construc-teurs qui préfèrent adjoindre un post-trai-tement, afin de régler la combustion pourémettre peu de CO2, bien qu'il soit pluscher. De nouvelles normes européennespénalisant les véhicules à forte émissionde CO2 sont en effet en préparation.

Là encore, en ce qui concerne le post trai-tement, plusieurs solutions se proposentaux constructeurs et chacune a ses avan-tages et ses inconvénients. Le SCR(Selective Catalytic Reduction) est sousdoute la plus efficace. Les NOx sontréduits en N2 par une injection de NH3vaporisée (contenu dans un mélange àbase d'urée appelé AdBlue).

Post traitement : plusieurs solutions

L'inconvénient de ce système est son coûtet le fait qu'il faille remplir le réservoird'Adblue à des intervalles réguliers. Ilsdevraient correspondre aux intervallesd'entretien des véhicules, mais on ajouteau véhicule un système chimique ferméavec ses risques de pannes... L'alternativeest le NOx Trap, qui ne nécessiterait aucu-ne maintenance. Il est moins efficace maisplus économique, et s'adapterait à desvéhicules de plus petite taille. Il existenéanmoins une technique qui fait la syn-thèse de ces deux dernières : il s'agit d'unNOx trap associé à un SCR. Celui-ci plu-tôt que de se servir d'urée comme réactifde base, utilise le NH3 produit par unepartie des Nox, piégés dans le Nox trap.Les avantages sont évidents : efficacité etsurtout plus de nécessité de remplir sonréservoir d'urée. L'inconvénient est lecoût, la complexité de cette technologie, etle fait qu'elle doive être adaptée à unemotorisation spécifique, alors qu'un SCRconventionnel peut fonctionner avec unegrande variété de moteurs. Ces techniquespeuvent aussi générer une surconsomma-tion, par exemple le Nox trap nécessite uncycle chaud (tous les 500 à 1000km) pour

Moteur Moderne (groupe AVL) assiste les constructeurs dans l'ensemble de leur problématique de réduction des rejetspolluants

réduire les Nox stockés. C'est aussi le caspour le filtre à particules.

Le diesel connaît aussi un surcoût lié àl'OBD (On Board Diagnostic). Ce disposi-tif, imposé par la législation, vise à contrô-ler le bon fonctionnement de tous lesdispositifs anti-pollution (EGR, systèmesde post-traitement…) présents sur lemoteur. Ce contrôle se fait en permanence,pendant le fonctionnement du moteur, parle calculateur. Il nécessite d'importantsmoyens électroniques (capteurs, traite-ment du signal, programmation de straté-gies…). Il représentera de 5 à 10% du coûtdu moteur. " Aucune solution de réductionde la pollution, n'est réellement efficaceseule ", explique Jean-Charles Ricaud.

" Le processus d'injection, l'EGR, les sys-tèmes de post-traitement interagissent etdoivent être conçus dans une logique desystème ". On va donc vers une combus-tion intégralement contrôlée électronique-ment en temps réel. " Le moteur modernea le rôle d'optimiser un système globalEGR : injection - chambre de combustion- post-traitement, et de calibrer l'ensemblepar des tests ", explique Pierre-YvesGeels, Directeur Général de MoteurModerne.

Rares sont les constructeurs qui n'envisa-gent pas sérieusement chacune de ces pos-sibilités. Les scénariis sont multiples en

fonction de la taille des véhicules et lesnormes Euro 6 ne sont pas encore définiesprécisément, tant sur les moyens de

Un surcoût difficle à estimer

contrôle des émissions montants de rejetsque le type de test. Le surcoût à envisagern'est lui-même pas facile à estimer.Aujourd'hui, un diesel vert vaudrait envi-ron 2000 € de plus. " Nous espérons que cecoût se réduira à moins de 1000 € d'iciEuro 6 " explique Hartmut Hoffman,responsable de la communication tech-nique de VW. Ajoutons que l'améliorationdes systèmes de transmission et l'optimi-sation des pneumatiques sont aussi des

axes de recherches effectifs etimportants. Les technologiesHCCI ou PCCI ne seront enrevanche sans doute pasdisponibles. Le principe est deréaliser le mélange air carbu-rant avant l'introduction dansle cylindre. L'avantage estthéoriquement d'avoir unemeilleure qualité de combus-tion à des températures bienplus faibles. On a donc ainsiquasiment plus de NOx. Cetype de motorisation demandeune gestion électronique trèsfine et les modèles proposésaujourd'hui ne sont malheu-reusement pas encore capa-bles de gérer les hauts régi-mes. De même, les véhiculesqui offrent une transition àhaut régime sur une combus-tion classique génèrent encoredes fortes vibrations.

Reste encore un problème épi-neux : le CO2. Le projet denorme vise aujourd'hui àpénaliser le g/km de CO2 reje-té au-delà de 120 g/km de 20€en 2012, jusqu'à 95€ en 2015.En l'état actuel, un véhiculehaute gamme pourrait être

taxé de 5000 € ! Tous les constructeurs nepartent pas d'ailleurs à égalité. La moyen

L’épineux problème du CO2

ne de rejet de la flotte de BMW approche190 g/km, alors que PSA ou Renault sontplutôt vers 130 à 140 g/km. Tous les cons-tructeurs n'ont donc pas la même marge demanœuvre pour jouer sur l'optimisation dumoteur pour réduire les NOx. D'ailleurs,certains constructeurs comme Volkswagenne s'en cachent pas. Le maximum a été faitd'après eux. Aujourd'hui, si la firme sou-haite offrir des véhicules diesel attractifs,

ils devront contenir un système de post-traitement, au risque d'être trop consom-mateurs ou de ne plus offrir de plaisir deconduite. Le pire scénario serait d'aprèselle, de brider les régimes moteurs ou dediminuer la puissance du moteur pour res-ter conforme en CO2.

Une dernière solution existe : l'hybridediesel. A l'image de ce que fait Toyotaavec la Prius, mais avec un moteur essen-ce, le diesel peut être couplé avec unmoteur électrique pour rejeter moins deCO2 dans l'atmosphère. Cette techniquepermet aussi de récupérer l'énergie du frei-nage en énergie électrique qui servira à lapropulsion. Cette solution paraît coûteuseà certains constructeurs : au coût du diesel,s'ajouterait le coût du post-traitement etcelui de la motorisation électrique ! Enrevanche, il parraît vraissemblable quel'on aura des types de motorisation adaptésà l'utilisation des véhicules. Pour des tra-jets urbains, nous utiliserons certainementdes véhicules électriques, alors que pourde l'autoroute la combustion convention-nelle restera la norme. " De nouveauxvéhicules apparaissent, mais il semble queces multiples technologies, électrique,hybride diesel et diesel vont coexister "conclut le Dr Kronen de la communicationtechnique chez Volkswagen.

Dans un contexte où le prix du diesel serapproche de celui de l’essence, les cons-tructeurs voient les performances dumoteur essence offrir de plus en plus d’in-térêt. La différence de consommation tenden effet à s'amenuiser du fait des surcon-sommations dues aux post-traitements etaux mesures de réduction de formation deNOx dans les cylindres. En outre la diffi-culté de concevoir un diesel propre, s'a-joute le fait que les constructeurs semblentde moins en moins motivés pour investirdans cette technologie. Seule bonne nou-velle, le marché américain des moteursdiesel pourrait décoller en raison de sonattractivité en terme de consommation.Les normes y sont sans doute encore plusdifficiles, mais cela pourrait permettre d'é-largir le potentiel de ce marché. Les cons-tructeurs allemands y proposent déjà touteune gamme de véhicules…

Moteur Moderne

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Banc monocylindre pour tests de rejet