Recirculation des gaz d'échappement

La recirculation des gaz d'échappement, ou RGE (en anglais, EGR pour exhaust gas recirculation[a]) est un système qui consiste à rediriger une partie des gaz d'échappement des moteurs à combustion dans le collecteur d'admission, pour réduire sélectivement les émissions d'oxydes d'azote (NOx) et de particules[1] afin de donner l'impression de satisfaire aux normes antipollution récentes sans avoir à modifier la structure du moteur[2].

Soupape pneumatique EGR ouverte.

Problématique et description

L'amélioration de la combustion des moteurs des automobiles (essentiellement Diesel), mais aussi des chaudières au fioul, a mené à une augmentation des températures de combustion. Lorsque cette température est supérieures à 1 300 °C l'azote de l'air est oxydé[3] ce qui a un impact sur la santé des êtres vivants (Les NOx - oxydes d'azotes - étant des irritants pour les bronches de tous les êtres vivants[b]).

La vanne EGR permet de réduire le taux de NOx, en sortie d’échappement, essentiellement en abaissant la température de combustion[c] par réduction de la quantité d'oxygène dans les cylindres au détriment de la quantité de particules rejetées et du rendement du moteur, donc de la consommation de carburant[1]. Le dosage de gaz brûlé est piloté par l'ordinateur de contrôle moteur, en fonction de la charge et du régime, pour réduire suffisamment la température de combustion sans augmenter la production de suies (ou particules) nocives. La conséquence de l'augmentation de suies est d'encrasser le moteur et la vanne EGR ce qui peut conduire à son dysfonctionnement[1].

La proportion de ces gaz remis en circulation doit être adaptée à chaque charge du moteur et à chaque régime de fonctionnement afin de respecter l'équilibre entre les émissions d'oxydes d'azote et le taux de particules émises[1]. Les normes antipollution de plus en plus exigeantes induisent un besoin accru de la proportion de gaz brûlés et/ou de systèmes permettant de limiter les oxydes d'azote (piège à NOx, SCR, etc.) et les suies grâce au filtre à particules.

Cette utilisation douteuse de la vanne EGR, qui conduit à polluer rapidement le filtre à particule, a conduit certains utilisateur a le supprimer, avec les conséquences sur la santé et la pollution, entre autres, des villes. En France, les nouveaux contrôles techniques cherchent a détecter cette modification douteuse afin d'y remédier très rapidement[4].

Histoire

Radiateur de refroidissement des gaz recirculés pour limiter la température de combustion

Ce système a été utilisé en Californie sur les moteurs Diesel à partir du début des années 1970[5].

Les constructeurs européens l'ont adoptée depuis 1996, afin de satisfaire à la norme européenne d'émission de polluants dans l'air sans avoir besoin de remettre en cause, de manière significative, la conception de leur moteur. Le dispositif est un tube qui conduit une partie des gaz brûlés vers l'admission, modulé par la « vanne EGR » ou « soupape EGR », qui est « pilotée par l'UCM » en fonction du point de fonctionnement du moteur (régime, charge, altitude, température et humidité de l'air, etc.).

Avantages

C'est un dispositif de réduction des NOx générés par le moteur, pour satisfaire, à moindre coût, aux normes antipollutions.

Ce système permet de :

  • ralentir la vitesse de combustion via la diminution de la proportion d'oxygène dans les gaz[d] ;
  • augmenter la capacité thermique des gaz en diminuant leur température de combustion[d].

Ceci a pour effet de diminuer la quantité d'oxydes d'azote (NOx) dans les gaz échappement à l'origine notamment de la pollution atmosphérique à l'ozone et des précurseurs des particules fines.

La production d'oxydes d'azote dépendant notamment de la température et de la présence d'oxygène pendant la combustion, l'introduction de gaz brûlés agit sur les deux paramètres (température et proportion d'oxygène). L'influence de la température sur la production d'oxydes d'azote est modélisée par le mécanisme de Zeldovich[6] en 1939[7].

Inconvénients

L'EGR augmente la production de particules en raison de la raréfaction de l'oxygène et de l'injection de particules non brulées. Il faut trouver un compromis acceptable entre la diminution des oxydes d'azote et l'augmentation de particules via le choix optimum du taux d'EGR pour chaque point de régime et charge. Les gaz recirculés doivent être refroidis afin d'abaisser leur température et diminuer conjointement la production de particules et d'oxydes d'azote pour le même taux d'EGR.

Un des impacts négatifs de ce système est la diminution de la vitesse de combustion, qui entraîne une diminution du rendement du moteur (éloignement du cycle théorique) et induit donc une augmentation de la consommation de carburant. Cependant, la diminution du débit d'air extérieur permet de réduire proportionnellement les émissions d'NOx.

L'augmentation de la production de suies lors de la combustion induit une salissure plus prononcée de l'huile moteur et d'une partie de l'admission, du circuit d'échappement du moteur ainsi que le besoin éventuel d'un filtre à particules selon le niveau d'exigence des normes. Lorsqu'il existe le filtre à particules stocke les particules et doit suivre un cycle de régénération permettant de brûler les particules stockées. Ce cycle de régénération peut entraîner une surconsommation de carburant[8].

Description du système et possible défaillance

Le système de dépollution par recirculation des gaz d'échappement est constitué d'une conduite permettant de faire transiter une partie des gaz d'échappement vers l'admission, assortie d'un échangeur thermique destiné à refroidir les gaz brûlés[d] et d'une vanne, appelée communément vanne EGR, qui vient régler le débit de gaz brûlés. Cette vanne peut être pilotée par le calculateur de contrôle moteur.

La panne de ce type de système est liée à l'encrassement et au colmatage de la vanne par des particules chargées en hydrocarbures huileux, ce qui entraîne son blocage en position plus ou moins ouverte. L'automobiliste subit alors une perte de puissance, des défauts d'accélération, et une forte production de fumées noires[9].

Bien qu'il s'agisse d'un défaut de conception, surtout sur les modèles de 1996 à 2005, ces constructeurs demandent aux automobilistes de remplacer la vanne défectueuse à leurs frais. Les associations de consommateurs aident les automobilistes concernés à faire valoir leurs droits auprès des constructeurs[10].

La vanne peut se bloquer en « position fermée »[11] en n'occasionnant, dans ce cas, aucune perte de puissance mais ne permettant plus de respecter les normes de pollution.

Si la vanne se bloque en "position ouverte" en permanence, le moteur n'a plus la quantité d'air frais nécessaire et une perte de puissance est observée et un excès de fumées est produit.

Solution alternative

Les températures de combustion atteintes dans un moteur Diesel performant sont suffisamment élevées pour générer beaucoup d'oxyde d’azote (NOx). Pour pallier cet inconvénient la solution de réduction catalytique sélective nécessite un réservoir d'urée qui doit être réapprovisionné régulièrement[12]. Cependant, afin de limiter la consommation d'urée, les constructeurs automobiles choisissent habituellement d'utiliser conjointement la réduction catalytique et l'EGR.

Usage frauduleux

À titre d'exemple, l'affaire Volkswagen à partir de 2009, a révélé que la firme utilisait une activation/désactivation programmée de la recirculation des gaz lorsque les conditions de tests de normalisation sont détectées par l'ordinateur de contrôle du moteur (volant droit, plage de régime compatible avec le cycle d'homologation, durée de conduite, etc.)[13],[14] afin de donner l'impression au contrôleur que le véhicule répond aux normes antipollution aussi bien en termes de NOx que de particules rejetées. Cette utilisation curieuse de la recirculation des gaz d’échappement a été identifiée par les américains, terni l'image de marque de Volkswagen et jeté le doute sur l’honnêteté de tous les constructeurs utilisant des moteurs Diesel[15].

Notes et références

Notes

  1. Le terme anglais est plus couramment rencontré dans la littérature.
  2. Voir Oxydes d'azote et santé.
  3. Au détriment du rendement et donc de la consommation de carburant.
  4. a b et c Le paradoxe étant que pour améliorer le rendement des moteurs et réduire la consommation de carburant, les constructeurs font le maximum pour augmenter la température combustion, ce qui a pour effet d'augmenter la production de NOx si la température de combustion dépasse 1 300 °C.
    Afin de pallier cette augmentation de gaz toxiques, la vanne EGR a été installée pour réduire la température de combustion ce qui abaisse le rendement et augmente la consommation.
    La gestion de ce paradoxe conduit les constructeurs a doser finement le taux de recirculation des gaz d’échappement pour essayer de minimiser les deux paramètres simultanément quelles que soient les circonstances.

Références

  1. a b c et d La vanne EGR, sur fiches-auto.fr, consulté le 19 mars 2017.
  2. La vanne egr : Fonctionnement et décalaminage, sur flexfuel-company.com, consulté le 7 août 2017
  3. (en) NOx emissions – formation, reduction and abatement, sur clean-carbonenergy.com, consulté le 18 octobre 2017
  4. Plus coûteux, le CT sert aussi à protéger l'environnement, challenges.fr du 3 août 2017, consulté le 23 juin 2019
  5. (en) Hannu Jääskeläinen et Magdi K. Khair, « Exhaust Gas Recirculation », sur dieselnet.com, DieselNet, (consulté le 11 novembre 2016)
  6. Acta Physicochim. 21, 577,1946
  7. (en)[PDF]Pollutant formation and Control in Combustion, sur caltech.edu, consulté le 18 mars 2017
  8. Decrassage FAP, sur carbon-cleaning.com, consulté le 19 mars 2017
  9. Pannes courantes d'une vanne EGR, sur ooreka.fr, consulté le 21 août 2017
  10. « le scandale de la Vanne EGR » [PDF], sur econologie.com
  11. « Quel est le principe de fonctionnement d’une vanne EGR ? », sur flexfuel-company.com (consulté le 11 novembre 2016)
  12. Système compact de dépollution SCR-urée intégré dans le FAP, sur agence-nationale-recherche.fr de 2011, consulté le 20 mars 2017
  13. point 68, page 13, sur justice.gov, consulté le 11 décembre 2016.
  14. Richard Burgan, « Diesel Gate Volkswagen : focus sur le scandale », Turbo.fr, (consulté le 11 novembre 2016)
  15. «Dieselgate» : la «fureur» de Renault, sur lefigaro.fr du 16 mars 2017, consulté le 18 avril 2019

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes