Moteur Diesel : avantages et inconvénients

Les raisons du succès du moteur Diesel dans l'automobile, au-delà d'avantages fiscaux qui relèvent de choix politiques et non techniques, tiennent essentiellement à son rendement, supérieur à celui du moteur à essence…

Les avantages du moteur Diesel
Ce rendement peut être encore amélioré par l'utilisation d'un turbocompresseur (les plus récents modèles sont « à géométrie variable » (TGV), technologie qui leur permet d'être plus performants à bas régime) et le Common rail (injection directe à haute pression) inventé par Fiat et Magneti-Marelli.

Il existe deux sortes de compresseur : le compresseur mécanique (entraîné par une courroie) et le turbocompresseur entraîné par une autre turbine actionnée par les gaz d'échappement rejetés.

Si l'injection directe existe depuis les débuts du moteur Diesel, elle n'était pas utilisée en automobile pour des raisons techniques (fumées et bruit supérieurs, gradient de pression trop élevé obligeant une utilisation de pistons très solides et très lourds, qui empêchait de tourner trop vite), mais seulement sur les moteurs lents (industriels, poids-lourds et marins).

Avec les nouveaux dispositifs d’injection directe, injecteurs-pompe, rampe commune et injecteurs piézo-électrique, la pression atteint jusqu'à 2500 bars (contre 1400 pour la première rampe commune et moins de 1000 pour un moteur à injection indirecte) ce qui assure une pulvérisation du gazole turbulente, continue, constante et bien répartie, essentielle pour une bonne combustion ; cette technologie porte le nom de HDi (chez le constructeur automobile PSA) pour High-pressure Direct Injection, ou encore dCi (Direct Common rail Injection) chez Renault. Cette injection haute pression a été inventée par la société Elasis S.C.p.A., filiale de Fiat, et a été utilisée pour la première fois sur la Fiat Croma en 1988. Ce moteur prit le nom de TDid. Notons que Rover, quelques mois avant Fiat avait aussi commercialisé un véhicule léger équipé d'un moteur diesel à injection directe, mis au point en collaboration avec Perkins, mais s’agissant d’une version utilitaire de la Montego, Fiat revendique l’antériorité pour les véhicules particuliers, ce qui est exact puisque le groupe britannique ne commercialisa la version berline équipée de ce moteur que quelques mois après la Croma.

La suralimentation fait appel à un compresseur pour augmenter la quantité d'air (donc d'oxygène) introduite dans le moteur, ce qui est particulièrement appréciable en altitude (et donc en aviation). Ce principe permet d'augmenter la puissance sans augmenter le régime et la cylindrée du moteur. Le compresseur chargé de comprimer l'air admission est entraîné par une turbine (ou turbo) qui récupère une partie de l'énergie des gaz d'échappement, environ 25 % de l'énergie fournie par le carburant. La suralimentation permet d'accroître le rendement du moteur: la puissance et le couple augmentent sans effet substantiel sur la consommation de carburant, ce qui peut également être le cas sur un moteur à essence, pour peu qu'il soit turbocompressé ; ce qui est néanmoins beaucoup plus rare.

Pour faciliter le départ à froid en élevant la température des parois de la chambre de combustion et de l'air admis, les moteurs Diesel (notamment les moteurs de poids-lourds) sont équipés de systèmes de préchauffage (parfois appelés bougies), de réchauffage d'air, ou encore d'un système de surcharge à la pompe d'injection.

À l'origine considéré comme un moteur « sale » du fait de son carburant moins raffiné et du bruit important de fonctionnement (claquements), le Diesel s'est aujourd'hui amélioré en termes de pollution aussi bien atmosphérique que sonore. Du point de vue de la pollution, l'avantage principal des moteurs Diesel est de produire, à puissance égale, du fait de leur rendement supérieur, moins de CO2 que leurs équivalents à essence, typiquement 20% de moins. Ils produisent également moins de monoxyde de carbone (qui s'oxyde rapidement en dioxyde de carbone dans l'atmosphère) et d'hydrocarbures imbrûlés que les moteurs à essence, notamment avant que le catalyseur de ces derniers ne monte en température. Le traitement récent des problèmes dus à l'émission de fines particules imbrûlées par les filtres à particules, ainsi que la question des oxydes d'azote (irritants) sont discutés dans la section inconvénients.

La teneur en soufre des carburants (gazole, fioul) est progressivement diminuée dans l'ensemble des pays, afin de réduire la quantité de dérivés soufrés émis à l'échappement.

Ce moteur peut brûler de l’huile végétale à la place du gazole issu du pétrole. Pour un usage quotidien sur des véhicules automobiles de tourisme, il est cependant nécessaire de modifier quelque peu le circuit d’alimentation, en raison de la plus grande viscosité de l’huile végétale brute, comparée au gazole. On peut aussi utiliser un carburant à base végétale transformée et raffinée (diester), mais qui, en raison de l’énergie dépensée pour le fabriquer perd beaucoup de son intérêt écologique, notamment comparé à des huiles végétales brutes recyclées.

Un autre avantage du moteur Diesel réside dans ses carburants utilisés, qu’il s’agisse du gazole ou des huiles végétales, dans lesquels on n’utilise pas de benzène, contrairement aux essences et supercarburants sans plomb. Or, le benzène est très cancérogène et très volatil.

Les inconvénients
Les premiers moteurs Diesel étaient beaucoup plus lourds, bruyants et bien moins puissants que leurs homologues à essence. Ces inconvénients ont été partiellement éliminés sur les véhicules modernes grâce, en particulier, au turbocompresseur à géométrie variable, aux rampes d'injection communes ou injecteur-pompe très haute pression.

La réduction du niveau sonore dépend beaucoup de la gestion de l'injection et des dispositifs d'insonorisation. De par leur conception, à puissance égale, ces moteurs restent plus lourds que leurs homologues à essence.

Pollution et toxicité des gaz d'échappement
Outre que le diésel incite aussi à encore prélever et émettre du carbone fossile, ses impacts spécifiques sur la santé environnementale et sur la pollution de l'air restent préoccupants ;

Les suies et micro ou nanoparticules 4 sont considérées comme «cancérogènes probables» par le Centre international de recherche sur le cancer (Circ, et peut-être reprotoxiques). Ils sont aussi par exemple facteur d'aggravation de l'asthme et d'un risque accru de décès chez les cheminots.

Les lieux les plus exposés sont les tunnels routiers ou ferroviaires, certains lieux industriels dont lieux de travail confinés (garages, docks) ou souterrains, miniers en particulier. Rien qu'aux États-Unis, ce sont environ 1,4 million de travailleurs qui étaient chroniquement exposés aux particules-diesel de 1981 à 1983 ; et 3 millions dans l’Europe des 15, de 1990 à 19938.

Les Normes européennes d'émission ont pris en compte la réduction des taux de particules émises par les moteurs Diesel. Actuellement la limite est de 0.02 g/kWh pour les camions (Euro V) et 0.005 g/km pour les voitures particulières (Euro 5).

Les benzopyrènes et les benzoanthracènes, hydrocarbures aromatiques polycycliques reconnus cancérigènes.

Le formaldéhyde cancérigène de catégorie 1 (CIRC), est présent dans les gaz d'échappement, à une concentration similaire à celle des moteurs à essence (100 à 300 ppm).

Les oxydes d'azote - NOx sont des précurseurs de la pollution à l'ozone, surtout par temps ensoleillé et notamment lors de canicules.

Les Norme européenne d'émission ont pris en compte de manière limitée la réduction des oxydes d'azote - NOxemis par les moteurs Diesel. Actuellement la limite est de 2.0 g/kWh pour les camions (Euro V) et 0.18 g/km pour les voitures particulières (Euro 5).

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