Le moteur Diesel , appele egalement moteur a allumage par compression , est un moteur a combustion et explosion dont la combustion est declenchee lors de l' injection de carburant dans la chambre de combustion remplie d'air comprime, par un phenomene d' auto-inflammation . Celui-ci est permis par les temperatures de 700  a  900  °C , atteintes par la compression de l'air dans les cylindres jusqu'a un taux de compression de 14:1 a 25:1. Des bougies de prechauffage sont souvent utilisees pour le demarrage a froid des petits moteurs, qui creent un point chaud facilitant le declenchement de l'inflammation du melange air-carburant. Pour les moteurs de bateaux et les gros moteurs fixes a fioul lourd , on chauffe celui-ci a haute temperature pour permettre le demarrage.

Le moteur Diesel tire son nom des travaux de Rudolf Diesel entre 1893 et 1897.

Le moteur Diesel peut etre soit a deux temps (surtout sur les navires, avec suralimentation par compresseur et injection pneumatique), soit a quatre temps , notamment dans les vehicules routiers et la plupart des navires.

Histoire [ modifier | modifier le code ]

XIX ^e  siecle [ modifier | modifier le code ]

Si le brevet du moteur a combustion interne a ete depose des 1807 par Francois Isaac de Rivaz ^{[ 1 ]} , il faut attendre Etienne Lenoir en 1860 pour en voir apparaitre la premiere veritable application. La machine, qui s'apparente a un moteur a allumage commande , fonctionne d'abord au gaz d'eclairage , ce qui impose de la relier aux canalisations de la ville. La decouverte du petrole dans les annees 1850, et l'invention du carburateur par Siegfried Marcus en 1865, poussent Lenoir a presenter a l' Exposition universelle de 1867 un moteur a essence , alors un sous-produit de la distillation du petrole lampant ^{[ 2 ]} . Tandis que la technique se perfectionne, notamment par les premieres applications que fait Nikolaus Otto du cycle de Beau de Rochas a partir de 1876 ^{[ 3 ]} , Rudolf Diesel cherche a la rendre plus simple, petite et accessible, permettant l'usage de n'importe quel carburant ^{[ 4 ]} . Le 27 fevrier 1892 ^{[ a ]} , il depose un brevet pour un moteur a charbon pulverise , dans lequel la combustion est declenchee par la forte compression, et non par allumage commande. Assiste de Frederic Dyckhoff , et soutenu par le directeur de la fabrique de machines d' Augsbourg (future MAN ^{[ b ]} ), il entreprend d'en construire les premiers prototypes a partir de 1894 ^{[ 5 ] , [ 6 ]} . Ils testent differents combustibles, entre produits du petrole et gaz d'eclairage, puis aboutissent a un premier vrai resultat en 1897 : un moteur a injection pneumatique de combustible liquide, d'une cylindree de 19,6   L , offrant 14,7  kW ( 20   ch ) a 172   tr/min pour une consommation de 238  g/ch/h ^{[ 7 ] , [ 8 ]} .

XX ^e  siecle [ modifier | modifier le code ]

En 1900, a l'occasion de son lancement commercial ^{[ 9 ]} , l'invention decroche le Grand Prix de l' exposition universelle ^{[ 5 ]} .

En raison de son poids du aux renforcements qu'imposent les pressions et les temperatures elevees, surtout lors de la combustion, a sa mecanique ( culasse , pistons , vilebrequin ), et de la complexite amenee par sa pompe d'injection pneumatique, le moteur Diesel est alors reserve aux engins lourds. Equipant d'abord des installations pour la plupart fixes, il integre les chantiers navals russes de Ludvig Nobel au cours de l'hiver 1902/1903, puis les chantiers francais en 1903 quand Adrien Bochet et Frederic Dyckhoff equipent la peniche Le Petit Pierre sur le canal de la Marne au Rhin ^{[ 10 ]} . La marine nationale equipe en 1904 un premier sous-marin , l' Aigrette , dote d'un moteur Diesel de 140   ch de la Compagnie francaise des moteurs a gaz et des constructions mecaniques, puis la Royal Navy construit son premier exemplaire dote d'un moteur a boule chaude Hornsby-Akroyd de six cylindres de 500   ch l'annee suivante sur le HMS  A13 ^{[ ref.  souhaitee]} . La donne commence a changer en 1909, quand Prosper L'Orange, employe de Benz & Cie, invente l'injection mecanique, un systeme plus simple et leger que son homologue a air ^{[ 11 ]} .

Apres la Premiere Guerre mondiale , le moteur Diesel se repand a tout le secteur maritime, et apparait meme sur des locomotives . L'industrie se penche alors sur l'automobile. Peugeot teste en 1921 un prototype entre Paris et Bordeaux . L'annee suivante, Benz met sur le marche un deux cylindres pour tracteurs agricoles , puis c'est Daimler qui, en 1923, expose des camions a moteurs Diesel au Salon de Berlin , et effectue un trajet Berlin- Stuttgart -Berlin a bord d'un autre. Les optimisations apportees par Robert Bosch au cours des annees qui suivent achevent d'ouvrir les voies de la democratisation ^{[ 8 ]} . Citroen commercialise en 1933 une Rosalie 11UD ^{[ 12 ]} de maniere assez confidentielle, premiere voiture particuliere de serie equipee d'un moteur Diesel au monde, d'une cylindree de 1 766  cm ^{3 [ 13 ]} . Mercedes remporte en 1935 un contrat pour equiper une flotte de taxis allemands de moteurs Diesel. La marque sort l'annee suivante un modele pour le grand public, la 260 D , avant que Peugeot ne l'imite en 1938 avec sa 402 .

Stoppe par la Seconde Guerre mondiale , le mouvement reprend en 1949 avec la Mercedes 170 D , puis en 1959 la Peugeot 403 D et son celebre moteur Indenor , tres apprecies des taxis parisiens ^{[ 14 ] , [ 15 ]} . Le developpement du reseau routier et l'essor du taxi dans les metropoles favorisent en effet l'expansion du Diesel, plus cher a l'achat mais dont le carburant desormais attitre, le gazole , a un cout moins eleve que l' essence ^{[ 8 ]} . L'allegement des taxes consecutif aux crises de 1973 et 1979 ^{[ 14 ]} , combine a l'arrivee des premiers turbocompresseurs (la Mercedes 300 SD de 1977, reservee aux Etats-Unis , puis sa variante europeenne 300 TD en 1979, sortie juste apres la Peugeot 604 D ), vient encore aider au deploiement de la technologie. Volkswagen presente une premiere compacte grand public a moteur Diesel, la Golf D , puis signe le retour de l'injection directe via sa filiale Audi , avec la 100 , precurseur du TDI , en 1985 (technologie developpee par FIAT pour son modele Croma puis revendue a Volkswagen). Douze ans plus tard apparait sur une Alfa Romeo 156 la premiere application de l' injection directe a rampe commune , developpee par Magneti Marelli puis revendue a Bosch .

XXI ^e  siecle [ modifier | modifier le code ]

Le succes du moteur Diesel en Europe (son image reste mediocre sur les marches asiatiques et americains) commence a flechir a l'entame du XXI ^e  siecle. Cette situation resulte de plusieurs facteurs simultanes : d'une part, la prise en compte de ses aspects polluants entache sa perception par le public et engendre un durcissement des normes , qui seront amplifies apres le scandale Dieselgate en 2015 ; d'autre part, l'optimisation et la complexification des systemes employes conduisent a des prix plus eleves, tout en augmentant les occurrences de pannes ^{[ 15 ]} . La proportion de motorisations Diesel dans les ventes de voitures neuves en France baisse d'annee en annee : 17,3 % en 2022 contre 65 % au 1 ^er  trimestre 2014, 69 % sur la meme periode de 2013, 73 % en 2012 et 77 % en 2008. La France reste cependant l'un des premiers pays europeens preferant la motorisation Diesel, derriere le Luxembourg, l'Irlande et le Portugal, mais devant l'Espagne (66,3 %), et nettement au-dessus de la moyenne ouest-europeenne (53,3 % en 2013) ^{[ 16 ]} .

Principe de fonctionnement [ modifier | modifier le code ]

Architecture [ modifier | modifier le code ]

Comme le moteur thermique a essence , le moteur Diesel est constitue d'un ensemble de pistons coulissant dans des cylindres , relies par des bielles au vilebrequin ^{[ c ]} . L'ensemble est recouvert d'une culasse , ou des soupapes , actionnees par un arbre a cames lui-meme synchronise au vilebrequin, ouvrent et ferment alternativement les chambres de combustion , reliees aux collecteurs d' admission et d' echappement . Dans les systemes modernes a injection directe, de l'air est aspire dans la chambre de combustion (le volume libere par la descente du piston dans le cylindre). En remontant, le piston comprime et chauffe l'air admis precedemment. Legerement apres le point mort haut , du carburant est a son tour injecte. Le melange ainsi forme entre en combustion rapide repoussant le piston en un temps moteur, puis les gaz brules sont evacues par la remontee du piston dans l'echappement.

Variante du cycle de Beau de Rochas ^{[ d ]} , le cycle Diesel se decompose aussi en quatre temps :

1. Admission d'air par l'ouverture de la soupape d'admission et la descente du piston?;
2. Compression de l'air par remontee du piston, la soupape d'admission etant fermee?;
3. Temps moteur  : peu apres le point mort haut on introduit, par une injection , le carburant qui se mele a l'air comprime. La combustion rapide qui s'ensuit constitue le temps moteur : les gaz chauds repoussent le piston, liberant une partie de leur energie . Celle-ci peut etre mesuree par la courbe de puissance moteur  ;
4. Echappement des gaz brules par l'ouverture de la soupape d'echappement, pousses par la remontee du piston.

La specificite du moteur Diesel tient a son auto-inflammation dans la chambre.

• Dans un moteur a essence  : on fait monter en pression un melange gazeux air/carburant quasiment homogene (richesse autour de 14,7:1, c'est-a-dire un melange stœchiometrique ), puis on provoque son inflammation a l'aide d'une etincelle commandee : un front de flamme se repand a partir de ce point d'ignition, puis atteint progressivement tout le melange. On evite precisement les situations d'auto-allumage, car elles provoquent un phenomene de cliquetis , et a terme des degats materiels qui peuvent etre graves.
• Dans un moteur Diesel : on profite des proprietes du carburant en presence d'air pour rechercher cette auto-inflammation. On ajuste la proportion de carburant injecte a debit d'air entrant constant, et la compression elle-meme qui fait monter le melange en pression et en temperature. La combustion n'est en fait ideale qu'aux endroits de la chambre qui sont en presence des bonnes conditions, a la fois de concentration, de pression et de temperature. Pour compenser ce probleme, on augmente la compression du melange, notamment par un exces d'air admis ^{[ 17 ]} . Cette methode permet de limiter l'emission de gaz imbrules, mais conduit a d'autres inconvenients, comme la formation d'oxydes d'azote (NOx) et le besoin d'avoir recours a des pieces beaucoup plus resistantes ^{[ 18 ]} .

Afin de permettre l'auto-inflammation du melange, l'air entrant est comprime a hauteur de 20:1 (environ 35   bars ), et sa temperature portee de 600  a  1 500  °C environ. Sitot le carburant injecte (pulverise sous la forme d'un brouillard de fines gouttelettes), il s'enflamme presque instantanement, sans qu'il soit necessaire de recourir a un allumage commande par bougie . En brulant, le melange augmente fortement la temperature et la pression dans le cylindre ( 60  a 100  bars), repoussant le piston et entrainant, via la bielle, la rotation du vilebrequin.

Combustion [ modifier | modifier le code ]

La combustion qui s'opere dans les cylindres d'un moteur Diesel consiste en l'oxydation vive du carburant par le dioxygene present dans l'air. Les produits de cette reaction se resumeraient au dioxyde de carbone et a l'eau si le carburant ne contenait que des hydrocarbures , l'air uniquement de l'oxygene, et si la combustion etait complete et non accompagnee de reactions secondaires ^{[ e ]} . La combustion est exothermique , c'est-a-dire qu'elle degage de la chaleur.

Si on suppose le carburant entierement constitue d' hexadecane , la reaction de combustion interne du moteur Diesel peut etre decrite, en premiere approximation, par l'equation de la combustion complete de l'hexadecane :

hexadecane + dioxygene → dioxyde de carbone + eau, soit :

2 C ₁₆ H ₃₄ + 49 O ₂ → 32 CO ₂ + 34 H ₂ O

la chaleur degagee etant d'environ 9 951  kJ ( PCI ) par mole d'hexadecane brulee.

Dans les conditions stœchiometriques de la combustion ≪ neutre ≫ (sans exces d'oxygene), il faut 3,46  g de dioxygene pour bruler 1  g d'hexadecane, soit, pour une combustion a l'air, 14,96  g d'air (suppose sec) par gramme d'hexadecane. Cette combustion neutre degage, pour chaque gramme d'hexadecane brule :

• 15,96  g de gaz, contenant 11,30  g de diazote , 0,19  g d' argon , 3,12  g de dioxyde de carbone (dont 3,11  g provenant de la combustion de l'hexadecane) ;
• 1,35  g de vapeur d'eau.

En pratique, le ratio utilise dans les moteurs Diesel est plutot de 14,7  g d'air par gramme de gazole. Les gaz residuaires de la combustion Diesel reelle comportent donc principalement du diazote, du dioxygene, du dioxyde de carbone, de la vapeur d'eau et de l'argon ; viennent s'y ajouter divers polluants resultant du caractere imparfait de la combustion principale et de l'existence de diverses reactions secondaires.

Vitesse et puissance [ modifier | modifier le code ]

Les vitesses de rotation des moteurs Diesel sont tres differentes d'un moteur a un autre. En effet, plus le moteur est gros, plus la course du piston est grande, et plus le moteur est lent. Trois classes de moteurs sont ainsi definies :

• moteur lent : moins de 200   tr/min  ;
• moteur semi-rapide : entre 400 et 1 000   tr/min  ;
• moteur rapide : 1 000   tr/min et plus.

La limite maximale du regime de rotation d'un moteur est determinee par la vitesse de deplacement du piston dans le cylindre. Les constructeurs motoristes, suivant l'utilisation du moteur et la fiabilite qui leur est demandee, ont fixe les plages limites (resultat d'essais d'usure) suivantes :

• moteur fixe (groupe electrogene, gros moteur de bateau)?: 6 a 8   m/s  ;
• moteur de poids lourds : 8 a 9   m/s  ;
• moteur d'automobile?: 12 a 13   m/s  ;
• moteur de competition : au-dela de 15   m/s .

Ces limites determinent la duree de vie du moteur et sa puissance, en chevaux ou kilowatts , par litre de cylindree. La mise en survitesse du moteur risque de conduire a des chocs pistons -soupapes qui se traduisent souvent par le flambage des queues de soupapes ou de leurs tiges de commande.

La vitesse de rotation d'un moteur est directement liee a la course du piston (donc a la cylindree) et a son usage. En effet, schematiquement, plus le piston est gros, plus sa course est importante. Par exemple, le moteur DW10 ATED de PSA, d'une cylindree totale de 1 997  cm ³ (quatre cylindres), se caracterise par un alesage de 85  mm , une course de 88  mm et un regime de puissance maximale de 4 000   tr/min  ; pour ce moteur, la distance parcourue par le piston dans le cylindre est donc de 2 × 88  mm (une course aller et une course retour) par tour de moteur, soit 176  mm  ; a 4 000   tr/min la vitesse moyenne de deplacement lineaire est donc 0,176 × 4 000  m/min , soit 11,7   m/s .

Certains moteurs Diesel lents de type deux-temps depassent 100 000   ch . Le porte-conteneurs Emma Mærsk est ainsi equipe d'un moteur Wartsila RT-flex96C 14-cylindres , moteur a deux temps lent de 108 800   ch a 92-102  tr/min . Les cylindres ont un alesage de 96  cm et les pistons une course de 2,5  m . Ce moteur a une hauteur d'environ 13 metres et une longueur de 26 metres pour un poids de 2 300 tonnes. A chaque tour, le piston se deplace de 5  m (une course aller et une course retour). Au regime maxi de 92   tr/min , la vitesse lineaire moyenne est alors de 8,5   m/s .

Usages [ modifier | modifier le code ]

Le moteur Diesel est de preference utilise lorsque le rendement energetique ou la longevite du moteur sont des facteurs importants : bateaux , locomotives , camions , tracteurs agricoles et engins de travaux publics. Ils sont aussi utilises pour les groupes electrogenes de forte puissance et certaines automobiles . Bien que les principaux usages correspondent en pratique a des moteurs developpant un couple important, un moteur Diesel n'a pas, a priori, plus de couple qu'un moteur a allumage commande, sauf dans le cas de la suralimentation, du fait du carburant utilise et de la necessite d'eviter la detonation ^{[ref. necessaire]}  ; le moment des architectures Diesel et essence en automobile plafonne actuellement aux environs de 200  N m /L de cylindree.

D'un point de vue historique, c'est la marine de guerre qui s'interesse en premier aux moteurs Diesel. En effet, compte tenu des dimensions des premiers moteurs Diesel, il semblerait naturel que les ingenieurs et architectes navals se soient, avant tous les autres, interesses a ce nouveau moteur qu'ils avaient la place d'accueillir. C'est cependant un navire marchand danois, le MS Selandia , qui en fut equipe le premier en 1912. C'est a moderer par d'autres considerations, puisque ce sont, avant tout, les sous-marins qui en furent equipes. Ainsi, l'ingenieur francais Maxime Laubeuf equipa d'un moteur Diesel son sous-marin l' Aigrette (1901) car les moteurs a essence ne developpaient alors pas assez de puissance et les moteurs a vapeur, degageant trop de fumee, auraient ete contre-productifs, le souci etant precisement de mettre au point un batiment discret. Par ailleurs, meme si le moteur Diesel connait une importante progression durant l'entre-deux-guerres, la vapeur reste preponderante (la chauffe au charbon etant progressivement delaissee au profit de la chauffe au mazout). C'est par exemple le cas du paquebot Normandie ou des cuirasses geants de la Seconde Guerre mondiale ( Yamato , Bismarck ,  etc. ).

Il faudra pourtant attendre la deuxieme moitie du XX ^e  siecle pour voir le moteur Diesel se repandre dans les moyens de transport maritime (armes ou non) au point de devenir au XXi ^e  siecle un standard de motorisation que n'a pas reussi a concurrencer la propulsion nucleaire (plus chere par differents aspects). Les premiers vehicules terrestres equipes de moteurs Diesel sont apparus au debut des annees 1920 ( Benz et Daimler ). D'abord destine aux moyens de transport ≪ lourds ≫ (camions, notamment), le moteur Diesel a fini par se tailler une place dans l'automobile individuelle ou familiale, meme si la motorisation ≪ essence ≫ y reste majoritaire.

Le pouvoir calorifique du gazole (en MJ/kg) est legerement plus faible que celui de l' essence . Mais, sa masse specifique etant plus grande, un litre de gazole contient plus d'energie qu'un litre d'essence : pour des vehicules de meme taille, un meme volume de reservoir permet de parcourir une distance plus grande avec un moteur Diesel qu'avec son equivalent essence.

Pour les vehicules, une taxation legerement plus favorable en France et un rendement superieur des moteurs Diesel font que ceux-ci se revelent plus economiques a la pompe. Les vehicules equipes de moteurs Diesel sont toutefois plus chers a l'achat et a l'entretien, et ce d'autant plus pour les modeles recents, car les couts de production ont ete accrus afin d'ameliorer certaines caracteristiques de ces vehicules, comme la capacite d'acceleration, initialement moindre pour les moteurs Diesel que pour leurs homologues a essence. Si les moteurs Diesel sont repandus en France, aux Etats-Unis, en revanche, les voitures et les camions fonctionnent encore tres majoritairement a l'essence, qui reste moins chere que le gazole ^{[ 19 ]} . Au Japon, en raison de normes anti-pollution plus severes (au niveau des particules et du dioxyde d'azote ^{[ 20 ]} ), les moteurs Diesel sans filtre a particules (FAP) ont ete elimines.

En revanche, la motorisation Diesel est rarement utilisee sur les motocyclettes et les avions , notamment pour une question de masse embarquee, a l'exception des avions Clerget qui se distinguaient par un rapport poids-puissance comparable a celui d'un moteur a essence, mais son developpement a ete abandonne apres la Seconde Guerre mondiale (1947). Toutefois, l'utilisation de moteurs Diesel sur avions legers, apparue dans les annees 1980, commence a se developper : Cessna L19 equipe d'un moteur Diesel de Renault 25 pousse a 135   ch en 1988, avion de construction amateur Dieselis equipe d'un Isuzu ( Opel ) 70   ch en 1998 ^{[ 21 ]} . Il existe au XXI ^e  siecle des moteurs specifiques ( SMA ) ou derives de l'automobile (Centurion sur base Mercedes du motoriste allemand Thielert ) ; avions de tourisme Diamond DA40 et DA42 de l'autrichien Diamond Aircraft , Ecoflyer du francais APEX aircraft (ex- DR 400 de Robin) equipes du Thielert Centurion 1.7 , avion amateur Gaz'aile 2 et Dieselis ^{[ 21 ]} . Les motocyclettes a motorisation Diesel ont connu quelques essais sporadiques, mais la production reste soit amateur, soit tres intimiste par de petites entreprises, soit par l'armee mais maintenant abandonnee.

Technologies associees [ modifier | modifier le code ]

L'optimisation des moteurs Diesel au fil des annees a conduit au developpement de technologies nouvelles, en particulier dans les domaines de la combustion et de la depollution . Ce sont elles qui permettent aux constructeurs de passer les normes toujours plus contraignantes en vigueur. Le groupe Volkswagen a ainsi pu homologuer, fin 2008, differents modeles (Q7, Jetta, A4…) aux Etats-Unis, pourtant soumis aux tres severes normes Tier2, Bin5, et LEV 2 en Californie ^{[ f ] , [ 22 ]} (mais il est apparu en 2015, lors de l' affaire Volkswagen , que ces normes n'etaient pas toujours respectees). Ces techniques se sont egalement generalisees aux camions, contraints de respecter les niveaux d'emission Euro 6 depuis le 31 decembre 2013 .

Suralimentation [ modifier | modifier le code ]

La suralimentation est une technique permettant d'ameliorer le rendement du moteur. Elle consiste a augmenter le taux de compression de l'air aspire pour accroitre celui du melange. On utilise pour cela un compresseur, qui augmente la quantite d'air introduite dans le moteur pour une meme quantite de carburant. Cet apport supplementaire en oxygene lutte contre la formation de gaz chauds non propices a la combustion, permettant ainsi d'augmenter le taux de detente des gaz, et donc la puissance engendree, sans pour autant injecter plus de carburant ^{[ 23 ]} . La technique a d'abord fait ses preuves dans l'aviation, ou l'altitude induit une reduction de la densite de l'air entrant (donc de sa teneur en oxygene), mais s'est ensuite repandue a tous les moteurs thermiques.

Il existe un grand nombre de solutions pour comprimer l'air d'admission. On peut citer notamment ^{[ 24 ]}  :

• le compresseur mecanique , entraine par le vilebrequin du moteur, au prix d'un rendement diminue ;
• le turbocompresseur (ou turbo), entraine par une turbine mise en mouvement par le passage des gaz d'echappement, au prix d'un ecoulement gene. Les modeles les plus recents sont ≪ a geometrie variable ≫ (TGV), technologie qui leur permet d'etre plus performants a bas regime ;
• l'echangeur de pression ≪ Comprex ≫ de la marque ABB , ou le vilebrequin entraine un rotor muni de cellules, qui permettent aux gaz d'admission et d'echappement d'echanger alternativement leurs pressions.

Injection directe [ modifier | modifier le code ]

Cette technique consiste a injecter le carburant directement dans la chambre , et non plus en amont comme dans les systemes a injection indirecte. Elle permet de controler precisement la zone ou on injecte le gazole, et d'ainsi optimiser la combustion du melange.

Si l'injection directe existe depuis les debuts du moteur Diesel, elle a longtemps ete reservee aux moteurs lents utilises dans l'industrie, la navale ou les poids lourds. Des raisons techniques (fumees et bruit superieurs, gradient de pression trop eleve) contraignaient a utiliser des pistons tres solides et tres lourds, incompatibles avec des encombrements reduits et des vitesses d'utilisation elevees. Il faut attendre 1986 et le Toyota Land Cruiser HJ61 pour voir le premier moteur Diesel a injection directe (le celebre 12HT) installe sur un vehicule particulier ^{[ 25 ]} . Il sera suivi deux ans plus tard par celui de la Fiat Croma TDid ^{[ g ]} .

De nouveaux dispositifs sont apparus dernierement pour controler plus finement encore la qualite d'injection. Certains moteurs sont ainsi equipes d'injecteurs-pompe, qui regulent la pression d'injection individuellement dans chaque cylindre ^{[ 26 ]} . D'autres utilisent une rampe commune , ou, a l'inverse, la pression est regulee dans un rail, duquel partent tous les injecteurs. Celle-ci est de plus en plus souvent combinee a des injecteurs piezo-electriques , dont le pilotage par impulsions electriques permet une gestion plus fine et decorrelee du vilebrequin ^{[ 27 ]} .

Les moteurs de 2014 offrent une pression d'injection pouvant aller jusqu'a 2 500  bars, contre environ 1 400 pour les premieres rampes communes, et moins de 1 000 pour les moteurs des annees 1980. Associee a un pilotage precis des injecteurs, elle assure une pulverisation du gazole continue, constante et bien repartie, essentielle pour une bonne combustion ^{[ h ] , [ 28 ]} .

Prechauffage [ modifier | modifier le code ]

Le moteur Diesel fonctionnant par auto-allumage a partir d'une certaine temperature, le demarrage a froid est impossible sans l'aide d'un apport de chaleur exterieur. On cree donc, par l'entremise d'une bougie en metal placee a l'interieur de la chambre , un ≪ point chaud ≫ duquel part l' inflammation du melange.

Une alternative consiste a rechauffer l'air admis, a l'aide de systemes qui agissent en amont de la chambre ^{[ 29 ]} . En l'absence ou en complement de ces dispositifs, les constructeurs peuvent enfin reguler les injecteurs pour operer une surcharge d'injection au demarrage.

Pour les moteurs de bateaux a huile lourde, on prechauffe le combustible a une temperature elevee avant d'entamer la procedure de demarrage.

Filtre a particules [ modifier | modifier le code ]

La reduction de la quantite de particules emises depend de la qualite du carburant et de la conception du moteur (amelioration de l'injection, dispositifs a injections multiples,  etc. ). Pour certaines particules difficilement combustibles, un filtre a particules (FAP) peut s'averer necessaire. Cette technologie s'est generalisee a partir de 2009, lors de la mise en place de la norme europeenne d'emissions Euro 5 camions. Elle ne peut cependant pas filtrer les particules les plus fines. Le FAP est donc generalement combine a des catalyseurs le precedant dans la chaine d'echappement, de maniere a ne plus avoir, en theorie, qu'a bloquer les particules les plus grosses et les imbrules ^{[ 30 ]} .

Le probleme majeur d'un FAP est qu'il voit progressivement les particules retenues s'amasser en suies , au risque de bloquer l'element filtrant. Il faut donc proceder regulierement a sa regeneration en brulant ces suies. Si la regeneration du FAP peut avoir lieu toute seule, a vitesse elevee, elle s'opere generalement par une injection de plus dans la chambre en fin de combustion, quand le moteur detecte un excedent de pression sur le FAP. La technique engendre toutefois des emissions supplementaires de NO _x (du fait de l'injection complementaire), et d' HC et CO (dus a la combustion proprement dite des suies). De nouveaux FAP sont a l'etude pour pallier ce probleme, notamment par le biais de nouveaux additifs, de technologies de filtrage plus pointues et du perfectionnement des diagnostics embarques.

En 2005, l'analyse des rejets occasionnes sur deux ans par une flotte de taxis (des Peugeot 607 2.2 HDi equipees de FAP et entretenues selon les recommandations du constructeur), sur cycle MVEG et en situation reelle, montre des niveaux d'emission relativement stables si on ne tient pas compte des phases de regenerations. Celles-ci entrainent, en revanche, une augmentation de plus de 20 % de la consommation, 50 % de NO _x emis en plus, et surtout neuf fois plus de CO. Une analyse des FAP a l'issue des tests montre une faible quantite de metaux pieges dans le filtre, avec une tres forte predominance de sulfate et de soufre . Globalement, l'ADEME estime que, malgre les regenerations impliquees, la presence du FAP aura permis de reduire respectivement de 90 et 95 % la masse et la quantite de particules emises a l'echappement. L'organisme remarque en outre que le cerium , utilise comme additif sur les FAP PSA , reste a 95 % retenu par le filtre ^{[ B 1 ] [ref. non conforme]} .

Recirculation des gaz d'echappement [ modifier | modifier le code ]

Plusieurs systemes coexistent pour lutter contre la formation de NO _x et de particules fines. Le plus courant a ce jour est la recirculation des gaz d'echappement . Il consiste a reintroduire une partie des gaz d'echappement dans le circuit d'admission, apres les avoir refroidis pour eviter une temperature trop elevee dans la chambre de combustion . La vanne qui pilote la portion derivee du collecteur d'echappement peut cependant s'encrasser, notamment a bas regime moteur. Pour contrer cet inconvenient, on peut recourir a un additif ou faire monter le regime moteur, par exemple en circulant sur autoroute ^{[ 31 ] , [ 32 ]} .

Reduction catalytique selective [ modifier | modifier le code ]

Une autre technologie tres repandue est la reduction catalytique selective (ou SCR, en anglais  : selective catalytic reduction ), qui recourt a une solution ureique injectee dans le flux d'echappement. Ce liquide est commercialise dans de plus en plus de stations-service sous les noms ≪  AdBlue  ≫ (marque deposee) en Europe et ≪  Diesel Emission Fluid  ≫ (DEF) aux Etats-Unis.

La catalyse des NO _x est assez delicate, car ils sont relativement stables et peuvent prendre plusieurs heures a se desagreger sous les ultraviolets de la lumiere du jour. Ils produisent alors de l' ozone (O ₃ ), gaz tres irritant, toxique, donc nuisible en basse atmosphere bien qu'indispensable en haute altitude ^{[ 33 ]} . De plus, ce systeme requiert une temperature elevee pour etre efficace, necessitant une plus ou moins longue periode de chauffe selon les conditions exterieures. Ce phenomene pose le probleme de l'adaptation des motorisations thermiques a la circulation urbaine, caracterisee par des trajets plutot courts. C'est pourquoi certains pots catalytiques sont equipes de dispositifs favorisant leur montee en temperature. Pour les vehicules particuliers, les choix technologiques ne sont pas encore figes en 2013. Il est encore possible de voir emerger des choix alternatifs de dosage d' ammoniac (solide SCR ou metal ammine ) ^{[ 34 ]} .

Diagnostic embarque [ modifier | modifier le code ]

Les progres techniques en matiere d'optimisation et de depollution du moteur ne doivent pas faire oublier qu'avec le temps, les systemes employes s'usent et perdent en efficacite. Il est donc necessaire de suivre leur etat afin de les faire controler, voire remplacer si necessaire. Cette situation a conduit les constructeurs a mettre en place une surveillance continue du vehicule, puis d'elargir petit a petit leur champ d'action. Le systeme de diagnostic embarque verifie en permanence le fonctionnement des differents dispositifs : sondes, capteurs , actionneurs , systeme d'injection, catalyseur,  etc. Si une anomalie risquant d'augmenter les emissions est detectee, il affiche une alerte (un indicateur lumineux d'anomalie   (en) ) au niveau du tableau de bord de maniere a pousser le conducteur a faire verifier son vehicule. Cela permet en theorie de maintenir les systemes a un etat optimal et, donc, d'en limiter les pertes de performances en matiere d'emissions ^{[ 35 ]} .

Avantages [ modifier | modifier le code ]

Rendement [ modifier | modifier le code ]

Les raisons du succes du moteur Diesel dans l'automobile, au-dela d'avantages fiscaux qui relevent de choix plutot politiques que techniques, tiennent essentiellement a son rendement superieur a celui du moteur a essence du fait d'un taux de compression plus eleve. En resulte une consommation volumique de carburant plus faible que dans un moteur essence .

Le rendement du moteur Diesel profite encore de l'apport de technologies comme la suralimentation ou l' injection directe , combinees a une pulverisation plus fine et mieux controlee du gazole dans la chambre de combustion et a une gestion plus precise des ouvertures et fermetures des soupapes ^{[ B 2 ] [ref. non conforme]} .

Robustesse [ modifier | modifier le code ]

Le moteur Diesel peut bruler de l' huile vegetale a la place du gazole. Pendant la Seconde Guerre mondiale , devant la penurie de petrole, des recherches ont d'abord ete menees pour developper l'huile vegetale en tant que carburant alternatif, mais elles finiront par etre abandonnees face a la concurrence du bois et au reapprovisionnement progressif en petrole ^{[ 36 ]} .

Il est aujourd'hui possible de faire usage d'un tel carburant dans une automobile de tourisme, a condition d'adapter son circuit d'alimentation et de surveiller son entretien, l'huile vegetale presentant par rapport au gazole une plus grande viscosite, un indice de cetane plus bas et des impuretes specifiques ^{[ 37 ]} . De nouveaux carburants a base vegetale transformes et raffines sont par ailleurs en cours d'etude, comme le diester et le NExBTL, mais ils restent encore couteux a mettre en œuvre compares aux huiles vegetales brutes recyclees ^{[ 38 ]} .

L'utilisation d'huile vegetale pure en guise de carburant est toleree dans de nombreux pays, notamment en Allemagne, mais reste a ce jour interdite en France ^{[ 39 ]} .

Les poids lourds ^{[ i ]} peuvent egalement recourir a une emulsion d'eau dans le gazole (de l'ordre de 10 a 15 % du melange ^{[ref. necessaire]} ). D'une part, les gouttes de carburant injectees dans la chambre de combustion voient leur taille diminuer, ce qui conduit a une meilleure combustion, et donc moins de particules rejetees ^{[ref. necessaire]} . De l'autre, la presence d'eau dans la chambre reduit sa temperature, limitant ainsi l'emission de NO _x . La technique impose toutefois un moteur suffisamment robuste (materiaux resistant a l'oxydation generee par l'eau, systeme d'injection adapte) et entraine une augmentation de la consommation ^{[ B 1 ] [ref. non conforme]} .

Progres en depollution [ modifier | modifier le code ]

De meme que les autres systemes de motorisation, le moteur Diesel a connu des ameliorations au cours des dernieres decennies. L'avantage principal de ce type de moteur est de produire a consommation egale, du fait de son rendement superieur, des emissions de CO ₂ de l'ordre de 10 % plus faibles que son equivalent essence ^{[ 40 ]} . Il engendre egalement moins de monoxyde de carbone (qui s'oxyde rapidement en dioxyde de carbone dans l'atmosphere) et d'hydrocarbures imbrules que les moteurs a essence. L'arrivee progressive des filtres a particules et des systemes SCR et EGR a contribue en outre a limiter les emissions de NO _x et de particules fines, meme si celles-ci restent beaucoup plus elevees que sur les moteurs a essence ^{[ 41 ]} .

Roger O. McClellan ^{[ 42 ]} , Thomas W. Hesterberg ^{[ 42 ] , [ 43 ]} et John C. Wall ^{[ 44 ]} , chercheurs travaillant ou ayant travaille pour l'industrie du Diesel ^{[ 45 ]} , mettent en avant les progres realises par cette technologie pour demander une reevaluation des risques qu'elle fait peser sur la sante des populations ^{[ 46 ]} .

Fiscalite [ modifier | modifier le code ]

En France, le carburant pour moteur Diesel profite d'une fiscalite avantageuse depuis l'epoque de l' apres-guerre . Il s'agissait alors de favoriser les transports routiers, l'agriculture et l'artisanat, qui avaient particulierement recours a cette motorisation. Au cours des annees 1980, les constructeurs de voiture de tourisme se lancent a leur tour a la suite du deuxieme choc petrolier . L'expertise de Peugeot en la matiere, et le choix de Renault de developper a son tour cette technologie, conduisent l' Etat francais a poursuivre sa politique de soutien envers le carburant pour moteur Diesel. Au debut des annees 2000, la TIPP (devenue TICPE ) par litre de gazole etait inferieure d'un tiers a celle sur le super sans plomb, mais cet ecart tend a se reduire ; la taxe sur les vehicules de societes (TVS) est egalement plus faible pour les vehicules a moteur Diesel, car elle est indexee sur les rejets de CO ₂ (moins eleves a puissance egale, du fait du meilleur rendement du moteur Diesel) ^{[ 47 ]} . Une seconde composante a toutefois ete ajoutee a la TVS a compter du 1 ^er octobre 2013 afin de prendre en compte les emissions de polluants atmospheriques. Calculee sur la base de l'annee de mise en circulation du vehicule et du type de motorisation, cette seconde composante penalise les vehicules a moteur Diesel, notamment les plus anciens ^{[ 48 ]} .

Depuis 2002, chaque modification des baremes de la fiscalite sur les carburants a ete l'occasion de legerement reduire l'ecart de fiscalite entre gazole et essence. Cette reduction a ete sensible notamment en 2004 et en 2015. Les voix de plus en plus nombreuses a s'elever contre ce carburant, notamment en raison de ses emissions de particules fines, amenent le gouvernement a en relever les taxes. Le scandale de l' affaire Volkswagen , en septembre 2015 , entre autres, confirme l' Etat francais dans ses choix : il annonce en octobre ≪ un rapprochement en cinq ans entre le prix du gazole et celui de l'essence ≫ , en commencant par deux augmentations successives de 0,02  €/L , en 2016 puis en 2017 ^{[ 49 ]} . S'il conserve encore l'avantage en matiere de fiscalite (la taxe sur le gazole reste inferieure de 21 % a celle sur l'essence en 2016), les ecarts de fiscalite sur ces deux principaux carburants tendent ainsi a se reduire ^{[ 50 ]} .

Le carburant pour moteur Diesel permet aux entreprises de beneficier d'un avantage important, a savoir la recuperation de la TVA. Le gouvernement a decide de faire beneficier progressivement l'essence de cet avantage : alors que le taux de recuperation de la TVA pour les achats d'essence etait nul en 2016, il augmente legerement en 2017 et en 2018 pour atteindre, en 2022, le meme taux de recuperation que le carburant Diesel, selon un bareme evolutif.

Les gros vehicules a moteur Diesel sont par ailleurs soumis a un malus plus faible que les vehicules a essence de meme puissance dans le cadre du bonus-malus ecologique , car ils emettent moins de CO ₂ . Ils pouvaient meme, initialement, faire l'objet d'un bonus, notamment les vehicules hybrides Diesel-electriques, mais cette disposition a ete supprimee ^{[ 51 ]} . Au contraire, les acheteurs de vehicules electriques ou hybrides peuvent beneficier d'un bonus supplementaire si leur achat s'accompagne de la mise au rebut d'un vehicule Diesel ancien ^{[ 52 ]} .

Dans l'industrie de la plaisance , le moteur Diesel beneficie d'un avantage de 30 % dans le calcul du DAFN (Droit annuel de francisation et de navigation) ^{[ j ]} jusqu'en 2013, date a laquelle la formule est modifiee pour effacer toute difference avec l'essence ^{[ 53 ] , [ 54 ]} .

Inconvenients techniques [ modifier | modifier le code ]

Poids Les premiers moteurs Diesel etaient beaucoup plus lourds, bruyants et bien moins puissants que leurs homologues a essence. Ces inconvenients ont ete partiellement elimines sur les vehicules modernes grace, en particulier, au turbocompresseur a geometrie variable, a l' injection directe a rampe commune ou a l' injection tres haute pression . Cependant, a puissance egale, ces moteurs restent plus lourds que leurs homologues a essence du fait des contraintes mecaniques et thermiques plus elevees.

Souplesse La plage de vitesse de rotation du moteur Diesel etant plus reduite que celle d'un moteur a essence, il a besoin pour une utilisation automobile de plus de rapports dans la boite de vitesse. De plus le meilleur rendement ainsi que sa pollution au CO ₂ minimale est generalement obtenu dans une fourchette assez etroite de vitesses de rotation et de temperature, le cantonnant theoriquement a une utilisation continue a vitesse constante ou a une utilisation statique.

Pollution et toxicite [ modifier | modifier le code ]

Nature des emissions [ modifier | modifier le code ]

Gaz et particules fines [ modifier | modifier le code ]

Du fait de son principe meme, qui impose, pour un rendement optimal, une forte presence d'air dans la chambre et de hautes pressions et temperatures, le moteur Diesel induit un certain nombre de reactions chimiques indesirables qui conduisent a l'apparition et au rejet de particules et de gaz nocifs. D'une part, la reaction entre l'oxygene et l'azote presents dans l'air engendre l'apparition d' oxydes d'azote (NO _x ). De l'autre, les noyaux de carbone engendres par la combustion se combinent a l'oxygene et aux diverses impuretes contenues dans le gazole pour former des particules, tels les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et des composes oxygenes comme les aldehydes . Ces phenomenes sont d'autant plus importants que la concentration en air et la temperature de la chambre sont eleves. S'ajoute encore dans les gaz d'echappement la presence de metaux et d' hydrocarbures imbrules.

Une etude de 2005 menee par l' ADEME a tente de dresser la liste et la composition des emissions dues a des vehicules equipes de moteurs Diesel. Le premier constat est que le nombre et le volume de particules emises suivent chacun une loi normale fonction de leur diametre, centree sur une moyenne respectivement de 100 et 250  nm . Certaines peuvent aller jusqu'a la taille de nanoparticules , mais ce sont les plus grosses qui ressortent par leur teneur non negligeable en douze types de metaux, et cinq des 17 HAP classes comme polluants prioritaires par l' EPA , dont du benzanthracene , considere par l'agence americaine comme a fort risque cancerogene ^{[ k ]} . Certains de ces rejets sont dus a la combustion, d'autres a l'usure du moteur. Certains, enfin, comme le zinc ou le manganese , se retrouvent aussi dans les particules plus fines en raison de leur presence dans les additifs du carburant et des lubrifiants. Plus generalement, de nombreux facteurs concernant la qualite du gazole peuvent accroitre la presence de particules : densite , compressibilite , viscosite , indice de cetane , teneur en polyaromatiques et en composes naphteniques . A l'inverse, une quantite importante de composes oxygenes limite l'emission de particules. L'etude remarque en outre l'impact positif notable qu'offrent les systemes de depollution, comme les catalyseurs ou les FAP ^{[ B 3 ] [ref. non conforme]} .

Une analyse complementaire de l'ADEME rapporte que les hydrocarbures rejetes se composent essentiellement d' ethane , d' ethylene et d'hydrocarbures legers. Elle etablit egalement que les aldehydes emis sont en majorite du formaldehyde , classe comme cancerigene avere par le CIRC . L'agence ne fournit cependant pas les quantites mesurees et, surtout, precise que l'utilisation du FAP en reduit la quasi-totalite emise (les restantes provenant pour l'essentiel des phases de demarrage a froid) ^{[ B 1 ] [ref. non conforme]} .

Les normes europeennes d'emissions ont ete progressivement durcies : alors que l' Euro 1 de 1993 plafonnait les particules fines a 140  mg/km et groupait NO _x et hydrocarbures imbrules sous une limite de 970  mg/km , l' Euro 6b de 2015 passe ces maxima respectivement a 4,5  mg/km (avec dorenavant une limite en nombre de 6 ×?10 ¹¹   /km ) et 170  mg/km , dont 80  mg/km specifiquement de NO _x ). Il n'existe toujours aucun plafond pour le cas particulier des NO ₂ ^{[ 55 ]} . Des tests realises sur 52 vehicules equipes de moteurs Diesel et reproduisant les conditions reelles de conduite sur route ont toutefois revele qu'aucun des modeles testes ne respectait les regles relatives aux emissions de CO ₂ et de NO _x qui prevalaient lors de leur mise sur le marche. Les emissions d'oxydes d'azote, notamment, etaient de cinq a dix fois superieures aux limites autorisees par les normes Euro 5 ou 6 (selon les modeles) ^{[ 56 ]} .

Oxydes d'azote [ modifier | modifier le code ]

Les normes europeennes d'emissions fixent un niveau maximal pour les oxydes d'azote emis par les nouveaux vehicules Diesel mis sur le marche. En 2022, la limite est de 0,4  g/kWh pour les camions et les bus et de 0,08  g/km pour les voitures particulieres, selon la norme Euro 6 .

On distingue le NO ₂ des autres oxydes d'azote (NO _x ). Sur les muqueuses nasales, de la sphere ORL et des poumons , il se combine avec l'humidite et y forme de l' acide nitrique . La part de NO ₂ est plus importante pour les vehicules a moteurs Diesel que pour ceux utilisant l'essence de norme Euro equivalente. Le dioxyde d'azote n'est pas pris en compte en tant que tel dans ces normes d'emission ^{[ 57 ]} , qui fixent des seuils pour l'ensemble des NO _x .

En juin 2009 , l' Agence americaine de protection de l'environnement (EPA) a propose, sur des bases scientifiques, de durcir la reglementation sur les emissions de NO ₂ par les vehicules ^{[ 58 ]} avec :

• une valeur limite horaire en NO ₂ qui n'existait pas aux Etats-Unis et pourrait etre comprise entre 80 et 100  parties par milliard (ppb) ;
• le maintien d'une concentration moyenne annuelle sous 53  ppb (norme en vigueur depuis 1971) ;
• une surveillance obligatoire des taux de NO ₂ dans une bande de 50 metres autour des principaux axes routiers urbains dans les villes de 350 000 habitants (jusqu'en 2009, ce controle n'etait, dans ce pays, pratique que dans quelques villes de plus d'un million d'habitants).

En France, en 2009, les emissions de NO ₂ des moteurs Diesel n'ayant pas diminue depuis plus de dix ans (des annees 1995 a 2009), l' Agence francaise de securite sanitaire de l'environnement et du travail (AFSSET) ^{[ 59 ]} a appele ? sans attendre les futures normes europeennes ? a reduire ces emissions ^{[ 59 ]} .

Les pots catalytiques se developpent, de meme depuis 2009 que le filtre a particules (FAP) sur les nouveaux moteurs Diesel. Or, les catalyseurs mais aussi certains FAP (FAP dits ≪ catalyses ≫ et non les FAP dits ≪ additives ≫), s'ils permettent la ≪ combustion ≫ de suies fines dans le filtre ou le pot catalytique, ont pour effet paradoxal d'encore accroitre les emissions de NO ₂ ^{[ 59 ]} . L'addition de platine , notamment dans le Diesel oxydation catalyst (DOC) positionne en amont du filtre a particules (FAP), genere du NO ₂ ^{[ 59 ]} qui va contribuer a la regeneration dite ≪ passive ≫ des filtres a particules, mais pollue.

L'AFSSET alerte sur le fait que si au moins 30 % des filtres installes dans les annees a venir sont de type ≪ non polluants ≫, alors les taux de NO ₂ emis par les vehicules legers devraient diminuer entre 2009 et 2014, mais si moins de 30 % des filtres poses le sont, le NO ₂ augmentera encore ^{[ 59 ]} .

L'AFSSET a donc recommande mi-2009 ^{[ 59 ]}  :

• que les flottes captives (bus, utilitaires, taxis) soient equipees de filtres moins polluants en NO ₂ (ce que proposait aussi le Plan national sante-environnement , PNSE II) ;
• de faire du NO ₂ un critere obligatoire des nouvelles reglementations sur les emissions des vehicules, au lieu de ne se baser que sur la somme des oxydes d'azote (NO _x ) ;
• de creer un outil d'evaluation de l'efficacite des techniques de controle des emissions Diesel ;
• de faire des recherches en toxicologie sur l'impact des emissions Diesel.

A partir de mai 2015 , des etudes montrent que les systemes de depollution des voitures de derniere generation, devant respecter la norme Euro 6, ne fonctionnent generalement pas au plein de leur capacite, les industriels ayant choisi d'en limiter l'efficacite au seul respect des tests d'homologation europeens. L'etude faite par l'association d'industriels AECC, qui regroupe des fabricants de systeme de depollution, se base sur les tests d'une grande routiere, equipee d'un systeme de depollution SCR , systeme le plus avance adopte par BMW, Mercedes, PSA ou Volkswagen, tests realises sur une distance de 107  km a une vitesse moyenne de 57   km/h , avec une methodologie de test embarque qui sera appliquee en 2017 en Europe sous le nom de RDE, configuration plus realiste que le cycle officiel (NEDC) qui teste la voiture sur 11  km a peine, a 33   km/h . Ce test montre que, alors que la voiture emet en theorie, selon NEDC, 70  mg/km de NO _x , le score reel est de 272  mg/km , soit 3,4 fois plus que la norme Euro 6  ; or, les auteurs de l'etude ont obtenu une emission de 111  mg/km seulement en programmant une injection plus frequente d' AdBlue , liquide a base d' uree qui permet de convertir les NO _x en eau et en azote  ; mais cela necessite de remplir le reservoir d'AdBlue tous les 7 000 a 8 000  km . Les constructeurs ont prefere se limiter au simple respect de la norme Euro 6 afin que les clients n'aient a faire remplir ce reservoir que tous les 20 000  km ^{[ 60 ]} .

Les oxydes d'azote sont des precurseurs de la pollution a l' ozone , surtout par temps ensoleille et lors de canicules ^{[ 61 ]} et par temps brumeux (comme lors du smog de janvier 2013 a Pekin ^{[ 62 ]} ). Ils contribuent a la production de sulfates quand l'activite photochimique est reduite ^{[ 62 ]} .

Effets sur la sante [ modifier | modifier le code ]

Les emanations gazeuses (CO, CO ₂ , NO ₂ , toluene ^{[ 63 ]} , benzene ^{[ 64 ] , [ 65 ]} , divers autres COV ^{[ 66 ]} et HAP ^{[ 67 ]} , ainsi que des NOx ^{[ 68 ]} ) et particulaires des moteurs Diesel sont nocives pour la sante.

Elles sont source d'insuffisances respiratoires et de certains cancers (une hausse du taux de particules fines (PM 2.5) de 5  μg/m ³ augmente le risque de cancer du poumon de 18 %, et une hausse de 10  μg/m ³ des plus grosses particules (PM10) augmente ce risque de 22 %. Ce risque augmenterait meme de 50 % pour l' adenocarcinome pulmonaire . Le risque est identique chez les fumeurs et les non-fumeurs. Il ne semble pas exister de seuil sous lequel il n'y aurait plus de risque ^{[ 69 ] , [ 70 ] , [ 71 ] , [ 72 ] , [ 73 ] , [ 74 ]} .

Les particules en suspension emises par les pots d'echappement de moteurs Diesel peuvent etre inhalees et se deposer dans les voies respiratoires, plus ou moins profondement selon leur taille. Le risque de toxicite varie selon le sujet touche et le type de particule inhalees, mais reste reel meme en presence de faibles concentrations. Les particules les plus fines sont considerees comme les plus dangereuses car leur petite taille leur permet de penetrer plus profondement, jusque dans les alveoles pulmonaires . L'impact sanitaire associe va de complications respiratoires tel l' asthme a un risque accru d'apparition de cancers ^{[ B 2 ] [ref. non conforme]} .

Le pneumologue Michel Aubier etait intervenu dans les medias en minimisant la nocivite des emissions du Diesel, et avait ete auditionne en tant qu'expert, le 16 avril 2015 , par une commission d'enquete du Senat sur le cout de la pollution atmospherique en declarant ≪ n'avoir aucun lien d'interet avec les acteurs economiques ≫. Il a reconnu, le 17 mars 2016 , devant la meme commission, avoir recu du petrolier Total cinquante mille a soixante mille euros par an depuis la fin des annees 1990. Liberation et Le Canard enchaine avaient revele, la veille, que le professeur exercait depuis 1997 les fonctions de medecin-conseil pour Total, charge de conseiller les cadres dirigeants du groupe en cas de problemes de sante ^{[ 75 ]} .

Une etude de la revue Nature publiee en mai 2017 estime que 38 000 deces prematures en 2015 dans le monde ont ete causes par le depassement des normes en vigueur dans chaque pays par les vehicules Diesel, principalement dans les pays de l'Union europeenne, en Chine et en Inde ^{[ 76 ]} .

En Allemagne , en fevrier 2018 , le Tribunal administratif federal a ouvert la voie aux interdictions des vieux vehicules a moteur Diesel dans les grandes villes. Excepte les vehicules repondant a la Euro 6 , plus de neuf millions de vehicules Diesel aux normes plus anciennes, Euro 4 et Euro 5 notamment, sont concernes. Plusieurs grandes villes avaient decide d'interdire ces vehicules anciens, mais le lobby de l'automobile avait demande l'annulation de ces interdictions. L'association de protection de l'environnement Deutsche Umwelthilfe (DUH) est a l'origine de ces interdictions, soulignant que les niveaux de particules enregistres n'etaient pas conformes aux normes europeennes d'emissions d'oxyde d'azote (NOx). L'arret de la cour autorise les grandes villes a prononcer de telles interdictions mais impose une mise en œuvre progressive et prevoit des exceptions pour les artisans ^{[ 77 ] , [ 78 ]} .

Cancers [ modifier | modifier le code ]

Les emissions des moteurs Diesel sont classees depuis 2012 dans la categorie des cancerigenes certains par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC).

Le caractere toxique et surtout cancerigene des emissions du moteur Diesel etait depuis longtemps debattu. Les moteurs d'avant les annees 1980 ont progressivement inquiete du fait de leur impact visuel (fumees opaques et noires) et leur potentiel risque sanitaire pour l'homme. Les recherches se sont intensifiees, prouvant que les particules qu'ils degageaient s'averaient souvent mutagenes , et donc possiblement cancerigenes .

L' INSERM a realise, en 2008, une synthese de la quarantaine d'etudes ayant analyse l'effet cancerigene du Diesel depuis les annees 1980. Toutes portent sur des sujets exposes professionnellement aux fumees du gazole : conducteurs de bus, taxis, poids lourds ou locomotives, et mecaniciens associes. Les resultats concluent a des risques accrus, souvent de maniere significative, d'apparition de cancers du poumon. Une relation semble egalement se reveler entre ces risques et la duree d'exposition aux emissions. L'institut met toutefois en garde sur les probables perturbations induites par la consommation de tabac et l'exposition a l'amiante. Si un debat epidemiologique est en cours pour mesurer l'impact de ces deux elements, l'INSERM estime malgre tout qu'il ne peut suffire a changer drastiquement les conclusions. Reprenant les termes de l' EPA , co-responsable de l'etude, il conclut que ≪ le fait que les fumees Diesel augmentent le risque de cancer du poumon chez l'homme est tres plausible sur le plan biologique ≫ ^{[ 79 ]} .

En 2012, le CIRC, qui classait depuis 1988 les emissions Diesel parmi les cancerigenes probables pour l'homme (groupe 2A), a modifie son evaluation et les classe desormais dans la categorie des cancerigenes certains (groupe 1). Selon l'agence pour le cancer de l' OMS , ≪ les preuves scientifiques sont irrefutables (...) : les emanations des moteurs Diesel causent des cancers du poumon  ≫ . L'agence s'inquiete aussi d'une association possible avec le cancer de la vessie ^{[ 80 ]} .

Difficultes respiratoires [ modifier | modifier le code ]

Les oxydes d'azote sont des gaz tres toxiques, notamment le NO ₂ . Ils penetrent dans les poumons, irritent les bronches et reduisent la capacite du sang a oxygener les cellules. Ils sont particulierement nocifs pour les enfants et les asthmatiques ^{[ 81 ] , [ 82 ]} .

Les particules fines, outre leur effet sur le risque de cancer, peuvent etre a l'origine d'autres maladies, comme l'asthme et la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) ^{[ 83 ]} .

L'ozone produit par transformation des oxydes d'azote par temps chaud sous l'effet des rayons ultraviolets du soleil est aussi un gaz irritant pour les bronches, le nez, la gorge et les yeux ^{[ 84 ]} .

Professions a risque [ modifier | modifier le code ]

Le Diesel cause un risque accru de deces chez les cheminots . Les lieux les plus exposes sont les tunnels routiers ou ferroviaires, certains lieux industriels dont lieux de travail confines ( garages , docks) ou souterrains, miniers en particulier ^{[ 85 ] , [ 86 ]} . Il cause des troubles respiratoires ou il les aggrave, avec des symptomes souvent chroniques chez certains automobilistes et chez les habitants ou travailleurs des zones ou la circulation est dense.

Aux Etats-Unis , environ 1,4 million de travailleurs etaient chroniquement exposes aux particules des moteurs Diesel de 1981 a 1983 ; et 3 millions dans l'Europe des quinze, de 1990 a 1993 ^{[ 85 ]} . En 2012, le lobby minier Americain Mining Awareness Resource Groupe s'est oppose a la publication d'etudes sur les effets sur la sante des mineurs des gaz d'echappement des moteurs Diesel ^{[ 87 ]} .

Morts prematurees [ modifier | modifier le code ]

En 2015 dans le monde, 47 % des 385 000 morts prematurees etaient dus a la pollution de l'air par les vehicules a moteur Diesel (individuels, publics, industriels, fluviaux ou engins agricoles ou industriels, hors transport maritime), selon une etude recente (2019) faite par deux universites americaines et l'ICCT (ONG qui a revele le "dieselgate") ^{[ 88 ] , [ 89 ]} . Le cout (supplementaire) de ces annees de vies perdues a ete estime a environ mille milliards de dollars pour la societe ^{[ 90 ]} .

La France, l’Allemagne, l’Italie et l'Inde en etaient les premieres victimes, avec 66 % des deces prematures induits par les transports. Ce taux est de 36 % au Royaume-Uni et de 32 % au Japon. Si on ajoute les effets de l’ozone et des PM _2,5 , les transports causent 11 % des 3,4 millions de morts prematurees dues a la pollution induite, soit 114 000 morts prematurees en Chine et 74 000 en Inde ^{[ 90 ]} . Ce chiffre est de 13 000 pour l'Allemagne, 6 400 pour la France et 22 000 pour les Etats-Unis, soit respectivement 31 %, 32 % et 19 % des deces attribues au total a la pollution de l'air. L’Allemagne paye le plus lourd tribut avec 17 morts prematurees pour 100 000 habitants, soit le triple de la moyenne mondiale. Pour ce qui est des villes, Milan, Turin, Stuttgart, Kiev, Cologne, Berlin et Londres sont parmi les plus touchees en nombre d’annees de vies perdues ^{[ 90 ]} . Pour ce qui est du nombre de morts, Guangzhou est la plus touchee en Asie et Milan, Cologne, Paris et Londres en Europe ^{[ 91 ]} . Ces chiffres sont sous-estimes en matiere de sante publique , notent les auteurs de l’etude car, pour des raisons methodologiques, plusieurs types d'emissions polluantes ne sont pas pris en compte (diesels marins, par exemple, alors que 80 % des tonnes transportees le sont par le transport maritime), ni certaines maladies potentiellement associees a la pollution ^{[ 90 ]} . Un effet pervers des decisions prises apres le scandale Volkswagen, decisions encourageant l'achat de vehicules non Diesel, est que de nombreuses voitures Diesel de plus de 5 ans ont ete brutalement exportees, entre autres par l'Allemagne, et vendues dans les pays de l'Est ou en Afrique (a titre d'exemple : selon Hristo Hristov de l'Association bulgare des importateurs de vehicules, en 2017 ce sont 280 000 voitures au Diesel allemandes qui ont ete revendues d'occasion en Bulgarie, Diesel pour plus de 40 %) ^{[ 92 ]} . Elles y auront potentiellement une longue duree de vie, et a leur arrivee dans les pays de l'Est, elles sont souvent delestees du contenu de leurs pots catalytiques ( metaux precieux pouvant etre revendus) ^{[ 92 ]} . Elles sont alors encore plus durablement et gravement polluantes - localement et pour la troposphere bien au-dela des frontieres de ces pays) ^{[ 92 ]} .

Effets sur l'environnement [ modifier | modifier le code ]

Le fonctionnement de moteur Diesel a differentes consequences sur l'environnement :

Rechauffement climatique, pluies acides Les oxydes d'azote sont des precurseurs de l' ozone , un gaz a effet de serre qui contribue au rechauffement climatique . Par ailleurs, le NO ₂ reagit au contact de l'eau pour former de l' acide nitrique , conduisant a un phenomene d' eutrophisation des lacs et cours d'eau et a la formation de pluies acides ^{[ 93 ]} . Les rejets soufres des moteurs Diesel etaient precedemment un facteur important de la formation de pluies acides, mais la reglementation limite desormais la quantite de soufre dans le gazole.

Bruit La reduction du niveau sonore de fonctionnement depend beaucoup de la gestion de l'injection et des dispositifs d' insonorisation , neanmoins, des progres sont encore a faire, les moteurs Diesel etant toujours plus bruyants que ceux a essence du fait des taux de compression eleves qui generent des contraintes mecaniques importantes.

Odeurs Les odeurs caracteristiques des gaz d'echappement des moteurs Diesel sont dues a un ensemble complexe de composes organiques tels que les indoles , furanes et phenols .

Evolution des carburants [ modifier | modifier le code ]

Une premiere amelioration des carburants destines aux moteurs Diesel (gazole, fiouls) a consiste en l'abaissement progressif, dans tous les pays, de leur teneur en soufre , ce qui a reduit l'emission de derives soufres acides et polluants. Aujourd'hui, la reglementation europeenne exige que le gazole, routier ou non routier, contienne moins de 10  mg/kg de soufre. Toutefois, cette amelioration a un cout energetique et environnemental : la desulfuration du gazole requiert un traitement a l'hydrogene et la production d'hydrogene est elle-meme une source importante d'emissions de CO ₂ dans l'atmosphere ^{[ 94 ] , [ 95 ]} .

Le lien entre la presence dans le carburant d'hydrocarbures naphteniques et aromatiques, et particulierement d' hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), et la formation de particules etant avere, la reglementation a limite a 8,0 %, en masse, la teneur en composes aromatiques polycycliques du gazole. On sait aussi que l'ajout de composes oxygenes ameliore la qualite de la combustion et diminue la production de particules ; il est prevu d'incorporer des methyl-esters d'acides gras (EMHV) au gazole, mais a hauteur maximale de 7,0 %, en volume, sans qu'une teneur minimale soit fixee.

Certains ^[Qui ?] imaginent une limitation plus stricte de la teneur en composes aromatiques ou l'obligation d'introduire une certaine proportion de composes oxygenes. Toutefois, de fortes difficultes se font jour : eliminer les aromatiques par extraction serait bien plus difficile dans le gazole que dans l'essence ; les hydrogener par hydrotraitement consommerait enormement d'hydrogene, pour les transformer en naphteniques qui ne valent guere mieux. Une bonne facon de limiter la teneur en aromatiques (en meme temps que d'elever l' indice de cetane et d'ameliorer la tenue au froid) serait de davantage recourir a l' hydrocraquage pour l'obtention de gazole, mais ceci requiert des investissements eleves. Par ailleurs, les petroliers demeurent hostiles a l'incorporation de produits oxygenes dans les carburants.

A plus longue echeance, si les procedes gas to liquids se developpent, le gazole issu du procede Fischer-Tropsch suivi d' hydroisomerisation fournirait un gazole totalement paraffinique, donc a tres haut indice de cetane, le degre d'isomerisation permettant de controler la tenue au froid. Une telle composition reduirait fortement les emissions de particules. Il est egalement envisage d'utiliser le methoxymethane , plus connu sous la designation de dimethyl-ether (DME), comme carburant pour moteurs Diesel, du fait de son indice de cetane eleve (55, a comparer a celui du gazole, de 51 au minimum). Sa formule semi-developpee CH ₃ OCH ₃ met en evidence qu'il s'agit d'un produit leger, a chaine carbonee courte et depourvue de cycle aromatique, et de surcroit oxygene. La qualite de la combustion serait tout autre, qu'il s'agisse des particules et imbrules de toutes sortes ou des NO _x .

Ces carburants synthetiques sont pour l'instant principalement produits a partir de combustibles fossiles et leur synthese induit elle-meme une consommation energetique et une emission de CO ₂ ?: un bilan global implique de comptabiliser l'ensemble de la depense energetique et des emissions de la filiere, et pas uniquement ce que le consommateur final est a meme de percevoir et de concevoir. Mais on peut envisager de generer le gaz de synthese alimentant le procede Fischer-Tropsch a partir de biomasse et le DME fait partie des possibles biocarburants de seconde generation, qui pourraient se contenter de lignocellulose comme matiere premiere ^{[ 96 ]} .

Des etudes sont faites au XXI ^e  siecle par les constructeurs pour adapter les gros moteurs des navires de transport maritime en vue d'utiliser de l' ammoniac au lieu d'hydrocarbures ; l'avantage attendu est l'absence de carbone dans les gaz d'echappement puisqu'il n'y a en a pas dans ce carburant ^{[ 97 ] , [ 98 ] , [ 99 ] , [ 100 ] , [ 101 ]} .

Denominations commerciales des moteurs Diesel automobile [ modifier | modifier le code ]

Voici la liste des differentes appellations donnees aux moteurs Diesel modernes (injecteurs pompes ou rampe commune) selon les marques qui les commercialisent :

Competition automobile [ modifier | modifier le code ]

Audi a remporte cinq fois les 24 Heures du Mans en 2006 , 2007 , 2008 , 2010 et 2011 grace a l' Audi R10 TDI equipee d'un moteur V12 TDI (Turbo Diesel a injection directe), l' Audi R15+ TDI equipee du V10 TDI et l' Audi R18 TDI .

Lors de l'edition des 24 Heures du Mans 2007, Peugeot a engage a son tour un vehicule equipe d'un moteur Diesel, la Peugeot 908 HDi FAP . Elle est equipee d'un moteur V12 HDi developpant environ 700 chevaux. L'une des deux Peugeot au depart s'est classee en seconde position.

Sur la lancee victorieuse des motorisations Diesel de son concurrent direct Audi, le constructeur Peugeot realise un double devant Audi avec ses 908 Diesel a l'edition des 24 Heures du Mans 2009 et gagne le Petit Le Mans aux Etats-Unis .

La Peugeot 908 HDi FAP, malgre sa debacle aux 24 Heures du Mans 2010 (quatre voitures engagees, quatre abandons), remporte les 12 Heures de Sebring et la course Petit Le Mans en 2010. En 2011, elle remporte a nouveau les 12 Heures de Sebring (s'agissant toujours de la 908 HDi FAP datant de 2010 et engagee par Oreca , car Peugeot engage la nouvelle 908 et disposant d'un V8 de 3,7   L de cylindree developpant 550 chevaux (puissances revues a la baisse par le reglement) et Petit Le Mans .

La domination de ces moteurs Diesel durant les 24 Heures du Mans a fait l'objet de nombreuses controverses. Explicitement, celle-ci etait surtout due a des arrets aux stands moins frequents en raison d'une consommation inferieure a celle des moteurs a essence, ainsi qu'au couple eleve que generent ces moteurs (un V12 TDI dont la puissance maximale est atteinte a 4 100   tr/min (soit une vitesse angulaire ${\displaystyle \omega }$ de 429  rad/s ) environ, avec une puissance P de 474  kW ( 644   ch ), fournit un couple C = P / ${\displaystyle \omega }$ = 474 000/429 = ~1 100  N m ) (ce calcul de couple est approximatif mais demontre le phenomene autour de ces moteurs), qui permet des accelerations superieures aux essence. Mais implicitement, leur domination est aussi due a leur valorisation, par rapport aux moteurs essence, de la part de l' Automobile Club de l'Ouest (ACO), l'organisateur des 24 Heures du Mans. Ces problemes d'equivalence essence/Diesel au niveau des reglements techniques sont remis a plat par l'ACO et la FIA pour la saison 2012 ^{[ 103 ]} qui verra notamment la renaissance d'un Championnat du monde d'endurance FIA .

A partir de la saison 2012, Audi et Peugeot envisagent de meler la motorisation Diesel a une motorisation electrique, creant ainsi un bolide de competition hybride.

Les tentatives d'insertion des motorisations Diesel en competition font echo aux chiffres de ventes de ces motorisations face aux motorisations a essence en Europe. Les constructeurs automobiles cherchent a promouvoir l'image d'un Diesel plus interessant economiquement que l'essence, sous l'influence tres marquee des incitations gouvernementales (taxes moindres sur les carburants Diesel…).

Records de vitesse [ modifier | modifier le code ]

• 25 aout 1973  : l'Americain Virgil Snyder decroche le record de vitesse sur vehicule Diesel a bord du Thermo King Streamliner , sur la plaine salee de Bonneville dans l' Utah , a une vitesse de 379,413   km/h .
• 22 aout 2006  : trente-trois ans plus tard, sur le meme site, le pilote anglais Andy Green bat enfin le record, a bord de son JCB Dieselmax   (en) (vehicule de neuf metres equipe de deux moteurs Diesel de 750   ch chacun), avec une vitesse chronometree a 529,099   km/h ^{[ 104 ]} . Il ameliore sa performance des le lendemain, avec une vitesse cette fois portee a 563,418   km/h ^{[ 105 ]} .

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Notes [ modifier | modifier le code ]

Bibliographie [ modifier | modifier le code ]

• Stephane Barbusse et Gabriel Plassat, ≪  Les particules de combustion automobile et leurs dispositifs d'elimination : Resultats du programme mene par l'ADEME depuis 1995 ≪ Particules automobiles ≫, caracterisation physico-chimique des particules, efficacite des dispositifs de depollution  ≫ , sur ADEME , fevrier 2005 (version du 31 juillet 2016 sur Internet Archive )

References [ modifier | modifier le code ]

Annexes [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

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