MCE-5 VCRi : repousser les limites de la réduction de consommation de carburant

Il est propre

Le MCE‑5 VCRi : une technologie pour sortir du dilemme CO2 / émissions polluantes

Le CO2 n’est pas un polluant, c’est un gaz à effet de serre non toxique. Le CO2 est émis proportionnellement à la consommation de carburant (la combustion d’un kilogramme de carburant produit environ 3,18 kg de CO2). En revanche, le CO, les HC, les NOx ou les particules sont des polluants toxiques, qui nuisent à la santé. La production de ces polluants par le moteur n’est pas proportionnelle à la consommation de carburant, mais dépend de la nature et de la qualité de la combustion (homogénéité du mélange air-carburant, propagation de la flamme, température maxi de la combustion).

La commercialisation de véhicules qui
émettent des polluants au-delà des seuils
autorisés est interdite

Le coût du post-traitement des moteurs GDI
à charge stratifiée rend cette stratégie
économiquement inaccessible aux petits véhicules

Filtres à particules et réduction catalytique
sélective : le post-traitement des moteurs
Diesel va les rendre inaccessibles
aux véhicules bas de gamme

En conséquence, les réglementations appliquées aux émissions de CO2 sont différentes de celles qui régissent les émissions de CO, de HC, de NOx ou de particules. En effet, diverses pénalités financières se contentent de dissuader les constructeurs de produire des véhicules fortement émetteurs de CO2 sans le leur interdire, tandis que la commercialisation de véhicules qui émettent des polluants au-delà des seuils autorisés est interdite.

Il existe une contradiction en automobile : les émissions polluantes sont en général inversement proportionnelles aux émissions de CO2. En effet, les véhicules à essence qui émettent beaucoup de CO2 par kilomètre émettent peu de polluants grâce à leur catalyseur 3-voies, tandis que les véhicules Diesel qui émettent peu de CO2 posent des problèmes d’émissions excessives d’oxydes d’Azote et de particules. Ce constat peut également être fait s’agissant des moteurs eux-mêmes quel qu’en soit le type : réduire les émissions de CO2 d’un même moteur Diesel en augmente les émissions polluantes. De même, diverses stratégies de réduction des émissions de CO2 appliquées aux moteurs à essence comme la charge stratifiée ou le mélange pauvre s’accompagnent de problèmes de post-traitement des polluants, qui au final, en anéantissent l’intérêt. Le downsizing appliqué aux moteurs à essence permet de fortement réduire les émissions de CO2, mais pose des problèmes d’émissions polluantes excessives à fortes charges, heureusement non réglementées à ce jour.

Au plan technique, il est possible de post-traiter à peu près tous les polluants que les moteurs fabriquent, avant qu’ils ne soient rejetés dans l’atmosphère. Cette opération consiste à transformer les polluants produits par le moteur en éléments non polluants au moyen de catalyseurs et/ou de filtres. À la sortie de ces dispositifs, on retrouve du CO2, de la vapeur d’eau et de l’azote, identiques à ceux déjà présents dans l’atmosphère. Post-traiter les polluants peut dans certains cas augmenter la consommation de carburant et les émissions de CO2 du véhicule. Les dispositifs de post-traitement coûtent plus ou moins cher selon qu’il s’agit d’un catalyseur d’oxydation, d’un catalyseur 3-voies, d’un filtre à particules, ou d’un dispositif de SCR (réduction catalytique sélective). La qualité et la taille de ces appareils influent également sur leur prix. Certains de ces dispositifs induisent en outre de nouvelles contraintes d’entretien dont le coût est supporté par les clients finaux (additifs et maintenance des filtres à particules, solution d’urée pour les dispositifs de SCR).

Respecter les normes sur les émissions polluantes dans les meilleures conditions économiques, énergétiques et stratégiques, est un enjeu décisif. Selon le cas, cela peut remettre en cause l’intérêt d’une motorisation. Par exemple, les moteurs Diesel sont dans une position délicate : le post-traitement des divers polluants qu’ils produisent atteint des prix déjà élevés (Oxycat + filtre à particules). En 2015, lors de la mise en application de la norme Euro VI, le post-traitement des moteurs Diesel va coûter tellement cher que le Diesel risque de devenir inaccessible aux véhicules bas de gamme et même milieu de gamme. En effet, les appareils de post-traitement du Diesel dans leur ensemble vont coûter un prix total comparable à celui du moteur lui-même. Ceci est de nature à fortement réduire la part de marché des véhicules Diesel qui pourrait descendre aux alentours de 10 à 15% des immatriculations européennes en 2020, contre plus de 53,6% en 2007. Réduire dans de telles proportions la part de marché des moteurs Diesel pourrait faire remonter les émissions moyennes de CO2 d’un certain nombre de constructeurs, sauf à ce qu’ils développent des moteurs à essence dont l’efficacité énergétique est comparable à celle des Diesel.

La maîtrise des émissions de polluants des véhicules constitue un enjeu à la fois énergétique et économique. Différents moyens doivent être mis en œuvre pour atteindre les niveaux d’émissions imposés par les normes. En général, on essaie d’éviter que le moteur ne produise des polluants qu’il est coûteux de post-traiter, parfois en acceptant une consommation de carburant légèrement supérieure. Si un dispositif de post-traitement bon marché est disponible, on préférera optimiser le rendement énergétique du moteur quitte à ce qu’il fabrique plus de polluants puisqu’on peut les éliminer avant qu’ils ne soient relâchés dans l’atmosphère. Quelle que soit la solution adoptée, un compromis est à trouver entre la consommation de carburant et les émissions de CO2 d’une part et le prix de revient du dispositif de post-traitement d’autre part.

Au final, le post-traitement des polluants affecte la rentabilité de la construction automobile. En effet, il n’apporte pratiquement aucun avantage au client final, si ce n’est un air plus respirable et moins nocif pour sa santé. Cet avantage collectif est difficile à apprécier, et le client n’est pas disposé à payer son véhicule plus cher pour cette simple raison, aussi indispensable soit-elle. Le post-traitement se trouve ainsi être une fonction difficile à rentabiliser.

Dans ce contexte, le MCE‑5 VCRi apporte un éventail de possibilités d’une extrême pertinence. Il fonctionne avec un mélange air-carburant en proportion constante, ce qui le rend compatible avec un simple catalyseur 3-voies, solution de post-traitement efficace et à faible prix de revient. À ce titre, le MCE5 VCRi ne nécessite ni filtre à particules, ni SCR, systèmes coûteux par définition. Jusque-là, le MCE‑5 VCRi reprend les avantages déjà offerts par la majorité des moteurs à essence. Cependant, le MCE‑5 VCRi va plus loin. Son taux de compression variable lui permet d’optimiser son rendement énergétique et la quantité de polluants qu’il produit selon que son catalyseur 3-voies est prêt ou non à fonctionner (une température de l’ordre de 240°C est nécessaire au catalyseur pour être opérationnel). En démarrage à froid, le MCE‑5 VCRi produit peu de polluants tant que son catalyseur est froid, mais produit beaucoup de chaleur à l’échappement pour en accélérer la montée en température. Cette stratégie permet en outre de réduire la quantité de carburant – et donc d’énergie – nécessaire à l’amorçage du catalyseur. À chaud, il produit des polluants, ce qui est incontournable pour réduire au maximum sa consommation moyenne de carburant, mais ces polluants sont transformés par le catalyseur en gaz non polluants avant qu’ils ne soient relâchés dans l’atmosphère. La fonction VCRi du MCE‑5 permet ainsi de trouver le meilleur compromis entre émissions polluantes, émissions de CO2 et prix de revient du catalyseur 3-voies.

Ces différentes stratégies rendues possibles par la technologie MCE‑5 VCRi sont décisives pour maximiser à long terme la rentabilité et l’efficacité énergétique des automobiles, malgré des normes d’émissions toujours plus draconiennes.

Le MCE‑5 VCRi reste pleinement compatible avec le catalyseur 3-voies,
dispositif de post-traitement économique et efficace