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20 octobre 2015DI15/01F

Comprendre les normes antipollution en vigueur en Europe et en savoir plus sur les familles de moteurs récentes du Groupe Volkswagen

Quels sont les polluants contenus dans les gaz d’échappement ?

- Le dioxyde de carbone (CO2) : Présent dans l’atmosphère en tant que gaz naturel, le dioxyde de carbone soulève certaines préoccupations. Il n’est certes pas toxique, mais, de par sa concentration en augmentation constante dans l’air, il est considéré comme l’un des principaux responsables de l’effet de serre. À ce titre, il a fait l’objet de toutes les préoccupations et des discussions dans le cadre du protocole de Kyoto, qui visait à en réduire la production. Toute combustion s’accompagne d’une produc­tion de CO2. Sa quantité est fonction de la consommation, et donc, notamment, du style de conduite adopté.

- Le monoxyde de carbone (CO) : Il s’agit d’un gaz incolore, inodore et insipide qui se forme à la suite de la combustion incomplète de combustibles carbonés due à un manque d’oxygène. Ce gaz est très toxique.

- Les hydrocarbures (HC) : Ils proviennent d’une combustion incomplète. De nom­breux composés chimiques sont qualifiés d’hydrocarbures (par exemple, C6H6, C8H18...). Ce sont les résidus noirâtres visibles entre autres sur la paroi interne des tuyaux d’échappement.

- Le dioxyde de soufre (SO2) : Le dioxyde de soufre est produit par la combustion de carburant à teneur en soufre. C’est un gaz incolore à l’odeur piquante. La teneur

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en soufre du carburant est en diminution constante. Les oxydes de soufre favo­risent certaines maladies respiratoires.

- Les oxydes d’azote (NOx) : La formation des oxydes d’azote (par exemple, NO, NO2...) est favorisée par une pression et une température élevées, ainsi que par une proportion d’oxygène trop importante lors de la combustion dans un moteur. Certains NOx sont nocifs pour la santé.

- Les particules de suie (PM, pour « Particulate Matter ») : Leur émission résulte d’une combustion incomplète due à un manque d’oxygène. Le terme « particules » est un terme générique qui regroupe toutes les fines particules solides ou liquides produites par usure, désintégration, érosion, condensation, ainsi que par une com­bustion incomplète. Tous ces processus engendrent des particules de forme, de taille et de structure différentes. Les particules sont considérées comme des pol­luants atmosphériques à partir du moment où elles sont à ce point petites qu’elles peuvent être en suspension dans les gaz et, de ce fait, constituer un danger pour l’organisme. Les particules de suie sont de petites boules de carbone de taille micro­scopique dont le diamètre est d’environ 0,05 µm.

Les normes Euro : de quoi s’agit-il ?

La législation européenne fixe des limites (les normes dites « Euro ») pour les « pol­luants réglementés » (CO, HC, NOx et particules) et définit les procédures de tests à employer. La première norme en la matière (Euro 1) date de 1992. Le CO2 n’est pas pris en compte ici, étant donné que ce gaz n’est pas considéré comme un gaz polluant direct (le CO2 n’est pas toxique, sauf à doses massives). Ce gaz ayant des effets néfastes sur la couche d’ozone et contribuant au réchauffement climatique, les constructeurs s’attèlent cependant à en limiter les émissions via une réduction de la consommation.

La législation européenne est de plus en plus sévère sur les rejets des moteurs à combustion, ce qui s’exprime de manière très claire dans le tableau reprenant les valeurs limites autorisées. À noter que la première date mentionnée pour chaque norme Euro correspond à l’homologation des nouveaux types de véhicules (par exemple, le 1er juillet 1992 pour la norme Euro 1), tandis que la deuxième date indiquée concerne la mise en service des véhicules (par exemple, le 1er janvier 1993 pour la norme Euro 1).

Entrée en vigueur de la norme Euro 6

La norme antipollution Euro 6 est d’application depuis le 1er septembre 2014 pour toutes les voitures particulières qui font l’objet d’une nouvelle homologation. Depuis le mois de septembre 2015, toutes les nouvelles voitures particulières immatricu­lées doivent être conformes à cette norme.

Tableau Euro 1 – 6

g/km Moteurs à essence Moteurs diesel

Homologa­tion – Mise en service

CO (monoxyde de carbone)

HC (hydro­

carbures)

NOx (oxydes d’azote)

MP (masse des particules)

NP (nombre de particules)

CO (monoxyde de carbone)

HC (hydro­

carbures)

NOx (oxydes d’azote)

MP (masse des particules)

NP (nombre de particules)

Euro 1 1/7/1992 – 1/1/1993 2,72 0,5335 0,4365 2,72 0,097 0,873 0,14

Euro 2 1/1/1996 – 1/7/1996 2,2 0,275 0,225 1 0,07 0,63 0,08

Euro 3 1/1/2000 – 1/1/2001 2,3 0,2 0,15 0,64 0,56 0,5 0,05

Euro 4 1/1/2005 – 1/1/2006 1 0,1 0,08 0,5 0,3 0,25 0,025

Euro 5 1/9/2009 – 1/1/2011 1 0,1 0,06 0,005 (DI) 0,5 0,23 0,18 0,005 /

0,0045 6 x 1011

Euro 6 1/9/2014 – 1/9/2015 1 0,1 0,006 0,005 (DI) 0,5 0,17 0,08 0,005 /

0,0045 6 x 1011

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La nouvelle procédure WLTP sera finalisée en ce mois d’octobre 2015. Cette « pro­cédure d’essai mondiale harmonisée pour les voitures particulières et les véhicules utilitaires légers » (« Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures ») com­prend le cycle WLTC (« Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle »), qui remplacera dès 2017 le Nouveau Cycle de Conduite européen (NCCE) – « New European Driving Cycle » (NEDC) en anglais –, en vigueur depuis 1973. Par ailleurs, la Commission européenne planche sur l’instauration de procédures de mesure des émissions dans des conditions réelles (« Real Driving Emissions »).

Le diesel dans le collimateur

L’introduction de cette nouvelle norme a constitué un défi de taille pour les moteurs diesel. Auparavant, en effet, les normes Euro étaient moins exigeantes pour ces derniers que pour les moteurs à essence. La norme Euro 6 a réduit cette différence de traitement.

Pour les diesels, l’évolution la plus contraignante concerne les oxydes d’azote (NOx), qui participent à l’effet de serre, qui sont la principale source des pluies acides ainsi que de l’acidification des eaux de source et qui ont un effet irritant sur les voies res­piratoires.

Catalyseur SCR

La norme Euro 6 a imposé aux constructeurs automobiles de ramener de 180 mg/km à 80 mg/km les valeurs limites d’oxydes d’azote (NOx) pour les véhicules à moteur diesel. Si le recours à un intercooler, à la recirculation des gaz d’échappement (EGR) et à la gestion de la combustion permet dans certains cas de respecter cette exigence, à partir d’un certain gabarit de voiture, cela n’est possible que grâce à un catalyseur SCR (« Selective Catalytic Reduction »).

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Après être passés par le catalyseur à oxydation, qui se charge de la réduction des hydrocarbures et du monoxyde de carbone, et par le filtre à particules, qui empri­sonne les fines particules qu’ils contiennent, les gaz d’échappement aboutissent dans le catalyseur SCR, spécialement conçu pour éliminer les oxydes d’azote.

Un additif (AdBlue) est injecté « à la demande » dans la ligne d’échappement en amont du catalyseur SCR. Le dosage de cette solution aqueuse à base d’urée est lié au flux des gaz d’échappement ; la gestion du moteur, « informée » par un capteur de NOx monté derrière le catalyseur SCR, en assure la régulation exacte. Au contact des gaz d’échappement chauds, l’urée, finement pulvérisée au moyen d’un treillis, se transforme dans le catalyseur SCR en ammoniac. Dans le catalyseur SCR, celui­ci réagit avec les oxydes d’azote et les décompose en eau et en azote, inoffensif pour l’environnement (l’azote est d’ailleurs le composant principal de l’air), au cours d’un processus de réduction catalytique sélective.

AdBlue

L’AdBlue est une solution aqueuse composée à 32,5% d’urée. L’association du catalyseur SCR et de l’additif AdBlue permet d’obtenir une réduction significative (jusqu’à 90%) des oxydes d’azote, qui sont l’une des principales causes du smog et des pluies acides et qui, en plus des suies et des particules fines, jouent un rôle déterminant dans la pollution, principalement en ville. Avec les technologies BlueTDI et clean diesel (deux noms derrière lesquels se cachent les moteurs diesel les plus propres de leur catégorie), les marques Volkswagen et Audi y remédient par des techniques innovantes.

Inoffensif, inodore et biodégradable, l’additif aqueux AdBlue est contenu dans un réservoir supplémentaire en acier inoxydable ou en matière synthétique, chauffé et isolé, qui se remplit aisément. La consommation moyenne d’AdBlue est d’environ 0,1 l/100 km. Sur la base de cette consommation, la taille du réservoir a été calculée de façon à ce qu’un appoint ne soit nécessaire que dans le cadre des entretiens.

Et les normes antipollution en vigueur aux États-Unis ?

Elles ne présentent pas les mêmes critères que les normes européennes. Ainsi, les émissions admises de NOx sont beaucoup plus faibles aux États­Unis. En Europe, l’accent est plutôt mis sur la chasse au dioxyde de carbone (CO2). La tolérance aux émissions de CO est encore plus basse en ce qui concerne les moteurs diesel. Ces derniers doivent en émettre deux fois moins que les moteurs à essence. En revanche, ils ont le droit de dégager plus de NOx.

Il importe de souligner qu’outre­Atlantique, l’État de Californie bénéficie d’une dispense spéciale, accordée par le gouvernement fédéral, qui lui permet de fixer ses propres normes sur les émissions du parc automobile. Ces dernières sont plus strictes que celles édictées au niveau national. Les autres États peuvent choisir d’adopter soit les normes du California Air Resources Board (CARB), soit celles, moins contraignantes, de l’United States Environmental Protection Agency (EPA).

L’influence de la législation californienne en matière de pollution n’est pas à négliger. Ainsi, l’interdiction virtuelle par l’État de Californie du moteur deux­temps à la fin des années 1990 a eu d’importantes répercussions au niveau mondial, notamment sur la production des motos tout­terrain. En effet, les constructeurs ont été contraints de s’intéresser de nouveau au moteur quatre­temps, qu’ils avaient délaissé trente ans plus tôt, et la physionomie des championnats du monde a été remodelée pour permettre d’accueillir des motos à moteur quatre­temps plus lourdes et moins vives.

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Quid du CO2 ?

Le dioxyde de carbone (CO2) est un gaz incolore et inodore naturellement présent dans l’air. Il est essentiellement produit par la combustion du carbone ou de subs­tances contenant du carbone, telles que les matières organiques. Les carburants fossiles (pétrole brut, gaz naturel et charbon) en sont des sources connues, mais le corps humain produit, lui aussi, du CO2. Le CO2 n’est pas toxique pour l’homme, les animaux et les plantes. Ces dernières ne survivraient d’ailleurs pas sans CO2, puisqu’elles en ont besoin pour réaliser la photosynthèse.

Cependant, la concentration trop importante de CO2 dans l’atmosphère, du fait de l’activité humaine, accroît de manière déséquilibrée l’« effet de serre » dont est en partie responsable ce gaz et sans lequel la température sur la Terre serait inférieure à 0 °C. Les émissions de CO2 d’un véhicule sont directement liées à sa consom­mation de carburant. Ainsi, la production de CO2 s’élève à environ 2.400 g par litre d’essence et 2.700 g par litre de diesel. Un litre de diesel génère donc plus de CO2

qu’un litre d’essence, mais il contient également plus d’énergie, ce qui permet de parcourir une distance supérieure pour un même volume de carburant.

En Belgique, le transport routier représente 18,5% des émissions totales de gaz à effet de serre et 20,8% des émissions de CO2, soit environ la même chose que le secteur résidentiel et moins que les secteurs de l’industrie et de la transformation d’énergie, qui produisent à eux deux près de 50% des émissions totales de CO2.

Le secteur du transport routier porte donc sa part de responsabilités dans la pro­duction de CO2, mais les constructeurs automobiles ont redoublé d’efforts au cours des trente dernières années pour faire baisser la consommation de leurs véhicules. Ces efforts ont porté sur la réduction du poids des véhicules, l’amélioration de leur aérodynamisme, l’optimisation des moteurs et des boîtes de vitesses, mais aussi sur la création de biocarburants et sur la mise au point de systèmes de propulsion alternatifs (véhicules électriques, hybrides, au gaz naturel, à pile à combustible...). En outre, les constructeurs ont incité les automobilistes à adopter au volant un compor­tement à la fois économique et écologique.

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À cela, il convient d’ajouter que les voitures de société, qui constituent 15% du parc automobile belge, ne sont pas forcément des « dévoreuses de kilomètres », mais s’avèrent en revanche plus récentes, mieux entretenues et plus propres que la majorité des voitures privées des particuliers.

Qu’est-ce qui différencie les moteurs diesel des types EA 189 et EA 288 ?

Les motorisations de type VW EA 189 sont des moteurs diesel (TDI) présentés en 2007 et implantés de 2008 à 2015 dans différents modèles de véhicules du Groupe Volkswagen. Les lettres « EA » sont l’abréviation de l’allemand « EntwicklungsAuftrag », que l’on peut traduire en français par « mission de développement ». Cette série a succédé à la gamme de motorisations VW EA 188, également connues sous le nom de « TDI à injecteurs­pompe ».

La série VW EA 189 comprend des moteurs quatre cylindres de 1,6 l ou 2 l et des moteurs trois cylindres de 1,2 l. 11 millions d’exemplaires ont été produits dans le monde. Ces moteurs présentent un turbocompresseur, une injection directe à rampe commune (« Common Rail »), un recyclage piloté des gaz d’échappement à basse température, une technologie à quatre soupapes par cylindre et un catalyseur­accu­mulateur de NOx.

La série VW EA 288, qui lui a succédé, a été introduite en 2012 et a fait son apparition dans les premiers modèles américains (des Audi A3) au milieu de l’année 2014. Ces moteurs diesel présentent un éventail de puissances compris entre 66 kW (90 ch) et 140 kW (190 ch) et répondent aux exigences de la norme antipollution Euro 6 depuis le mois de septembre 2014. Nous détaillons plus bas les évolutions qui différencient les moteurs EA 288 de leurs prédécesseurs de la série EA 189.

La plateforme modulaire MQB et ses nouvelles motorisations

La plateforme modulaire MQB (l’abréviation de « Modularer Querbaukasten »), des­tinée aux véhicules à moteur transversal, est une base technologique – multimarque et multisegment – qui doit permettre de construire de façon plus flexible, plus simple, plus rapide et à moindre coût pratiquement toutes les futures voitures du Groupe Volkswagen bénéficiant de ce type d’implantation du moteur. Vue de profil, elle se compose de : ­ 4 sections (ou modules) variables : partie avant de la voiture jusqu’à l’essieu,

partie arrière jusqu’à l’essieu, zone entre le point d’ancrage des sièges arrière et le tablier arrière, empattement;

­ 1 segment à cotes fixes commun à tous les modèles (compris entre la pédale d’accélérateur et le milieu des roues avant).

Par ailleurs, la largeur, la voie et la taille des roues sont également variables.

Outre sur la plateforme MQB proprement dite, la stratégie MQB s’appuie sur : ­ des familles de composants standardisés (dont les moteurs et les systèmes

d’infodivertissement) ; ­ une production standardisée modulaire.

Pour le client, la plateforme MQB est synonyme : ­ d’un plus grand choix en termes de variantes de modèles et de motorisations ; ­ de plus de confort ; ­ d’une sécurité accrue ; ­ d’un accès à des équipements jusque­là réservés à des véhicules de catégories

supérieures.

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Côté moteurs, la plateforme modulaire pour moteurs à essence MOB (« Modularer Ottomotor Baukasten ») comprend la nouvelle gamme de motorisations EA 211, tandis que la plateforme modulaire pour moteurs diesel MDB (« Modularer Dieselbaukasten ») fait appel à la gamme de motorisations EA 288, elle aussi de conception nouvelle. Au bout du compte, l’adoption de ces nouvelles familles de motorisations a permis au Groupe de réduire le nombre de variantes de moteurs et de boîtes de vitesses au sein du système MQB sans que cela s’accompagne du moindre inconvénient. Au contraire, la plateforme MQB permettra d’accueillir sans restriction dans la même position d’implantation, outre les moteurs à combustion traditionnels, l’ensemble des motorisations alternatives courantes.

Les évolutions présentées par les moteurs à essence EA 211 (seul l’entraxe des cylindres est inchangé) sont les suivantes : ­ Architecture de base identique (bloc­moteur, culasse, vilebrequin, bielles, compo­

sants intervenant dans la formation du mélange). ­ Pivotement de la culasse (côté échappement désormais dirigé vers l’arrière, vers

le tablier, comme c’est déjà le cas sur les diesels) permettant une standardisation de la ligne d’échappement, des arbres d’entraînement et de l’implantation de la boîte de vitesses.

­ Inclinaison du moteur désormais vers l’arrière (angle de 12°), comme c’était déjà le cas des diesels, avec à la clé un encombrement réduit de 50 mm dans le sens de la longueur de la voiture. Plusieurs organes auxiliaires comme la pompe à eau, l’alternateur et le compresseur de la climatisation sont fixés directement sur le moteur ou le carter d’huile, sans autre support, augmentant encore la place dis­ponible.

­ Premier 4 cylindres au monde à coupure de cylindres (ACT). ­ Diverses mesures d’allègement, optimisation de la gestion thermique, réduction

des frictions internes, etc.

Les évolutions présentées par les moteurs diesel EA 288 (seuls l’entraxe des cy­lindres et les rapports alésage/course restent inchangés) sont les suivantes : ­ Conception modulaire des mesures, aussi bien internes qu’au niveau du post­

traitement des gaz d’échappement, destinées à réduire les émissions (les mo­dules – catalyseur à oxydation, filtre à particules, catalyseur SCR – peuvent être utilisés indépendamment l’un de l’autre ou combinés).

­ Réduction des frictions internes, gestion thermique innovante, deux arbres d’équilibrage pour le 2.0 TDI, etc.

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Au bout du compte, l’adoption de ces nouvelles familles de motorisations a permis : ­ une implantation standardisée de tous les moteurs, autorisant notamment l’inté­

gration simplifiée de motorisations alternatives (synonyme de production rentable en grande série) ;

­ une réduction de 90% environ du nombre de combinaisons moteur/boîte de vitesses au sein du système MQB ;

­ un allongement de l’habitacle au profit du confort ; ­ une baisse de la consommation et des émissions ; ­ une standardisation en termes de fabrication et de montage, ainsi que des sy­

nergies en matière d’approvisionnements.