Recirculation des gaz d'échappement

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Soupape pneumatique EGR ouverte.

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

À titre d'exemple, l'affaire Volkswagen consiste en une activation/désactivation programmée de la recirculation des gaz lorsque les conditions de tests de normalisation sont détectées par l'ordinateur de contrôle du moteur (volant droit, plage de régime compatible avec le cycle d'homologation, durée de conduite, etc.)[3],[4] sans avoir besoin de remettre en cause la structure du moteur.

Problématique et description[modifier | modifier le code]

L'amélioration de la combustion des moteurs des automobiles (essentiellement Diesel), mais aussi des chaudières au fioul, a mené à une augmentation des température de combustion. Hélas au dessus de 1 300 °C l'azote de l'air est oxydé[5] ce qui a un impact sur la santé des êtres vivants (Les NOx - oxyde d'azote - sont irritants pour les bronches des êtres vivants)[b].

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

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

Histoire[modifier | modifier le code]

Ce système a été utilisé en Californie sur les moteurs Diesel à partir du début des années 1970[6].

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

Avantages[modifier | modifier le code]

C'est un dispositif de réduction des oxydes d'azote générés par le bloc moteur, pour satisfaire, à moindre coût, aux normes de pollution.

Ce système permet de :

  • Ralentir la vitesse de combustion via la diminution de la proportion d'oxygène dans les gaz[d] ;
  • Augmenter la capacité thermique des gaz et donc diminuer leur température lors de la combustion[d] ;

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

La production d'oxydes d'azote dépendant notamment de la température et de la présence d'oxygène pendant la combustion, l'introduction de gaz brûlés agit sur les deux paramètres (température et proportion d'oxygène). L'influence de la température sur la production d'oxydes d'azote est modélisée par le mécanisme de Zeldovich[7] en 1939[8].

Inconvénients[modifier | modifier le code]

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

Un des impacts négatifs de ce système est la diminution de la vitesse de combustion, qui entraîne une diminution du rendement du moteur (éloignement du cycle théorique) et induit donc une augmentation de la consommation de carburant. Cependant, la diminution du débit d'air compense partiellement la baisse du rendement.

L'augmentation de la production de suies lors de la combustion induit une salissure plus prononcée de l'huile moteur et d'une partie de l'admission, du circuit d'échappement du moteur ainsi que le besoin éventuel d'un filtre à particules selon le niveau d'exigence des normes. Lorsqu'il existe le filtre à particules stocke les particules et doit suivre un cycle de régénération permettant de brûler les particules stockées. Ce cycle de régénération peut entraîner une surconsommation de carburant[9].

Description du système et possible défaillance[modifier | modifier le code]

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

La panne la plus courante de ce type de système est liée à l'encrassement et au colmatage de la vanne par des particules chargées en hydrocarbures huileux, ce qui entraîne son blocage en position ouverte et donc une perte de puissance, des défauts d'accélération, et une augmentation de la production de fumées[10].

L'encrassement est lié à des températures de fonctionnement trop basses et peut bloquer la vanne en « position fermée »[11] en n'occasionnant alors aucune perte de puissance mais ne permettant plus de respecter les normes de pollution.

Solution alternative[modifier | modifier le code]

Un moteur Diesel performant, générant peu de particules imbrûlées, doit fonctionner à température élevée. Cette température a tendance à générer beaucoup d'oxyde d’azote (NOx). Pour pallier cet inconvénient la solution de réduction catalytique sélective nécessite un réservoir d'urée qui doit être réapprovisionné régulièrement[12]. Cependant, afin de limiter la consommation d'urée, les constructeurs automobile choisissent habituellement d'utiliser conjointement la réduction catalytique et l'EGR.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Le terme anglais est plus couramment rencontré dans la littérature.
  2. Cf. Oxydes d'azote et santé.
  3. Au détriment du rendement et donc de la consommation de carburant.
  4. a, b et c Le paradoxe étant que pour améliorer le rendement des moteurs et réduire la consommation de carburant, les constructeurs font le maximum pour augmenter la température combustion, ce qui a pour effet d'augmenter la production de NOx. Afin de pallier cette augmentation de gaz toxiques, la vanne EGR a été installée pour réduire la température de combustion et la production de NOx.

Références[modifier | modifier le code]

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

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]