Dépollution automobile

• Santé publique et environnement
• Matériaux ACTALYS™ pour la catalyse essence
• La performance ACTALYS™
• EOLYS™, catalyseur soluble dans le gazole
• Les avantages d'EOLYS™
• Réglementations - Publications

• Santé publique et environnement

En coordination avec les organismes réglementaires, tous les acteurs de l'industrie de l'automobile se mobilisent depuis plusieurs années pour concilier automobile et santé publique.

D'importants progrès ont déjà été réalisés, mais des améliorations sont encore nécessaires, car l'automobile reste un des principaux facteurs de pollution atmosphérique urbaine.

L'impact des polluants sur la santé et l'environnement

Les émissions polluantes des véhicules représentent en effet un danger pour la santé publique. De nombreux travaux de recherche sont publiés régulièrement à propos des effets et des risques de la pollution automobile sur la santé humaine.

Les trois principaux polluants réglementés émis par les moteurs essence sont :

• le monoxyde de carbone (CO),
• les hydrocarbures imbrûlés (HC),
• les oxydes d'azote (NOx).

Pour le diesel, on peut également ajouter les particules de suie. Lorsque leur concentration dans l'air augmente, ils entraînent et accroissent les troubles respiratoires et cardio-vasculaires et peuvent provoquer des irritations oculaires et des maux de tête.

Les hospitalisations et frais médicaux correspondants sont un coût important pour la santé publique. Par ailleurs, la pollution automobile a un impact sur l'environnement (effet de serre, détérioration du patrimoine…).

Réconcilier la voiture et l'environnement

Avec plus de 20 ans d'expertise et de recherche dans la catalyse automobile, Rhodia est devenu un acteur reconnu de la dépollution automobile. Dès les années 70, Rhodia développait des billes d'alumine utilisées comme support de catalyseur. Dans les années 80, Rhodia a participé au développement de la première génération des catalyseurs trois voies contenant des produits à base de terres rares.

Ces produits sont devenus un des composants essentiels du système de dépollution des véhicules essence. Avec la généralisation du pot catalytique dans les années 90, un réel progrès est réalisé dans la réduction des émissions polluantes.

Pour progresser et réduire les émissions le plus rapidement possible après le démarrage du moteur, Rhodia a mis au point dès 1995 de nouveaux matériaux toujours plus élaborés, plus performants. La gamme des produits ACTALYS™ offre une solution compétitive pour améliorer l'efficacité et la durée de vie des pots catalytiques.

Rhodia propose également un service de recyclage des matériaux des pots catalytiques, le procédé Cycléon®, qui permet ainsi de concevoir un système de dépollution automobile totalement respectueux de l'environnement.

• Matériaux ACTALYS™ pour la catalyse essence

La catalyse essence trois voies

Le rôle du pot catalytique trois voies est de convertir simultanément les polluants présents dans les gaz d'échappement, - monoxyde de carbone (CO), hydrocarbure imbrûlés (HC) et oxydes d'azote (NOx) - en composés non-toxiques - dioxyde de carbone (CO₂), eau (H₂O) et azote (N₂).

Les gaz d'échappement passent à travers un monolithe (en céramique ou métallique) composé d'une centaine de petits canaux, selon la structure en "nid d'abeille". Les parois sont enduites de la formulation catalytique, composée de trois éléments clés :

• les métaux précieux (platine, palladium, rhodium),
• l'alumine,
• les matériaux ACTALYS™ de Rhodia, composés à base de terres rares, qui favorisent et améliorent la réaction catalytique.

De par leurs propriétés exceptionnelles, les produits ACTALYS™ sont adaptés à la configuration du pot catalytique près du moteur ("close-coupled"), pour une efficacité quasi immédiate après le démarrage du moteur. Cette solution permet ainsi d'être déjà en conformité avec les normes fixant des seuils d'émissions pour 2005.

Les enjeux technologiques

Un enjeu technologique pour l'an 2000
Pour franchir les normes de l'an 2000 et au-delà, il faut réaliser un véritable saut technologique pour concevoir un système de dépollution capable de :
• convertir 98% des polluants émis par le moteur,
• avoir une durée de vie de 160 000 km (100 000 miles),
• être compatible avec le système de contrôle du "diagnostic embarqué" (OBD - On Board Diagnostic).

Un système de dépollution efficace dès la première minute
Le principal enjeu est alors de réduire le temps nécessaire après le démarrage du moteur, environ trois minutes, pour que le pot catalytique atteigne sa température de fonctionnement aux alentours de 300°C. Or c'est pendant ce laps de temps que sont émis environ 75% des polluants, essentiellement les hydrocarbures imbrûlés (HC).

La solution pour traiter les émissions à froid étudiée par Rhodia, en collaboration étroite avec les fabricants de catalyseurs et les constructeurs, permet de rapprocher du moteur le pot catalytique pour qu'il bénéficie des températures plus élevées des gaz d'échappement du moteur et commence ainsi à fonctionner dès les premières secondes après le démarrage du véhicule.

• La performance ACTALYS™

Les produits ACTALYS™améliorent les performances du pot catalytique trois voies et augmentent sa durée de vie. Utilisés pour les pots catalytiques installés sous le plancher, ces produits sont aussi particulièrement bien adaptés à la configuration du catalyseur placé près du moteur. Pour que les composés ACTALYS™ à base de terres rares, une des matières premières clés du catalyseur, soient toujours performants, même dans les conditions les plus extrêmes, trois propriétés sont essentielles :

• la "stabilité thermique" : c'est-à-dire la capacité des produits à conserver leurs propriétés après exposition à des températures très élevées (pics > 1000°C), ce qui permet notamment d'assurer la stabilité des métaux précieux et éviter leur agglomération;

• la "surface spécifique" : c'est-à-dire la capacité à être actif sur de très grandes surfaces (50m2/g contre 5m2/g pour les produits standards) d'assurer le plus de contacts possibles entre le catalyseur et les gaz d'échappement ;

• la "capacité de stockage d'oxygène" (OSC) : à l'image d'une éponge à oxygène, les produits ACTALYS™ stockent et déstockent très rapidement de l'oxygène selon les besoins de la réaction catalytique

Ces propriétés ont un impact sur la performance du pot catalytique et sa durée de vie, en particulier dans la configuration où le catalyseur est placé près du moteur.

Rhodia a mis au point la gamme ACTALYS™ à base d'oxydes de cérium et de cérium/zirconium. La composition spécifique et les caractéristiques physico-chimiques des produits ACTALYS™ sont adaptées aux besoins des fabricants de catalyseurs et des systèmes de dépollution demandés par les constructeurs automobiles.

ACTALYS™ répond aux besoins des constructeurs automobiles.

Le catalyseur trois voies rapproché du moteur (" close-coupled ") équipé des matériaux ACTALYS™ offre une solution à la fois performante et compétitive aux constructeurs automobiles pour franchir les nouvelles réglementations.

• Cette technologie ne nécessite pas d'équipement supplémentaire, ni de modification importante du système actuel. La catalyse trois voies est une technologie fiable, reconnue et maîtrisée des constructeurs qui offrent une solution compétitive par rapport aux alternatives encore à l'étude ("résistances électriques" ou "brûleurs" qui réchauffent le pot catalytique ; technique de stockage de polluants jusqu'au niveau de température requis).

• L'utilisation des produits ACTALYS™ permet d'optimiser la quantité de métaux précieux, dont le coût, soumis aux fluctuations, est largement supérieur à celui des produits ACTALYS™.

•La composition et les caractéristiques physico-chimiques des produits ACTALYS™ sont facilement adaptables aux différentes technologies de catalyseur (formulations à base de un ou plusieurs métaux précieux). Les fabricants de catalyseurs et les constructeurs peuvent ainsi optimiser la formulation utilisée en fonction de leurs procédés et de leurs besoins.

• Le système de dépollution avec ACTALYS™ permet aux constructeurs de fabriquer dès maintenant des véhicules respectueux de l'environnement et conformes aux normes d'émissions indiquées pour 2005.

• EOLYS™, catalyseur soluble dans le gazole

Le diesel sans particules : une motorisation d'avenir

Le moteur diesel est réputé pour ses qualités de fiabilité, économie de carburant et faible émission de CO₂. Par exemple, un moteur diesel équipe la première voiture particulière, produite en série, à atteindre l'objectif des 3 litres de carburant pour 100 kilomètres.
Il ne deviendra un moteur propre et une motorisation d'avenir qu'à condition de poursuivre la réduction des émissions de particules et de NOx. Associé à un filtre à particules, le catalyseur soluble EOLYS™ permet d'éliminer au moins 99% du nombre des particules émises par les moteurs diesels.

Comment fonctionne un filtre à particules à structure nid d'abeilles ?

Ce filtre à particules est un monolithe dont les canaux sont alternativement obstrués d'un côté ou de l'autre. Les gaz d'échappement, pour passer de la face d'entrée à la face de sortie, doivent traverser les parois qui séparent les canaux, ce qui a pour effet de filtrer les particules.

Le filtre à particules : la seule solution contre les ultra-fines

Différents types de filtres ont été développés. Les plus efficaces d'entre eux permettent de piéger au moins 99% du nombre des particules contenues dans les gaz d'échappement... La filtration est aujourd'hui le moyen le plus efficace pour réduire les émissions de particules diesel et en particulier les ultra-fines. Se pose alors le problème du colmatage du filtre par les suies retenues et donc la mise en œuvre nécessaire de techniques de régénération par brûlage des suies.

La réduction des émissions de particules offre également la possibilité de réduire les émissions de NOx par un réglage de la calibration du moteur. EOLYS™ convient aux différents types de filtres disponibles sur le marché.

L'aide à la régénération

Les suies retenues dans le filtre doivent être brûlées régulièrement pour conserver une contre-pression de la ligne d'échappement sans impact sur les performances du véhicule.

Le catalyseur EOLYS™ permet d'abaisser significativement la température d'amorçage de la régénération et d'entretenir une combustion ménagée des suies. Un tel contrôle de l'exothermie de la régénération est indispensable pour garantir l'intégrité du filtre dans le temps. Dans les conditions de conduite particulières, où la température des gaz d'échappement est trop faible pour initier la régénération, un appoint d'énergie par un dispositif spécifique est indispensable. Il permet d'éviter une trop forte accumulation de suies dont la combustion violente risque d'endommager le filtre.

• Les avantages d'EOLYS™

• Sans impact sur l'environnement Les études toxicologiques réalisées démontrent l'innocuité du catalyseur EOLYS™. L'utilisation d'EOLYS™ en combinaison avec un filtre à particule n'engendre aucune émission de gaz ou particules secondaires. • Efficace avec tout gazole EOLYS™ reste efficace quelle que soit la teneur en soufre des gazoles actuellement disponibles.             •  Performant La consommation d'EOLYS™ peut être réduite à un litre pour 100 000 km sur un véhicule particulier. • Compatible EOLYS™ est compatible avec la plupart des élastomères et plastiques utilisés dans les réservoirs, ou lignes d'alimentation des véhicules. • Sans impact sur le moteur EOLYS™ n'engendre aucune usure, encrassement ou baisse de performance du moteur. • Facile à utiliser EOLYS™ se manipule aisément comme tout lubrifiant.

EOLYS™ un composant essentiel conçu pour le système de post-traitement diesel

Le rôle clé de l'intégrateur de système

La mise au point d'un système de post-traitement robuste et fiable est réalisée par le constructeur ou l'équipementier.

Elle impose la prise en compte de paramètres spécifiques à chaque type d'application :

• Le type de véhicule : voiture particulière, utilitaire léger, bus, camion, engin de chantier…
• La consommation de carburant
• L'agrément de conduite
• L' E.G.R. n La température des gaz d'échappement
• Les contraintes d'encombrement
• Les conditions de conduite sévères (cycles urbains, livraisons, taxis, grand froid)
• Le type de filtre
• La stratégie d'aide à la régénération
• La nature et la quantité des particules émises
• Le dosage d' EOLYS™

• Réglementations - Publications - Statistiques

Réglementations

EUROPE - Véhicules particuliers
Normes d'émissions européennes - Véhicules diesel en grammes/km

Normes d'émissions européennes - Véhicules essence en grammes/km

(1) Dérogation jusqu'à 2005 pour les véhicules de cylindrée inférieure à 0.75 par cylindre et ayant une vitesse de rotation nominale de plus de 3000 t/min.
(2) Pour les moteurs GNV (gaz naturel pour véhicules) uniquement
(3) Pour les moteurs diesel uniquement.

Publications

Diesel particulate control

• Contacts

Si vous désirez de plus amples informations, contactez-nous :
ec-catalysis@eu.rhodia.com