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Doit-on avoir peur du diesel?

Volkswagen a triché. Ses moteurs diesels n'arrivaient pas à respecter les... (PHOTO HUGO-SÉBASTIEN AUBERT, LA PRESSE)

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PHOTO HUGO-SÉBASTIEN AUBERT, LA PRESSE

Volkswagen a triché. Ses moteurs diesels n'arrivaient pas à respecter les normes d'émissions polluantes nord-américaines, on a donc truqué le fonctionnement des filtres et catalyseurs qui équipent ses voitures à moteur TDI. Mais au-delà de ce scandale, qu'en est-il du moteur diesel? Est-il si sale qu'on le prétend ? Est-il condamné ou, au contraire, prépare-t-il sa rédemption? Dossier technique pour y voir plus clair.

Comment ça marche?

Pour l'automobiliste lambda, les nuances entre le diesel et l'essence se résument bien souvent à la couleur verte du pistolet de la pompe. Mais les différences sont importantes, d'abord sur le plan de la composition chimique et, conséquemment, du fonctionnement du moteur. Vulgarisation.

PLUS LOURD

Comme l'essence, le carburant diesel est issu du raffinage du pétrole. Il est toutefois plus lourd que l'essence, sa composition moléculaire étant plus complexe que celle de l'essence. « Le diesel ressemble à de l'huile à chauffage, explique Louis Fradette, professeur agrégé au département de génie chimique de Polytechnique. C'est plus graisseux, plus huileux. Dans la hiérarchie des produits pétroliers, plus les molécules sont grosses, plus on va vers l'asphalte. » Les molécules plus complexes contiennent davantage de carbone, elles sont plus denses en énergie.

MOINS VOLATIL

Toutefois, plus un combustible est chargé en énergie, plus il est difficile de l'en extraire. Contrairement à l'essence, très volatile, le diesel ne prend pas feu au contact d'une flamme, parce qu'il ne se mêle pas aisément à l'air. Pour ce faire, il faut augmenter sa température pour qu'il émette suffisamment de vapeurs pour former un mélange gazeux qui peut prendre feu, momentanément au contact d'une flamme - le point d'éclair - ou en atteignant une température si chaude qu'il s'enflamme spontanément - point d'auto-inflammation.

Diesel

Point d'éclair: 55 degrés

Point d'auto-inflammation: 220 degrés

Essence

Point d'éclair: -40 degrés

Point d'auto-inflammation: 250 degrés 

FONCTIONNEMENT

Dans les cylindres du moteur, on pulvérise le diesel en de fines gouttelettes pendant que le piston comprime l'air pour qu'il atteigne une très haute température. Le diesel s'enflamme ainsi spontanément, la détonation repoussant le cylindre en sens inverse, entraînant le mouvement du vilebrequin et, ultimement, celui des roues du véhicule. Dans un moteur à essence, le mélange air-carburant détonne au contact de l'étincelle produite par la bougie d'allumage. Le taux de compression est plus bas, ce qui limite les températures dans le cylindre; on évite ainsi l'auto-inflammation de l'essence, un problème qui engendre d'indésirables cliquetis pouvant endommager les pièces du moteur.

Diesel

Température dans le cylindre: 700 à 900 degrés

Taux de compression: 20:1

Essence

Température dans le cylindre: 400 à 500 degrés

Taux de compression: 9:1

Dans la balance

Malgré le fait qu'il ait été récemment malmené dans la foulée du scandale Volkswagen, le diesel est là pour rester, du moins dans un futur rapproché. Il mérite donc que l'on s'attarde froidement à ses avantages et inconvénients.

AVANTAGES

Moins de CO2

« Par rapport à l'essence, il y a beaucoup plus d'énergie dans chaque litre de diesel, explique Louis Fradette, de Polytechnique Montréal. Chaque molécule est plus musclée, elle peut nous amener plus loin. » À distance égale et dans un véhicule de poids comparable, le diesel produit de 20 % à 40 % moins de CO2 que l'essence, le principal gaz qui contribue au réchauffement global de la planète.

Moins de monoxyde de carbone

Contrairement aux moteurs à essence, les moteurs diesels produisent moins d'hydrocarbures imbrûlés et moins de monoxyde de carbone - qui a par ailleurs la propriété de s'oxyder rapidement en CO2 dans l'atmosphère. Cette caractéristique est surtout notable au démarrage à froid, avant que le catalyseur des moteurs à essence n'atteigne son plein rendement.

Moins de soufre

Le soufre, présent naturellement dans les carburants fossiles, a longtemps été blâmé pour les volutes noires et malodorantes qui sortaient du pot d'échappement des voitures diesel. Or, non seulement le soufre a presque disparu du diesel, mais il est en voie d'être à ce chapitre plus propre que l'essence sans plomb. Actuellement, le diesel vendu à la pompe ne comprend pas plus de 15 parties par million de soufre, et cela est vrai depuis 2006. De l'autre côté de l'Atlantique, la limite à respecter par les raffineurs était de 50 ppm jusqu'à l'an dernier, mais l'Europe comme l'Amérique du Nord s'apprêtent à harmoniser leurs normes, si bien qu'en 2017, on ne retrouvera plus que 10 ppm de soufre dans le diesel.

Plus de couple

Comme le carburant diesel contient plus d'énergie, celle-ci est rapidement transférée au moteur, à bas régime. Cela est idéal pour les accélérations promptes ou pour tracter une charge. Dans une certaine mesure, les moteurs électriques présentent le même avantage. C'est aussi pourquoi les imposants moteurs de camions, de navires et d'équipements lourds fonctionnent au diesel. De plus, comme les moteurs diesel doivent résister à des niveaux de compression plus élevés, ils doivent être plus robustes, un avantage pour l'équipement lourd.

Économie d'échelle

Pour un automobiliste qui circule beaucoup, un véhicule diesel peut représenter une économie substantielle. Les économies à la pompe vont rapidement effacer la prime associée à l'achat d'un tel véhicule. On parle toutefois d'automobilistes qui roulent plus de 25 000 km par année. L'avantage est ainsi particulièrement approprié pour le secteur du camionnage.

DÉSAVANTAGES

Plus lourd, plus coûteux

Si le fait d'être plus robuste est profitable à l'équipement lourd, il est problématique pour les véhicules légers, car le poids supplémentaire engendré par la robustesse des pièces d'un moteur diesel vient contrecarrer ses avantages en matière d'économie de carburant. Ça contribue aussi à augmenter le prix des véhicules qui carburent au gazole. Néanmoins, une automobile diesel consomme près de 20 % moins de carburant qu'une voiture à essence.

Frileux en hiver

Le diesel étant peu volatile, il a tendance à perdre de sa viscosité quand la température chute, ce qui peut nuire au démarrage. Si les véhicules diesel de première génération restaient souvent en panne par grands froids, ce n'est plus le cas aujourd'hui. Les moteurs sont équipés de bougies de préchauffage qui réchauffent la chambre de combustion avant le démarrage. En outre, le préchauffage perdure quelques secondes après le démarrage pour accélérer la montée en température dans les cylindres et limiter ainsi le surplus de pollution généré par le fonctionnement du moteur à froid.

Agent cancérigène

La combustion du carburant diesel génère des polluants nocifs pour la santé humaine. Les oxydes d'azote ont été identifiés comme cancérigènes par l'Organisation mondiale de la santé, alors que les benzopyrènes et les benzoanthracènes, hydrocarbures aromatiques polycycliques, sont aussi considérés comme dangereux. « À cause des hautes températures présentes dans la chambre de combustion du moteur diesel, l'azote présent dans l'air réagit plus facilement avec l'oxygène, et comme il y a plus d'air que de carburant dans un moteur diesel, le surplus d'azote va réagir en engendrant des oxydes d'azote, qui sont très polluants », explique le professeur Gregory S. Patience, du département de génie chimique de Polytechnique Montréal. 

Source de smog

Lorsqu'on limite l'apport d'air pour réduire les émissions de NOx, c'est de la suie qui sort des soupapes d'échappement, un problème directement lié à la formation de nanoparticules qui causent le smog et qui peuvent être à la source de problèmes respiratoires. « Les molécules plus lourdes mettent plus de temps à brûler, et causent davantage de poussière, un peu comme une grosse bûche dans un foyer, illustre Louis Fradette, de l'École Polytechnique. Tous les constructeurs doivent donc ajuster la combustion de manière parfaite pour minimiser la formation de NOx dans les cylindres. Chacune des étapes de compression et de détonation doit être parfaitement synchronisée pour que la combustion des oxydes d'azote soit maximisée. »




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