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Des filtres à particules contre les poussières toxiques

Les moteurs Diesel modernes ne crachent plus de fumée noire. Certains systèmes de filtrage actuellement utilisés ne protègent toutefois pas de toutes les nanoparticules nocives. Le laboratoire de contrôle des gaz d’échappement de la HESB-TI est spécialisé – depuis 15 ans déjà – dans la mesure  des nanoparticules des moteurs à combustion, le contrôle des différentes technologies liées aux particules Diesel et tout ce qui touche à leur implémentation.

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Les moteurs Diesel crachant des nuages de fumée noire et de suie ont, par chance, en grande partie disparu de la circulation, de l’agriculture et de l’industrie. Et c’est très bien ainsi; bien que, selon l’Office fédéral de l’environnement,  les émissions des moteurs à combustion ne constituent annuellement qu’environ 17% des émissions de particules au niveau national, le degré de pollution dû au diesel est localement souvent plus élevé. En génie souterrain, dans les mines et les garages ou autres milieux difficiles à aérer, les moteurs Diesel sont responsables d’un pourcentage élevé d’émissions dangereuses pour la santé. De plus, en raison de la combustion hétérogène, même dans les agrégats Diesel les plus modernes à très faibles émissions massiques de particules, des concentrations numériques de nanoparticules presque identiques sont produites. Ces dernières proviennent en premier lieu des paquets d’additifs d’huile et de carburant et sont mille fois plus petites que les particules fines visibles sous forme de fumée. Elles sont composées de molécules d’hydrocarbures, de composés soufrés et phosphatés et d’oxydes métalliques, qui se fixent sur les noyaux de suie.

Moteur Diesel avec équipement DPF et instrument de mesure sur le banc d’essai à moteur. (Photo: www.afhb.bfh.ch)

Aucune limite pour les nano émissions 

En hygiène atmosphérique, la masse de toutes les poussières de l’air déposée sur un filtre est pesée. Celui-ci laisse passer au maximum des particules de 10, 5, 2.5 ou 1 millionième de mètre. Par conséquent, les émissions s’appellent PM10, PM5, PM2.5 ou PM1. Le Conseil fédéral a fixé les valeurs limites des émissions toxiques des gaz d’échappement Diesel actuellement valables pour les particules PM10, sur la base d’études scientifiques, comme par exemple le projet de recherche interdisciplinaire SAPALDIA. Par le passé, les limites légales des émissions ont régulièrement été renforcées, de sorte que les émissions PM actuelles des nouveaux véhicules sont très basses. On arrive même aux limites du processus de mesure PM.

Les limites des émissions PM négligent toutefois les nanoparticules résultant de la combustion du Diesel, car celles-ci ne contribuent pas ou très peu à la masse mesurée. La masse de nanoparticules qui, pour ainsi dire, disparaît dans les gaz d’échappement Diesel est toutefois compensée par sa grande quantité et sa libre mobilité dans l’air. Jusqu’à 10 milliards de ces corpuscules partiellement toxiques sont rejetés par litre de gaz d’échappement. Des études en cours à l’EPF de Zurich et à l’EMPA prouvent que les nanoparticules particulièrement riches en métal pénètrent facilement dans les cellules pulmonaires humaines et y déclenchent un stress oxydant, qui provoque, à son tour, des inflammations ou autres dégradations cellulaires. 

VW Passat 1,9 TDI sur le banc d’essai à rouleaux. (Photo: www.afhb.bfh.ch)

Filtre à particules Diesel comme solution

L’idée d’un filtre à particules pour moteurs diesel (FAP) est aussi vieille que le contrôle des gaz d’échappement de la HESB-TI – elle existe depuis 30 ans. Les problèmes initiaux de la régénération des filtres et de la commande de celle-ci ont, entre-temps, été résolus grâce aux efforts intensifs de la recherche et de l’industrie. Les filtres à particules modernes séparent outre la masse corpusculaire au moins 95% des nanoparticules. La technique actuelle des filtres pourrait même en éliminer 99.9%.

L’introduction en série de filtres à particules dans les limousines Peugeot peut être assimilée à un événement historique important. Le fabricant français de véhicules à moteur a ainsi prouvé qu’un FAP pouvait être réalisé en série et était fiable. Le matériel utilisé pour le filtre permet un excellent degré de séparation même pour les nanoparticules. Les frais supplémentaires se situent dans la fourchette de prix d’une voiture concurrentielle et n’ont pas été reportés sur le client. Sous la pression de la prise de conscience écologique et de la santé, les autres fabricants européens ont également intégré  des filtres à particules dans leurs nouveaux véhicules, principalement dans les modèles les plus chers et sous forme d’équipement optionnel moyennant un supplément.

Catalyseurs à particules problématiques

Dans l’industrie automobile allemande, le gouvernement a introduit des attraits fiscaux pour encourager les filtres à particules. Les nanoparticules ayant toutefois été évincées des discussions entre politique et industrie et les critères de promotion établis étant plus souples, l’idée d’un marché équipant les voitures particulières de catalyseurs à particules a vu le jour.

À des fins de marketing, ceux-ci sont souvent appelés à tort filtres à particules, mais ils ne peuvent toutefois accumuler que 30-40% des nanoparticules et environ 60% des particules visibles. Les catalyseurs à particules dévalorisent le terme filtre à particules et contournent la qualité de filtration nécessaire, définie en Suisse lors d’une collaboration internationale, et matérialisée par de nombreux fabricants de filtres. Pour ces raisons, les experts du réseau suisse des nanoparticules estiment à l’unanimité qu’il n’est pas judicieux d’équiper ultérieurement un véhicule particulier de catalyseurs à particules. La meilleure solution consiste à promouvoir l’achat de voitures équipées de FAP, tout en surveillant de manière réglementée la qualité des FAP.

Aussi sur le banc d’essai à rouleaux (Photos: www.afhb.bfh.ch)

Jaguar
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Hohe Auszeichnung

Die internationale Vereinigung der Automobilingenieure, Society of Automotive Engineers International (SAE), hat Dr. Jan Czerwinski zum Ehrenmitglied gewählt. Diese Auszeichnung kommt nur Ingenieuren zuteil, die weltweit durch aussergewöhnliche technische Leistungen hervortreten.