Pollution automobile : Cours sur les gaz d'échappement et dépollution

La pollution automobile
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Introduction :
Un moteur d’automobile qui fonctionnerait dans des conditions idéales de
stœchiométrie : 1g essences/15g d’air ne rejetterait que de la vapeur d’eau  et du
dioxyde de carbone : environ 1,1 kilogramme de vapeur d’eau et 2,4 kilogrammes
de CO2 par litre d’essence consommé, environ 0,9 kilogramme de vapeur d’eau et 2,7
kilogrammes de CO2 par litre de gazole consommé (‘‘combustion des carburants’’)
Ces rejets ne sont pas des polluants, mais participent à l’effet de serre :
- la vapeur d’eau () étant rejetée près du sol, elle se condense rapidement
et se disperse dans l’environnement, sans autre effet notoire qu’une
pollution thermique.
- le dioxyde de carbone : (CO2) est un gaz non toxique, incolore, inodore et
parfaitement biodégradable.
Les moteurs d’automobiles, et en particulier les moteurs diesel
turbocompressés, rejettent d’autres gaz à effet de serre comme les oxydes d’azote
(NO et NO2), gaz provenant de la réaction de l’oxygène avec l’azote de l’air lorsque
ces moteurs fonctionnent à hautes températures avec un mélange pauvre ou avec un
excès d’air (‘‘oxydes d’azote NOx’’). Outre leur toxicité, ces deux gaz sont des
précurseurs de l’ozone.
Les normes anti-pollution modernes imposent de traiter le dioxyde d’azote dans
un catalyseur à réduction (technologie SCR : selective catalytic reduction c’est-à-dire
la réduction catalytique sélective (RCS) technique utilisée pour réduire les oxydes
d’azote « NOx » émis par les moteurs à combustion), à l’aide d’un additif à base
d’ammoniac (AdBlue®). Il se transforme alors en gaz carbonique (CO2), azote (N) et
vapeur d’eau (H2O).
Les deux gaz (NO et NO2) combinent leurs effets : ce sont de puissants toxiques
irritants pour les yeux, la gorge et les poumons.
L’automobile est directement responsable de l’émission de trois gaz à effet de serre :
de la vapeur d’eau (H2O) et du dioxyde de carbone (CO2) en grandes quantités et,
dans une moindre mesure, du dioxyde d’azote (NO2). Indirectement, l’automobile
contribue aussi à la présence d’ozone (O3) dans l’atmosphère terrestre.
Finalement, la pollution automobile peut se résumer ainsi : une voiture fabrique
à la fois de la chaleur et des gaz à effet de serre qui empêchent cette chaleur de se
disperser

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I. RÉACTIONS CHIMIQUES MOTEUR A COMBUSTION
INTERNE
Masse molaire des principaux éléments (kg.kmol-1) :
Hydrogène
(H) : 1
carbone (C)
: 12 azote
(N) : 14
Oxygène (O) : 16
Formule chimique de l’air pur (gaz rares assimilés au diazote) :
Composition massique de l’air : dioxygène (O2) 23 % ; diazote (N2) 77 %
Formule chimique de l’air pur : O2 + 3,8 N2
Formule chimique du gazole :
Composition massique du gazole : carbone (C) 87 % ; hydrogène (H) 13 %
Indice du carbone : 87 / 12 = 7,25 ; indice de l’hydrogène : 13 / 1 = 13
Formule chimique : C7,25H13
Combustion du gazole :
C7,25H13 + 10,5 O2 + (10,5 x 3,8) N2 = 7,25 CO2 + 6,5 H2O + 40 N2
C7,25H13 : gazole
O2 : dioxygène
N2 : diazote
CO2 : dioxyde de carbone
H2O : eau
Formule chimique de l’essence :
Composition massique de l’essence : carbone (C) 84 % ; hydrogène (H) 16 %
Indice du carbone : 84 / 12 = 7 ; indice de l’hydrogène : 16 / 1 = 16
Formule chimique : C7H16
Combustion de l’essence :
C7H16 + 11 O2 + (11 x 3,8) N2 = 7 CO2 + 8 H2O + 42 N2
C7H16 : essence
O2 : dioxygène
N2 : diazote

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CO2 : dioxyde de carbone
H2O : eau
Formule chimique du GPL :
Composition du GPL : butane (C4H10) 50 % ; propane (C3H8) 50 %
Formule chimique approchée : C3,5H9
Combustion du GPL :
C3,5H9 + 5,75 O2 + (5,75 x 3,8) N2 = 3,5 CO2 + 4,5 H2O + 22 N2
C3,5H9 : GPL
O2 : dioxygène
N2 : diazote
CO2 : dioxyde de carbone
H2O : eau
II. COMPOSITION DES GAZ D’ECHAPPEMENT
La combustion parfaite des hydrocarbures dégage du dioxyde de carbone, et de la
vapeur d’eau, tous responsable des changement climatique (effet de serre).
La combustion incomplète (mélange pauvre ou riche) du carburant dans le moteur
provoque les gaz cités ci-dessus mais l’émission des produits :
 Monoxyde de carbone (CO)
 Hydrocarbures non brulés (HC)
 Oxydes d’azote (NO)
 Matières solides
Ces produits sont toxiques irritants pour les yeux, la gorge et les poumons.

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Rappel sur la carburation
Le dosage : on appelle dosage d’un mélange comburant et carburant, le rapport entre
la masse d’essence et la masse d’air introduite dans la chambre de combustion.
Pour obtenir une combustion complète, le dosage théorique est d=1/15.
C’est-à-dire qu’il faut 15gr d’air pour bruler 1gr d’essence, on appelle ce type de
mélange, un dosage « STOECHIOMETRIQUE » ou mélange parfait.
D=1/18
Dosage pauvre
D=1/15
Dosage STOECHIOMETRIQUE
D=1/12
Dosage riche
Le coefficient d’air ou rapport lambda : c’est Le rapport entre la masse d’air introduite
et la masse d’air théorique de 15 grammes.
Mélange pauvre

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Mélange stéochiométrique
Mélange riche
III. La dépollution de moteur à combustion interne
Les polluants dans les gaz d’échappement (gaz nocif) peuvent être réduite
grâce à un carburant approprié (pauvre en soufre, sans plomb), par des mesures
prises au niveaux du moteur ou par traitement des gaz d’échappement ( insufflation
d’air, catalyseur et autres systèmes)
Les mesures prise au niveau du moteur :
Il est possible de réduire les polluants (des gaz imbrulés) grâce à une
combustion complète du mélange carburant air et en diminuant la consommation de
carburant. Les mesures suivantes peuvent être prise pour améliorer la qualité des gaz
d’échappement ;
 Construction du moteur :
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 Qualité de la formation du mélange :
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 Recyclage des gaz d’échappement :
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 Système de gestion moteur :
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 Suralimentation avec refroidissement d’air :
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