Fiche de révision : Polluants et pollution automobile

📋 Plan du Cours

1. unités
2. Effet de serre et réchauffement
3. Couche d’ozone et rayons UV
4. Formation des polluants automobiles
5. Carburants et normes de qualité
6. Réglages et injection du moteur
7. Polluants routiers et réglementation
8. Mesure des émissions automobiles

📖 1. unités

🔑 Notions clés & Définitions

• Dioxyde de soufre : est émis lors de la combustion de matières fossiles par les industries, les systèmes de chauffage et les transports ; il irrite les muqueuses, la peau et les voies respiratoires et contribue aux pluies acides.
• Monoxyde de carbone : est un gaz inodore et incolore produit par une combustion incomplète, notamment automobile, qui prend la place de l’oxygène sur l’hémoglobine et peut provoquer des maux de tête, des vertiges et la mort à forte exposition.

★ À maîtriser

• Les émissions de NOx proviennent principalement de:
  • transports : 50 %
  • industrie : 20 %
  • agriculture : 15 %
  • transformation d’énergie : 10 %
  • chauffe-eau et gazinières : 5 %

Compléments

• Les particules et poussières peuvent être cancérigènes et atteindre les voies respiratoires et les poumons, tandis qu’elles salissent les bâtiments et les monuments.

• Les métaux toxiques cités sont:

  • le plomb
  • le mercure
  • le zinc

📖 2. Effet de serre et réchauffement

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet de serre : est un phénomène naturel qui maintient la température moyenne de la Terre à 15 °C au lieu de −18 °C sans cet effet, car des gaz atmosphériques retiennent une partie du rayonnement infrarouge émis par la surface.

📝 Points essentiels

• Les gaz à effet de serre cités sont:

  • la vapeur d’eau (H2O)
  • le dioxyde de carbone (CO2)
  • le méthane (CH4)
  • le protoxyde d’azote (N2O)
  • l’ozone troposphérique (O3)
  • les CFC

• La concentration en CO2 a augmenté de 50 % depuis l’ère préindustrielle et le CO2 est présenté comme responsable à lui seul de 50 % de l’effet de serre.

• Dans l’effet de serre anthropique, le CO2 représente un peu plus de 69 %, le méthane un peu plus de 15 % et le N2O environ 5 %.

• Les conséquences annoncées sont: une augmentation de la température moyenne de 3 °C pour 2050, la fonte des glaciers, des phénomènes climatiques plus violents et plus fréquents

💡 Astuce mémo

Gaz à effet de serre → chaleur retenue → réchauffement climatique

📖 3. Couche d’ozone et rayons UV

🔑 Notions clés & Définitions

• Couche d’ozone : est une couche atmosphérique d’environ 25 km d’épaisseur, située à 15 km de la Terre, qui contient une concentration importante d’ozone (O3).

📝 Points essentiels

• L’ozone stratosphérique absorbe la plupart des rayons ultraviolets biologiquement dommageables et n’en laisse passer qu’une petite partie jusqu’à la surface de la Terre.

• Les conséquences des UV non filtrés sont:

  • les cancers de la peau
  • l’affaiblissement du système immunitaire
  • les problèmes oculaires

💡 Astuce mémo

Ozone stratosphérique protecteur, ozone troposphérique polluant

📖 4. Formation des polluants automobiles

★ À maîtriser

• Les hydrocarbures imbrûlés sont piégés dans les volumes morts lorsque le mélange s’y refroidit et éteint la flamme au voisinage des parois.

• Le CO résulte surtout d’une combustion incomplète des hydrocarbures en milieu riche et peut aussi provenir d’une oxydation partielle dans le collecteur d’échappement.

📌 Les NOx apparaissent principalement lorsque la combustion associe une forte teneur en oxygène et une forte température.

• Les particules proviennent d’une combustion incomplète due à un manque d’oxygène et leur formation dépend du carburant et de la calibration du moteur.

Compléments

• Le film d’huile et les dépôts de la chambre de combustion et des soupapes adsorbent des HC pendant l’admission, puis les restituent pendant la détente et l’échappement.

💡 Astuce mémo

Combustion incomplète → CO, HC et particules ; forte température et oxygène → NOx

📖 5. Carburants et normes de qualité

📝 Points essentiels

• Pour l’essence, la réduction des teneurs en aromatiques et en soufre vise notamment à réduire les HC et le CO et à éviter l’empoisonnement des pièges à NOx.

• Pour le gazole, l’augmentation de l’indice de cétane, égal à 51 actuellement, ainsi que la réduction des aromatiques et du soufre permettent de réduire les HC, le CO et les particules.

• La teneur maximale en soufre diminue de 500 ppm pour Euro I en 1992 à 50 ppm pour Euro IV en 2005, pour l’essence comme pour le diesel.

📖 6. Réglages et injection du moteur

★ À maîtriser

📌 Une richesse supérieure à 1 correspond à un mélange riche avec une température basse et un manque d’oxygène, ce qui diminue les NOx mais augmente les HC et le CO ; une richesse inférieure à 1 correspond à un excès d’air.

📌 Un rapport volumique élevé améliore le rendement et diminue la consommation, mais augmente les températures de combustion et les NOx.

• 🔄 Les trois phases d’injection sont:
  1. la pré-injection
  2. l’injection principale
  3. la post-injection

📌 L’augmentation de la pression d’injection améliore l’atomisation, réduit les particules et les HC, mais augmente la température, les NOx et le rendement moteur.

📌 L’augmentation du taux d’EGR appauvrit le mélange en oxygène et réduit la vitesse de combustion et les NOx, mais augmente les particules et les HC si le taux est élevé.

Compléments

📌 À pleine charge, l’augmentation de la pression et de la température en fin de compression augmente les NOx et diminue les HC grâce à un meilleur brassage et à une combustion plus rapide.

📖 7. Polluants routiers et réglementation

★ À maîtriser

• Dans les transports routiers, la part causée est donnée comme étant de 60 % pour le CO, 45 % pour les HC, 70 % pour les NOx et 35 % pour les particules.

• En France, 72 % des kilomètres sont parcourus localement et 28 % sur de longues distances ; de nombreux trajets urbains sont inférieurs à 3 km et sont très polluants lorsque le moteur et le catalyseur sont froids.

• La norme Euro VI pour les véhicules essence fixe 1 g/km de CO, 0,1 g/km de HC et 0,06 g/km de NOx.

• La norme Euro VI pour les véhicules diesel fixe 0,5 g/km de CO, 0,08 g/km de NOx, 0,17 g/km de NOx+HC et 0,005 g/km de particules.

Compléments

• Les polluants non réglementés comprennent notamment le benzène, cancérigène, et le sulfure d’hydrogène H2S, qui peut être produit dans les pots catalytiques pendant leur période de chauffe.

📖 8. Mesure des émissions automobiles

★ À maîtriser

• Le cycle NMVEG comprend un cycle urbain de 4 km en 13 minutes et un cycle extra-urbain de 7 km en 7 minutes.

📌 Le WLTP parcourt 23,262 km en 30 minutes, tandis que le NEDC parcourt 11 km en 20 minutes.

• Le test RDE mesure les émissions de NOx sur route pendant 1 h 30 à 2 h, avec un parcours composé de 34 % en zone urbaine, 33 % hors agglomération et 33 % sur autoroute.

• À partir du 1er septembre 2020, la limite RDE des NOx est de 1,5 fois Euro 6, soit 120 mg/km pour une valeur Euro 6 de 80 mg/km.

Compléments

• Le test SHED, réalisé uniquement pour les véhicules essence, limite les émissions d’hydrocarbures par évaporation à 2 g par test.

💡 Astuce mémo

NEDC → WLTP → RDE

📊 Tableaux de synthèse

Polluants et effets principaux