Motorisation Pour homologuer leurs véhicules à la norme antipollution Euro VI qui s’applique à compter du 1er janvier 2014, les constructeurs ont peu de choix. Entre EGR et SCR, ou les deux, Bus & Car dresse un aperçu des solutions adoptées sur le marché.
Avec les normes antipollution Euro IV et Euro V, on a assisté à un clivage technologique puisque l’on avait les tenants de la solution EGR d’un côté, et les défenseurs de la réduction catalytique sélective avec réactif AdBlue (SCR) de l’autre. Parmi les plus acharnés du premier camp, on compte MAN, Mercedes-Benz, puis Cummins, DAF et Iveco. Quant à Scania ou Volvo, ils ont prudemment développé les deux systèmes selon les besoins et les applications.
Jusqu’à Euro VI, l’alternative laissée aux motoristes était la suivante: soit on réduit les teneurs d’oxydes d’azote (NOx) en générant une combustion incomplète grâce à la recirculation des gaz d’échappement (EGR), soit on exploite la catalyse SCR avec réactif AdBlue.
Avantages de la première solution: pas besoin d’AdBlue (simplification et économie au quotidien), et une intégration aisée à bord du véhicule, le post-traitement se limitant à la présence d’un filtre à particules (actif ou passif suivant les cas). Inconvénients de l’EGR: des besoins accrus en refroidissement: il faut refroidir les gaz d’échappement au maximum avant ré-ingestion pour limiter la dégradation du rendement moteur. En outre, la vanne EGR tend à s’encrasser et peut générer des coûts d’entretien, voire des immobilisations à moyen ou long terme. Et de plus, la qualité de l’huile et sa filtration deviennent ici décisives pour la fiabilité du moteur.
De l’autre côté, exploiter la catalyse SCR avec réactif AdBlue consiste à rechercher le rendement maximum du moteur, ce qui est favorable aux consommations. Du fait de cette combustion plus complète, on génère moins de suies, mais on émet beaucoup plus d’oxydes d’azote (NOx)! D’où le post-traitement avec AdBlue, puisque le réactif permet d’alimenter la réaction chimique intervenant dans le catalyseur! Bien que très peu coûteux à fabriquer, ce produit (selon son conditionnement) est vendu relativement cher.
La catalyse SCR est encombrante, car il faut un deuxième réservoir, un calculateur, une pompe doseuse et le catalyseur dédié. C’est là le principal inconvénient de ce système. Avantage: une fiabilité plus grande pour peu que l’on pense à vérifier la présence d’AdBlue dans le réservoir, sachant que depuis Euro V (étape 2) une sonde à NOx mesure l’efficience du système en sortie d’échappement.
Sinon, les performances du moteur sont délibérément bridées. La suralimentation est également moins complexe qu’à bord des moteurs ayant recours à l’EGR (simple turbocompresseur ou suralimentation à géométrie fixe), ce qui est positif pour les coûts d’exploitation à long terme.
Avec Euro VI, MAN et le groupe Daimler ont dû manger leur chapeau! Comme il a fallu éliminer simultanément la quasi-totalité des suies et des oxydes d’azote (− 99 % et − 95 % par rapport à Euro I), la combinaison EGR + SCR, conjuguée à la hausse continue des pressions d’injection (jusqu’à 2 500 bars en crête chez Daimler sur ses nouveaux moteurs OM 936, OM 470 et OM 471), apparaît inévitable.
Tous les motoristes ont eu recours à l’EGR + SCR. Tous… ou presque tous! Iveco, et dans une moindre mesure Scania, ont misé sur le seul SCR! Scania limite cette solution aux moteurs 5 cylindres DC09 de 320 et 360 ch, et 6 cylindres 13 litres de 410 ch. Iveco la propose sur toute sa gamme Cursor, montée sur les Crossway, Recreo, Citelis/Urbanway et les autocars Magelys. Scania explique ce choix partiel par les enjeux de températures de gaz d’échappement: les petites puissances (250 et 280 ch) du moteur DC06 générant peu de calories, il faut utiliser l’EGR combiné à un turbocompresseur à géométrie variable pour remonter ces températures à l’échappement et assurer un bon fonctionnement du post-traitement.
Alors, pourquoi Scania fait-il exactement l’inverse pour le 13 litres? « La puissance plus élevée du moteur 13 litres 450 et 490 ch produit suffisamment de chaleur, mais le seul SCR ne suffit pas pour nettoyer les gaz et les particules. Une alternative dans ce cas aurait pu être d’utiliser un plus grand silencieux pour éviter l’EGR, mais cela est plus cher et prend de la place dans le châssis », explique Scania. Le constructeur n’a pas voulu augmenter la taille de son système d’échappement, contrairement aux autres marques. Pour présenter l’intégralité de sa gamme Cursor en Euro VI, Iveco a revu à la fois le moteur (passage à la rampe commune, hausse des pressions d’injection – maximum en crête à 2 200 bars –, nouveau carter) et ses périphériques (nouveau turbocompresseur à géométrie variable d’origine Garrett à pilotage électronique).
Reste la botte secrète: la modélisation de la réaction chimique dans le catalyseur qui permet d’optimiser l’efficacité du système SCR. Ceci explique le diffuseur d’AdBlue spécifiquement fabriqué pour Iveco. Clément Chandon, directeur produit d’Iveco France explique: « la difficulté avec Euro VI, c’est qu’il faut obtenir une efficacité minimum de 95 % d’élimination des NOx sur toutes les phases de fonctionnement du moteur. » Cerise sur le gâteau pour Iveco, la régénération passive du filtre à particules suffit. Une simplification que ne peuvent revendiquer les constructeurs ayant eu recours à l’EGR, puisque dans ce cas, le filtre à particules doit être régénéré périodiquement par pyrolyse (soit via un crayon électrique, soit par adjonction complémentaire de gazole pour générer une postcombustion).
En marge de l’amélioration des performances des systèmes de post-traitement, il existe une autre solution: changer d’énergie.
Il y a l’électricité, qui ne peut s’appliquer qu’à des véhicules urbains à faible rayon d’action. Mais d’autres sources sont envisageables. L’éthanol, défendu par Scania, est pour l’instant inapplicable en France pour des raisons administratives aussi obscures que fiscales. Il y a le gaz naturel, alias le méthane. Son indice d’octane est colossal (125 RON contre 97 pour les meilleurs supercarburants sans plomb disponibles en France), mais il requiert d’encombrantes bouteilles car sa densité est extrêmement faible. Dans le cas du GNV (gaz naturel pour véhicules), 1 kg de méthane compressé à 250 bars occupe un volume de 4 litres! C’est ce qui explique les nombreuses bouteilles posées sur les pavillons des autobus ainsi motorisés.
Le GNL (gaz naturel liquéfié) stocké à − 161 oC sous forme liquide atténue sensiblement ce défaut. Reste à approvisionner les bouteilles isolantes du véhicule, car en France, il n’existe pas de station de ravitaillement en GNL. Hormis ce gros handicap, le gaz naturel est paré de vertus: il émet très peu de particules grâce à son rapport hydrogène/carbone très favorable (formule chimique CH4) et permet une combustion très complète avec de forts rapports volumétriques, ce qui est favorable au rendement moteur. En outre, on peut le produire en France grâce au recyclage des déchets organiques via la filière du biogaz (Lille et Forbach exploitent du bio-GNV).
Sa dépollution est très simple, dès lors que le moteur fonctionne en allumage commandé: un simple catalyseur 3 voies suffit.
Chez Iveco, on annonce un poids de 45 kg à 60 kg pour le système de dépollution du Cursor 8 GNV, contre 180 à 250 kg pour les systèmes de post-traitement des moteurs diesels Euro VI concurrents. L’homologation d’un véhicule Euro VI au méthane ne requiert qu’un reparamétrage de la cartographie d’allumage et d’injection, sans ajout d’aucune autre technologie additionnelle! Cela explique la réduction du différentiel de prix entre un véhicule gaz Euro VI et un diesel Euro VI. L’écart n’est plus que de 5 000 à 6 000 €. Pour peu que l’on s’approvisionne en gaz à un prix compétitif, la rentabilité est assurée en 12 mois pour les autobus urbains!