Euro VI, une bombe à retardement

L’application des normes Euro VI a été pour la plupart des constructeurs synonyme de nouvelles générations de moteurs. Lesquels ont été conçus pour fonctionner en symbiose, aussi complète que possible, avec le système de dépollution permettant aux véhicules de répondre aux seuils d’émissions gazeuses très bas imposés par la norme Euro VI. Tout un ensemble de mesures a été pris par les constructeurs pour accroître les performances mécaniques et énergétiques afin de contrebalancer les effets néfastes des systèmes de post-traitement sur le rendement moteur: hausse des pressions d’injection (jusqu’à 2 500 bars en pointe chez Daimler), hausse des pressions dans la chambre de combustion, suralimentation bi-étagée ou à géométrie variable, quasi-généralisation des systèmes de recirculation des gaz d’échappements (EGR), post-injection de gazole (via la rampe commune ou le système Delphi-Lucas d’injection unitaire étagée) et déphasage des levées et des fermetures de soupapes (moteurs Daimler OM934 et OM 936). Tout ceci emporte des effets pervers: la hausse des pressions d’injection génère des retours carburant très chauds vers les réservoirs à combustible, ce qui favorise la condensation. Celle-ci, par son apport en eau venant des parois des réservoirs, contribue à la prolifération bactérienne dans le gazole! Mais l’huile moteur n’est pas davantage à la fête: « Aujourd’hui, l’huile ne peut plus servir à stocker le carbone issu des imbrûlés », explique cet ingénieur motoriste qui souhaite garder l’anonymat. Le pétrolier Chevron prévient: « Le caractère acide des produits de combustion contenus dans les gaz d’échappement réaspirés via l’EGR peut intensifier l’acidification de l’huile moteur pouvant entraîner une dégradation et une usure par corrosion des composants moteur ». Depuis Euro III, l’EGR pose de sérieux problèmes: « Le lubrifiant utilisé doit faire preuve d’une forte capacité de dispersion afin de maintenir la suie et les particules en suspension. Cela est nécessaire pour éviter l’épaississement de l’huile, le colmatage du filtre et l’usure par abrasion », explique-t-on chez Chevron.

Avec la post-injection de gazole ou en déréglant délibérément les levées et les fermetures de soupapes, la combustion est plus chaude à l’échappement! Cela a une conséquence fâcheuse: « avec les phases d’injections tardives ou les hausses de températures à l’échappement, on génère une dilution des lubrifiants », explique Bruno Walter au département Moteur de l’Institut français du pétrole Énergies nouvelles. Chez Chevron, on ajoute que ces hautes températures impactent également la sensibilité à l’oxydation du lubrifiant.

La hausse des températures moteur est une conséquence de la hausse des pressions dans le haut moteur, mais elle est aussi voulue pour faire fonctionner la régénération des filtres à particules (FAP). En effet, en l’absence d’additif (comme l’Eolys de Rhodia utilisé chez PSA Peugeot-Citroën) pour que les FAP puissent se régénérer et éliminer les suies, il faut atteindre les 700 ^oC. Les particules d’imbrûlés retenues prisonnières sont réduites en cendres par pyrolyse, comme dans un four domestique! Les constructeurs procèdent soit par déréglage de l’injection ou de la distribution moteur, soit par installation d’un injecteur envoyant du gazole directement en amont du filtre à particules. Ce dernier choix, fort criticable sur le plan de la consommation, ajoute une contrainte supplémentaire: il faut que le gazole soit lui-même exempt de toute particule indésirable, sans quoi on enverrait directement dans le filtre des éléments venant l’obstruer. Et les bactéries sont ici toutes désignées!

Le filtre à particules est un élément particulièrement sensible à bord des véhicules Euro VI. Dans le cadre de son entretien périodique, son changement complet – ou l’échange standard de sa cartouche filtrante – coûte entre 2 000 et 3 600 € HT selon les constructeurs (hors main-d’œuvre)! Une intervention qui va grever le prix de revient au kilomètre des véhicules.

À ce jour, les constructeurs donnent des ordres de grandeur allant de 90 000 à 360 000 km pour cette intervention suivant le type de parcours (urbain ou grand tourisme). Le roulage de type urbain est le pire qui soit pour les FAP: outre les températures insuffisantes pour régénérer le filtre en continu, la circulation à faible charge moteur induit un fort taux de réaspiration EGR (de 10 à 20 % en général, mais jusqu’à 30 % – par exemple chez MAN). Or, ce ratio élevé signifie que le moteur aspire ses gaz d’échappement, forcément sales et appauvris en oxygène, ce qui induit une combustion incomplète génératrice de suies qui viennent saturer les FAP. Ces intervalles seront revus considérablement à la baisse si les conditions d’utilisation s’avéraient ne pas être optimales.

Parmi ces facteurs “tuant” les filtres à particules, nous avons mentionné les bactéries, mais il y a aussi le soufre, le phosphore ou les métalloïdes contenus dans les huiles moteur. D’où l’exigence d’huiles dites Low SAPS (à faible génération de cendres). Elles sont désormais la norme pour les moteurs Euro VI! « Beaucoup de particules sont issues de la combustion du lubrifiant dans les cylindres, on commence à avoir des problèmes de mesure car on est dans les limites de la détection des particules » explique Bertrand Lecointe, chef de projet à l’IFP Énergies nouvelles. Ce qui prouve au passage que les moteurs Euro VI sont effectivement très vertueux sur les polluants réglementés.

L’huile elle-même a évolué, comme le rappelle le pétrolier Chevron: « Pour fabriquer des huiles pour moteurs Euro VI, vous avez besoin d’huiles de base qui disposent d’un degré élevé de pureté et d’une stabilité thermique à l’oxydation. Ces huiles de base sont dites de groupe II, III et IV. Les huiles de base de groupe III et IV sont considérées comme étant des huiles synthétiques ». Issues de technologies polymères, elles sont excellentes en performance lorsqu’elles sont fraîches mais se dégradent très vite sous l’effet conjugué du cisaillement et des hautes températures.

Que ce soit pour l’huile ou pour le combustible, la filtration devient un élément extrêmement sensible. Ainsi, selon MAN, on retrouve aujourd’hui 7 étages de filtration pour un moteur Euro VI, que ce soit à l’amont ou à l’aval du moteur (système de dépollution). Chaque fluide (air, huile, combustible) doit faire l’objet d’une filtration parfaite. Un filtre à air propre évitera la formation de silice dans le moteur, mais il est aussi nécessaire pour éviter l’allumage du code “défaut moteur”. En effet, un manque d’air au débimètre ou en entrée moteur induit une anomalie pour le calculateur qui ne pourra pas corriger la boucle de fonctionnement avec l’injection ni avec le post-traitement des gaz d’échappement.

Un filtre à huile encrassé déclenchera le circuit by-pass, ce qui signifie que l’on enverra dans les organes mécaniques et les canalisations une huile déjà souillée. Dans des points chauds comme le haut moteur ou les turbocompresseurs, cela pourra entraîner une cokéfaction. Ce phénomène est la bête noire des spécialistes de la lubrification. Quant au filtre à gazole, son encrassement générera ici aussi un code défaut, puisque les pressions et les débits d’injection exigés par le système d’injection électronique ne pourront pas être atteints. Et encore, il s’agit ici d’un défaut mineur, le pire étant que l’eau issue de la condensation dans le réservoir vienne saturer le filtre décanteur entraînant le grippage des pompes haute pression et des injecteurs. Une “bagatelle” à 1 500 € HT pièce!

La sévérisation des normes d’homologation des constructeurs a suivi celle du législateur. Ainsi chez MAN est-on passé du protocole M4477 pour les véhicules Euro V à M4277 pour les véhicules Euro VI. Les exigences techniques ont crû pour maintenir les intervalles de vidanges. « Changer l’huile est le moyen le plus facile et le plus rapide de répondre à cette sévérisation », explique un ingénieur de la marque à Munich. Autre point sensible: le coussinet de bielle! L’huile travaille non seulement pour évacuer les particules et les calories, mais elle doit aussi poursuivre son rôle premier: lubrifier les pièces en mouvement pour éviter le grippage. Or, le stress est très important sur des pièces soumises à de fortes contraintes comme les paliers de vilbrequins, la distribution, les coussinets de bielles, voire les éléments mobiles du turbocompresseur.

« Une analyse d’huile coûte environ 50 €, un moteur beaucoup plus. Faire une économie sur l’huile est une fausse économie », constate le constructeur MAN. « Il faut que les exploitants apprennent à vivre avec », résume-t-on laconiquement à l’IFP Énergies nouvelles. Bref, que ce soit chez les constructeurs ou dans les laboratoires de recherche, on admet « qu’il y aura un changement de culture et d’organisation à faire ». Que faire? Tout d’abord, se caler impérativement sur les spécifications des constructeurs motoristes. L’huile universelle que l’on mettait dans tous les carters est révolue! S’il paraît logique de mettre une huile Low SAPS pour les moteurs de dernière génération, il faut savoir que ces lubrifiants de synthèse très fluides (5W30 voire 0W30) sont peu, voire pas, adaptés aux moteurs des générations antérieures à Euro IV. Les normes d’usinage et les besoins en termes de viscosité ont changé. Une viscosité trop basse, et le défaut de graissage par manque de pression dans le circuit menace. Pour Chevron, « en cas de doute sur l’utilisation d’huile à faible viscosité, il est recommandé de consulter le carnet d’entretien du véhicule ». Pour un parc restreint, une solution consiste à avoir une huile par type de véhicule, aux conducteurs ou au responsable du garage de vérifier les niveaux et la présence du bon produit.

Pour les véhicules roulant beaucoup, ne pouvant être immobilisés ou être vérifiés sur place (cas de la ligne Starshipper reliant Lyon à Turin exploitée par les Courriers Rhodaniens), ou pour les parcs nombreux et très diversifiés, la solution consiste à installer l’Oilmaster de chez Groeneveld. L’Oilmaster permet d’individualiser le complément d’huile par véhicule, supprimant de fait la corvée pour le responsable d’atelier. Cet équipementier, très connu en transport de marchandises pour ses graisseurs centralisés, a développé une solution permettant l’ajustement automatique de l’appoint d’huile moteur sans intervention humaine. Une sonde réglée lors du montage déclenche le moteur pas à pas intégré au réservoir déporté qui envoie alors autant de doses (jusqu’à 1/2 litre par unité) que nécessaire pour compléter le niveau. Un témoin au tableau de bord confirme le bon fonctionnement du système et il est possible d’accéder à la mémoire de l’appareil, ce qui permet de mesurer précisément les appoints faits sur le véhicule. Autre avantage de l’Oilmaster, il élimine aussi bien le manque d’huile que le trop-plein d’huile. Rappelons que le trop-plein est un phénomène redoutable pour les moteurs couchés ou à cylindres opposés: si le moteur ingère l’huile, il la brûle comme combustible et s’emballe! Pour les moteurs dotés de filtres à particules, le trop-plein d’huile viendra aussi colmater prématurément l’échappement. Cummins alerte également ses clients en rappelant qu’un excès d’huile entraîne une surconsommation moyenne de 2 % sur le carburant. Cet équipement est proposé en option 1^re monte chez Evobus (marques Mercedes-Benz et Setra), Van Hool, VDL, Volvo, Scania et Solaris. Il est à l’étude chez Heuliez-Bus. Pour les véhicules circulants, il est possible de l’adapter en 2^e monte pour un coût d’environ 1 800 € HT. Certains groupes comme Arriva, Connexxion (Transdev), Syntus (Keolis) et Vectalia (sur Perpignan) en ont fait un outil à part entière d’exploitation de parc (avec jusqu’à 20 % d’économies sur le budget huile moteur!).

Autre outil à disposition: l’analyse d’huile moteur. Elle seule permet de connaître l’état de vieillissement du lubrifiant. Grâce à elle, l’exploitant connaît l’état de santé de la mécanique, ses faiblesses éventuelles, et peut optimiser les périodicités de vidanges selon les besoins réels du véhicule. On gagne sur les deux tableaux: maîtrise de l’état du parc et optimisation des coûts d’entretien. L’analyse d’huile est généralement proposée par les industriels du graissage et les pétroliers, mais des laboratoires indépendants comme IESPM, SGS France ou Calia Analyse réalisent aussi cette prestation. Une analyse isolée coûte dans les 50 € HT, mais le prix peut être considérablement réduit dans l’éventualité d’un contrat-cadre avec un fournisseur d’huile. Compte tenu, dans le temps, de la sensibilité des lubrifiants de synthèse aux phénomènes de dilution qui dégradent leurs performances en terme de viscosité, cet entretien préventif est plus que jamais d’actualité.

Quant au gazole, il est devenu beaucoup plus fragile face aux bactéries depuis la suppression quasi complète du soufre avec la norme Auto-oil II (moins de 10 ppm de soufre). Cette sensibilité est accrue par l’ajout d’esters méthyliques (EMAG) qui viennent déstabiliser chimiquement le carburant. Il est prudent de traiter les réservoirs, et plus encore les cuves privatives, face aux pollutions organiques. Des spécialistes comme Actioil fournissent les produits nécessaires (comme Actioil A550) à la désinfection et à la prévention de ces phénomènes dus à la condensation. Ces traitements de réservoirs sont même dûment agréés par les constructeurs comme Volvo ou Renault Trucks.

Et pour ceux qui trouvent que ces mesures coûtent trop cher, il suffit de les mettre en perspective avec le prix d’un échange standard moteur (ou même seulement l’échange d’un FAP) pour voir le problème sous un autre angle. Euro VI impose une rigueur dans l’exploitation qui n’existait pas auparavant.

Euro VI a quasiment généralisé l’usage combiné des post-traitements SCR (réduction catalytique sélective avec réactif AdBlue à base d’eau distillée et d’urée) et la recirculation des gaz d’échappements. « Le fonctionnement EGR est majoritaire et il a un impact sur les huiles moteur. Mais il aide dans les phases de fonctionnement où la catalyse SCR a un rendement plus faible », explique Bruno Walter à l’IFP Énergies nouvelles.

Le SCR excelle pour un usage routier quand l’EGR aide en ville. Quid du choix d’Iveco Bus avec son pari du SCR seul? Le paradoxe des NOx « c’est que c’est un traceur de bon rendement moteur », résument Richard Tilagone et Stéphane Raux de l’IFP Énergies nouvelles. Car ces oxydes d’azote sont générés par des combustions riches en oxygène, maximisant l’apport d’énergie contenue dans le combustible. Mais avec Euro VI, les catalyseurs dé-NOx sont eux-mêmes soumis à une boucle fermée vérifiant les émissions d’ammoniac en sortie de catalyseur. Et cette solution, choisie par Iveco Bus et dans une moindre mesure par Scania, pourrait ne pas durer sur le long terme. En effet, dans la chasse aux gaz à effet de serre, le système SCR seul est pénalisé: il génère des protoxydes d’azote. Or, le N2O représente 300 fois le pouvoir d’effet de serre du CO2! Si le législateur s’oriente à terme sur un Euro VI sévérisé, axé sur les gaz à effet de serre (ce qui semble être le cas pour 2020), le SCR seul est condamné, « d’autant que le protoxyde d’azote est difficile à décomposer chimiquement et que son temps de résilience est très long » explique-t-on à l’IFP-EN.

Un palliatif pourrait être l’hybridation. « L’hybridation permet, même en technologie parallèle, d’éviter les points de fonctionnement moteur peu ou trop chargés qui sont pénalisants pour les émissions et le rendement énergétique. On a une meilleure gestion des phases transitoires » précise l’IFP-EN. Cela correspond au pari fait par Iveco Bus, Heuliez-Bus, Volvo Bus, Solaris, VDL ou Van Hool de développer l’hybridation pour les applications urbaines.

Volvo ne fait également pas mystère de son intérêt pour appliquer l’hybridation parallèle sur des autocars! Le programme Melodys, associant Renault Trucks (groupe Volvo AB), PVI et l’IFP-EN a permis d’approfondir les connaissances sur la performance des systèmes électriques et d’améliorer encore la récupération de l’énergie cinétique à la décélération. Autant de gains qui réduiront les contraintes sur le moteur thermique.

« Maintenant, dans le véhicule industriel il y a une forme de stabilisation: la situation est figée en Euro VI, mais il reste encore des évolutions à venir portant d’une part sur la fiabilité, d’autre part sur les coûts. », résume Stéphane Raux, chef de projet Systèmes post-traitements de l’Institut français du pétrole Énergies nouvelles. Ainsi, l’IFP-EN a-t-il démontré dans ses recherches que l’EGR dit “à basse pression” pouvait atténuer très sensiblement les inconvénients de l’EGR: il réaspire les gaz après les phases de post-traitement, ce qui signifie qu’ils sont moins chargés en suies et plus “frais”. C’est tout bénéfice pour le rendement thermique du moteur et l’huile qui se trouve ainsi moins «stressée» par les suies.

Mais ce système demeure toutefois complexe à installer dans un véhicule industriel.

Autre voie de progrès: l’IFP Énergies nouvelles collabore avec l’équipementier Electricfil dans le cadre du projet appelé Cyclamen. Electricfil a créé une sonde résistive en céramique pouvant être montée dans le filtre à particules pour donner le signal de la régénération au moment adéquat. Jusqu’à ce jour, les constructeurs travaillaient par calculs estimatifs (volume d’air et de combustible) ou par mesure de la contre-pression dans le système d’échappement (un filtre encrassé étant moins perméable). Dans le premier cas, on peut être amené à régénérer trop tôt, gaspillant inutilement du gazole. Dans le second, on crée une contrainte sur le moteur avant de pouvoir retrouver un fonctionnement optimal.

Autre voie de progrès: l’optimisation des systèmes de post-traitement permettant d’obtenir dans un seul ensemble combiné la catalyse SCR et le filtre à particules, ce qui réduira l’encombrement et les risques de pannes. Il n’y a donc pas de fatalité, et les technologies, pour répondre à la norme Euro VI, pourraient s’améliorer d’ici 3 à 4 ans.