Quels que soient les efforts des chercheurs, les moteurs thermiques, essence ou diesels, seront toujours difficilement compatibles avec un respect rigoureux de l’environnement. Leur principe de fonctionnement consiste à faire brûler une substance chimique pour provoquer une élévation de la température des gaz brûlés et profiter de la dilatation de ces derniers pour pousser sur le piston. Le mouvement alternatif du piston ne favorise pas l’efficacité du système.

Un moteur est toujours par essence est toujours difficilement compatible avec un respect rigoureux de l’environnement.

Les dernières années ont vu fleurir un grand nombre d’améliorations au niveau des moteurs qui permettent de diminuer l’impact écologique tout en réduisant la consommation. Le premier système qui s’est développé dans les années 70, a été, sans conteste, le turbocompresseur. Il augmente sensiblement la quantité d’oxygène introduite dans la chambre de combustion. La compression entraînant une dilatation des gaz, donc une diminution de la concentration en oxygène, on a alors vu se développer les équipements de stabilisation de la température de l’air entrant, du type “intercooler”. La multiplication des soupapes, quand à elle, améliore l’introduction d’air sans augmenter la pression. C’est le développement de l’électronique embarquée durant les années 90 et la miniaturisation des capteurs qui ont permis de mettre au point des systèmes sophistiqués de contrôle des caractéristiques de l’air d’admission et de faire encore progresser les technologies employées. Il est maintenant possible de mesurer avec précision la température et le débit d’air, mais aussi éventuellement sa teneur en oxygène.

Traiter les gaz d’échappement

L’évacuation des gaz d’échappement a également bénéficié de sérieuses améliorations. Les filtres à particules neutralisent une bonne partie des résidus de combustion solides et fins et provoquent leur destruction. Les pots d’échappement catalytiques, quant à eux, favorisent la neutralisation chimique de certains composants. La catalyse consiste à mettre les gaz brûlés en présence de substances spéciales qui n’interviennent pas directement dans les réactions chimiques, mais accélèrent leur développement. Le temps de passage des gaz dans le pot d’échappement et la nécessité de ne pas trop les freiner avant leur sortie sous peine de voir le rendement du moteur chuter, ne permet pas de gérer parfaitement tous les résidus de combustion par simple catalyse. On voit donc apparaître une nouvelle génération d’équipements qui consiste à injecter dans ces gaz des substances comme l’urée qui interviennent alors directement dans les réactions chimiques pour tenter d’achever la neutralisation des éléments indésirables. Là encore, les capteurs électroniques embarqués permettent de connaître en temps réel l’efficacité des solutions envisagées.

Maîtriser l’injection

Dernier élément du trio assurant la maîtrise des réactions chimiques, donc du fonctionnement des moteurs : l’incorporation du combustible liquide a, elle aussi, subi de profonds changements. Le temps de combustion efficace de l’ordre du centième de seconde pour un moteur qui tourne à 2 000 tours par minute a, tout d’abord, amené les chercheurs à augmenter la pression d’injection pour en réduire le temps tout en augmentant les quantités injectées, et à adapter ces dernières à la quantité d’air introduite dans la chambre de combustion. La qualité et la rapidité d’une réaction chimique sont toujours liées à la surface de contact entre les différents composants. L’augmentation de pression d’injection améliore donc la combustion en favorisant la pulvérisation de gouttes très fines. Les pompes à injection mécaniques classiques et le volume important des canalisations les reliant au moteur ont cependant leurs limites en ce qui concerne les niveaux de pression atteints, mais aussi en ce qui concerne la maîtrise du moment optimum de l’injection. On a donc vu se développer des équipements plus fiables et plus précis sous la forme d’injecteurs-pompes où le circuit du carburant sous pression est réduit au minimum. Une nouvelle étape a été franchie avec les rampes communes où l’on maintient le carburant en permanence sous forte pression. L’injection est commandée par des électrovannes. La réponse de l’injecteur est alors beaucoup plus nette et précise. La commande électrique améliore encore les choses, en permettant de moduler la réponse de façon beaucoup plus fine que les systèmes mécaniques durant le temps très court favorable à la combustion. La gestion électronique de tous les paramètres internes du moteur, mais aussi la prise en compte des paramètres externes comme la puissance demandée par l’outil, ou les exigences de l’utilisateur, permettent d’adapter quasi instantanément les quantités de carburant injectées. On arrive de nos jours à de véritables bijoux de technologie qui ne supportent aucune improvisation, mais qui engendrent toujours trois grands types de pollution.

Trois types de pollution

La première source de pollution que l’on met moins souvent en évidence voudrait que l’on considère les moteurs thermiques avant tout comme des chaudières qui, accessoirement, délivreraient un peu d’énergie physique. En effet le rapport de l’énergie mécanique fournie sur l’énergie libérée par la combustion ne dépasse que péniblement les trente à trente-cinq pour cent, en dépit de tous les efforts des chercheurs. Une ensileuse de 500 kW dégage dans l’environnement de 1 000 à 1 500 kW de chaleur qu’il faut évacuer par le radiateur. La législation est de plus en plus stricte sur ce point, ce qui explique la multiplication des innovations en motorisation. Les gains obtenus sont cependant relativement faibles. Seule la mise au point de technologies nouvelles permettrait de modifier sensiblement ce rapport, ce qui semble peu envisageable dans l’immédiat. Même s’il existe des projets, ceux-ci n’ont pas encore fait leurs preuves. L’abandon du mouvement alternatif du piston au profit de systèmes rotatifs pourrait sans doute améliorer la situation. Des tentatives comme le moteur rotatif “Wankel” ne semblent pas avoir résolu le problème. Il existe d’autres versions comme la “quasi turbine” qui, pour le moment, sont toujours à l’état de projet. La seconde cause de pollution est le dégagement d’un faible pourcentage de gaz fortement toxiques ou ayant une forte influence sur l’effet de serre. C’est par exemple le cas du monoxyde de carbone ou des oxydes d’azote. On observe également la production d’une petite quantité de particules solides particulièrement nuisibles. Si les valeurs enregistrées sont proportionnellement relativement faibles, les risques sur l’environnement sont importants. Il convient donc de tout mettre en oeuvre pour réduire ces émanations au strict minimum. Sur un moteur conventionnel, ce sont toutes les innovations mises au point ces dernières années qui permettent d’obtenir de bons résultats et qui justifient les exigences des instances administratives en matière de classification des moteurs en différentes catégories.

Une dérogation pour les moteurs neufs en stock

En quelques années, l’administration européenne a divisé par trois ou quatre les différents rejets autorisés. Concernant les moteurs agricoles, les choses ne sont pas toujours simples. Certains constructeurs sont contraints de stocker des moteurs d’ancienne génération en grande quantité pour pouvoir équiper les machines qu’ils vont fabriquer dans les mois qui viennent. En effet, ils ne trouveront pas sur le marché des moteurs adaptés à leurs machines et répondant à l’évolution de la réglementation. Cette même réglementation leur accorde cependant une dérogation pour les moteurs qu’ils auraient en stock. Le dernier type de pollution est lié à la forte quantité de gaz carbonique dégagé lors du fonctionnement d’un moteur. Le principe même de combustion d’un produit carboné fait qu’il est impossible d’éviter ce phénomène. La législation exigeant un meilleur rendement, les quantités produites devraient théoriquement diminuer. La multiplication de l’usage des moteurs fait qu’il n’en est rien. L’une des solutions consiste donc à reconstituer les réserves carbonées, en assurant le recyclage du gaz carbonique et le stockage des composants obtenus le plus rapidement possible. La photosynthèse des végétaux, qui est elle-même en partie à l’origine des produits pétroliers, semble être une excellente solution. Tous les moyens y faisant appel semblent donc intéressants, de la culture à rotation annuelle comme le colza ou le maïs à la plantation d’arbres dont le cycle dure plusieurs années, voire plusieurs décennies. Quels que soient les carburants utilisés, l’avenir de notre climat est en grande partie lié à notre efficacité à reconstituer ces réserves de carbone tout en limitant la production de gaz carbonique. L’avantage de certains des produits ainsi créés comme le colza, le maïs, la betterave et bien d’autres, c’est qu’ils peuvent remplacer au moins partiellement les produits pétroliers. Leur surexploitation ne permettra cependant pas de résoudre tous les problèmes. Leur exploitation sur des cycles très courts n’améliore absolument pas le stockage du gaz carbonique. Outre la concurrence avec les productions alimentaires et les effets secondaires qu’ils peuvent avoir sur l’environnement, ces produits demandent parfois une forte quantité d’énergie pour être fabriqués. La fiscalité a tendance à masquer le surcoût occasionné. La qualité constante des produits obtenus permet d’envisager leur utilisation dans les moteurs les plus récents, leur intérêt énergétique à long terme est sensiblement réduit.

Standardiser les carburants

À l’inverse, les produits qui font l’objet de peu de transformation, comme les huiles végétales de pression, ne peuvent pas être parfaitement standardisés. Leur utilisation devient alors contradictoire avec le niveau de complexité des moteurs modernes. En effet, les moteurs actuels ne peuvent être performants que si et seulement si les carburants utilisés sont parfaitement définis. Toute variation de leurs caractéristiques entraîne inévitablement une variation de consommation et une augmentation sensible de la pollution, sans compter les risques de dégradation des moteurs. La possibilité d’utiliser des carburants biologiques dans les moteurs actuels est donc en grande partie liée à cette standardisation des carburants. Il est évident que les motoristes restent très prudents par rapport aux carburants qui n’auraient pas fait l’objet d’un traitement et d’un contrôle garantissant leurs caractéristiques. Seule l’utilisation de nouveaux carburants comme l’hydrogène permettrait de ne plus rejeter de gaz carbonique. Si la technique existe, son application à grande échelle n’est pas encore d’actualité. De plus, la production d’hydrogène est très gourmande en énergie ou dépend des produits pétroliers. Quelles que soient les solutions choisies, les technologies modernes permettent de diminuer sensiblement la consommation de carburant tout en réduisant les risques de pollution. Un choix judicieux des motorisations, une parfaite adaptation des outils, un raisonnement rigoureux des itinéraires techniques et une très bonne maîtrise de la conduite permettraient sans aucun doute une économie substantielle de carburant et un plus grand respect de l’environnement sans même faire appel à des carburants bio.