Quel est le rôle et le fonctionnement du filtre à particules (FAP)
Affichant une consommation inférieure d’environ 20% à celle des moteurs essence, les moteurs Diesel réduisent dans les mêmes proportions les émissions de gaz carbonique(CO2) directement liées à la combustion du carburant.
Par ailleurs, ils émettent moins de monoxyde de carbone et d’hydrocarbures imbrûlés en faisant ainsi aux yeux de certains, des moteurs plus écologiques, ceci grâce au pot catalytique et au système EGR (recirculation des gaz d’échappement) éliminant une grande partie des hydrocarbures non brûlées, du monoxyde de carbone, mais aussi des oxydes d’azote.
Ces systèmes, coûteux, et peu fiables lors de leur commercialisation ne peuvent pour autant pas tout faire... Il reste ainsi un talon d’Achille aux moteurs Diesel : ses émissions de fumées noires, constituées de fines particules de suie, réputées cancérigènes.
Le filtre à particules (FAP) récupère les particules fines
Composées d’un noyau carboné et d’une couronne organique (hydrocarbures condensés et sulfates hydratés), les particules émises par les moteurs Diesel sont soupçonnées de favoriser l’apparition de troubles respiratoires, notamment chez les personnes fragiles (personnes âgées, jeunes enfants ou asthmatiques). Dans certaines conditions, elles pourraient également jouer un rôle de promoteur de l’asthme.
Composé de céramique poreuse à base de carbure de silicium, le filtre à particules permet de piéger cette suie responsable de bien des maux. Mais, pour éviter que cette dernière ne s’accumule en trop grande quantité et ne finisse par former sur la ligne d’échappement un bouchon qui pénaliserait les performances du moteur, il est indispensable de l’éliminer périodiquement en l’oxydant.
C’est là que commencent les vraies difficultés. Jusqu’à maintenant, ce nettoyage était obtenu grâce à l’utilisation d’un additif ajouté au carburant qui présentait cependant l’inconvénient de colmater progressivement le filtre à particules. Renault a développé une nouvelle technologie de filtre, qui n’a plus besoin de cet additif.
La regénération du filtre à particule
Le filtre à particules piège les particules carbonées rejetées par le moteur (voir ci-dessus). Au bout d’un certain temps, l’accumulation de cette suie entraîne une variation de pression entre l’entrée et la sortie du filtre -comme le ferait l’encrassement d’un tuyau –, variation détectée par un capteur de pression, qui envoie l’information à un calculateur.
Celui-ci est connecté à un automate qui, en fonction des conditions de conduite (ville, autoroute, charge, type de conduite, etc.) déclenche une régénération du filtre, en principe tous les 300 km à 800 km.
L’opération consiste alors principalement à augmenter la température des gaz d’échappement, pour supprimer les particules par un phénomène d’oxydation.
Cette augmentation de température est obtenue en travaillant sur les phases de l’injection de carburant : l’injection principale est retardée et on introduit une post-injection. Le cycle de régénération dure une quinzaine de minutes. Sur le nouveau filtre à particules mis au point par Renault, le dépôt à la surface de la céramique d’une fine pellicule de platine permet en outre d’abaisser la température d’oxydation des suies.
L'additif devient superflu
L'injection de carburant
Les filtres à particules de première génération faisaient appel à un additif, le cérium, qui permet d’abaisser la température nécessaire à l’oxydation des suies. L’inconvénient, c’est que cet additif liquide est également piégé par le filtre à particules, et contribue donc à l’obstruer.
Contrairement aux suies, cet additif ne peut pas, en effet, être éliminé lors de la régénération, comme c’est également le cas des résidus d’huile. Les véhicules doivent aussi être équipés d’un dispositif pour introduire l’additif dans le carburant, et calculer les doses. Autant d’opérations qui complexifient et augmentent le coût du système de filtration. La solution mise au point par Renault permet de se passer de cet additif.
Nettoyage spontané du filtre à particule
Ci-dessus, un filtre propre
Le filtre à particules développé par Renault se nettoie de façon spontanée lors d’une utilisation prolongée du véhicule sur autoroute, à 130 km/h.
Dans ces conditions d’utilisation, la température du moteur, de même que celle du filtre, s’élève. En parallèle, la présence en plus grande quantité, dans les gaz d’échappement, de certains composés à fort pouvoir oxydant abaisse le seuil de température nécessaire à la combustion des particules : le filtre se nettoie alors tout seul, sans recourir à la post-injection – on parle d’autorégénération.
Inflammation des particules dans le FAP
Ces conditions de roulage permettent d’espacer d’autant les phases de nettoyage. Le moteur supporte ainsi moins de contraintes et l’utilisateur du véhicule économise la surconsommation globale (de l’ordre de 2% à 5%) engendrée par une régénération.
Cette technologie explique notamment qu'un véhicule Diesel est peu ou pas adapté à une utilisation en ville, composée de petits trajets à faible allure qui conduisent à l'encrassement du FAP.
Moteurs Diesel Renault équipés d'un filtre à particule
Contrairement à PSA, Renault a tardé à généraliser le FAP sur ses véhicules. Cependant, avec l'arrivée constantes de nouvelles normes, tous les moteurs Renault Diesel en disposent, et notamment:
Depuis 2018, le filtre se généralise aussi sur les nouveaux moteurs essence, du fait de leur mode d'injection (directe) qui provoque également l'émission de fines particules.
Ainsi, le nouveau moteur essence 1.3 TCe H5Ht conçu en partenariat avec Daimler (Mercedes, Smart) est équipé de ce dispositif.
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