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Article(s)
| Auteur(s): | August Ott |
| Rédaction: | WSL, Suisse |
| Commentaires: | Cet article a reçu 0 commentaires |
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Les filtres à particules dans l’agriculture et la foresterie : c’est faisable, efficace, mais coûteux
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| Un Deutz Agroton K100 que les scientifiques ont équipé d’un filtre à particules installé à côté de la cabine. Sous la dernière marche d’accès se situe la prise électrique pour effectuer la régénération. Pour un aperçu détaillé, cliquez sur l’image. |
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| Principe de construction d'un filtre à particules. Gaz d’échappement bruts. Gaz d’échappement purifiés. Principe de construction d'un filtre à particules: tous les canaux sont fermés à une extrémité. Les gaz d'échappement doivent donc passer d’un canal à l’autre en traversant la paroi pour ensuite pouvoir ressortir du dispositif. Pour les matériaux filtrants, on recourt au carbure de silicium, au métal fritté ou à la céramique. |
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| Vue latérale d'un filtre souillé (en haut) et d’un filtre régénéré et propre (à gauche) avec ses canaux alternativement fermés à une extrémité (en bas). |
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Un Lindner Geotrac 65 avec un filtre à particules sous le marchepied à la place du silencieux. Pour un aperçu détaillé, cliquez sur l’image.
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Durant ces dernières années, de longues périodes hivernales d’inversions thermiques ont provoqué une augmentation de la teneur de l’air en poussières fines, jusqu’à atteindre des valeurs nocives pour la santé. L'attention du public ne s’est pas seulement portée sur les chauffages à bois. Les véhicules diesel utilisés dans l'agriculture et la foresterie ont également fait l’objet de critiques. Est-il sensé d'équiper à posteriori ces engins avec des filtres à particules?
En raison de sa faible consommation de carburant, le moteur diesel peut aujourd’hui se targuer de belles performances environnementales. Cependant, à cause de ses émissions élevées de particules de suie et de fumée, il se trouve sous le feu des critiques. La critique s’intensifie surtout lorsque les concentrations en poussières fines de l’air atteignent des niveaux élevés en raison de conditions météorologiques défavorables.
Ce qui est problématique, ce n’est pas seulement la masse des particules de suie, mais c’est aussi leur nombre. Pour l'environnement, c’est la masse totale des particules de suie qui est déterminante. Mais pour la santé, c’est le nombre de particules fines et très fines qui a son importance (voir encadré au bas de l’article).
Les particules fines pénètrent avec l’air au travers des voies respiratoires jusque dans les plus petits alvéoles pulmonaires, tandis que les plus grosses particules (poussières, pollens et bactéries) auront été filtrées au préalable par les muqueuses nasales et les cils de la trachée, puis expulsées vers l'extérieur. Une augmentation de ces particules peut devenir problématique pour une personne âgée ou à la santé fragile.
On attribue par ailleurs aux particules fines des gaz d'échappement diesel un effet cancérigène. La quantité et la taille des particules qui causent le cancer sont cependant controversées. Du fait des nombreuses incertitudes dans ce domaine, c’est un terrain de prédilection idéal pour susciter l'angoisse ou engendrer des revendications politiques courageuses.
Contraintes dans le secteur de la construction
Maintenant que les émissions de particules des véhicules routiers ont été sensiblement améliorées durant ces dernières années, l’attention se tourne de plus en plus sur le secteur de la construction, de l'agriculture et de la foresterie. Dans le domaine de la construction, on applique depuis septembre 2003 la directive de l'Office fédéral de l'environnement OFEV sur la "Protection de l’air sur les chantiers". Celle-ci exige que les machines de chantier d’une puissance supérieure à 37 kW soient équipées de filtres à particules, pour autant qu’elles soient utilisées sur de "gros chantiers". Cette exigence s'applique déjà depuis septembre 2005 pour les petites machines dès 18 kW. Selon un dépliant édité par l’OFEV, l’installation à posteriori d’un filtre coûte environ 15'000 francs.
Le problème des différentes charges des moteurs
Pour clarifier cette thématique en ce qui concerne les véhicules agricoles diesel, la station de recherche Agroscope Reckenholz-Tänikon (ART) a décidé de se pencher plus particulièrement sur la question de la remise à niveau de l’équipement existant sur les tracteurs avec, au premier plan, la fonction, la faisabilité et, sujet particulièrement prédominant actuellement, l'efficacité des filtres à particules dans la pratique. Début 2006, sept tracteurs équipés de différents systèmes de filtres furent soumis au test. Tous possédaient un collecteur de données devant servir à clarifier les exigences diverses posées aux filtres à particules et les différentes charges exercées sur le moteur.
Ce test se base sur le fait que tous les types de filtre ne sont pas adaptés à tous les moteurs diesel. L’élément important à prendre en considération est le collectif de charges, c'est-à-dire la charge présumée du moteur, le nombre de tours par minute et donc les différentes pressions et températures des gaz d'échappement circulant à travers le filtre.
La technologie diversifiée des filtres à particules
Selon ART, les filtres à particules proposés pour les tracteurs se composent généralement d'une partie filtrante dont les canaux parallèles sont bloqués en alternance. Le gaz entrant est par conséquent forcé de traverser la paroi filtrante pour atteindre le canal adjacent et finalement être en mesure d’en ressortir. Si on veut atteindre des taux de dépôt élevés sans pour autant altérer significativement la puissance du moteur, la vitesse des flux doit reste faible. Cela n’est possible qu’avec une surface filtrante relativement grande, qui maintient la contre-pression à un niveau bas.
Le filtre à particules pour moteurs diesel présente un obstacle supplémentaire, contrairement au pot catalytique des moteurs à essence sans nécessité d’entretien. La suie qui se dépose sur le filtre augmente la contre-pression et doit être éliminée périodiquement (après quelques heures). Une régénération grâce à la combustion des particules de suie pour les transformer en carbone élémentaire et en cendres organiques est donc nécessaire. Cette combustion ne peut se produire qu'à des températures supérieures à 600°C, qui sont à peine atteintes dans un moteur diesel, même à plein régime.
La régénération "passive" fonctionne automatiquement
Pour la régénération, plusieurs systèmes sont possibles:
- Une régénération continue est possible en abaissant la température de combustion à 250 - 400°C. Pour initier la combustion, un additif est mélangé au carburant ou injecté de manière ciblée pour le processus de régénération.
- Une autre possibilité consiste à monter un "catalyseur d'oxydation" en amont ; celui-ci conditionne les oxydes d’azote de telle manière qu’une température de combustion de 300°C est suffisante.
- Pour des moteurs qui fonctionnent souvent à forte charge produisant des gaz d'échappement à température élevée, il suffit d’utiliser un filtre avec un revêtement catalytique métallique, ce qui déclenche l'allumage entre 250 et 300ºC.
La régénération grâce à une intervention active
- Pour un petit parc de véhicules ou pour des engins liés à un lieu (chariots élévateurs), on peut aussi utiliser des filtres amovibles. Le filtre plein est remplacé, puis brûlé dans un four spécial.
- Une régénération électrique sur le véhicule à l'arrêt est également possible. Le courant est obtenu en règle générale à partir du réseau. Le gaz sortant à environ 600°C est très chaud et donc inflammable !
- Lors d’une régénération à l’aide d’un brûleur diesel, la température des gaz d'échappement est augmentée à l’amont du filtre grâce à un brûleur. Ce processus de régénération dure environ dix minutes et se fait sur le véhicule à l'arrêt.
Excellent effet de filtration
Les mesures effectuées dans le cadre des bancs d’essais par ART ont montré jusqu’à aujourd’hui une très grande efficacité des filtres à particules. Ainsi plus de 99% des particules émises par le moteur sont retenues. Au point mort, à bas tours par minute et avec une charge faible, les gaz présents dans le pot d’échappement étaient moins chargés en particules que l’air environnant. Une augmentation de la consommation de carburant n'a jusqu’à présent pas été constatée. D'autres sources indiquent une consommation de carburant légèrement plus importante à cause de l’élévation de la contre-pression dans le filtre. Les tracteurs équipés de filtres par ART ont fonctionné jusqu’à ce jour sans problèmes majeurs.
Riche expérience dans la construction automobile
Alors que dans le domaine de la construction de tracteurs et de transporteurs, les premiers pionniers offraient dès 2006 leurs véhicules équipés en série avec des filtres à particules, des dizaines de milliers de véhicules utilitaires équipés de filtres à particules circulent aujourd’hui en Europe. On a encore plus d’expérience dans la construction de voitures particulières. Peugeot mise sur le nettoyage à l'aide d'un additif. Cinq litres de ce produit sont stockés dans un réservoir séparé et sont mélangés au carburant en continu et en quantités infinitésimales. Ces cinq litres améliorent la combustion des particules de suie et suffisent pour parcourir 100'000 km.
Les concepteurs automobiles allemands tendent vers une utilisation sans additifs et sans maintenance. Opel, par exemple, cherche à augmenter la température des gaz d'échappement jusqu’à la température de combustion nécessaire de 600°C à l’aide de multiples injections ciblées. L’important est de trouver un système qui reste flexible dans chaque domaine d’application, car le système doit pouvoir fonctionner de façon optimale non seulement en état de charge maximale, mais également "à froid", par exemple sur de courts trajets en ville, comme c’est le cas pour les taxis. Selon les données des constructeurs, les résidus de cendres après une conduite intensive seraient jusqu'à 75% moins élevés que lorsqu’on utilise des systèmes de filtres avec additifs. Le coût d’une voiture particulière fabriquée en série avec ce type de système augmente d’environ CHF 1000.-.
Que sont les PM10?
Les particules fines "PM10" désignent les particules les plus petites, dont le diamètre est inférieur à un millième de millimètre. Elles proviennent de sources naturelles ou artificielles et peuvent pénétrer profondément dans les plus petites ramifications des poumons. Les particules dites primaires proviennent de processus de combustion (trafic routier, industrie, artisanat, secteur domestique, agriculture et foresterie), mais également de processus mécaniques tels que l’abrasion (pneus, freins, routes, etc.) ou la resuspension. Les particules dites secondaires se forment dans l'atmosphère à partir des gaz issus de processus de combustion ou provenant d’autres activités humaines. La suie du diesel fait partie des émissions de PM10 dites primaires.
Cet article a été rédigé en collaboration avec l’Economie forestière Suisse EFS.
- Traduction: Guaraci forest consulting SA
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