La mort du diesel

"C'est la mort du diesel".  Depuis quelques mois, et notamment lors du salon de l'automobile de Bruxelles, cette phrase résonne comme si nous avions enfin trouvé la cause de tous les maux.

Initié par le groupe VAG et son (tristement célèbre) diesel gate, la fin programmée du diesel n'est pas le fruit du hasard.  En effet, si aujourd'hui le Diesel n'a plus la cote, dites-vous bien que c'est uniquement par choix politique et donc par intérêt financier…certainement pas par intérêt écologique. Souvenez-vous des publicités qui prônaient le diesel comme LA solution par excellence. Il a fallu quelques annonces accrocheuses pour inciter l'acheteur à faire le pas vers ce carburant.  Rappelons-le, dans les années 1970-1980, le diesel n’avait pas du tout la cote.  Si le diesel a été mis en avant à cette époque, c'était uniquement par intérêt économique.  Après la guerre, le général de Gaule a fait le choix de développer l'énergie nucléaire afin que la France soit indépendante en matière d'énergie.  Dès lors, la plupart des foyers français se chauffaient à l'électricité plutôt qu'au mazout.  Les raffineries ont dû alors trouver des alternatives pour écouler leur stock de gazole. Elles ont notamment été aidées par l'état qui donnait des incitants fiscaux à la pompe.  Progressivement, l'essence a été délaissée au profit du diesel jusqu'à représenter 80% du parc automobile en France et en Belgique.

En 2008, afin de s'attaquer aux rejets et préserver la planète, les différents gouvernements européens ont accordé des primes en fonction du rejet de CO2.  Le rejet de CO2 étant directement proportionnel à la consommation, c'est une fois encore le diesel qui a obtenu la plupart des primes (l'hybride n’ayant pas encore fait ses preuves).  

Par exemple, pour une Audi A3 de 1996 équipée du moteur 1.9 TDI Euro3 vous bénéficiez d'une prime de 250€ de la part de l'état. 

Le problème qui s'est produit ensuite est simple : la France n'arrivait pas à répondre à la demande de Diesel.  Elle devait donc à la fois importer du diesel mais également exporter son essence qui avait peine à trouver acquéreur.  Étant donné que les accises sur le diesel sont inférieures aux accises sur l'essence, il n'a pas fallu attendre longtemps avant que la France (suivie par d'autres pays comme la Belgique) fasse volte-face.

Sur base du constat selon lequel 42000 personnes décèdent chaque année en raison d’un cancer lié aux microparticules, le gouvernement a décidé de mettre le moteur à essence à nouveau sur le devant de la scène.  Le résultat n'a pas tardé à se faire attendre, accéléré par une hausse progressive des accises sur le diesel, le moteur à essence se vend aujourd'hui mieux que le moteur diesel.

Hormis le plaisir de rouler avec un véhicule essence, nous noterons notamment le coût d'entretien inférieur à celui d’un moteur diesel de même cylindrée. L’absence de filtre à particules est un avantage également étant donné la suppression des problèmes potentiels qui en résultent. 

Si cela est une très bonne nouvelle de manière générale pour les rejets de polluants cancérigènes, ça l'est nettement moins en ce qui concerne les émissions de CO2 qui, quant à elles, grimpent en flèche depuis la hausse des demandes d'immatriculation de véhicules à essence. En effet, comme expliqué plus haut, un moteur essence, de par sa conception, consomme toujours davantage qu'un moteur diesel similaire.  De ce fait, un moteur diesel émettra toujours moins de CO2 qu'un moteur essence équivalent. Si tout le monde se tourne vers de l'essence, la consommation globale et le CO2 vont donc augmenter. Ce qui rentre donc à court terme dans les caisses de l'état aujourd'hui, risque à long terme de coûter très cher.  En effet, les accords de Paris (2030), visant à réduire de manière drastique les émissions de CO2, pourraient ne pas être respectés. 

Et si la vraie solution n'était pas obtenue par des tirages de ficelles de l'état, mais bien par un constructeur qui arriverait à augmenter le rendement du moteur essence en proposant un moteur à la fois sobre et très peu polluant ? 

C'est en tout cas la solution proposée par le japonais Mazda via son tout nouveau moteur Skyactiv X.

Skyactiv X

Si un diesel parvient à consommer moins, c'est grâce au fait qu'un diesel travaille en excès d'air.  En effet, alors qu'un moteur à essence doit obligatoirement admettre que ses cylindres présentent un rapport strict d'air et d'essence (initialement 14.7 d'air pour 1 d'essence), un moteur diesel travaillant par compression, n'a pas d'allumage et donc pas d'auto-allumage. Il peut donc tourner aussi pauvre que possible dans des phases transitoires durant lesquelles peu d'énergie est demandée.

Plus concrètement, lorsque très peu d'énergie est demandée, on parlera de charge partielle (lorsqu'on roule sur un filet de gaz par exemple). Sur un moteur essence, même à charge partielle, on devra toujours respecter une quantité minimale d'essence, elle est de 1 pour 14.7 d'air (on parlera également de lambda 1). Sur un diesel, pour le même effort, la quantité de gazole sera de 1 pour 22 d'air (on parlera de lambda 1.5). C'est la possibilité pour le diesel de travailler avec davantage d'air qui le rend plus économe.

Considéré comme le Graal par les constructeurs, l'idée serait donc de pouvoir créer un moteur essence capable de fonctionner comme un moteur diesel. Cela permettrait d'associer consommation réduite du diesel et pollution inférieure du moteur essence. Si cette idée est brillante, elle n'est pas neuve puisque Général Motors avait déjà présenté en 2008, un prototype équipé d'un moteur HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition)[1]. Ce moteur était censé diminuer la consommation de l'ordre de 10 à 15%.

Dix ans plus tard, le japonais Mazda, fort de son expérience dans le domaine du moteur thermique essence, présente le premier moteur HCCI de grande série au monde, avec une promesse de gain en consommation de l'ordre de 20 à 30% par rapport à un moteur équivalent dépourvu de cette technologie (l'actuel Skyactiv-G). 

Note technique de l'ingénieur

La technologie consiste à utiliser un mode de combustion qui conjugue à la fois l'allumage par compression d'un moteur diesel et l'allumage par bougie d'un moteur essence. Pour cela il faut comprimer plus fortement le mélange air-essence, ce qui permet de tirer davantage d'énergie utile. Le moteur travaillerait en mode HCCI [1] sur les charges partielles et passerait en SI [2](spark ignition) sur les pleines charges, comme un moteur essence traditionnel. Le procédé unique qui permet de passer d'un mode à l'autre est appelé par Mazda : SPCCI (Spark Controlled Compression Ignition).

Si sur papier le procédé semble simple, en réalité, il est très complexe. En effet, lorsque l'on comprime fortement de l'air et de l'essence, la température dans le cylindre augmente et l'explosion peut se faire sans avoir besoin d'une étincelle.  On appelle cela de l'auto-allumage et peut s'avérer dévastateur pour un moteur.

L'intérêt est donc ici de tirer parti de ce procédé lors des charges partielles où peu d'énergie est demandée.  Pour y arriver et contrôler l'explosion, les ingénieurs de Mazda utilisent la bougie d’allumage à chaque cylindre comme facteur de contrôle de la combustion. Le mélange air/essence se fait de manière non linéaire et la bougie d’allumage sert alors à enflammer rapidement une petite zone où le mélange est devenu volontairement plus riche. Cette combustion par allumage de la bougie de cette petite zone entraîne alors une augmentation de la compression dans le cylindre, ce qui provoque l’auto-allumage par compression du reste du mélange air/essence.

 

En fonction de la charge et du régime moteur, le SPCCI fera varier la quantité d'essence et se tournera vers le système HCCI ou le système classique SI. Cela est rendu possible grâce aux nouvelles pompes haute pression à injection directe et aux calculateurs moteurs toujours plus performants qui parviennent à réagir assez rapidement pour toujours avoir le contrôle de l'explosion. 

Et l'électrique ? 

La question que l'on pourrait légitiment se poser, c'est pourquoi le constructeur Mazda a-t-il mis autant d'énergie dans un moteur tel que le Skyactiv X alors que l'avenir automobile se tourne vers l'électrique ?

Tout simplement parce que ce n'est pas dans la philosophie du constructeur de proposer un moteur électrique maintenant. Il croit au moteur thermique et même davantage au moteur thermique dépourvu de toute suralimentation. Pour Mazda, au lieu de vendre des véhicules électriques venant compenser une autre partie de la gamme plus énergivore, l'idée est de concevoir un moteur différent, moins polluant et l’utiliser sur l’ensemble des modèles de la gamme.

Ce n'est pas tout, le moteur électrique équipe 1,2% des véhicules vendus à travers le monde en 2017.  Si cela est un bon début, il est inconcevable d'imaginer une transition à 100% vers l'électrique avant de très nombreuses années. Beaucoup de constructeurs vont dans ce sens et cherchent le meilleur compromis technologique en apportant réduction de poids, récupération d'énergie, hybridation douce etc...

C'est d'ailleurs le cas d'Audi qui, bien que proposant déjà de l'hybridation dans ses véhicules, s'intéresse également à l'e-essence. Contrairement à l'essence qui est un carburant fossile, l'e-essence est un carburant synthétique créé par de l'iso-octane liquide ne contenant ni soufre, ni benzène. Outre l'avantage d'être un carburant synthétique, ce procédé a un pouvoir anti-détonant[3] plus important que l'essence actuelle. C'est en tout cas ce qu'un premier test de 60 litres, a révélé.

Mais les collaborateurs du projet ne comptent pas en rester là et se penchent déjà sur une solution qui permettrait de ne plus avoir besoin de biomasse et ainsi de travailler uniquement avec du CO2 et de l'hydrogène issus de sources renouvelables.  Cela permettant d'améliorer encore un peu le bilan CO2 de cette solution d'e-essence. D'après les recherches, en tablant sur une demande assez forte et des aides de l'Europe, l'équivalent e-essence pourrait être rentable à partir de 2030 avec un prix identique à celui du carburant fossile.  

Conclusion

Si le moteur diesel vit très certainement ses dernières heures, du moins pour les petits véhicules effectuant peu de kilomètres, le moteur thermique, quant à lui, a encore de beaux jours devant lui. 

Les constructeurs, aidés par de nouvelles technologies, parviennent encore à augmenter le rendement global d'un moteur et diminuer son empreinte écologique. Le japonais Honda a lui aussi présenté un nouveau moteur travaillant sur un taux de compression variable qui ferait des miracles (réduction de 20% de consommation) tandis que Delphi a présenté le Dynamic Skipe Fire, procédé intelligent de désactivation de cylindres. 

Nous ne pouvons donc qu’applaudir des deux mains ces constructeurs qui, grâce à leurs inventions, font reculer un peu plus l'utilisation de la voiture 100% électrique. Car si l'avenir est électrique, encore faut-il que l'énergie électrique soit verte, ce qui est loin d'être le cas actuellement. 

[1] HCCI :  1. Moteur à combustion interne dans lequel le mélange air-carburant est rendu le plus homogène possible et est comprimé assez fortement pour atteindre le point d’auto-allumage. 

[2] SI : 2. Combustion traditionnelle d'un moteur essence, avec bougie d'allumage.

[3] Antidétonant : La principale faiblesse d'un moteur essence est l'auto-allumage. C’est un allumage non contrôlé issu d'une température trop élevée dans le cylindre. Avec un indice d'octane plus élevé ou un type de carburant avec un pouvoir anti-détonnant plus élevé, le risque d'auto-allumage diminue et les performances augmentent.