1 - ÉVOLUTIONS DU POST-TRAITEMENT DES VÉHICULES DIESEL

2 - CATALYSEUR D'OXYDATION DIESEL (DOC)

• 2.1 - Principaux enjeux et analyse fonctionnelle
  Figure 3 - Émissions relatives de CO et HC en sortie de catalyseurs DOC respectivement à base de Pt et Pd (mesurées sur moteur Diesel 6,925 L, DI suralimenté – Test US FTP) [1] Tableau 1 - Fonctions et contraintes des catalyseurs d'oxydation Diesel (DOC)
• 2.2 - Activité catalytique et principaux modes de désactivation
  Figure 4 - Profils de conversion de CO et HC sur un catalyseur d'oxydation (source [1]) Figure 5 - Évidence du piégeage des HC (lorsque T < 200 oC) sur un catalyseur d'oxydation (source [1]) Figure 6 - Exemples de structure zéolithe Figure 7 - Effet du DOC sur la concentration en NO2 dans les gaz d'échappement (source [2]) Figure 8 - Étude de l'oxydation des particules carbonées respectivement par NO2 et O2 en fonction de la température (d'après SAE 2002-01-0428) Figure 9 - Principe de régénération des particules de C piégées dans un filtre à particules par NO2 (technologie CRT) Figure 10 - Impact du catalyseur DOC sur les émissions de particules (carbone, fraction organique soluble, sulfates) Figure 11 - Effet de la teneur en soufre dans le gazole et de la température des gaz d'échappement sur les émissions de particules [8] Figure 12 - Phénomènes de vieillissement (thermique et par empoisonnement chimique) sur deux formulations de catalyseurs d'oxydation différentes (A et B)
• 2.3 - Formulation des catalyseurs d'oxydation Diesel
  Figure 13 - Principaux scénarios envisagés lors de la mise au point d'une formulation de catalyseur d'oxydation Diesel
• 2.4 - Conclusions sur la catalyse d'oxydation Diesel

3 - FILTRE À PARTICULES (FAP®)

• 3.1 - Filtration des particules : pourquoi, comment ?
  Figure 14 - Particules se formant dans la chambre de combustion d'un moteur Diesel (source IFP ENSPM Formation Industrie 2008) Figure 15 - Substrat métallique favorisant les écoulements turbulents (impacteur) [12] Figure 16 - Principe de filtration des particules dans un filtre fermé Figure 17 - Construction de l'efficacité de la filtration (source IBIDEN Co Global Powertrain Congress 2008) Figure 18 - Relation entre efficacité de filtration et caractéristiques physiques du filtre (porosité et taille des pores) (Ibiden SAE 2007 011918)
• 3.2 - Filtre à particules additivé
• 3.3 - Filtre à particules catalysé
  Figure 19 - Système filtre à particules additivé (source PSA et Rhodia) Figure 20 - Mécanisme de régénération du filtre à particules additivé Figure 21 - Cinétique de régénération du filtre à particules additivé (en rouge) et catalysé (en bleu à 630 oC et en vert à 650 oC) [16] Figure 22 - Filtres catalysés standard et à haute porosité Figure 23 - Schémas des trois types de filtres à particules Figure 24 - Spectre granulométrique mesuré avec et sans FAP (en bleu le niveau d'empoussièrement d'une pièce propre) Figure 25 - Émission en masse et en nombre mesurée sur véhicules avec et sans FAP (selon J.C. Momique, travaux internes PSA 2009) Figure 26 - Comparaison des émissions de particules par un véhicule Diesel, avec et sans filtre

4 - CATALYSE DENOX

• 4.1 - Introduction
  Figure 27 - Fenêtre de richesse des émissions issues de moteurs essence fonctionnant en mélange pauvre ou de moteurs Diesel (zone rouge sur la figure). La zone grise illustre la fenêtre de richesse d'un moteur essence stœchiométrique Figure 28 - Utilisation de technologies catalytiques efficaces pour l'abattement des NOx permettant de diminuer massivement les émissions de CO2 [18] Figure 29 - Réduction sélective des NOx par les hydrocarbures (HC1/NOx = 6) sur deux catalyseurs modèles Pt/Al2O3 (activité basse température) et Cu-ZSM5 (activité haute température) (source [20]) Tableau 2 - Nature des oxydes et sites métalliques ayant démontré des propriétés [...] Tableau 3 - Fonctions principales et contraintes de la technologie piège à NOx (LNT)
• 4.2 - Piège à NOx
  Figure 30 - Principe du piège à NOx Figure 31 - Fenêtre d'activité catalytique pour le stockage des NOx des éléments K et Ba Figure 32 - Conversion des NOx à partir de technologies NOx-trap à base de métaux alcalins Figure 33 - Capacité de stockage de catalyseurs modèles NOx-trap à base de Pt [24] Figure 34 - Effet du soufre (courbe orange) et du vieillissement thermique (noire) sur l'activité d'un catalyseur NOx-trap (bleu) [25] Figure 35 - Effet de la teneur en soufre (de 0 à 600 ppm) dans le gazole sur l'activité catalytique d'un catalyseur piège à NOx [26] Figure 36 - Dispositif de post-traitement Diesel équipant la Mercedes Bluetec E320 – Dans le sens de passage des gaz d'échappement : un catalyseur d'oxydation (DOC) – un catalyseur piège à NOx (NOx-trap) – un filtre à particules – un second catalyseur DeNOx Figure 37 - Émissions relatives de NOx en fonction de la technologie appliquée – LNT ou SCR – et du poids du véhicule (source [25]) Figure 38 - Évaluation du coût respectif des solutions DeNOx « piège à NOx (LNT) » et DeNOx « urée-SCR » en fonction de la cylindrée du véhicule (source [27])
• 4.3 - Catalyse sélective de réduction des NOx par l'urée
  Figure 39 - Dispositif de réduction des NOx par injection d'urée liquide dans la ligne d'échappement et principaux équilibres chimiques mis en œuvre Figure 40 - Exemples de mélangeurs développés pour l'homogénéisation des sprays d'urée sur une ligne d'échappement Diesel Figure 41 - Exemple de dépôts de formes solides d'urée et ses dérives dans une ligne d'échappement Figure 42 - Schémas réactionnels possibles conduisant à un dépôt d'urée et de ses dérivés sur la ligne d'échappement Figure 43 - Principe d'introduction de NH3 (g) par décomposition thermique de complexes solides ammoniaqués [28] Figure 44 - Rendements de la réaction d'hydrolyse de l'urée en ammoniac sur différents supports Figure 45 - Conversion des NOx en fonction du ratio NO2/NOx et de la température Figure 46 - Formation secondaire de N2O en fonction du ratio NO2/NOx et de la température Figure 47 - Schéma réactionnel proposé par le Dr E. Tronconi (Politecnico Milano) pour décrire les mécanismes réactionnels de surface lors de la réduction des NOx par NH3 [29] Figure 48 - Conversions en NOx obtenues avec une formulation V2O5/TiO2 « vieillie » à différentes températures [34] Figure 49 - Comparaison respective des activités DeNOx des technologies Fe-zéolithe, Cu-zéolithe et oxyde de vanadium (source [46]) Figure 50 - Activité et sélectivité en conversion des NOx de technologies SCR à base de zircones fonctionnalisées (source [43]) Tableau 4 - Fonctions principales et contraintes de la technologie DeNOx NH3-SCR Tableau 5 - Principaux équilibres chimiques pour la réduction sélective des NOx par NH3 Tableau 6 - Propriétés des principales technologies DeNOx SCR commerciales ou en [...]
• 4.4 - Perspectives en matière de dispositifs DeNOx
  Figure 51 - Dispositif de conversion des NOx couplant un catalyseur LNT et un catalyseur SCR (source : Ford Deer 2005) Figure 52 - Concept HONDA d'intégration du LNT dans le catalyseur SCR

5 - CONCLUSION GÉNÉRALE

6 - GLOSSAIRE