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Transports

Osccar'NOx : optimiser la réduction des oxydes d'azote des moteurs Diesel

Mov’eo, 

Copyright : Renault

Améliorer les connaissances de deux systèmes de réduction des émissions d’oxydes d’azote : le piège à NOx et la réduction catalytique sélective, concevoir des lignes de gaz d’échappement respectant les futures normes environnementales Euro 6 et post-Euro 6, doter les véhicules particuliers et légers de moteurs Diesel toujours plus respectueux de l’environnement.  

Le projet Osccar’NOx a été labellisé par le pôle Mov’eo. Il a bénéficié d’une subvention dans le cadre du fonds unique interministériel (FUI)  

Des techniques permettant de respecter les futures normes environnementales européennes 

Contexte : les futures réglementations européennes relatives aux émissions polluantes se durcissent. Elles visent notamment les oxydes d’azote (NOx) pour les motorisations Diesel. Elles tendent à promouvoir des systèmes spécifiques de post-traitement des gaz d’échappement. Parmi ces procédés, les pièges à NOx et les systèmes catalytiques de réduction sélective (SCR) permettent une forte réduction des émissions de NOx à l’échappement. Le piège à NOx permet un stockage chimique des oxydes d’azote, par exemple grâce à la présence de barium. Cette opération se passe dans les conditions normales de fonctionnement du moteur Diesel. Une fois le piège saturé, il se vide en formant de l’azote, de l’eau et du CO2. Le système SCR consiste quant à lui, à injecter de l’urée, élément réducteur des oxydes d’azote, en présence de sites catalytiques de fer ou de cuivre.

L'optimisation de deux systèmes de traitement des gaz d'échappement des moteurs Diesel

Le projet Osccar’NOx visait à optimiser ces deux systèmes en améliorant les connaissances mécanismes chimiques intervenant. Il visait également la capitalisation et l’exploitation des connaissances acquises dans un outil de simulation pertinent pour les métiers de la dépollution automobile. Le domaine concerné est celui des moteurs Diesel pour véhicules particuliers ou véhicules utilitaires légers. Le système retenu de SCR est par ailleurs déjà appliqué pour dépolluer les sources fixes de production d’énergie comme les groupes électrogènes.

Les partenaires du projet

Le porteur du projet est Renault. Il avait pour charge le développement des modèles de pièges « NOx-trap » et de réduction catalytique.

Description des travaux menés

Le projet comprenait une analyse fine des réactions entrant en jeu au sein de chacun des systèmes de traitement des oxydes d’azote. Pour y parvenir une méthode originale d’analyse par spectroscopie infrarouge en temps réel, développée par le LCS, a été utilisée, méthode dite "opérando". Elle a permis d’identifier les espèces à la surface du catalyseur et d’écrire les réactions chimiques s’y produisant.

Ces analyses ont été couplées à des mesures sur banc gaz synthétique, au LRS, permettant de compléter les schémas réactionnel et de quantifier les cinétiques des réactions. Dans une deuxième partie les réactions identifiées et leur vitesse ont été implantées dans des modèles de simulation développés par Renault puis les modèles ont été validés à partir des résultats d’essais obtenus en conditions d’un échappement réel sur banc moteur au CERTAM. Ces modèles de simulation des pièges à NOx et SCR ont ensuite été portés sur la plateforme logiciel AMESim développée par LMS afin de les rendre accessibles aux ingénieurs en charge de la définition et du contrôle embarqué des systèmes de post-traitement.

Les premières retombées

  • Résultats, produits, services issus des travaux de R&D : les travaux ont permis :
    • l’identification de mécanismes chimiques déterminants pour la définition des catalyseurs de réduction des NOx non encore connus
    • l’adaptation des moyens d’essais laboratoire et des techniques d’analyse permettant l’évaluation dans des conditions représentatives de celles d’un échappement d’un moteur Diesel (mélange de gaz complexe) de catalyseurs industriels
    • la validation des différents moyens d’essais mis en œuvre, en obtenant des résultats en cohérence sur banc moteur et banc laboratoire (à différentes tailles)
    • le développement de deux modèles simulant le fonctionnement des pièges à Nox et de réduction catalytique
    • l’intégration de ces modèles dans la plateforme de simulation métier AMESim.
  • Conférences internationales : 6
  • Publications scientifiques à comité de lecture :  3 
  • Création d’emplois : 4
  • Perspectives au plan technologique, poursuite du projet : Afin de rendre les outils plus prédictifs, de nouvelles fonctions telles que le vieillissement ou la charge en métal précieux doivent encore être intégrer dans les modèles. Ces sujets nécessitent une étude approfondie des matériaux. Ils sont examinés dans le projet ATMO (After-treatment modeling, projet ANR programme VTT 2009) dont l’objectif est de rechercher les mécanismes de vieillissement des catalyseurs de réduction des NOx, l’impact de l’état de vieillissement sur l’activité du catalyseur, l’impact de la composition d’un catalyseur de réduction des NOX sur ses performances (métaux précieux, support). L’objectif final de ce projet est de parvenir à un outil de conception de lignes d’échappement compatibles avec les futures normes européennes Euro 6 et post-Euro 6.
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    Les pôles de compétitivité
    DATAR et Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie

    http://competitivite.gouv.fr/index.php?id=576