Parmi les évolutions à prévoir, le sujet des Particules Fines est souvent évoqué, autant sur les valeurs limites que sur les méthodes de mesure. Une bonne occasion de dresser un panorama sur l'impact des énergies et des technologies de traitement sur les émissions à l'échappement.

Normes "Euro" : 6 générations et 30 ans d'innovation technique pour améliorer la qualité de l'air

La norme « Euro » en est aujourd'hui à sa sixième génération. À chaque évolution, elle s'est enrichie pour encadrer de nouveaux polluants, réduire les seuils d'émissions et rendre plus robuste les protocoles de mesures et de vérification.

Réglementation sur les Particules Fines : seuil, valeur maximale et mesure

• En matière de Particules Fines, la réglementation sur les véhicules lourds impose une limite d'émission de la masse totale émise à l'échappement depuis 1992 : ce seuil a été divisé par 36 entre 1992 et 2013, soit en 6 générations de norme Euro.
• Depuis 2013 et l'arrivée de la norme Euro VI, le seuil d'émission de particules en masse (0,01 g/kWh) a été complété par une valeur maximale en nombre de particules émises (8.0x10¹¹ particules/kWh), visant à limiter également les particules les plus fines.
• En parallèle, et pour s'assurer du respect de ces valeurs tout au long de la vie du véhicule, les mesures sur banc d'essai ont progressivement été complétées par des essais ISC (« In Service Conformity ») sur route. Le constructeur d'un véhicule lourd doit ainsi garantir le bon respect du niveau d'émission durant au moins 7 ans et 700 000 km.

Des progrès significatifs et éprouvés

Les diminutions successives des seuils à chaque génération du règlement Euro ont amené les constructeurs et les équipementiers à progresser dans la réduction des émissions de particules à l'échappement.

Ces progrès se mesurent dans la réalité. C'est d'ailleurs ce qu'a montré une étude Finlandaise, menée par VTT entre 2002 et 2018 sur 178 autobus urbains, incluant des véhicules de génération Euro I à Euro VI, et alimentés au Diesel ou au GNV.

Ainsi, sur les véhicules Diesel, la masse de Particules Fines mesurée en conditions réelles a été divisée par 15 entre les véhicules Euro I et Euro VI, en particulier grâce à l'ajout de technologies de post-traitement en sortie de moteur.

Le GNV : un carburant naturellement très peu émetteur de particules

Depuis 20 ans, les véhicules GNV sont salués pour leurs très faibles émissions de Particules Fines, et ce malgré l'absence de filtres à particules. En 2020, ils atteignent toujours aussi efficacement les performances requises par la réglementation Euro VI.

Une chaîne de post-traitement du diesel de plus en plus complexe

À titre de comparaison, la filière Diesel a dû investir massivement depuis 20 ans pour respecter les seuils de pollution imposés par la norme.
L'ajout de briques technologiques complexes (SCR, EGR, et filtre à particules) au développement coûteux a pesé sur le prix de vente des véhicules. On estime, par exemple, que le passage de la norme Euro V à Euro VI a eu un impact de 7 000 € à 10 000 € sur le prix des poids lourds Diesel.
L'arrivée de la norme Euro VII sera donc un vrai challenge pour les constructeurs de véhicules Diesel, qui arrivent aux limites des capacités de dépollution de leurs véhicules.

Les chaines d’échappement des véhicules Euro VI diesel et GNV

Le GNV, avec sa ligne d'échappement très simple, offre des marges de progrès importantes pour continuer d'améliorer ses performances environnementales et tendre vers le "0 émission" nocive.

Le gaz s'avère donc être une technologie pertinente pour les années à venir, qui permettrait pour les constructeurs de respecter les prochaines normes à un coût raisonnable.

Des Particules Fines aux Particules Ultra Fines

Parmi les discussions autour de la future norme post-Euro VI, un certain nombre portent sur les Particules Fines et Ultra Fines. En particulier, des questions se posent autour des particules dites "Ultra Fines", c’est-à-dire d'un diamètre inférieur à 100 nm.

Les différentes tailles de particules

Faute d'être en capacité de les mesurer, les Particules Ultra Fines de taille inférieure à 23 nm ne sont aujourd'hui pas réglementées.

C'est pourquoi, en 2016, dans le cadre du projet H2020 – Green Vehicles, l’Union Européenne a débloqué 10 millions d’euros pour financer 3 projets¹ visant à développer des outils de mesures des PUF (Particules Ultra Fines) en conditions réelles. Les résultats de ces travaux ont été publiés fin 2019 et permettront d'intégrer les particules Ultra Fines de taille supérieure à 10 nm dans le périmètre de la prochaine norme.

Malgré l'évolution des technologies de mesure, la réglementation ne se focalise toujours que sur les émissions à l'échappement, plus simples à mesurer car déjà canalisées dans un exutoire unique. Les émissions de particules liées à l'abrasion des freins et des pneus, ne sont toujours pas prises en compte et donc non réglementées.

Sans attendre l'évolution réglementaire, la filière GNV travaille d’ores et déjà à réduire encore davantage les émissions, aujourd'hui à la limite du mesurable.

Pour le véhicule gaz, il serait facile d'ajouter un simple filtre à particule similaire à ceux présents sur les Diesel. Cependant, ces filtres ne sont pas complétement efficaces sur les Particules Ultra Fines et ils nécessitent d'être régulièrement "régénérés".
La stratégie adoptée pour les moteurs GNV est donc de traiter directement les sources possibles de formation de particules dès le moteur.

Ainsi, des travaux sont en cours pour développer de nouvelles huiles moteurs, plus visqueuses et intégrant moins d'additifs. Les composés soufrés et les additifs contenus dans certaines huiles moteurs sont, en effet, susceptibles d'engendrer la formation de nanoparticules. Des recherches sont également menées pour optimiser la combustion dans le moteur, travaillant sur l'injection du gaz et l'homogénéité du mélange air-gaz.

Enfin, le GNV émettant très peu de particules, un filtre à particules Diesel serait probablement inadapté car développé pour des moteurs émettant de nombreuses particules. Il est donc envisagé de développer des filtres plus performants capable de piéger les Particules Ultra Fines (moins de 23 nm) de façon électrostatique. Dans des conditions réelles de tests, ce type de dispositif est capable de piéger de 60 à 85% des Particules Ultra Fines comprises entre 10 et 100nm.

La motorisation GNV présente aujourd’hui d’excellents résultats en termes d’émissions de particules. Les constructeurs sont mobilisés depuis plusieurs années pour continuer de faire baisser ces émissions et mettent en place de nouveaux procédés permettant au GNV d’être encore plus vertueux.

La simplicité de la technologie GNV lui donne un avantage certain dans l’intégration de nouveaux composants permettant d’atteindre ces objectifs. La filière est mobilisée et met tout en œuvre pour continuer d’être un acteur engagé autour de l’amélioration de la qualité de l’air dans nos villes et nos campagnes : le GNV est et restera une alternative crédible et fiable.

¹ DOWN-TO-TEN - Measuring automotive exhaust particles down to 10 nanometres
SUREAL-23 - Understanding and measuring SUb-23 nm particle emissions from direct injection engines including REAL driving conditions
PEMs4Nano - Portable Nano-Particle Emission Measurement System