Pollution automobile: comprendre ses dangers

Malgré les développements technologiques, les moteurs à combustion des voitures sont encore largement responsables de la pollution dans les villes

Pollution automobile

Image: Evgeny Tchebotarev sur Unsplash

Les premiers moteurs sont apparus au 18ème siècle. Ils étaient alimentés par combustion externe, avec l'utilisation de bois de chauffage - les célèbres moteurs à vapeur. Au 19ème siècle, les premiers moteurs à combustion interne sont apparus, dans lesquels le carburant est brûlé à l'intérieur du moteur lui-même. Les moteurs à combustion interne ont un avantage sur les moteurs à vapeur en raison de leur polyvalence, de leur efficacité et de la possibilité de s'adapter à différents types de machines. Pourtant, ils sont largement responsables de la pollution automobile.

Les moteurs à combustion interne ont commencé à être étudiés et améliorés, utilisés aujourd'hui à grande échelle dans les moyens de transport - avions, voitures, chemins et autres véhicules automobiles, navires, etc. Avec la croissance de son utilisation, il y avait une préoccupation concernant les problèmes inhérents aux moteurs, tels que les émissions de gaz qui génèrent de la pollution atmosphérique et causent des problèmes de santé dans la population.

Au fil des ans, les moteurs à combustion interne se sont améliorés, polluant de moins en moins que leurs prédécesseurs. Ces améliorations sont principalement dues à des mesures telles que: le remplacement des carburateurs, qui alimentaient mécaniquement le mélange air / carburant dans les moteurs, au système d'injection électronique, qui utilise moins de carburant et crée des mélanges plus idéaux; la création de pots catalytiques (ou catalyseurs), qui transforment une partie des gaz générés lors de la combustion en gaz non toxiques avant de les émettre par l'échappement du véhicule, entre autres mesures. Cependant, l'augmentation du parc automobile et la concentration de la population dans les centres urbains sont des facteurs qui maintiennent le problème de la pollution automobile dans l'air - littéralement.

Savez-vous comment fonctionne le moteur de votre voiture?

Pour comprendre comment les gaz polluants se forment dans les véhicules, il est important d'apprendre comment fonctionne le moteur. La plupart des voitures ont des moteurs dits à quatre temps: admission, compression, expansion-explosion et décharge. La vidéo présente une animation très explicative sur le fonctionnement des moteurs à essence et diesel.

En bref, ce que fait le moteur de la voiture est de combiner l'air de l'atmosphère (avec une forte concentration d'oxygène) avec du carburant. Ce mélange génère une réaction chimique exothermique (avec dégagement de chaleur) qui provoque l'expansion des gaz dans la chambre de combustion, en appuyant sur le piston, qui descend générant un mouvement de rotation dans le moteur - transformant ainsi la chaleur en travail - et les gaz résultant de la combustion sont éliminé en ouvrant la soupape de décharge - c'est la pollution des voitures.

La combustion

Pour que la combustion se produise, il doit y avoir trois éléments:
  • Carburant: principalement des hydrocarbures composés d'hydrogène (H) et de carbone (C) dans les moteurs à combustion interne;
  • Oxygène: oxydant;
  • Chaleur: dans les moteurs à combustion interne, la chaleur est générée par l'étincelle (moteur à essence) ou par la compression de l'air admis (moteur diesel).
  • La combustion des hydrocarbures combustibles peut être complète ou incomplète.

Le complet se produit lorsqu'il y a suffisamment d'oxygène pour consommer tout le carburant. Pour les composés à base de carbone et d'hydrogène (hydrocarbures), les produits de la combustion complète sont: le dioxyde de carbone (CO2), l'eau (H2O) et l'énergie. La combustion complète est idéale, car elle permet une meilleure utilisation du carburant, mais elle génère à la suite de la réaction du dioxyde de carbone, qui, bien que n'étant pas un gaz toxique - seulement s'il fuit en grande quantité dans des environnements fermés, ce qui le rend asphyxiant - est un gaz à effet de serre bien connu.

Une combustion incomplète, lorsqu'il n'y a pas assez d'oxygène pour consommer tout le carburant, génère une pollution automobile. Il peut avoir comme produit du monoxyde de carbone (CO), du carbone élémentaire (C) - de la suie (fumée noire, formée par de minuscules particules solides de charbon) - des aldéhydes et des matières particulaires.

Il est également présent dans la composition des carburants, mais en plus petite quantité, l'azote et le soufre, qui lorsqu'ils subissent le processus de combustion forment des composés toxiques tels que le dioxyde de soufre (SO2), le sulfure d'hydrogène (H2S) et les oxydes d'azote (NOx). La formation d'oxydes d'azote est un processus difficile à contrôler car, en plus d'être présent dans le carburant, l'azote est également présent dans l'air - sous forme d'azote gazeux (N2) - qui, à des températures élevées dans la chambre de combustion, peut subir une réaction. avec de l'oxygène.

Problème de santé publique et d'environnement

Les gaz qui forment la pollution des voitures, générés dans les moteurs à combustion interne, peuvent causer plusieurs problèmes à la santé humaine et à l'environnement. Les oxydes de SO2 et de NOx affectent le système respiratoire et provoquent des pluies acides, le CO réduit la capacité de transport d'oxygène dans le sang et les matières particulaires provoquent des allergies respiratoires et sont des vecteurs (transportent) d'autres polluants (métaux lourds, composés organiques cancérigènes) ).

Lorsqu'il y a une forte émission de pollution dans les villes, il y a encore des phénomènes naturels, comme l'inversion thermique, qui aggrave le scénario de pollution, car il rend difficile la dispersion de ces gaz et maintient la population exposée plus longtemps.

En 2002, l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) a publié un rapport dans lequel elle a mis en garde contre les risques d'une exposition prolongée aux vapeurs de diesel. Selon le rapport, l'inhalation à long terme de ces matières particulaires, les oxydes de soufre et d'azote, peut provoquer le cancer chez l'homme. En 2013, le Centre international de recherche sur le cancer (Iarc) a conclu qu'en fait, les émissions des moteurs diesel provoquent le cancer du poumon, et probablement aussi le cancer de la vessie. À Londres, il y a même eu un cas de décès dû à la pollution de l'air par les voitures.

Différence entre les moteurs à combustion interne

Moteurs essence et diesel

Le fonctionnement des moteurs à essence et diesel est similaire, comme expliqué précédemment. La principale différence entre ces moteurs est que, dans le moteur à essence, ce qui entre dans la chambre de combustion est un mélange d'air et de carburant, et l'allumage (démarrage / démarrage de la combustion) de ce moteur se produit à partir d'une étincelle fournie par la bougie d'allumage. allumage. Dans le moteur diesel, dans un premier temps, seul de l'air est inséré dans la chambre de combustion, qui est ensuite comprimé par le piston et l'allumage se produit à partir de l'injection de diesel dans cet air à haute pression.

L'essence est un carburant hautement explosif (comme le montre la vidéo), qui garantit à la voiture une puissance élevée avec une réponse rapide en rotation. Le moteur diesel a une combustion de carburant plus lente et plus continue, «poussant» le piston vers le bas de manière plus durable et offrant un couple plus important (effort de rotation), avec des régimes plus lents. Cela le rend plus solide et donc plus adapté à une utilisation dans des moyens de transport avec de grandes charges. Cet avantage confère également au moteur diesel la caractéristique d'être plus durable, car il entraîne moins d'impact sur les manivelles (vilebrequin) du moteur.

Dans le moteur diesel, l'injection de carburant a lieu pendant le processus de combustion spontanée conventionnel, où le diesel est injecté dans de l'air fortement comprimé. Cela se traduit par une augmentation brutale de la température, atteignant des niveaux qui fournissent la formation de NOx et contribuent au processus de pyrolyse (analyse ou réaction de décomposition qui se produit sous l'action de températures élevées), où des particules sont générées. Ce carburant est moins volatil. Comme il est injecté directement dans l'air comprimé (là où commence la combustion), son mélange finit par être moins homogène que l'essence. Le manque d'air en excès dans le mélange qui réagit provoque une combustion incomplète, émettant de la suie, du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures (HC). Pour ces facteurs, les moteurs diesel, par rapport aux moteurs à essence,ils émettent généralement sept fois plus de polluants dans l'atmosphère en termes d'émissions de particules. L'essence émet des pourcentages plus élevés de dioxyde de carbone (CO2).

Moteur flexible

Le moteur flexible est le moteur qui fonctionne avec plus d'un type de carburant. Au Brésil, le véhicule à carburant flexible le plus courant est celui qui utilise de l'essence et de l'éthanol.

Le moteur de ces voitures flexibles en est un. Pour le faire fonctionner à la fois avec de l'essence et de l'éthanol, il comporte certaines variables qui interfèrent avec son fonctionnement. Parmi ces variables, on peut citer le rapport stoechiométrique du moteur (mélange air / carburant), qui varie avec la caractéristique du carburant, avec un pouvoir calorifique plus ou moins grand, qui fait également varier la consommation de carburant par le moteur. Le véhicule à carburant flexible dispose d'un capteur qui détecte le mélange du carburant inséré dans le réservoir et ajuste l'injection en fonction du mélange.