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Les nombreuses et subtiles différences entre moteur diesel et essence

Tout le monde le sait, un moteur diesel est clairement différent en terme de sensation et de consommation par rapport à un moteur essence. Il est donc intéressant de comprendre pourquoi il y a de telles différences et quelles en sont les causes techniques ?

A lire aussi : que choisir entre essence et diesel ?

Les différences Essence / Diesel : SYNTHESE

Vous n'avez pas le coeur d'entrer dans les détails techniques approfondis (à retrouver dans la suite de l'article) ? Résumons donc les principales différences dans une liste synthétique :

• Le moteur diesel est plus lourd (à puissance équivalente évidemment) car les matériaux ne sont pas les mêmes (compression accrue et course longue nécessite plus de robustesse et de matière)
  
• Il chauffe moins vite qu'un essence en raison de cette masse accrue (inertie thermique plus importante)
  
• Son taux de compression est plus important
  
• La course des cylindres est plus longue, ce qui induit le taux de compression accru
  
• Il vibre plus (lié à la longue course et le taux de compression notamment, mais pas seulement ...)
  
• La consommation est moindre en allant de -30 à -20%
• La consommation plus basse permet de réduire les émissions de CO2
• Le diesel produit plus de Nox et particules fines (surtout au niveau des particules)
• Le carburant diesel contient plus d'énergie pour un litre (en revanche si on compare en poids l'essence contient à l'inverse plus d'énergie, subtilité qui rend difficile la bonne mémorisation de la chose)
  
• La combustion du carburant se fait sans bougie d'allumage, car le taux de compression accru permet de chauffer l'air suffisamment fort pour enflammer le mélange
  
• Il peut s'emballer et s'autodétruire (lié à l'allumage par pression d'air)
  
• Le moment d'injection est différent par rapport l'essence
• Le diesel fonctionne en excès d'air, il n'a donc pas un besoin vital d'avoir un papillon des gaz (pas d'effet de pompage)
  
• Les rapports de boîte sont différents entre essence et diesel car les plages de régimes de leur utilisation ne sont pas les mêmes (avec des courbes de couple qui diffèrent elles aussi)
  
• Le régime maximal est plus faible sur le diesel (course longue)
  
• L'injection indirecte diesel est bien différente de l'injection indirecte essence en terme de positionnement des injecteurs
• Il est moins facile d'avoir des 3 cylindres diesel que sur les essences en raison des vibrations accrues
  

Taux de compression ?

Le taux de compression est plus élevé sur moteur diesel (deux à trois fois plus élevé par rapport à l'essence), donc il a un rendement meilleur et une consommation plus basse (ce n'est pas la seule raison de la baisse de la consommation même si ça reste la principale).
En gros, le volume d'air compressé (le comburant) sera plus petit (donc plus comprimé quand le piston est au Point Mort Haut) sur un diesel que sur un moteur essence car justement cette compression doit amener suffisamment de chaleur pour enflammer le gazole. C'est le but principal de cette compression accrue mais pas seulement ... En effet, on fait en sorte de dépasser largement la température nécessaire pour allumer le gazole dans le but d'améliorer la combustion et limiter les imbrulés : particules fines. Cela accroit en revanche les Nox (qui résultent d'une combustion chaude, et donc en mélange pauvre [diesel = fonctionnement en excès d'air = mélange pauvre]).
Le taux de compression élevé participe au fait que le diesel a plus de couple à des régimes moindres, mais aussi que le régime maximal est moins haut (course plus longue = plus de temps pour faire un aller/retour, et en  plus ici les pièces mobiles sont plus lourdes ...). Les amateurs de conduite sportive n'aiment donc pas trop le diesel pour cette raison.

Amorçage de la combustion différente ?

Il y a une auto-combustion pour le diesel qui évite l'emploi d'un allumage commandé par des bougies. Et c'est justement à cause de ce principe que le moteur diesel peut plus facilement s'auto-détruire par auto-combustion que l'essence ... Le diesel est justement conçu pour s'auto-enflammer, les compressions dans ce dernier sont plus importantes afin de faire monter la chaleur jusqu'à la combustion, l'huile peut alors s'enflammer seule dans les cylindres quand elle est aspirée (par le turbo qui fuit ou le reniflard par exemple).
Mais pour revenir à l'auto-combustion dans son principe, il faut savoir que plus on comprime un gaz plus il chauffe. C'est donc le principe du diesel, on comprime suffisamment l'air qui est entré pour que le gazole s'enflamme naturellement à son contact..

De plus, dans un moteur essence, le mélange carburant / air est généralement plus homogène (régulièrement réparti/mélangé dans la chambre) car l'essence s'injecte pendant la phase d'admission.

Vitesse de combustion / front de flamme

La combustion est plus rapide sur un moteur essence de par son allumage commandé (bobines / bougies qui permettent une étincelles d'amorçage), c'est en partie pour cela que les hauts régimes sont mieux tolérés pour les moteurs fonctionnant au sans plomb. Les diesels peuvent donc ne pas totalement brûler le carburant dans le haut du compte tour (la vitesse des cycles des pistons étant plus rapides que la vitesse de combustion), pouvant alors faire apparaître des fumées noires (moins le taux de compression du moteur est élevé plus cette fumée est favorisée).

Moment d'injection

Alors que le moteur essence injecte le carburant au moment de l'admission d'air (quand le piston va vers le bas au PMB et que la soupape d'admission est ouverte) dans le cas d'une injection directe (en indirecte le carburant arrive en même temps que l'air), le diesel va quant à lui attendre que le piston soit remonté en phase de compression pour injecter le carburant.

A lire aussi :

• Le cycle à 4 temps du diesel
• Le cycle à 4 temps de l'essence
• Les différences entre les 4 temps du diesel et de l'essence

Ca chauffe moins en diesel ?

Le fait qu'un moteur diesel arrive plus difficilement en température est lié à plusieurs facteurs, dont notamment ce que j'ai dit auparavant : à savoir la répartition du gazole dans la chambre de combustion. En étant moins au contact avec la paroi du cylindre, la chaleur se transmet moins facilement au métal alentour (il y a comme une couche d'air entre la paroi du cylindre et la combustion).
De plus et surtout, l'épaisseur plus importante du bloc moteur rend plus lente la propagation de la chaleur à travers ce dernier. Plus il y a de matière à chauffer, plus ça met de temps ...
Enfin, le régime moteur moyen inférieur implique qu'il y a moins "d'explosions" dans un même laps de temps, et donc moins de chaleur.

Poids / conception ?

Diesel plus lourd car doit être plus résistant aux fortes compressions dans les cylindres. Les matériaux utilisés sont donc plus résistants (fonte etc ...), tout comme la segmentation qui est plus costaude au passage. Les voitures équipées de diesel sont donc plus lourdes, elles sont alors généralement moins bien équilibrées en terme de répartition des masses avant et arrière. De ce fait, les essence ont généralement un comportement plus dynamique et équilibré.
Mais niveau fiabilité le diesel gagne puisque le bloc est plus résistant.

Vitesses de régime moteur différentes

La vitesse de rotation des diesels est moins importante comparé à un essence de même caractéristique (nombre de cylindres). Les raisons à cela concernent le renforcement des matériaux sur le diesel (bielles, vilebrequin etc ...) qui induit donc une plus grande inertie du moteur (plus difficile à mettre en mouvement tout comme il est plus long d'attendre que le régime du diesel retombe, cela est du à la masse plus importante des pièces mobiles). De plus, la combustion n'étant pas commandée par l'étincelle d'une bougie, elle se révèle moins contrôlable et donc plus longue à se faire. Ce qui ralentit tout le cycles et donc la vitesse de rotation du moteur.
Enfin, la course des pistons étant plus longue (adaptée à la vitesse de combustion), il leur faut plus de temps pour faire des allers-retours. (copyright fiches-auto.fr)

Voici le compte tours de deux 308 : une essence et une diesel. Ne remarquez-vous pas une différence ?

Boîte de vitesses différente ?

Le fait que la vitesse de rotation du moteur soit différente induit obligatoirement des rapports de boîte plus longs et donc un étagement différent, afin de s'accorder avec cette caractéristique. Attention cependant, ce changement ne se ressent pas pour le conducteur, c'est juste technique afin de palier à la vitesse réduite du vilebrequin d'un moteur diesel.

A lire : fonctionnement d'une boîte de vitesses mécanique

Différences entre le carburant gazole et essence ?

Le carburant gazole offre un peu plus d'énergie que l'essence à volume égal, à savoir 9.6 kWh pour un litre d'essence et 10.7 kWh pour un litre de gazole. Le rendement même du carburant en lui-même est donc légèrement meilleur.

Idem pour la production, le gazole et l'essence ne s'extraient pas de manière identique puisqu'il faut chauffer le pétrole brut à plus haute température pour le gazole. Mais ce qui est certain, c'est que si vous voulez abandonner le diesel alors il vous faudra aussi jeter une bonne partie du pétrole que vous avez récolté, car ce dernier contient 22% d'essence et 27% de diesel.
Plus d'information sur la production et l'extraction de diesel et essence ici.

Vibrations / bruit ?

Le diesel vibre plus car justement son taux de compression est plus élevé et que les masses mobiles sont plus lourdes. Plus la compression est forte, plus la vibration résultante de la combustion est importante (car détente plus puissante). Ceci expliquant cela ...
Notez quand même que le phénomène est réduit par le biais d'une pré-injection qui adoucit les choses (uniquement en bas régime, ensuite ça se met à claquer plus fort), uniquement sur moteur à injection directe évidemment.

Pollution

Particules fines

Le diesel émet en général plus de particules fines que l'essence car quelque soit sa technologie le mélange air/carburant n'est pas très homogène. En effet, que ce soit en injection directe ou indirecte, on injecte tard le carburant, ce qui induit un mélange moyen et des imbrûlés. Sur les essences on mélange les deux avant l'admission (injection indirecte) ou on injecte pendant la phase d'admission (injection directe) ce qui permet un bon mélange des carburant et comburant.
Notons toutefois que les moteurs essences modernes "aiment" fonctionner en mélange pauvre dans certaines phases (pour réduire le consommation : dosage et limitation des pertes par pompage), et ce mélange pauvre induit un mélange non homogène et des particules fines. C'est pour cela qu'ils ont désormais des filtres à particules.
Pour limiter les particules il faut donc un mélange homogène et une combustion chaude. L'amélioration de l'homogénéité sur les injections directes est obtenue grâce à une injection haute pression : meilleur vaporisation du carburant.

Selon les normes en vigueur il y a encore peu de temps, la législation imposait au diesel une dépollution de ses particules fines [Edit : depuis peu les essences aussi]. De ce fait, les diesels modernes filtrent 99% d'entre elles (quand le moteur est chaud ...), ce qui peut être considéré comme très acceptable ! Combiné à leur faible consommation le diesel reste donc, même si ça peut faire grincer des dents, une solution pertinente d'un point de vue écologique et santé publique.
Effet pervers, le système autorisait aux moteurs essences, il y a encore peu, à en rejeter 10 fois plus même si la masse autorisée de ces dernières doit être inférieure de 10% pour l'essence. Car il faut distinguer masse et particules : dans 5 grammes de particules, il peut y avoir 5 particules de 1g (chiffre irréel, c'est pour la compréhension) ou encore 5 000 000 de particules de 0.000001 grammes (et ce n'est pas la masse qui nous intéresse mais leur taille : plus c'est petit plus c'est nuisible à la santé, les grosses particules étant très bien gérées / filtrées par nos poumons).
Le problème est qu'en passant à l'injection directe, les moteurs essences produisent désormais plus de particules fines que les moteurs diesels qui s'équipent de FAP (les médias sont étrangement muets sur le sujets, sauf Autoplus qui reste comme souvent l'exception). Mais plus globalement il faut retenir que le diesel produisait plus de substances mauvaises que l'essence quand il était le seul à être en injection directe. Ce n'est donc pas vraiment le carburant (essence / diesel) qu'il faut regarder pour voir si un moteur pollue et nuit à la santé, mais plutôt si il a une injection directe haute pression ... Car c'est cela qui induit les particules fines et NOx (chose dont les médias ne semblent pas avoir compris, d'où une désinformation massive qui a nuit au diesel de manière exagéré).
Pour résumer les diesels et essences sont de plus en plus similaires au niveau rejets ... Et c'est pour cela que les essences sortis après 2018 ont pour beaucoup des filtres à particules. Et même si les diesel produisent plus de Nox (irritant pour les poumons), ils sont désormais très limités par l'adjonction d'un catalyseur SCR qui produit une réaction chimique les détruisant (ou plutôt transformant) en majorité.
Bref, le gagnant dans cette histoire de désinformation est l'Etat qui désormais multiplie les gains fiscaux. En effet, bon nombre de personnes sont passées à l'essence et consomment désormais bien plus qu'avant ... Il est au passage très inquiétant de voir à quel point les médias peuvent influencer les masses même quand l'information est en partie erronée. (copyright fiches-auto.fr)

Nox

Le diesel en émet naturellement plus que l'essence car la combustion n'est pas très homogène. Cela induit de nombreux points chauds dans la chambre de combustion (plus de 2000 degrés) qui sont émetteurs de Nox. En effet, ce qui fait apparaître le Nox est la chaleur de combustion : plus c'est chaud plus il y a de Nox. La vanne EGR, sur essence et diesel, permet d'ailleurs de limiter cela en réduisant la température de combustion.
Notez quand même que les essences modernes en produisent aussi pas mal en mélange pauvre / charge stratifiée (uniquement possible avec injection directe), car cela accroît les températures de fonctionnement.

En gros il faut retenir que les deux moteurs produisent les mêmes polluants mais que les proportions changent selon qu'on parle d'injection directe ou indirecte. Et c'est donc surtout le type d'injection qui fait fluctuer la pollution émise, et pas seulement le fait que le moteur soit un dieselou un essence.

A lire : les polluants émis par le diesel.

Bougies de préchauffage ?

Un moteur diesel a des bougies de préchauffage. Comme il s'auto-enflamme, il faut pour cela que la chambre de combustion soit à une température minimum. Dans le cas contraire, le mélange air/gazole n'atteint pas forcément une température suffisante.
Le préchauffage permet aussi de limiter la pollution à froid : les bougies restent allumées même après le démarrage pour accélérer la chauffe des chambres de combustion.

Admission de l'air, une différence ?

Un diesel n'a pas de volet papillon des gaz (contrôlé par le calculateur sur une essence, sauf pour les essences à soupapes variables qui n'ont alors pas besoin de papillon), car un diesel aspire toujours la même quantité d'air. Il n'y a donc pas besoin d'un volet de régulation, ce que fait le boitier papillon ou les soupapes variables.

En conséquence, il y a une dépression négative dans l'admission d'un moteur essence. Cette dépression (qu'il n'y a pas sur un diesel) est exploitée pour servir à d'autres éléments du moteur. Par exemple, elle est utilisée par le servo-frein pour aider le freinage (avec liquide, type disque), c'est ce qui empêche que la pédale devienne dure (ce que vous pouvez remarquer quand le moteur est éteint, la pédale de frein devient très dure après trois pompages). Pour le diesel, il faut installer une pompe à vide en plus, ce qui n'est pas favorable à une conception plus simple de l'ensemble (plus il y a de choses, moins c'est bon ! Car cela multiplie le nombre de pannes et accroit la complexité de l'ensemble.

Admission DIESEL

Sur un diesel la pression est au moins à 1 bar puisque l'air entre comme il veut dans l'admission. Il faut donc comprendre que le débit change (selon le régime) mais que la pression reste identique.




Admission ESSENCE
(Faible charge)

Quand on accélère peu le boitier papillon n'est pas très ouvert afin de limiter l'afflux d'air. Cela provoque une sorte de bouchon. Le moteur aspire de l'air d'un côté (par la droite) tandis que le papillon limite le débit (gauche) : il y a comme mise sous vide de l'admission et la pression se trouve alors entre 0 et 1 bar.

Plus de couple ? Régime moteur limité ?

La puissance arrive de manière différente sur un diesel : la poussée ressentie est plus forte sur un diesel (par rapport à un essence de même puissance) mais elle dure moins longtemps (plage de régime bien inférieure). On a donc généralement l'impression qu'un moteur diesel pousse plus fort qu'un essence de même puissance. Cependant, ce n'est pas exactement le cas puisque c'est plutôt la manière dont arrive la puissance qui est différente, plus "étalée" sur un essence. Et puis la généralisation des turbos contribuent encore plus à creuser l'écart ...
En effet, il ne faut pas se borner à se focaliser sur le couple, c'est la puissance qui compte ! Un diesel aura plus de couple car sa puissance est délivrée sur une plus petite plage de régime. Donc en gros (je prends des chiffres totalement au hasard), si j'étale 100 ch sur 4000 tours minute (une petite plage façon diesel), ma courbe de couple sera située sur une plus petite zone, il faudra donc que le couple maximal soit plus grand (à un régime précis, car le couple change d'un régime à l'autre) pour égaler un moteur essence dont la puissance de 100 ch va s'étaler sur 6500 tours (la courbe de couple sera donc logiquement plus plate, la faisant grimper moins haut).
Donc au lieu de dire qu'un diesel a plus de couple, il faut plutôt dire que celui-ci n'arrive pas de la même manière, et que de toute façon c'est le facteur puissance qui est décisif dans les performances d'un moteur (pas le couple).

Quel est le meilleur ?

Franchement aucun ... Le choix se portera au niveau des besoins et des envies uniquement. Chacun trouvera donc le moteur qu'il lui faut selon sa vie et ses occupations quotidiennes.

Pour celui qui cherche le plaisir, un moteur essence semble bien plus adapté : montées dans les tours plus rageuses, poids moins élevé, plage de régime moteur plus grande, moins d'odeurs en cas de cabriolet, moins d'inertie (sensation plus sportive) etc ...
En revanche, un moteur diesel moderne suralimenté aura l'avantage d'avoir un couple bien plus important à bas régime (pas besoin de cravacher dans les tours pour avoir "du jus", parfait pour les camions), la consommation sera inférieure (meilleur rendement) et donc utile pour ceux qui roulent beaucoup.

En revanche, côté négatif, les diesels modernes sont devenus de vrais usines à gaz (turbo, vanne EGR, reniflard, pompe à vide supplémentaire, injection haute pression etc ...) ce qui induit des risques élevés en terme de fiabilité. Plus on reste dans la simplicité (toute proportion gardée évidemment, car on roule en vélo sinon ...) mieux c'est ! Mais hélas les moteurs essence ont aussi rejoint le club en adoptant l'injection directe haute pression (c'est ça qui induit l'accroissement de la pollution, ou plutôt des substances néfaste au vivant).

Les choses changent et il ne faut pas rester bloqué sur des apriori datés, tel "le diesel pollue beaucoup plus que l'essence". En réalité c'est devenu l'inverse puisque le diesel consomme moins d'énergie fossile et qu'il émet les mêmes polluants que l'essence. Merci à l'injection directe apparue en masse sur l'essence ...).

A lire : le bloc Mazda qui essaie de réunir les qualités du diesel et de l'essence dans un seul moteur.

Merci d'avance à tous ceux qui trouveront des éléments qui serviront à compléter cet article ! Rendez-vous en bas de page pour participer.

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