Fonctionnement du catalyseur
Plan de l'article :
Les rejets polluants émis par les moteurs sont nombreux et variés, incluant des oxydes de carbone, oxydes d'azote et monoxyde de carbone. Après le constat que les gaz d'échappement "bruts" étaient très néfastes pour les êtres vivants, il a été décidé de trouver un moyen de réduire ces rejets nuisibles d'une manière assez originale, vous allez le voir. C'est ainsi que le catalyseur a vu le jour, pour des raisons de santé publique uniquement (pas de lien avec l'effet de serre et le CO2 puisque le catalyseur va à l'inverse transformer des substances toxiques en CO2, l'augmentant ainsi ...) . Mais comment fonctionne-t-il et comment transforme-t-il ces polluants ?
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Voici le catalyseur de plus près. Il y a souvent plusieurs catalyseurs sur la ligne d'échappement. Remarquez les deux sondes lambda de part et d'autre du catalyseur. Leur rôle est de mesurer le taux d'oxygène pour régler le mélange air/carburant. La sonde en sortie de catalyseur permet de vérifier que ce dernier a bien fait son travail.
Comment le reconnaître ?
Voici des éléments qui vont vous permettre de reconnaître le catalyseur :
- Forme: Généralement cylindrique avec une structure interne en nid d'abeille.
- Emplacement: Situé le long de la ligne d'échappement, souvent près du moteur pour atteindre rapidement la température de fonctionnement.
Caractéristiques
- Souvent recouvert d'un bouclier thermique.
- Moins volumineux que le FAP.
- Possède une ou deux sondes lambda à proximité pour mesurer l'efficacité de la conversion des gaz.
Comment ça marche ? Le petit chimiste...
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Les gaz d'échappement traversent les minuscules pores du nid d'abeille du catalyseur, maximisant la surface de contact avec les gaz. Les molécules toxiques vont au contact des métaux rares, induisant leur décomposition en atomes. Ces atomes vont ensuite se recombiner en éléments beaucoup moins dangereux pour la santé. Notez que le catalyseur est souvent situé au même emplacement que le Filtre à particules (FAP) et qu'il y en a un deuxième en amont plus près du moteur.
Les métaux rares dans les catalyseurs, comme le platine, le palladium et le rhodium, facilitent les réactions chimiques en agissant comme des catalyseurs. Ils offrent une surface sur laquelle les molécules des gaz d'échappement peuvent se fixer. Voici comment ils influencent les molécules :
- Adsorption : Les molécules de gaz d'échappement se fixent sur la surface des métaux rares.
- Dissociation : Les liaisons des molécules de gaz sont affaiblies ou rompues, facilitant la formation de nouveaux produits.
- Réaction : Les atomes réagissent entre eux pour former de nouvelles molécules (comme CO2, H2O, et N2).
- Désorption : Les nouvelles molécules quittent la surface du métal, libérant la place pour d'autres molécules de gaz.
Ainsi, les métaux rares accélèrent les réactions chimiques nécessaires pour convertir les gaz polluants en substances moins nocives.
Transformations (rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme) :
- Monoxyde de carbone (CO) est transformé en dioxyde de carbone (CO2) : 2CO + O2 -> 2CO2 (2 voies + 3 voies)
- Hydrocarbures (HC) transformés en eau (H2O) et dioxyde de carbone (CO2) : 4CH + O2 -> 4CO2 + 2H2O (2 voies + 3 voies)
- Oxydes d'azote (NOx) transformés en dioxyde de carbone (CO2) et diazote (N2) : 2NO + 2CO -> N2 + 2CO2 (2 voies uniquement)
Catalyseur deux voies ? Trois voies ?
Un catalyseur trois voies, utilisé principalement sur les moteurs essence, traite le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures (HC), et les oxydes d'azote (NOx). Un catalyseur deux voies, utilisé sur les moteurs diesel, traite le CO et les HC, mais pas les NOx. Sur le diesel c'est le catalyseur SCR ou encore la vanne EGR qui réduit les NOx.
L'importance de la sonde lambda
Des sondes lambda situées avant et après les catalyseurs pour voir si ils font bien leur travail (mesure des gaz avant et après pour voir la différence) et pour adapter la richesse au mieux afin que la conversion soit optimale. En cas de problème le voyant moteur s'allumera.
Les réactions d'oxydation et de réduction dans un catalyseur sont opposées parce qu'elles nécessitent des conditions de concentration d'oxygène différentes :
-
Oxydation : Cette réaction transforme les monoxydes de carbone (CO) et les hydrocarbures imbrûlés (HC) en dioxyde de carbone (CO2) et en eau (H2O). Elle nécessite une présence élevée d'oxygène.
- Réduction : Cette réaction convertit les oxydes d'azote (NOx) en diazote (N2) et en dioxyde de carbone (CO2). Elle nécessite une faible présence d'oxygène.
Inconvénients du système
Le premier inconvénient pour l'utilisateur est qu'il rajoute un organe supplémentaire et coûteux. De plus, il n'est pas éternel et son remplacement peut être cher. Pour fonctionner correctement, le moteur doit être à température optimale (chaud). Les trajets courts, où le moteur n'a pas le temps de chauffer, ne permettent pas au catalyseur de fonctionner efficacement. Pour cela, le catalyseur est souvent placé près du collecteur d'échappement et parfois un précatalyseur est ajouté en sortie de collecteur. Enfin, les résidus d'huile s'accumulent avec le temps et ne sont pas évacués par les régénérations, finissant par endommager le catalyseur.
Attention au niveau d'huile
Si vous mettez trop d'huile dans votre carter, le trop-plein enverra une partie de l'huile dans le catalyseur, pouvant l'endommager. Une indication est spécifiée dans le compartiment moteur sur certains véhicules comme les Golf 4. Vous ne pourrez pas dire que vous n'êtes pas prévenu.
Pourquoi coûte-t-il si cher ?
La conception même du catalyseur est très élaborée. La structure des mini alvéoles en nid d'abeille est difficile à produire. De plus, des matériaux rares et coûteux comme le platine sont utilisés, ce qui augmente le coût. La structure en nid d'abeille est généralement en céramique pour résister aux hautes températures, ajoutant encore au coût.
Pas obligatoire ?
Les voitures datant d'avant 1994 n'ont pas l'obligation d'avoir un catalyseur, mais toutes les autres doivent en être équipées pour des raisons de santé publique, d'où la fermeté des pouvoirs publics.
Pot catalytique et contrôle technique
Si votre catalyseur ne fonctionne plus, il ne convertira pas les mauvaises molécules en molécules moins nocives. Le taux de pollution à la sortie de votre pot d'échappement sera trop élevé et vous risquez une contre-visite lors du contrôle technique.
Nouveau catalyseur SCR anti-NOx
Un nouveau type de catalyseur, le SCR (Selective Catalytic Reduction), a été introduit pour les moteurs diesel. Fonctionnant avec un additif AdBlue, il réduit les émissions de NOx pour se conformer à la norme Euro6 plus stricte.
Le catalyseur indiqué ici est particulier puisqu'il s'agit du SCR destiné à réduire les émissions de NOx. Il est ajouté à l'autre catalyseur vu plus haut et ne sert que pour les diesels.
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