Le Diesel interdit de circulation?

Plaidoyer pour plus d’objectivité

par Rainer Schopf, Allemagne

hd. L’auteur est un mécanicien d’aviation diplômé qui a étudié la technique automobile à l’Université technique de Berlin et enseigné pendant 35 ans au centre berlinois d’études secondaires des techniques automobiles. Son intervention revient à l’article d’Ernst Pauli paru dans Horizons et débats no 4 du 19/2/18 «Le scandale du diesel VW: guerre économique ou escroquerie?» et lui offre une prolongation sur le plan technique.

Une interdiction de circuler irrationnelle – sans réelles compétences sur la question

Le 27 février 2018, le Tribunal administratif fédéral allemand a autorisé les villes allemandes à émettre des interdictions de circuler à l’encontre des véhicules diesels, à cause des émissions d’oxydes d’azote (NOx). Ce jugement est absurde, il ne repose pratiquement sur aucune compétence réelle et il porte la marque d’une époque irrationnelle. Adversaires et utilisateurs du moteur diesel s’affrontent dans une lutte idéologique. Les Verts et les associations environnementales veulent le bannir en tous lieux, sans tenir compte des pertes entrainées. Suite au revirement opéré avec succès en Allemagne en matière d’énergie – la fermeture de toutes les centrales atomiques, l’abandon de la houille et du lignite devraient suivre –, ils veulent maintenant de toutes leurs forces imposer le virage vers la voiture électrique dans quelques années. Les Etats-Unis ont utilisé l’affaire de la fraude au diesel de VW dans leur guerre économique contre les fabricants allemands. En Allemagne au contraire, les interdictions de circuler sont «faites maison» et détruisent le diesel sans nécessité, sabotant ainsi en même temps une technique aboutie dans laquelle l’Allemagne est passée maître. En avril de cette année, déjà, Hambourg a imposé des interdictions de circuler pour le diesel sur deux voies urbaines, à l’initiative de Jens Kerstan, sénateur des Verts pour l’environnement. Le Bade-Wurtemberg a annoncé les premières interdictions de circuler pour 2019. Pour objectiver le débat, il est nécessaire de prendre connaissance de certains facteurs physiques, chimiques et techniques. C’est uniquement sur cette base que l’on peut comparer sérieusement les moteurs traditionnels avec les moteurs alternatifs.

«Il est certain qu’à long terme, nous devrons cesser de brûler les carburants fossiles (pétrole/gaz naturel). Mais le moteur diesel n’est de loin pas encore mort, et de nombreuses alternatives sont encore en suspens. Les scientifiques et les techniciens ont aidé les individus à élargir leur mobilité et ont rendu leurs connaissances profitables au développement de l’humanité. Cela n’est possible que sur la base d’analyses et de pronostics soigneux et non dans des guerres de tranchées idéologiques. L’activisme politique n’a encore jamais résolu les problèmes en suspens. A la place, nous devons avancer dans un dialogue ouvert sur les avantages et les inconvénients des différents concepts de moteurs.»

Diffusion des moteurs diesel

Jusque là, les véhicules fonctionnant au diesel comptaient pour 53% des nouvelles immatriculations dans les 15 plus grands pays européens. En Allemagne, avant le scandale du diesel de 2017, cette proportion était au maximum de 45%, la tendance étant à la baisse jusqu’à une estimation de 25% en 2025. Les leaders du diesel sont la France et l’Irlande (73%), l’Espagne et la Belgique (69%), suivies de l’Italie (57%). Dans ces pays, il n’y a pas de menace d‘interdiction de circuler. Les moteurs diesel y sont-ils plus propres qu’en Allemagne? Non. Ils ont les mêmes tests de mesure des émissions polluantes, mais ceux-ci portent sur d’autres points de mesure.

Points de mesure

Avant 2010 en Allemagne, la règle de mesure des émissions de gaz d’échappement se pratiquait sur un espace volumétrique de 4 m de haut sur 4 m de large en milieu de chaussée. Les gaz d’échappement ont la plaisante propriété de se fondre rapidement dans l’atmosphère environnante, ce qui abaisse la charge d’exposition pour les humains. A l’instigation des Verts, la Loi fédérale allemande sur la protection contre les émissions de 2010 ne fait plus mention de l’espace de 4 mètres. On mesure aujourd’hui en Allemagne au plus près des gaz d’échappement, dans des rues à grande circulation, des vallées encaissées ou des sorties de tunnel, là où les gaz d’échappement ne peuvent pas se diluer rapidement. Le plus célèbre des lieux de mesure est le Neckartor à Stuttgart, une vallée encaissée qui a régulièrement de très hautes concentrations en NOx. D’autres pays européens procèdent différemment. Ils prennent des mesures réparties selon la surface dans des rues très fréquentées et peu fréquentées et restent ainsi en dessous de la limite admissible. Celle-ci n’est également dépassée en Allemagne que sur quelques points, mais pas sur la surface. Leur pertinence n’est décisive que sur la qualité et l’équilibre des points de mesure pas sur leur quantité.

Combustion

L’azote (N), le bioxyde de carbone (CO2) et l’eau (H2O) résultent de la combustion complète du carburant et de l’air. De nos jours, on ne trouve plus dans le carburant les anciens composants des gaz d’échappement, tels les composés du plomb et les composés soufrés. La combustion incomplète engendre de l’oxyde de carbone (CO), de l’oxyde d’azote (NOx), le moteur à allumage commandé (moteur à essence) de l’hydrocarbure (CH) et le moteur diesel, des particules fines, désignées en tant que Particulate Matter (PM). Que la combustion soit complète ou incomplète dépend du ratio d’air Lambda (λ) qui est le quotient de la quantité d’air rapportée au besoin d’air théorique. Si on obtient λ = 1, les experts parlent d’un mélange stœchiométrique, en-dessous de 1, il est gras (manque d’air) et au-dessus de 1 il est maigre (excès d’air). La combustion résulte pour les moteurs diesel ou les moteurs à essence en valeurs Lambda différentes, si bien qu’il en découle pour les deux moteurs des avantages et des inconvénients dans les émissions de gaz d’échappement.

Le moteur à essence

Précédemment, ce moteur à essence utilisait le carburateur pour la formation de mélange et pouvait fonctionner avec un rapport d’air compris entre 0,7 ≤ λ ≤ 1,3, donc également dans la marge «maigre». Il y a quatre décennies, le carburateur a été remplacé par des systèmes d’injection à commande électronique, pouvant fonctionner exclusivement avec un ratio λ = 1, car sinon le catalyseur ne pouvait agir de façon optimale. Entre autres, ce dernier transforme le CO en CO2. Jusqu’ici, tout va bien. Le CO toxique était éliminé des espaces urbains. Les pronostics sur la catastrophe climatique varient certes beaucoup en fonction des intérêts des experts, mais la tendance de toutes les prédictions va distinctement vers le haut. Avec une proportion de 18% de CO2 dans les gaz d’échappement, le moteur à essence est le numéro 1 des assassins du climat. En outre, ce moteur n’utilise au maximum que 30% de l’énergie apportée pour la propulsion. 70% s’évaporent à la combustion sous forme de chaleur et de gaz d’échappement, dont jusqu’à 2% sont de gaz d’échappement toxiques comme le CO, le NOx et le CH.

Le moteur diesel

Le moteur diesel utilise, dans le point de rendement maximal du champ caractéristique, 45% du carburant pour la propulsion, il est donc jusqu’à 50% plus efficace que le moteur à essence. Le diesel tourne dans pratiquement toutes les gammes de charge avec un excès d’air et contribue en cela à un rendement sensiblement plus élevé du carburant. Aujourd’hui, le diesel est injecté presque exclusivement avec des injecteurs piézo-électriques à commande électronique. Dès son introduction en 1995, le Common Rail Motor (CR) a connu un développement très rapide et a remplacé tous les précédents procédés d’injection avec une pression de seulement 120 bars. Les pressions dans le système Common Rail (injection directe à rampe commune) sont incroyablement élevées (2500 bars) et le temps de commutation, très court: ces injecteurs s’ouvrent et se ferment jusqu’à 7 fois par seconde durant 30 cycles pour les pré- et post-injections et les injections principales, c’est-à-dire dans des fractions de millièmes de seconde. Une injection incontrôlée mettrait le moteur diesel en pièces. Dans la chambre de combustion, la pression et la température assurent une pulvérisation incroyablement fine et par là, l’utilisation la plus élevée du carburant.

Le moteur CR – une brillante ingénierie

La marche triomphale du moteur CR a été rendue possible par la brillante prestation de plusieurs centaines d’ingénieurs. Le bilan énergétique parle clairement en faveur du moteur diesel et contre le moteur à essence. Le seul problème du diesel, c’est son émission de NOx. Celle-ci est, avec 80 mg/km, notoirement plus élevée que dans le cas du moteur à essence, à 5 mg/km. Toutefois, depuis 1990 la valeur NOx du diesel a pu être abaissée depuis 1990 d’environ 70% et sera très certainement déjà inférieure aux limites en vigueur en 2020. En outre, l’effet toxique du NOx est très controversé. La critique fondamentale de l’arrêté d’interdiction de circuler pour le diesel vient précisément des médecins spécialistes des pathologies pulmonaires. Pour Martin Hetzel, médecin-chef de la clinique de pneumologie de Stuttgart, il n’y a, du point de vue médico-scientifique, aucune preuve de causalité de ce que, jusqu’à 100 microgrammes par mètre cube d’air, les concentrations de NOx rendent malade. La mise en conformité des vieux moteurs diesels requiert également deux ans d’essais jusqu’à l’autorisation et sera obsolète en 2020. La polémique contre la technologie du diesel (il y aurait des centaines de milliers de morts à cause de l’émission de NOx) est tout bonnement irresponsable et c’est un outrage à la bonne foi des consommateurs non informés. Elle escamote les progrès fantastiques accomplis dans la technologie du diesel.

D’énormes progrès accomplis aussi dans le traitement des gaz d‘échappement

Aujourd’hui, les moteurs à essence disposent exclusivement de catalyseurs réglés à trois voies pour transformer le CO, le NOx et le CH en particules non toxiques. Pour le moteur diesel, le traitement des gaz d’échappement est sensiblement plus compliqué : recirculation des gaz d’échappement, catalyseur d’oxydation, injection d’air additionnel, filtre à particules, piège à NOx et Selective Catalytic Reduction (SCR) des catalyseurs de marque AdBlue (urée). Ils servent pratiquement tous à réduire le NOx et les particules fines. Dans ce domaine, on a fait énormément de progrès. Les nuages de suie de l’échappement appartiennent au passé. Auparavant on mesurait les émissions de noir de carbone (la suie) au moyen du degré de noircissement, ce qui n’est plus nécessaire aujourd’hui. On peut placer un mouchoir blanc au bout du pot d’échappement, il restera blanc, même si le moteur marche à fond.
Rien n’est laissé au hasard pour un fonctionnement parfait de la réduction des substances nocives pour les deux moteurs, qui est au contraire, continuellement contrôlée électroniquement et réajustée. L’On-Board-Diagnose (OBD) est obligatoire depuis 2000. Il contrôle toutes les pièces détachées importantes en relation avec les gaz d’échappement. Au moindre disfonctionnement, la Malfunction Indicator Lamp (MIL), le témoin lumineux de l’indicateur de défaut de fonctionnement, se signale au conducteur. Il doit alors se rendre immédiatement dans un garage avec son véhicule afin de faire corriger l’anomalie. La distance parcourue après l’allumage du témoin lumineux est enregistrée dans la mémoire d’erreur et peut être déchiffrée par la police lors d’un contrôle routier. L’ignorer, c’est se rendre passible d’une amende.

Le moteur à gaz – un défi technique

Jusqu’à maintenant, le moteur à gaz ne représente pas non plus de véritable alternative au moteur à essence et au moteur diesel bien qu’il ait été testé et éprouvé depuis des décennies. En raison de la teneur à peu près divisée par deux, du gaz en carbone, les émissions de CO2 sont elles aussi à peu près divisées par deux comparé au moteur diesel et au moteur à essence. Les obstacles sont le poids de la bouteille à gaz, le manque d’infrastructures (stations-service équipées pour le gaz) et les interdictions de circuler dans les parkings sous-terrain à cause du danger d’explosion. Seuls les bateaux de croisière sont de plus en plus équipés de moteurs à gaz parce que les bateaux fonctionnant au fuel lourd ont mauvaise réputation et que leurs usagers sont sensibilisés à la conscience écologique. Le chantier naval Meyer à Papenburg est en train de construire le premier navire de croisière avec moteur à gaz. Les défis techniques sont énormes. Pour se liquéfier, le gaz doit d’abord être réfrigéré à moins 162° C. Les trois réservoirs de gaz font chacun 35 m de long sur un diamètre de 8 m et contiennent ensemble 3500 m3. Mais les infrastructures correspondantes manquent encore souvent dans les ports. Les porte-containers continuent donc à naviguer au fuel lourd et sont par conséquent désignés comme des usines à pollution flottantes. A Hambourg, ils produiraient plus de 40% des émissions en NOx. Les interdire? Pas question. Donc, le meilleurs des monde: les transports maritimes sont en plein boom et on dépossède les conducteurs de diesel.

«Et on nous promet qu’il y aura, d’ici 2030, près de 30% de voitures électriques en plus sur les routes: alors, le courant sautera et les lumières s’éteindront en Allemagne!»

Le moteur électrique

Le moteur électrique a un degré d’efficacité de 80% à 90% selon le type de conception. Considéré isolément, c’est une valeur fantastique, mais la prudence reste de rigueur. Si l’on examine l’ensemble de la chaîne énergétique du courant produit par combustion (charbon/pétrole), le degré d’efficacité total tombe au-dessous de 30% et il est alors pire que celui d’un moteur à essence. On observe des pertes au niveau de la centrale électrique, du transport d’électricité, du chargement, du déchargement et de l’électronique de puissance. La situation est différente si le courant est généré écologiquement par l’énergie éolienne, solaire ou hydraulique. En 2017, 39% de l’électricité utilisée provenait déjà de ces ressources énergétiques alternatives, la tendance du futur étant à l’augmentation. Quelques problèmes vont à l’encontre de cette plaisante perspective. Le paysage en «culture d’asperges» généré par l’implantation de parcs d’éoliennes atteint ses limites. Il faudrait installer vingt fois plus d’éoliennes. Les centrales hydrauliques, présentant une alternative dans les régions montagneuses, sont marginalisées en Allemagne.

Le problème de transport d’électricité n’est toujours pas résolu

Vient alors le problème du transport d’électricité, toujours pas résolu. Le Schleswig-Holstein par exemple, produit 100% de ses besoins énergétiques à partir d’énergie renouvelable, avant tout d’immenses installations off-shore en mer. Là encore, on pourrait produire plus d’électricité. Cependant les besoins en électricité ne concernent pas le Nord, plutôt agricole, mais l’Ouest et le Sud de l’Allemagne, plus industrialisés. Il faudrait donc construire des lignes à haute tension aériennes du nord au sud. Cependant, les habitants des régions traversées ont porté avec succès l’affaire devant les tribunaux, en arguant contre la «pollution électromagnétique» et la «dévalorisation des terres». Donc, on enterre? Pas rentable, poser des câbles souterrains coûterait trois fois plus cher. Voilà des années que le tracé ne décolle plus. Si le moteur électrique devait se généraliser, il faudrait totalement modifier la structure du réseau. La réalisation de ce projet prendrait des décennies.

Problème suivant – surcharge des réseaux électriques et questions d’ordre éthique

Essayez donc de faire installer une borne de recharge pour votre nouvelle voiture électrique sur votre emplacement de parking dans votre garage souterrain parce que les bornes publiques sont encore trop rares. Votre demande sera refusée par la gérance, car cela ferait sauter le réseau d’électricité. Et on nous promet qu’il y aura, d’ici 2030, près de 30% de voitures électriques en plus sur les routes: alors, le courant sautera et les lumières s’éteindront en Allemagne! Et dernier point critique: les voitures électriques elles-mêmes. Les batteries/accumulateurs sont encore beaucoup plus lourdes qu’un réservoir à carburant, leur portée est encore modeste, leur prix est très élevé et les matières premières des batteries, le lithium et le cobalt, proviennent principalement des pays du tiers-monde, et sont souvent le fruit du travail des enfants, de conditions de travail inhumaines, de la corruption et des guerres civiles.
En février, un grand fabricant automobile d’Allemagne du Sud a mis au point, avec un consortium, une chaîne logistique d’approvisionnement avec quantité et prix garantis pour le cobalt du Congo. Mais voilà que le gouvernement de la République du Congo démocratique (RDC) a brusquement augmenté le prix des licences d’exploitation de l’industrie minière, la loi sur les mines ayant été remaniée du jour au lendemain. Le marché pour le cobalt a triplé depuis 2016, le Congo tient 60% des gisements, le gouvernement va donc pouvoir se tailler un gros morceau dans le gâteau des matières premières. Est-ce qu’alors nous financerons, avec notre progrès, les achats d’armement du gouvernement dans sa lutte contre sa propre population? Horrible vision.

Le moteur hybride

On appelle véhicules à moteur hybride ceux qui roulent avec deux types différents de moteurs (hybride = métis). Le plus souvent, un moteur à combustion interne est couplé avec un moteur électrique afin de diminuer l’émission de substances nocives et réduire la consommation de carburant. En ville, à vitesse réduite, on roule à l’électricité et on utilise le moteur à essence ou le diesel à la campagne. Ces véhicules utilisent généralement une fonction start-stop (ou ECO-start) pour la circulation urbaine aux heures de pointe et un système de freinage régénératif, appelé freinage par récupération. Lors du freinage, le moteur électrique se transforme en générateur, c’est-à-dire qu’il change l’énergie cinétique en énergie électrique et les réintègre dans la batterie. C’est un procédé bien connu de la technologie du rail utilisé pour les trams et les locomotives électriques. Le moteur hybride est une technologie d’avenir très importante. A Zurich, près de 90% des taxis sont actuellement des véhicules hybrides.

Bilan – la prudence est de mise

Les émissions de gaz d’échappement par le diesel et l‘essence ont été rendues publiques depuis 1992 (Euro 1) et ont été depuis continuellement renforcées. Seuls 17,8% des 15 millions de véhicules diesel en Allemagne remplissent les conditions de la dernière norme (Euro 6). Les interdictions de circuler frapperaient donc 81,7% de tous les conducteurs de diesel, c’est-à-dire que 12 millions de conducteurs ont vu baisser considérablement la valeur marchande de leur véhicule, souvent à présent considéré comme invendable et de plus en plus souvent envoyé à la casse. Cette spoliation ne peut perdurer. Les politiciens responsables conseillent la sagesse. Si Daimler, BMW, VW, Opel et d‘autres sont mis à genoux, cela va aller mal dans de nombreux sites industriels d’Allemagne. Le législateur ferait bien d’analyser soigneusement cette décision et d’exiger une solution unique pour toute l’Allemagne. Cette procédure sera clôturée au plus tôt en 2020.

«Les interdictions de circuler frapperaient donc 81,7% de tous les conducteurs de diesel, c’est-à-dire que 12 millions de conducteurs ont vu baisser considérablement la valeur marchande de leur véhicule, souvent à présent considéré comme invendable et de plus en plus souvent envoyé à la casse. Cette spoliation ne peut perdurer. Les politiciens responsables conseillent la sagesse. Si Daimler, BMW, VW, Opel et d‘autres sont mis à genoux, cela va aller mal dans de nombreux sites industriels d’Allemagne. Le législateur ferait bien d’analyser soigneusement cette décision et d’exiger une solution unique pour toute l’Allemagne.»

Questions en suspens et perspectives

D’ici là, il faudra éclaircir un certain nombre de questions importantes, comme une possible mise en conformité rétroactive pour les vieux véhicules diesel, la prise en charge de frais entrainés et l’introduction d’une nouvelle plaquette, bleue cette fois-ci. La proportion de moteurs hybrides et électriques augmentera modérément, mais la grande révolution ne se fera pas dans les 10 à 20 prochaines années et le moteur diesel connaîtra une renaissance. A court et moyen terme, il n’y a pas d’alternative reconnue au diesel. A long terme nous devrons faire nos adieux aux combustibles fossiles. Les ressources en pétrole, dont on a souvent annoncé la mort, sont véritablement épuisables. Et une production débridée de CO2 nous garantira à long terme un changement de climat.
Les Américains continuent de construire de gros moteurs à essence avec un taux très élevé de gaz à effet de serre: «Big is beautifull», disent-ils, et ils ont quitté l’accord mondial sur la réduction des taux de CO2. «America first» est leur devise, mais combien de temps cela peut-il durer? Depuis des décennies, les fabricants européens d’automobiles travaillent avec succès sur le downsizing (la réduction) de la cylindrée des moteurs: des moteurs plus petits, de plus en plus efficaces, avec moins de consommation et moins de gaz d’échappement. Le conflit est évident, et c’est de là que vient l’attaque du gouvernement américain sur les fabricants allemands d’automobiles. Malgré le scandale Diesel, VW a d’excellentes performances et aspire au titre de plus grand fabricant du monde. Et d’autres manufacturiers automobiles européens brillent eux aussi par leurs chiffres de ventes et de bénéfices positifs.
Chaque époque a ses propres moyens de locomotion, du cheval et de la calèche en passant par la machine à vapeur jusqu’au moteur à essence et au diesel. Il est certain qu’à long terme, nous devrons cesser de brûler les carburants fossiles (pétrole/gaz naturel). Mais le moteur diesel n’est de loin pas encore mort, et de nombreuses alternatives sont encore en suspens. Les scientifiques et les techniciens ont aidé les individus à élargir leur mobilité et ont rendu leurs connaissances profitables au développement de l’humanité. Cela n’est possible que sur la base d’analyses et de pronostics soigneux et non dans des guerres de tranchées idéologiques. L’activisme politique n’a encore jamais résolu les problèmes en suspens. A la place, nous devons avancer dans un dialogue ouvert sur les avantages et les inconvénients des différents concepts de moteurs. Il reste à espérer que dans les discussions sur la mobilité individuelle, l’objectivité triomphe.     •

(Traduction Horizons et débats)