Bien qu'il ait été constamment développé au cours du siècle dernier pour devenir un groupe motopropulseur très économe en carburant, le moteur diesel est aujourd'hui menacé comme jamais auparavant. Alors « quel est l'avenir du moteur diesel ? » tel était le thème des questions posées par le Dr Staffan Lundgren, conseiller technologique principal pour le groupe motopropulseur du groupe Volvo.
Pourquoi le diesel est-il resté une source d’énergie si populaire ?
La combustion par diffusion – où la combustion est concentrée autour de l’allumage et où l’oxygène est diffusé autour de la zone de combustion – est très efficace. Il présente des pertes d'énergie minimes sur les parois du moteur par rayonnement ou convection – bien inférieures à celles d'un moteur à essence. Le moteur diesel de base est très puissant et peut résister à des pressions très élevées.
Quelle est son efficacité ?
De grandes améliorations ont été enregistrées, passant d'environ 35 % d'efficacité dans les années 1980 à 50 % aujourd'hui. Cela signifie que la moitié du carburant est désormais consacrée à des travaux mécaniques utiles. Pour référence, un moteur à essence a un rendement d’environ 35 %. Ces gains proviennent des systèmes d'injection de carburant à rampe commune haute pression, de la suralimentation et de l'introduction de la puissance de calcul pour contrôler avec précision les systèmes de combustion et de gestion du post-traitement.
L'augmentation de l'efficacité énergétique est-elle la demande n°1 des clients ?
Oui, un bon rendement énergétique est l’élément le plus important, mais les clients exigent également de bonnes performances et une bonne durabilité du moteur. Alors il faut
être durables et répondre aux exigences en matière d’émissions – et celles-ci sont parfois en concurrence les unes avec les autres.
Les moteurs deviennent-ils également plus puissants ?
Il existe une tendance à la hausse : les clients déplacent des charges plus importantes, ce qui nécessite une plus grande puissance. La plus grande production du groupe Volvo est désormais de 1 000 ch. Mais comparées aux voitures particulières, toutes les applications lourdes sont encore (relativement) sous-alimentées.
Le moteur diesel est accusé d'être peu respectueux de l'environnement. Peut-il assainir son comportement ?
Rendre les moteurs diesel très propres est possible et c'est un domaine dans lequel l'industrie lourde a fait de plus grands progrès que le secteur léger. Cela s'explique en partie par le fait que l'efficacité exigée par les clients du secteur des poids lourds est bien plus élevée.
À quel point a-t-il été difficile d’augmenter l’efficacité tout en réduisant les émissions ?
Il a été difficile d'affiner le processus thermodynamique pour compenser le fardeau lié à l'ajout du système de post-traitement SCR. Mais nous sommes désormais sur la bonne voie pour accroître progressivement notre efficacité.
Jusqu’où pouvez-vous aller – zéro émission ?
Cela dépend de ce que vous entendez par émissions. Si vous propulsez le moteur avec un carburant sans carbone et que vous l’associez à un processus de combustion efficace qui ne crée pas de suie, alors zéro émission est possible. Nous travaillons à l’utilisation du méthane et du DME (éther diméthylique) comme alternatives propres au diesel. Ce n’est pas une idée nouvelle : en 1900, le moteur diesel fonctionnait avec succès à l’huile d’arachide. Le problème ne réside pas dans la technologie permettant de faire fonctionner les carburants propres, mais plutôt dans leur disponibilité. Mais si le problème de l’approvisionnement en carburants renouvelables peut être résolu, il est alors possible que les moteurs diesel fonctionnent à 100 % sans CO2.
Les carburants propres ne présentent-ils pas également leurs propres défis environnementaux ?
La production de biocarburants ne devrait pas concurrencer la production alimentaire – mais il existe d'autres carburants pour lesquels cela ne pose pas de problème. Les électrocarburants (E-carburants) utilisent l'énergie solaire ou éolienne pour « craquer » l'eau et la combiner avec le CO2 provenant du méthane – et ces carburants présentent un rendement assez élevé – jusqu'à 80 % revendiqué. Cela pourrait être un complément intéressant à l’électrification.
Comment les différents carburants affectent-ils la combustion ?
D'un point de vue efficacité, le moteur ne se soucie pas de savoir si la molécule de carburant provient d'une source fossile ou renouvelable. Ainsi, en investissant dans le bon type de carburants renouvelables, la transition vers les énergies renouvelables devrait être simple.
Alors, comment réduire davantage la consommation de carburant ?
La prochaine grande étape vers l’augmentation de l’efficacité du moteur et la réduction de la consommation de carburant est sa combinaison avec l’électromobilité. La demande en moteurs à l’avenir ne sera pas aussi variée qu’elle l’est aujourd’hui. Il existe une différence entre l'efficacité d'un moteur à son « point idéal » et son efficacité sur l'ensemble de la plage de fonctionnement réelle. L'association de moteurs avec des moteurs électriques, comme dans les hybrides parallèles, permet au moteur de fonctionner à son niveau le plus efficace. L’électrification fera sans aucun doute partie de la future solution de transmission à combustion.
D’autres technologies peuvent-elles contribuer à réduire les factures de carburant ?
Les exemples sont la technologie stop/start et les systèmes électriques 48 V qui alimentent les auxiliaires électriquement plutôt que mécaniquement. Ceux-ci pourraient tous avoir des utilisations futures dans des applications lourdes, une fois que leur robustesse sera prouvée. Mais une autre source importante d’efficacité accrue est la récupération de chaleur. Ce n’est pas une tâche facile sur les moteurs lourds, car ils fonctionnent avec des gaz d’échappement relativement froids, mais il reste encore de l’espoir de le capter et de le rendre commercialement viable.
Quelle est l’efficacité maximale qu’un moteur peut atteindre ?
Le moteur diesel a un rendement théorique du système compris entre 55-60 %. Pour référence, les meilleures centrales électriques fonctionnent avec un rendement de 50-55 %, et les piles à combustible ont également un rendement d'environ 50 % – les moteurs diesel peuvent donc être incroyablement efficaces. Ceci, ajouté au fait que les moteurs fonctionnant avec l’électrification auront souvent une demande de puissance inférieure, signifiera que la consommation de carburant devrait diminuer à l’avenir.
Combien de temps le moteur diesel peut-il survivre ?
Le moteur thermique diesel reste une solution très rentable pour créer de l’énergie mécanique. Cela dit, la législation, notamment européenne, pousse assez fortement vers l'électrification, ce qui peut avoir un impact direct sur la longévité des moteurs à combustion. Notre sentiment est que son utilisation sera basée sur les applications et qu'elle se poursuivra encore longtemps dans les usages longue distance, comme les navires océaniques et les camions long-courriers. Mais même ici, un mélange de technologies sera probablement utilisé.
Le diesel fait-il partie du futur ?
Le moteur diesel – sous une forme modifiée – peut être très propre et efficace. Cela joue également bien avec l’électrification. En tant que fabricant, nous devons trouver la meilleure solution, basée sur les décisions prises par la société. Quoi qu’il en soit, nous devons être préparés.
