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WLTP & RDE des Normes plus Réalistes

jeudi 20 avril 2017, par Bertrand GAY

De plus en plus sévères depuis 25 ans, les normes sur les polluants, NOx et particules dans le cas des moteurs diesel sont revenues sur le devant de la scène depuis 18 mois. La norme actuelle de mesure, NEDC, a montré ses limites depuis de nombreuses années. Voici pourquoi toutes les parties prenantes, législateur, constructeurs, équipementiers, travaillent depuis 2012 sur le remplacement des NEDC par un nouveau cycle plus proche de la réalité. De plus, celui-ci se double d’une procédure de mesures en conditions réelles, le RDE. Et tout cela, sans oublier le CO2, polluant d’une nocivité moindre, transformé en indice de nocivité… fiscale !

EN CINQ POINTS

- Les normes NEDC avec leurs conditions d’application trop lâches ont montré leurs faiblesses.
- La norme WLTP sera plus exigeante et plus réaliste pour 2018.
- Une procédure en roulage réel, le RDE, complète les normes WLTP.
- Les normes européennes sur le CO2, moyenne de 95 g/km de CO2 en 2021, seront atteintes par la quasi-totalité des constructeurs.
- A court et moyen terme, les normes de plus en plus sévères vont imposer de plus en plus de technologies sur les moteurs.


Oxydes d’azote, particules, CO2, qui fait quoi

L’hystérie ambiante autour de la notion de « pollution automobile » a franchi une nouvelle étape depuis 18 mois. Tout y passe : les particules, les NOx, le CO2, la consommation de carburant, les dérives des industriels et la volonté purificatrice d’une ministre qui agite les bras ! Bref, dans ce festival de bons sentiments, essayons de comprendre de quoi il s’agit et quelles seront les conséquences des futures actions et réglementations sur les véhicules que vous achetez aux constructeurs.

Tout d’abord, de quoi parlons-nous ?

Il convient de bien séparer le CO2 d’une part et les autres polluants d’autre part.
Le CO2 est émis par de nombreuses sources : les êtres vivants bien entendu mais il provient également de divers process de combustion. Le CO2 n’est pas un gaz dangereux à proprement parler. Il fait partie des gaz qui sont susceptibles de favoriser le réchauffement climatique. Mais chaque gaz n’y participe pas à hauteur de sa simple présence dans l’atmosphère. Ainsi, le potentiel de réchauffement d’une molécule de méthane est 23 fois supérieur à celui d’une molécule de CO2. Celui du protoxyde d’azote est même 296 fois supérieur !

Évidemment, difficile de convaincre les bovins de ne pas ruminer. Donc, le CO2 est apparu il y a une vingtaine d’années comme le seul gaz sur lequel une action est possible. Néanmoins, en regardant la situation d’un peu plus loin, d’autres sources de réchauffement de l’atmosphère ne sont pas à négliger, tel le soleil, dont les éruptions délivrent des niveaux énergies sans commune mesure avec les causes terrestres. Au final, en quoi agir sur le CO2, lui-même un gaz parmi d’autres, peut-il avoir un impact significatif, c’est-à-dire au-delà des pourcentages à un chiffre, sur l’augmentation des températures ressenties sur la Terre ? Chacun est libre d’y croire ou non.

Dans l’écosystème automobile, les niveaux d’émissions de CO2 sont calculés à partir de la consommation de carburant mesurée sur le cycle NEDC. La transformation de la valeur exprimée en l/100 km vers des g/km de CO2 dépend de chaque carburant, de sa densité et de sa composition chimique. Ainsi, le multiplicateur est de 24 pour l’essence et de 26,5 pour le gasoil.

L’échelle des émissions de CO2 par kilomètre va de 0 à 500 g/km de CO2 et constitue ainsi un système facile à comprendre. En y ajoutant un peu de pathos, sous la forme d’une belle image d’ours polaire dérivant sur la banquise, et une bonne dose de repentance, nous obtenons une excellente base de taxes car reposant sur des émotions partagées par le plus grand nombre.

La subtile alchimie des polluants locaux

Face à cette belle simplicité, le sujet des polluants locaux est plus complexe. Reposant sur des types de combustion différents, les moteurs essence et diesel n’émettent pas les mêmes polluants. Les moteurs essence émettent majoritairement des hydrocarbures imbrûlés (HC) et du dioxyde de carbone (CO) alors que les diesel rejettent plutôt des oxydes d’azote (NOx) et des particules.

Ainsi, chaque type de moteur adopte des stratégies de combustion et de dépollution qui lui sont propres, mais nous observons un mouvement de convergence entre les deux types de moteurs. Ce début de rapprochement provient de la demande pour des voitures toujours plus économiques tant en diesel qu’en essence. Ces derniers proposent un potentiel de progrès plus important et adoptent l’injection directe tout en accroissant le taux de compression, deux technologies qui ont pour corollaire l’émission de particules.

Ainsi, les moteurs essence les plus récents, tels le quatre cylindres essence Mercedes M264 sont désormais équipés d’un filtre à particules. Néanmoins, celui-ci est de plus petite taille que celui d’un diesel et fonctionne mieux, car les températures d’échappement sont plus élevées sur le moteur essence, 700 à 800 degrés C au lieu des 400 à 500 degrés C des diesel. Premier paradoxe, la recherche des basses émissions de CO2 a tendance à augmenter les émissions de NOx et de particules entraînant l’implantation de dispositifs de post-traitement. Second point, les principes mêmes de la combustion des moteurs à explosion ont tendance à opposer oxydes d’azote (NOx) et particules.

Limiter la production de NOx augmente les émissions de particules et inversement. Cela vaut à la sortie du collecteur d’échappement avant les dispositifs de post-traitement ; filtres à particules et systèmes d’épuration des NOx.

Des normes NEDC anciennes et dépassées

Les rejets de polluants et de CO2 s’appuient sur des normes et des protocoles de mesure mis en place au niveau de l’Union Européenne. Historiquement, les normes d’émissions polluantes ont été mises en place en Europe de manière diffuse au cours des années 80 puis plus clairement en 1992 avec Euro1, dont les valeurs limite ont imposé l’usage du catalyseur trois voies sur les moteurs essence et ont fixé des limites pour les polluants des moteurs diesel. D’Euro1 à Euro6 en 2015, les valeurs limites ont évolué à la baisse avec des volumes de polluants réduits d’un facteur 5 à 10.

Mais, comment sont fixées ces valeurs limites ? L’Union européenne intervient dans cette histoire en tant que régulateur technique fixant des normes uniques pour tout le continent, ce qui facilite le travail des constructeurs. Les valeurs à respecter sont fixée après une vaste phase de consultation. La démarche ne vise pas à fixer des objectifs inatteignables mais à donner des objectifs à la fois exigeants, techniquement et économiquement réalistes. A ce petit jeu, les services techniques de la Commission Européenne écoutent les organisations écologiques, les associations, les constructeurs et les équipementiers.

De façon générale, ces derniers demandent des normes plus sévères pour imposer leurs savoir-faire et leurs technologies alors que les constructeurs ont tendance à freiner en mettant en avant l’accessibilité financière des voitures pour le client. Chacun plaide donc pour ses intérêts, mais globalement le système fonctionne bien et a toujours donné de bons résultats.

Voilà pour les valeurs fixées pour les polluants que sont les CO2, HC, NOx et particules. Vient alors la question du protocole de test et des moyens de mesure. Le cycle actuel, dit cycle NEDC, a été mis en place au début des années 90. Ce cycle d’une durée de 20 minutes comprend la répétition de quatre séquences de circulation très urbaine et d’une partie dite extra-urbaine. La vitesse maximale de 120 km/h n’est maintenue que pendant quelques secondes. De plus, les accélérations demandées sont très faibles. Ainsi, le cycle fait passer le véhicule de 0 à 50 km/h en 27 secondes. Les puissances mises en jeu sont donc très faibles. Par ailleurs, les changements de vitesses doivent être réalisés à des moments bien précis. Puissance de l’électronique aidant, il est devenu très aisé aux constructeurs de connaître exactement le point de fonctionnement du moteur (régime et couple demandé) concerné par le cycle. Il ne suffit plus qu’à travailler ce point de fonctionnement de manière privilégiée pour réaliser les meilleurs résultats sur le cycle, tant en matière de polluants que de CO2.

Les constructeurs les plus honnêtes, ou soucieux de l’intérêt de leurs clients qui utiliseraient par inadvertance leur moteur hors des points de fonctionnement du cycle, travaillent également sur le comportement du moteur sur une plage plus large. Néanmoins, la différence entre les valeurs relevées sur le cycle et celles constatées en circulation réelle est importante, nous aborderons ce point ultérieurement.
Outre, les progrès de la modélisation et de l’électronique que nous évoquions, le principe de la mesure sur cycle a été détourné par les conditions techniques et les exemptions qui peuvent être appliquées, comme l’arrêt de certains systèmes antipollution en cas de risque de destruction du moteur. Ces subterfuges ont été utilisés par certains constructeurs.

Conscientes des limites du cycle NEDC, de son décalage croissant avec la réalité et des « optimisations » possibles, les autorités européennes ainsi que le WP29 des Nations Unies ont lancé les travaux pour la mise en place d’un nouveau cycle en 2012. L’objectif est ambitieux, le nouveau cycle doit être mondial et mieux représenter les conditions de conduite réelle. Déjà, la contradiction pointe. Comment représenter de manière unique le roulage sur autoroute allemande et la circulation indienne ? Impossible. Depuis 2012, les différentes phases de négociation ont mis de côté l’aspect universel du WLTP ( P pour protocole, l’on parle également de WLTC pour cycle, mais c’est la même chose) pour avancer plus rapidement. Désormais, après quelques retards sur le planning espéré initialement, le WLTP et ses procédures sont calés.

Ce cycle est plus représentatif que le NEDC avec des accélérations plus franches, une distance parcourue de 23,5 kilomètres et une vitesse maximale de 131 km/h. Le test est réalisé sous une température de 23 °C et une mesure complémentaire est menée à une température de 14 °C. Par ailleurs, les conditions du protocole sont plus proches des conditions réelles ; le poids est plus élevé, l’exemption dont bénéficient les hybrides rechargeables disparait et la résistance à l’avancement est simulée de manière plus réaliste. Au final, ce cycle plus réaliste que le NEDC, sera également plus difficile à contourner. Il sera mis en place au cours de l’année 2018.

Une norme plus sévère et des mesures en conduite réelle

Mais, le WLTP reste un cycle avec les limitations dues à ce type d’exercice. Rappelons que la principale vertu d’un cycle de mesure est de générer des résultats, de les confronter à une valeur maximale ou minimale. De plus, les données issues du cycle sont comparables d’un objet à un autre : le véhicule A émet plus de particules que le véhicule C. Il est de même pour des essais d’inflammation de moquettes dans le cadre de normes de sécurité sur le secteur du bâtiment par exemple.

Pour éviter tout effet de bachotage du cycle, les voitures devront également répondre à la procédure de vérification des émissions en conditions réelles, dite RDE. Celle-ci prévue dès les premières étapes de discussion de 2012 vient compléter le cycle WLTP qui reste une mesure sur banc à rouleaux avec toutes les limitations inhérentes à ce genre d’essai. Mais, il est aisé de comprendre que, lors roulage en circulation réelle, avec ses aléas et ses évènements imprévisibles, les valeurs limites à respecter ne peuvent être les mêmes que sur le banc à rouleaux.

Ainsi, dès septembre 2017, le multiplicateur prévu par-rapport aux valeurs WLTP est fixé à 2,1, soit un facteur de conformité de 110 %. Dans le cas des voitures à moteur diesel, cela signifie que les 80 mg/km d’oxydes d’azote (NOx) exigible sur le cycle WLTP deviennent 168 mg/km en procédure RDE. Deux ans plus tard, en septembre 2019, ce facteur de conformité de 50 %, soit 120 mg/km. Notons tout de même que le champ d’évolution des roulages RDE est borné : la plage de température allant de 0 à 30 degrés C et l’altitude varie de 0 à 700 m. Les accélérations sont également contenues dans certaines limites.

L’extension des conditions de fonctionnement est à l’ordre du jour ; de -7 à 35 degrés C et jusqu’à 1.300 m d’altitude. Des conduites plus agressives peuvent également être prises en compte, et ce jusqu’au niveau dit RTS 95. Il s’agit d’un conducteur qui se situe parmi les 5 % les plus agressifs en accélération et en vitesse. Je vois déjà des volontaires qui lèvent la main…..

A noter que le groupe PSA, fort de son solution technique BlueHDi, avec filtre à particules additivé et système d’épuration des NOx avec AdBue a annoncé que ses diesel respecteraient d’emblée les 50 %, sans passer par l’étape intermédiaire des 110 %. Ainsi, PSA, au prix d’une légère mise au point sur certains modèles, respectera les valeurs limites du RDE avec deux années d’avance.

Quelles évolutions à court et moyen terme

Justement, quelles sont évolutions à attendre. Nous venons de l’évoquer, la future étape de séverisation des normes d’émissions repose sur la mise en place du RDE dès septembre 2017. Cela constitue l’étape dite Euro6d. A cette occasion, les moteurs essence à injection directe devront répondre à un complément concernant les particules. Non seulement, depuis Euro6, ils ne doivent pas émettre plus de 4,5 mg/km sur le cycle, mais s’ajoute un comptage en nombre de particules avec une valeur maximale de 6 fois 10 élevé à la puissance 11, soit 600 milliards de particules ! Ensuite, pour 2021 ou 2022, une étape supplémentaire est à l’étude. Par ailleurs, n’oublions pas le CO2, moins nocif que les polluants locaux néanmoins. Mais faisant l’objet d’un accord de limitation en Europe, avec un objectif moyen de 95 g/km de CO2 en 2021. Cet objectif est calculé, constructeur par constructeur, et non marque par marque, et les ventes constituent en facteur de pondération.

En clair, il ne suffit pas de compter dans sa gamme des voitures électriques à 0 g/km de CO2. Si elles ne se vendent pas, elles n’auront aucun impact sur la moyenne globale. En 2016, la moyenne CO2 des meilleurs constructeurs est inférieure à 110 g/km, avec un numéro un, PSA avec 104 g/km. Depuis quelques années, tous les constructeurs affichent des pentes de descente telles que les 95 g/km de CO2 seront atteints par tous les grands constructeurs généralistes européens. Daimler et le groupe BMW seront également proches de cette moyenne en 2021, en recourant à plus de technologies coûteuses. D’ores et déjà, des discussions ont lieu pour de nouveaux objectifs CO2 européens aux alentours des 80 g/km à l’horizon 2028 – 2030.

Enfin, quelle est la signification de tout cela pour vous, utilisateur de véhicules. Tout d’abord, ces normes de plus en plus contraignantes entraînent la mise en place de systèmes de très haute technologie sur les véhicules. Dans un rail d’injection diesel, le gazole est comprimé jusqu’à 2.500 bar et l’injection elle-même est précédée de 3 micro-injections et d’autant de post-injections afin de limiter les bruits et les polluants.

Chacune de ces micro injection ne dure que quelque millièmes de seconde. En ce qui concerne la limitation des polluants, les dispositifs peuvent potentiellement se multiplier à l’infini : filtres à particules, système SCR d’épuration des NOX avec ADBlue, recyclage d’une partie des gaz d’échappement vers l’admission, pilotage de la température du liquide de refroidissement au degré près, suralimentation par compresseur électrique…. Seul difficulté, le coût à l’achat de tous ces systèmes et leurs préconisations d’entretien…. Bref, la vraie vie des véhicules et non simplement leur homologation.

Dossier réalisé par Bertrand GAY

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