Gestion thermique via les matériaux – GTM

Dans un contexte de durcissement des réglementations sur les émissions de gaz automobiles (EURO 5 et EURO 6), le verrou majeur repose sur l’activation thermique à basse température des systèmes de dépollution. Le projet GTM (Gestion Thermique via les Matériaux) va apporter une solution passive permettant d’améliorer les performances d’élimination des oxydes d’azote.

Actuellement, de nouveaux procédés de combustion (downsizing, réduction du taux de compression, levée variable des soupapes..) vise à réduire la consommation et par conséquent les émissions de CO2. On assiste en conséquence à la diminution de la température dans la ligne d’échappement. On constate ainsi une influence directe sur les systèmes de post traitement des gaz polluants qui ne sont plus dans leurs plages optimales de température. Or, les réglementations se durcissent. Ainsi, le passage de la norme EURO 5 à EURO 6 (2014) vise une réduction de 56 % en NOx (avec 65 % d’efficacité à partir de 225 °C), tendance accentuée pour la norme suivante EURO 7 (80 % d’efficacité).
Parmi les polluants directs on peut citer le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures (HC=propène...) et les oxydes d’azote (NOx ou NO+ N2O +NO2) tandis que l’ozone fait partie des polluants indirects générés ex-situ par contact entre l’oxygène de l’air, les NOx et les HC. Le polluant le plus nocif aujourd’hui reste le NOx. La première voie de réduction de production de NOx consiste à optimiser les rendements de combustion. Ainsi, la gestion active via le moteur est la voie prédominante aujourd’hui.

La solution proposée dans GTM réside dans la gestion passive des polluants via les matériaux. Le projet a pour but d’optimiser la fenêtre d’activité catalytique des systèmes de post traitement des moteurs thermiques. Ainsi, nous proposons de concevoir un matériau multifonctionnel alliant résistance thermique et conductivité et permettant aux catalyseurs de fonctionner à leur température optimale sous de faibles flux thermiques.
Les dépôts seront micro et nanostructurés directement sur nid d’abeille céramique. Les procédés seront utilisés dans une logique d’analyse du cycle de vie avec une économie de matière.

Le consortium multi-disciplinaire constitué intègre des équipes académiques et industrielles complémentaires. Il regroupe Renault spécialiste de la définition et de la qualification des systèmes d’échappement, CTI, fournisseur de nids d’abeille à façon, et quatre organismes de recherche complémentaires dans la chaîne de la valeur : le CEA (nanomatériaux et procédés), le C2P2 (synthèse de catalyseurs), l’ICSM / ISCM (barrière et réservoirs thermiques) et l’IRCELYON (caractérisation en catalyse hétérogène).
Les travaux expérimentaux et théoriques (simulations thermiques) se dérouleront en complémentarité tout au long du projet. Le pré-dimensionnement de l’hétérostructure et son impact en termes de perte de charge seront examinés face au gain thermique obtenu. Trois générations successives incrémentales doivent permettre d’améliorer l’amorçage et l’efficacité à chaud, la perte de charge et la tenue au vieillissement.

L’application finale visée est l’élimination de 80 % des oxydes d’azote via la technologie deNOx et ce dès 200 °C.
Les générations seront les suivantes :
o Génération 1 : Démonstrateur
à partir du cahier des charges Renault, le dimensionnement des structure sera calé face aux procédés de mise en forme. Validation de l’hétérostructure et du modèle de performances préliminaires. Tests en light off CO et HC.
o Génération 2 : Module optimisé
retour d’expérience et modification du cahier des charges. Intégration des briques technologiques et modèle de performances consolidé avec light off deNOx.
Génération 3 : Module final industrialisable
spécifications finales, optimisation de l’architecture finale et des procédés de réalisation en vue d’une industrialisation, démonstration sur bancs industriels.