La route vers l’amélioration de la qualité de l’air : les pompes KNF et la gestion des émissions de particules

Des normes Euro pour améliorer la qualité de l’air

Au vu de l’utilisation généralisée des véhicules motorisés individuels, notamment dans les grandes villes et régions aux routes très fréquentées, la qualité de l’air s’est dégradée. C’est la raison pour laquelle la première directive européenne sur les émissions a été introduite dès l’année 1970, avec pour titre : « Mesures à prendre contre la pollution de l’air par les gaz provenant des moteurs à allumage commandé équipant les véhicules à moteur ». Depuis l’introduction de la première norme en 1992, à savoir la norme Euro 1, plusieurs nouvelles réglementations se sont basées sur cette première directive en optimisant régulièrement les limites des émissions et les normes pour la mesure de ces émissions. La plupart des nouveaux véhicules terrestres vendus dans l’Union Européenne doivent désormais émettre moins de polluants afin de respecter la norme correspondante et avoir l’autorisation de circuler.

En septembre 2015, la norme sur les émissions Euro 6 est entrée en vigueur dans l’UE. Deux ans plus tard, ces réglementations ont été de nouveau adaptées dans le cadre des normes Euro 6c et Euro 6d. Cette fois-ci, cependant, ce ne sont pas les limites qui ont été renforcées mais les critères que les mesures de l’échappement elles-mêmes doivent respecter. Les limites des émissions fixées par Euro 6 devraient être remplacées par Euro 7 en juillet 2025 afin de réduire encore davantage les gaz d’échappement par un processus de combustion réglementé et des interventions de contrôle.

Les essais d’émissions continuent d’évoluer

Lors des essais en laboratoire effectués sur des moteurs à combustion interne, différentes méthodes sont utilisées pour mesurer les émissions de gaz tels que CO, CO₂, HC, et NO_x. Parmi ces méthodes, les mesures infrarouges et électrochimiques sont les plus courantes. Les mesures infrarouges s’appuient sur les capacités d’absorption des molécules de gaz de CO et CO₂ dans les longueurs d’ondes infrarouges du spectre électromagnétique. La technique consiste à faire passer un faisceau infrarouge à travers l’échantillon de gaz et à mesurer l’intensité du faisceau lors de son passage. En analysant les changements d’intensité, la concentration des molécules de gaz spécifiques peut être déterminée. Les mesures infrarouges sont non destructives et peuvent être utilisées pour analyser une large gamme de gaz.

Les mesures électrochimiques quant à elles reposent sur des réactions électrochimiques pour mesurer la concentration des types de gaz. Par exemple, la méthode de la chimiluminescence rapide et à haute sensibilité pour mesurer le No_x est basée sur la réaction chimique des oxydes d’azote avec l’ozone dans une chambre de réaction. La réaction émet de la lumière dont l’intensité est proportionnelle à la concentration de NO_x dans l’échantillon. D’autre part, les hydrocarbures sont mesurés avec un détecteur à ionisation de flamme (FID). L’échantillon est alors introduit dans une flamme qui brûle les hydrocarbures et provoque leur ionisation. Les ions en résultant sont détectés par un champ électrique produisant un courant proportionnel à la concentration des hydrocarbures.

Des pompes à membrane KNF dans les essais d’émissions

Afin de collecter les échantillons à mesurer, ces systèmes utilisent des pompes à membrane pour gaz telles que les NMP 830, pour prélever l’échantillon gazeux à partir du tuyau d’échappement du moteur. La pompe fonctionne à un débit constant, permettant un prélèvement précis et régulier du gaz. De plus, une pompe additionnelle comme la NF 30 est utilisée pour éliminer toute humidité provenant éventuellement de l’échappement et condensée dans le tube d’arrivée. C’est nécessaire pour éviter toute contamination ou interférence avec les mesures de gaz.

Pour les mesures de chimiluminescence susmentionnées, des pompes à membrane pour gaz comme les N 920 ou N 952 sont normalement utilisées tandis que pour les mesures FID, des pompes comme les N 86.16 pour gaz chauds sont préférées. Ces dernières sont conçues pour supporter efficacement des températures élevées.

Comme pour la mesure des émissions des moteurs à essence, des micro pompes à membrane sont également requises pour la mesure des émissions des moteurs diesel afin d’aspirer le gaz à mesurer. Dans ce cas, les pompes KNF NMP 830.1.2 et NMP 850.1.2 conviennent, selon les exigences d’essai spécifiques.

Émissions générées par la conduite réelle :  les essais passent du laboratoire à la route

La procédure d’essai relative aux émissions en conditions de conduite réelles (RDE) introduite avec la norme Euro 6d a renforcé la procédure d'essai. Pour la première fois, les émissions doivent être déterminées dans les conditions réelles de la route, autrement dit, pendant que le véhicule est conduit. Pour ces mesures, un appareil compact est connecté directement au système d’échappement du véhicule. Il permet de mesurer de façon fiable les émissions de CO₂, CO, NO et NO₂ sur la route par une mesure directe au niveau de l’échappement et ce, même dans des conditions d’essai variables en cas de températures ambiantes et pressions différentes. Pour cette version mobile, des pompes spéciales basées sur la série des micro pompes à membrane compactes NMP 850, transfèrent de manière fiable et durable le gaz d’échappement aux instruments de mesure.

Norme sur les émissions Euro 7 pour la surveillance des particules provenant de l’usure des freins, des pneus et de la route

Cinq ans après l’introduction de la dernière norme Euro, la prochaine étape importante est attendue en juillet 2025 avec la norme Euro 7. Alors que les normes précédentes sur les émissions ont également défini des limites sur la quantité de particules dans l’air, ces limites sont rarement respectées, surtout dans les grandes villes. Pour la première fois, la norme Euro 7 portera sur les émissions de particules au-delà des gaz d’échappement et provenant en particulier de l’usure des freins, des pneus et de la route. Cela signifie que même les voitures électriques seront concernées par la nouvelle norme car elles génèrent de plus hauts niveaux d’abrasion des pneus et de la route en raison du poids ajouté par la batterie.

Pour mesurer les émissions et éviter leur rejet pendant l’utilisation quotidienne des véhicules conformes à la nouvelle norme, des systèmes d’extraction spéciaux sont indispensables. Ces systèmes collectent la poussière des freins et des pneus et analysent la quantité d’émissions. Pour assurer la fiabilité de ces mesures, il est essentiel d’utiliser un équipement adapté comme des pompes à membrane KNF (par exemple, un modèle N 916.0 sur mesure) car elles sont idéales pour la mesure fiable des émissions riches en particules en raison de leur fonctionnement propre et sans huile. La pompe peut être conçue pour résister à la corrosion et être équipée d’un moteur sans balais pour le contrôle précis de la vitesse.

De plus, la conception modulaire des pompes à membrane KNF leur permet d’être facilement adaptées aux exigences des systèmes d’essais fixes et mobiles. Ceci est essentiel car les particules des freins, des pneus et de l’asphalte contenues dans l’air aspiré peuvent causer une abrasion et une usure importantes de l’équipement de mesure. Cette flexibilité permet aux pompes d’être optimisées pour la résistance aux particules abrasives, garantissant ainsi des mesures précises et fiables à long terme.