Le plasma ultra-rapide est-il la clé d’un moteur de voiture plus propre?

Il y a quelque chose comme un milliard de voitures sur les routes du monde aujourd’hui et presque toutes sont alimentées par la combustion interne. En fait, la technologie vieille de 150 ans est au cœur de la plupart des modes de transport, qu’il s’agisse d’un avion, d’un train ou d’un bateau. L’importance du moteur pour… eh bien, tout, signifie que des générations de personnes vraiment intelligentes ont consacré leur vie – et des milliards de dollars incalculables – à l’améliorer. Mais peu importe à quel point il se rapproche de la perfection, le moteur à combustion interne aura toujours un défaut majeur: il tue notre planète.

La plupart des moteurs à combustion brûlent des combustibles fossiles et créent ainsi des gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone et l’oxyde d’azote. Aux États-Unis, le transport représente près d’un tiers des émissions de gaz à effet de serre, malgré un certain nombre de politiques visant à limiter son impact environnemental. Le moteur à combustion interne est une technologie fondamentalement sale, mais il existe de nombreuses façons de le rendre plus propre. Et ils commencent par une étincelle ou, plus précisément, une bougie d’allumage.

David Howell est le directeur du bureau de la technologie des véhicules du Département de l’énergie et il passe beaucoup de temps à réfléchir à la manière de construire de meilleurs moteurs. Cette année, environ 70 millions de dollars, soit près d’un quart du budget annuel de son bureau, seront consacrés à la recherche et au développement de la combustion et des carburants. «Nous voyons beaucoup de progrès réalisés par les véhicules électriques à batterie, mais les moteurs à combustion interne vont exister sous une forme ou une autre pendant longtemps», déclare Howell. «Et il y a encore un long chemin à parcourir pour accroître l’efficacité et réduire les émissions.»

Dans les moteurs à combustion, il existe un lien profond entre l’efficacité et les émissions. Un moteur plus efficace utilise moins de carburant pour accomplir la même quantité de travail, et moins de carburant signifie moins d’émissions. Il existe plusieurs façons d’exploiter ces gains d’efficacité. Pendant des années, le Vehicle Technology Office s’est concentré sur le remplacement de l’essence conventionnelle par des biocarburants plus respectueux de l’environnement.

«Un moteur à combustion interne peut utiliser une large gamme de carburants, et certains d’entre eux peuvent être partiellement renouvelables», déclare Howell. Mais il faudra un certain temps pour détrôner l’essence à la pompe. Ces nouveaux biocarburants doivent non seulement être aussi performants que l’essence, mais également être bon marché. Et l’essence a une grande longueur d’avance. «L’essence existe depuis un siècle et il y a eu beaucoup d’optimisation en ce qui concerne ses propriétés de combustion», déclare Howell. Ainsi, tant que les nouveaux carburants sophistiqués du DOE ne seront pas prêts pour le public, d’autres chercheurs cherchent des moyens de mieux utiliser l’essence usagée dans les moteurs d’aujourd’hui.

Un moteur automobile typique combine de l’air et du gaz dans une chambre de combustion, puis allume le mélange avec une bougie d’allumage. Cette technologie centenaire est située dans la chambre de combustion et montée près du sommet du moteur dans la culasse. Lorsque le piston se déplace vers la chambre supérieure, comprimant le mélange air-carburant, la bougie crée une étincelle électrique fugace. L’étincelle déclenche une fosse de mosh moléculaire qui génère de la chaleur et crée des gaz à effet de serre qui sont expulsés du moteur sous forme d’échappement.

Une façon de réduire les émissions consiste à mélanger plus d’air avec le carburant pendant la combustion, ce que l’on appelle une «combustion pauvre». L’idée est simple – diluer le mélange air-carburant avec plus d’air – mais le faire fonctionner ne l’est pas. Les moteurs à combustion fonctionnent mieux à des rapports carburant / air très spécifiques. Un écart par rapport à ce rapport peut rapidement rendre le convertisseur catalytique d’un moteur – un système de post-traitement conçu pour convertir des gaz nocifs comme l’oxyde d’azote en substances plus bénignes – inefficace. À un certain moment, il y a trop d’air pour que le moteur enflamme le mélange air-carburant.

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Written by Naruto Uzumaki

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