Jusqu’au milieu des années 1990, la réglementation n’imposait pas de restrictions en matière d'émissions polluantes pour les moteurs Diesel équipant les véhicules non routiers, dont font partie les engins agricoles. À cette période, la Vehicle Certification Agency, en Europe, et l’Environmental Protection Agency, aux États-Unis, s’accordent pour établir des plafonds d’émissions qui entreront en vigueur progressivement, au rythme d’un palier tous les trois ou quatre ans. Ces étapes portent le nom de « Stage » chez nous et de « Tier » en Amérique du Nord et dans une grande partie du reste du monde.
Outre-Atlantique, la Tier IV est toujours d’actualité, alors qu’en Europe, depuis le 1er janvier 2019, les constructeurs doivent satisfaire aux exigences de la Stage V, lorsque les moteurs développent moins de 56 kW ou plus de 130 kW. Ceux dont la puissance se situe entre ces deux valeurs doivent s’y conformer depuis le 1er janvier 2020. Si les émissions de monoxyde d’azote (NOx) restent limitées à 400 g/kWh, comme cela était le cas avec la Stage IV, la limite de particules émises, quant à elle, passe de 25 à 15 mg/kWh. La Stage V introduit également des normes au niveau du volume de particules, limité à 45 mg/kWh.
Combiner les solutions
Depuis l’entrée en vigueur de la Stage I, les constructeurs ont exploré plusieurs pistes pour réduire les émissions de NOx et de particules. L’une des premières fut la vanne EGR, pour exhaust gas recirculation, permettant le passage d’une partie des gaz d’échappement dans le collecteur d’admission. Cette vanne s’ouvre grâce à la dépression de la pompe à vide ou sur commande électrique. Le mélange des gaz brûlés dans l’air d’admission limite la quantité d’oxygène dans la chambre et ralentit la combustion. Ceci a pour effet de diminuer la production de NOx. Ensuite, et comme son nom l’indique, le filtre à particules (FAP) piège les particules émises par le moteur. Il permet d’en éliminer jusqu’à 95 % en masse. Il capte également les particules de noir de carbone.
Pour sa part, le catalyseur d’oxydation diesel (DOC), réduit les émissions de monoxyde de carbone et d’hydrocarbures imbrûlés. Il assure aussi une température suffisante dans le système d’échappement pour faciliter la régénération du FAP. L’un des plus récents dispositifs, désormais incontournable, est la réduction catalytique sélective (SCR). À l’intérieur de ce catalyseur, de l’AdBlue, un mélange d’eau et d’urée, est injecté dans les gaz d’échappement. L’ammoniac qu’il contient réduit les NOx par réaction chimique. Enfin, un dernier catalyseur capte l’ammoniac qui pourrait être rejeté dans l’atmosphère après le SCR. Il semblerait que, avec l’application des Stage IV puis V, la combinaison de toutes ces technologies soit nécessaire, à l’exception de la vanne EGR que certains délaissent. En l'absence de cette dernière, l'ensemble du dispositif antipollution se trouve à l’extérieur du moteur, ce qui n'impacte pas son fonctionnement.
Optimiser pour économiser
Si toutes ces solutions permettent de purifier les gaz d’échappement, la diminution des émissions passe aussi par une consommation de carburant réduite. Par exemple, la généralisation des injections à rampe commune autorise un pilotage plus fin de la pulvérisation du carburant dans les cylindres. Avec des pressions d’injection avoisinant les 2 000 bar, les gouttelettes de gasoil présentent une taille bien inférieure à celles qui sont formées par une injection mécanique. De plus, l’injection peut être fractionnée en plusieurs pulvérisations par cycle. Il en résulte une combustion plus complète et une diminution des quantités de résidus postcombustion. L’électronique autorise également un ajustement continu de l’avance à l’injection. En choisissant d’avancer ou de reculer le moment où le carburant est apporté par rapport à la rotation du moteur, le constructeur peut maîtriser la température de fonctionnement, ce qui facilite le travail des catalyseurs à l’échappement. Ceci offre aussi des courbes caractéristiques optimisées, avec des plages de couple et de puissance constantes plus longues, pour une consommation en diminution.
Enfin, si les moteurs seuls répondent aux normes telle la Stage V, notons que les constructeurs redoublent d’efforts pour restreindre la consommation de carburant des tracteurs. Les transmissions travaillent désormais de concert avec le moteur afin d’en tirer toute la puissance au régime optimal. La plupart des engins filent à leur allure maximale sur route à un régime moteur réduit. Toujours dans ce souci d’économie de puissance, les circuits hydrauliques intègrent des pompes à cylindrée variable, avec signal de charge (load sensing), qui débitent de l’huile seulement en cas de nécessité. Tous ces efforts tendent à diminuer la consommation de carburant, donc les émissions polluantes. Entre l’époque où Stage et Tier n’existaient pas, et aujourd’hui, avec l’application de la Stage V, les émissions de NOx ont diminué de 94 %, et celles de particules de 97 %.
