Problématique générale de l’étude de cas sur l’automobile
Quelles sont les solutions actuelles des constructeurs pour proposer des automobiles compétitives tout en réduisant leur impact sur l’environnement ?

1) Démarche
– Recherche documentaire sur la pollution de l’air en France liée à l’automobile
Aide : début de webographie sur l’ENT.
– Rédaction d’un article en équipes.
– Restitution orale individuelle.
– Synthèse collective.

2) Questions
– Groupe 1 :
Expliquer pourquoi une partie de la France est en alerte rouge à la pollution de l’air ces jours-ci.
Lister les principaux polluants émis par une voiturde.
Préciser de quoi dépendent les quantités de polluants émises par une voiture.

– Groupe 2 :
Expliquer pourquoi une partie de la France est en alerte rouge à la pollution de l’air ces jours-ci.
Lister les principaux risques encourus à cause de la population.
Donner les mesures prises en cas d’alerte rouge.
Evaluer l’efficacité de ces mesures.

3) Synthèse collective
 – Alerte pollution de l’air
. Dépassement des seuils de pollution (norme européenne, seuils en µg/m3, seuils abaissés cette année).
Mesure des taux de polluants par des stations spécialisées.
. Mesures prises :
Informer les personnes fragiles pour qu’elles limitent leur exposition aux polluants.
Limiter la vitesse des véhicules dans les régions concernées le temps de l’alerte.
Limiter les émissions de polluants de certaines industries.

– Sources des polluants de l’air
. Automobile (environ 50%), industries, agriculture (engrais, pesticides, …), chauffage (fuel, bois, …), incendies, habitat, …

– Réaction de combustion des hydrocarbures dans un moteur thermique
Equation (non équilibrée) de la combustion de l’essence dans un moteur :
C8H18 + O2 => CO2 + H2O
(Equation équilibrée : 1 C8H18 + 12,5 O2 => 8 CO2 + 9 H2O)
. La combustion de l’essence : http://deacon.chez-alice.fr/inject_ess_p1.html
Produit aussi de l’énergie mécanique (utile) et de la chaleur (chauffage habitacle ou pertes).
Rendement = énergie mécanique utile / énergie chimique absorbée = 30 à 40% (au mieux).

Si mélange air-essence non stœchiométrique :
* Trop d’essence (mélange trop riche) → imbrûlés (HC), CO, particules de carbone (= noyau de carbone + HC), …
Particules surtout pour moteurs diesel (lié au carburant et au moteur).
* Trop d’air (mélange trop pauvre) → perte de puissance et production d’oxydes d’azote NO et NO2 (= NOx, l’azote de l’air N2 réagit à haute température avec l’oxygène de l’air : N2 + 02 → 2 NO).
NOx produit l’ozone O3 avec les UV solaires, après échappement dans l’atmosphère (réaction lente, réversible).

– Principaux polluants issus du trafic automobile et impacts
. CO2 essentiellement (masse négligeable des autres polluants).
Réchauffement climatique à très long terme.
Transport routier = 20 à 35% environ du CO2 total émis en France.
. Autres polluants (masse négligeable) : Particules, CO, Hydrocarbures (HC) imbrûlés, NOx.
Faible pourcentage dans les gaz d’échappement.

Source : econologie.com

Impact sur la santé :
. Nocivité directe ou indirecte (particules = vecteurs de certains autres polluants (HC, HAP, …), et porte d’entrée à d’autres polluants, bactéries, … (exemple de l’épilation)).
. A court terme : Troubles sur les personnes fragiles ou fortement exposées,
. A long terme : Maladies et surmortalité. Env. 40 k/an en France, env. 400 k/an en Europe !
La pollution de l’air tue 10 fois plus que les accidents de la route !

Source : cap21npdc.net

– Efficacité des mesures prises
. Information prise en compte par les personnes très fragiles seulement, peu prise en compte par les enfants.
. Limitations de vitesse :
Courbe de la consommation en fonction de la vitesse :
Exemple avec une voiture de taille moyenne : (conso en l/100km fonction de la vitesse en km/h en 5ème) : 9 à 110 km/h, 7 à 90km/h, 6 à 70 km/h, 5 à 50 km/h.
Les variations ne sont pas négligeables mais plus faibles en proportion que les variations de vitesses.

. L’efficacité d’une limitation de vitesse de 20km/h est donc de 1 à 2 l/100 km pour une voiture de taille moyenne. Efficacité moyenne.
La consommation globalement varie peu car trop limitée dans le temps et l’espace (on ne joue pas sur la pollution importée, ni sur les autres sources de pollution, …).

. Remarque de l’OMS : L’exposition sur une longue période à de faibles doses est aussi nocif qu’une exposition à des pics de pollution.
→ Les seuils baissent de manière continue (normes Euro en  Europe).

Source : Wikipedia

. Solutions :
a : Réduire la quantité totale de carburant consommée :
Covoiturage, transports en commun, vélo, télétravail, …
Améliorer l’efficacité énergétique (l/100 km) : à préciser ultérieurement.
b : Limiter les émissions de polluants (g de polluant par km).

– Paramètres influençant les quantités de polluants émises par les voitures
. Efficacité énergétique (l/km) ou rendement du véhicule liée à d’autres paramètres (à préciser).
A priori une voiture qui consomme peu (l/km) émet moins de polluants.
Mais ça peut être le contraire, si on compare un moteur diesel et un moteur essence par ex.
. Caractéristiques du véhicule spécifiquement sur les polluants (le moteur ou le système de dé-pollution des gaz émis) :
– Type de motorisation : diesel (→ particules), essence, hybride, électrique, …
– Type d’injection : électronique, haute pression, directe (HDI chez Peugeot), …
– Turbo,
– Filtre à particules (obligatoire pour respecter les nouvelles normes antipollution), …
– Pot catalytique (fonctionne à chaud, donc inefficace sur les petits trajets), utilise des terres rares (à préciser).
Réduction des NOx (NO + CO → N2 + CO2) et oxydation des CO et HC.

– Analyse sommaire d’un système d’injection électronique
Présentation d’un injecteur et d’un module électronique de contrôle moteur (puces électroniques, transistors, …).

Présentation du schéma d’un système d’injection éléctronique : voir la figure1 de ce document pdf de l’ENSTA.
Le conducteur commande la puissance du moteur à partir de la pédale d’accélérateur.
Cette information est envoyée au calculateur d’injection qui commande le débit d’air entrant dans le moteur (ouverture des papillons avec commande électrique).
Le calculateur commande l’injection de carburant (avec une pompe à carburant et des injecteurs électroniques). Le débit de carburant est contrôlé de manière à maintenir le mélange air-essence dans des proportions stœchiométriques ( λ = 1). Une sonde à oxygène (sonde λ) mesure le taux d’oxygène dans les gaz d’échappement et permet d’avoir un système bouclé (régulé).

–  Conclusion
. L’automobile contribue fortement au réchauffement climatique mais aussi à la pollution de l’air (problème de santé publique).
. Il faut réduire les émissions de polluants (pas uniquement le CO2). Les constructeurs automobiles doivent optimiser les moteurs thermiques * efficacité énergétique (consommation de carburant en l/km)
* émissions de polluants selon des normes européennes sans cesse plus strictes. Les deux objectifs sont parfois contradictoires (ex : diesel / essence). Solutions :
* moteurs moins polluants (combustion plus propre),
* dépolluer les gaz d’échappement (filtres, pots catalytiques, …)
* carburants moins polluants (plomb, souffre, …),
Autres solutions plus efficaces : moteurs hybrides ou électriques, réduire l’usage des transports routiers, normes plus contraignantes.

Webographie Pollution de l’air en France liée à l’automobile