Comment marche un pot catalytique ?

Oxyde d'azote, hydrocarbures imbrûlés, monoxyde de carbone... Tous ces polluants sont "digérés" par le pot catalytique.

Depuis 1993, les pots catalytiques sont obligatoires sur toutes les voitures neuves. C'est pourtant 20 ans plus tôt, en 1974, que General Motors avait inventé ce système de dépollution. Ce dispositif permettait de transformer les résidus imbrûlés en oxygène et dioxyde de carbone, deux gaz inoffensifs. Mais à l'époque, le plomb de l'essence encrassait ses alvéoles et il cessait de fonctionner rapidement.

Son but : améliorer la combustion

Ce n'est donc que lors du remplacement progressif du super par de l'essence sans plomb que l'on a pu généraliser le pot catalytique. Ce dernier tient son nom de la catalyse, un phénomène qui favorise ou accélère une réaction chimique. En effet, les moteurs sont censés brûler l'essence pour la transformer en dioxyde de carbone, azote et vapeur d'eau. Mais la combustion n'est pas optimale, et les gaz d'échappement contiennent aussi des composés toxiques tels que le monoxyde de carbone, les hydrocarbures imbrûlés, ou les oxydes d'azote. Pour éliminer ces derniers, le pot catalytique provoque leur oxydation ou leur réduction avec l'oxygène encore présent dans les gaz.

Des milliers de mètres carrés sur quelques centimètres !

Le pot catalytique est un support en céramique (résistante à de très hautes températures), de capacité de un à deux litres. Sa structure en "nid d'abeille" est formée de petits canaux de section carrée à l'intérieur desquels se trouvent des particules microscopiques de métaux précieux (rhodium, platine et palladium). En recombinant les molécules d'azote, de carbone et d'oxygène, le catalyseur élimine presque la totalité des gaz toxiques. En fonctionnement normal, il en reste moins de 1%.

La structure en nid d'abeille, si elle était déployée, aurait une surface de plus de 4500 m², soit l'équivalent d'un terrain de football. Grâce à cette énorme surface, le contact entre les gaz déchappement et les matériaux catalyseurs est augmenté. Photo © Rhodia Electronics & Catalysis

Difficultés techniques à la pelle

» D'abord, la conversion simultanée des trois gaz (monoxyde de carbone, hydrocarbures imbrûlés, et oxydes d'azote) ne se fait efficacement que dans une fenêtre étroite de rapport air/essence de 14,7. Pour se maintenir au plus près de cette valeur, les constructeurs ont dû rajouter une sonde lambda, qui mesure en permanence le taux d'oxygène à la sortie du moteur. Elle transmet cette information à un ordinateur qui adapte alors l'injection d'essence dans le moteur.

» Deuxième problème : le pot catalytique doit pouvoir répondre aux brusques modifications de la composition des gaz. Pour cela, on a ajouté de l'oxyde de cérium sur le support en alumine. Ce composé sert à emmagasiner l'oxygène quand le gaz d'échappement en contient beaucoup et le restitue quand il devient rare. Ainsi le taux d'oxygène reste à peu près constant.

» Troisième problème, non résolu à ce jour : la catalyse n'est efficace qu'à partir de 400°C. C'est-à-dire qu'il faut quelques minutes (10 km de trajet environ) avant que le pot catalytique ne se mette réellement en marche. Or, c'est au démarrage que les émissions de gaz toxiques sont les plus importantes. Pour des petits trajets, il n'est donc d'aucune efficacité, car le moteur n'a pas le temps de monter en température. Et la moitié des trajets effectués par les automobilistes sont inférieurs à cette distance ! Il existe des dispositifs qui "chauffent" artificiellement la sonde lambda, mais les performances ne sont pas encore au rendez-vous.

» Quatrième problème : le soufre, naturellement en faibles teneurs dans l'essence, constitue un poison qui limite la durée de vie du pot catalytique. Il se fixe sur les particules métalliques qui se bouchent. Pour cette même raison, les pots catalytiques des voitures diesel ont des alvéoles plus larges afin d'éviter leur encrassement par les particules de suie issues de la combustion de ce carburant.

» Cinquième problème : un pot catalytique est extrêmement fragile : un mauvais réglage de la combustion peut gravement l'endommager, laissant ainsi s'échapper de l'essence non brûlée qui s'enflammerait et détruirait les métaux catalyseurs. Et même en fonctionnement normal, sa durée de vie n'excède pas 160 000 km. Il faut donc penser à le changer sur une voiture assez ancienne.

» Enfin, le pot catalytique ne réduit pas du tout les rejets de dioxyde de carbone (non toxique, mais responsable de l'effet de serre) et aurait même tendance à augmenter la consommation.

Bref, si le pot catalytique a réduit de façon indéniable la pollution automobile, il n'a pas rendu la voiture "propre".

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