Technique : Les gaz d'échappement

L'analyseur des gaz d'échappement peut être à lecture directe ou relié à un enregistreur, électronique ou autre, qui inscrit les résultats de l'analyse. La nécessité de l'analyse des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne résulte du fait que, surtout dans les moteurs alternatifs, la combustion des hydrocarbures n'est jamais parfaite, ce qui fait que les gaz d'échappement ne sont jamais composés uniquement d'anhydride carbonique (CO2) d'eau (H2O), d'oxygène (O2) et d'azote(N2)

La combustion est influencée par des paramètres divers, certains de nature mécanique, d'autres liés aux caractéristiques du combustible : il est possible, au moyen de l'analyse des gaz, de remonter au type de combustible et à l'influence qu'ont les paramètres déjà cités. L'analyse des gaz d'échappement permet aussi de déterminer la présence de certains composants considères comme étant des facteurs de pollution de l'air.

Il faut signaler qu'en ce qui concerne la pollution par les moteurs Diesel, on ne donne pas pour le moment, en France, une très grande importance à la composition chimique des gaz d'échappement, mais plutôt à la quantité de particules solides qui y sont contenues (principalement aux particules charbonneuses et aux suies).

En d'autres termes, on contrôle simplement l'opacité des gaz d'échappement au moyen d'appareils dénommés opacimétres ou fumimétres.

Par contre, pour les moteurs à combustion interne ou à allumage par étincelle, la composition chimique des gaz d'échappement a une grande importance. A l'heure actuelle. les composes considérés comme nocifs sont : l'oxyde de carbone (CO). les hydrocarbures non brûlés (désignés habituellement par HC ) et les oxydes d'azote (désignes habituellement par Nox).

Suivant l'importance donnée à la recherche que l'on veut mener. l'analyse peut se limiter au repérage d'un ou de plusieurs de ces produits ou s'étendre à la mise en évidence d'autres composants comme, par exemple, l'anhydride carbonique (CO2) et l'oxygène (O2).

Les analyseurs de gaz d'échappement comprennent une gamme très variée de modèles allant des plus simples aux plus complexes, portatifs ou fixes.

Leur fonctionnement est basé, en général, sur l'un des principes suivants :

- Virage d'un indicateur coloré. Les analyseurs portatifs fonctionnent en général sur ce principe : ils sont simples, d'un prix réduit et d'un emploi rapide. On fait passer une quantité déterminée de gaz à travers une substance qui, par réaction avec le composé dont on veut déterminer la présence, change de couleur (vire). Le composé indicateur étant dans un tube de verre, la concentration de la substance à doser est proportionnelle à la longueur du tube sur laquelle l'indicateur a viré.

- Variation de la conductibilité. Ce type d'examen est réalisé en général au moyen de résistances électriques disposées suivant un pont de Wheatstone. Deux résistances sont placées dans deux cellules de référence contenant de l'air ambiant ou un gaz étalon; deux autres sont placées dans des cellules, traversées par un courant, du gaz que l'on veut examiner.

La différence de conductibilité thermique du gaz soumis à l'analyse par rapport à celle de l'air ou du gaz étalon, fait que les résistances se refroidissent de façon différente, d'où une variation de température des fils ayant pour effet de produire une variation de la résistance électrique dont la mesure indique la quantité de substance à doser.

- Absorption dans l'infrarouge. Les analyseurs de ce type fonctionnent suivant le principe de l'absorption sélective par les divers gaz, de bandes de fréquences données, dans l'infrarouge. L'analyseur comprend deux émetteurs identiques dont les faisceaux IR. traversent deux tubes d'égale longueur. L'un des tubes contient un gaz neutre, dans l'autre circule le gaz à analyser. Le constituant à analyser (par exemple CO ou CO2) absorbe les seules radiations correspondant à sa bande d'absorption propre, radiations qui, au passage par le tube d'analyse, auront été affaiblies proportionnellement à la concentration du constituant à analyser. Le récepteur reçoit les deux faisceaux lR et comporte deux chambres, séparées par une membrane très mince, constituant l'armature d'un condensateur variable.

La différence de température, donc de pression dans les deux chambres du récepteur. est transformée en variation de capacité électrique qu'un amplificateur électronique enregistre .

- Emission dans l'ultraviolet. A l'opposé de ceux à rayons infrarouges, ces analyseurs utilisent la propriété que possèdent certaines substances d'émettre des rayons ultraviolets pendant leur combustion.

Dans ces analyseurs, on provoque la combustion sur un fil incandescent, des composés de gaz d'échappement qui peuvent encore brûler, comme l'oxyde de carbone et les hydrocarbures .

Ces substances, en brûlant, émettent des rayons ultraviolets d'une longueur d'onde particulière, qui sont recueillis par un élément sensible (cellule photo-électrique).

- Chimiluminescence. Les analyseurs à chimiluminescence sont très utiles pour doser les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement. La chimiluminescence est la propriété que possèdent certaines substances d'émettre de la lumière lorsqu'elles réagissent chimiquement. Dans le cas qui nous intéresse, on provoque la réaction chimique entre le NO contenu dans le gaz à analyser et l'ozone.

La luminosité produite est alors mesurée et révèle ainsi la quantité de NO présente. Il faut rappeler que dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion, il y a également du NO2. Il est donc nécessaire de transformer le NO2 en NO dans un convertisseur adéquat, si l'on veut obtenir un dosage correct.

- Ionisation de la flamme. Dans les appareils basés sur cette technique, on effectue d'abord une chromatographie en phase gazeuse afin de séparer les divers composants du gaz d'échappement et de les introduire dans l'ana- liseur les uns après les autres. Les divers composants font alors dirigés sur une flamme et, en brûlant, ils produisent des ions qui modifient, chacun d'une façon particulière, l'état d'ionisation de la flamme. Étant donné que la conductibilité électrique d'une flamme est fonction de son degré d'ionisation, on a la possibilité, en mesurant ces variations, d'évaluer la quantité de composés présents dans le gaz analysé.