Décalaminage moteur par injection d’hydrogène

La calamine, qu’est-ce donc ?

En préambule, nous partons du principe que le fonctionnement d’un moteur à combustion interne (essence ou gazole) est connu. Lorsqu’il fonctionne, à régime établi ou variable, il s’encrasse. La différence se situe au niveau de la vitesse d’encrassement et de la quantité de calamine déposée sur les différents organes. Pourquoi s’encrasse-t-il, ce moteur ? Eh bien simplement parce que le résultat de la combustion produit des impuretés et des résidus. Ce sont ces résidus/impuretés qui vont former la calamine qui, à haute température, va venir adhérer aux parois des organes moteur qu’elle traverse. Au fil du temps, l’épaisseur de calamine va augmenter, réduisant ainsi la section des tubulures que traversent les gaz pour s’échapper du moteur. Le moteur n’aura donc plus ses caractéristiques d’origine et son fonctionnement s’en trouvera altéré. Au-delà du moteur, nos voitures modernes sont équipées de filtres installés sur la ligne d’échappement qui viennent ralentir l’écoulement des gaz d’échappement dans les tubulures (favorisant ainsi le dépôt de calamine) en piégeant les particules (pour abaisser une partie du taux de pollution du véhicule).

A quoi sert de décalaminer un moteur ?

Au vu de ce qui précède, nombre d’entre vous me diront que c’est évident ! C’est sûr, plus le moteur retrouve ses caractéristiques d’origine, mieux il fonctionne, et moins il pollue. Pour retrouver un fonctionnement proche du nominal, ainsi qu’un taux de pollution acceptable en regard des normes qui nous sont imposées, le décalaminage du moteur est l’intervention qui répond le mieux au besoin. Changer les organes encrassés peut être un plus, mais l’organe neuf monté est propre, alors que son environnement direct est encrassé, donc engendre un résultat mitigé. Pour réellement traiter le problème, il serait nécessaire d’éviter tout dépôt de résidus chauds.

Comment décalaminer un moteur ?

A cette question, moult réponses. En effet, tout dépend du taux d’encrassement. Certains comportements de conduite permettent de nettoyer un peu le moteur. Pour les chauffeurs qui tractent des remorques ou caravanes, un petit "run" sur route sur un rapport intermédiaire lorsque le véhicule se retrouve en solo permet d’éliminer une partie des dépôts récents. Idem pour les utilisateurs urbains. Ensuite, un certain nombre d’additifs moteur sont vendus comme des produits efficaces, simplement en ajoutant des doses aux pleins de carburants. Même si les résultats ne sont pas nuls, ils ne sont pas non plus excellents. Deux comportements sont possibles face au problème. Le premier est d’éviter au mieux l’encrassement, traitement pseudo-préventif. Cela nécessite de traiter le moteur dès sa mise en service, par nettoyage combiné au foncionnement ou par nettoyage à fréquence établie. Le second consiste à nettoyer le moteur lorsque celui-ci montre des signes de congestion avérée (refus au contrôle technique pour taux de pollution, de voyant moteur allumé, etc..), traitement curatif. Voyons le second cas, le plus répandu aujourd’hui. Pour un nettoyage consécutif à un encrassement important, se tourner vers un spécialiste est le réflexe censé. Pendant longtemps, le décalaminage moteur s’est opéré par traitement à base de produits chimiques très agressifs, et générant des rejets fort polluants. De ce fait, la récupération et l'élimination des rejets, ainsi que le "rinçage" après traitement étaient également source de pollutions, non ou peu piégées au siècle dernier. Même si aujourd’hui elles sont piégées, il n’en reste pas moins qu’à chaque intervention, la dose de pollution produite est loin d’être négligeable. Le défi à relever consiste alors à trouver un mode de nettoyage moteur s’opérant sans produire (ou très peu) de rejets polluants complémentaires. Depuis quelques temps se développe chez les prestataires spécialistes un nouveau mode de décalaminage par utilisation d’hydrogène. Bien sûr, le décalaminage correctif (lorsque le moteur est encrassé) rejette toujours des résidus très fins polluants. Mais dans cette configuration, ceux-ci ne sont dûs qu’à la calamine qui s’élimine du moteur et de ses organes. Le taux de pollution est donc moindre.

Comment fonctionne le décalaminage par hydrogène ?

L’adjonction d’hydrogène dans un moteur qui fonctionne à l’air (comburant) met en présence l’oxygène de l’air et l’hydrogène injecté par le système. Le pouvoir énergétique de l’oxygène combiné à l’hydrogène est bien connu. Basiquement, il intervient dans la propulsion de nos fusées… après adaptation. Quoi qu’il en soit, cette réaction est propre puisqu’elle génère de la vapeur d’eau, moins nocive que les produits chimiques. Autre constat que nos mécaniciens ont déjà fait, dans le cas d’un joint de culasse abîmé entre le circuit de circulation d’eau et la chambre de combustion : lors de la dépose de la culasse, le cylindre concerné est vite repéré. La tête de piston est propre. L’eau qui y a pénétré, portée à haute température, a provoqué une réaction décalaminante, et la calamine dissoute s’est évacuée avec la fumée dégagée en forte quantité par l’échappement (symptôme du joint de culasse HS). Sachant tout cela, qu’avons-nous à disposition ? Un moteur fonctionnant avec un carburant et un comburant. Dans ce comburant, nous avons déjà de l’oxygène. Il nous manque donc l’hydrogène. La quantité d’oxygène (via l’air) est calibrée pour faire fonctionner le moteur avec le carburant. C’est donc la quantité d’hydrogène qu’il va falloir calibrer et injecter dans l’admission. Cette injection s’opère en aval du filtre à air. Nous verrons plus loin comment obtenir l’hydrogène. Toujours est-il que l’adjonction d’hydrogène, au moment de la combustion interne (par compression ou allumage), va permettre d’atteindre une température comprise entre 1.200 et 1.600 °C. Et c’est grâce à l’énergie déployée et à la température atteinte que le nettoyage va s’opérer, dans la chambre de combustion en premier lieu, puis au niveau piston, soupapes et tête d’injecteurs. C’est déjà un bon début. Les gaz s’échappant à l’issue du cycle de combustion sont donc très chauds et vont continuer leur action à l’intérieur des organes proches, que sont le turbo et la vanne EGR pour les moteurs qui en sont équipés. Cette vanne de recyclage des gaz d’échappement se charge relativement vite en calamine sous certaines conditions d’utilisation. De ce fait, c’est très souvent le premier élément diagnostiqué hors service lors d’un problème de pollution moteur. L’action de l’hydrogène ici est donc un élément mesuré de facto lors d’un nettoyage moteur. Pour aller jusqu’au bout du cycle, l’ouverture de la vanne EGR va même permettre un passage des gaz issus de la combustion avec adjonction d’hydrogène dans le circuit de recyclage de gaz non brûlés. En revanche, si celle-ci est fermée, la totalité des gaz s’évacuent vers les filtres d’échappement. La finesse des particules permet la traversée du catalyseur. Pour le FAP (filtre à particules), une phase de régénération permet d’éviter le colmatage.

Comment fonctionne l’unité de décalaminage ?

Pour ce test, nous avons fait appel à FlexFuel, l’un des opérateurs de ce type de technologie. Pourquoi FlexFuel, simplement parce que nous les avons rencontrés lors d’un évènement industriel lié à la réalisation de leur moyen, et avons eu envie d’en savoir plus… Le moyen paraît simple, un coffret sur roues, une canule pour acheminer l’hydrogène vers le moteur et deux câbles électriques. Le premier câble est destiné à l’alimentation secteur, le second pour le pilotage de la vanne EGR (lorsqu’accessible). Ensuite, deux réservoirs, l’un pour l’eau déminéralisée et l’autre pour la solution acqueuse. Ces deux éléments permettant de créer de l’hydrogène. Le volume d’eau du réservoir plein permet l’obtention d’une quantité d’hydrogène suffisante pour traiter trois à quatre voitures. Le plein de solution acqueuse permet 2.000 heures de fonctionnement. Un cadran d’affichage permet de visualiser les informations pendant le traitement. Revenons au câble de pilotage de la vanne EGR. Cette fonction, qui s’appelle EGR pilot, est couverte par un brevet FlexFuel. Elle permet d’ouvrir et de fermer la vanne suivant un protocole établi, visant à favoriser le décalaminage de tous les circuits, par cycles en position ouverte, puis fermée, puis par manœuvres successives ouverture/fermeture. Cette fonction ne peut être mise en œuvre que si le connecteur de la vanne est aisément accessible, ce qui n’est pas le cas pour tous les véhicules, dont notre véhicule "témoin".

Le traitement

Nous sommes arrivés au centre Rapid Pare-Brise de Libourne avec notre véhicule "témoin". Les personnes présentes pour ce test étaient MM Le Pollès et Marmin (Flexfuel), M. Giovanni Polesi et son équipe (Rapid Pare-brise de Libourne), que nous remercions pour leur accueil et leur disponibilité. Les participants ne connaissaient pas notre véhicule, une FORD Fiesta 1.6 TDCI 90 de 2009 totalisant 177.572 km et recalée au contrôle technique (CT) pour voyants moteur allumés (code P0299). Nous avons apporté le relevé du CT montrant des valeurs de pollution acceptables, mais un peu élevées, et au-delà des futurs seuils prévus pour 2018, et l’écart au niveau des voyants. Le véhicule présente des pertes de puissance aléatoires en utilisation. A froid, le moteur claque et se révèle peu souple à l’usage. Afin de nous montrer factuellement la preuve mesurée du décalaminage réalisé, l’intervention pour notre véhicule est passée par une mesure préalable des gaz rejetés, montrant principalement un taux de CO2 à 2,04 % et un taux hydrocarbures (imbrûlés) HC à 7,11 ppm. L’opacité est également mesurée à 0,34 m-1, taux élevé montrant l’encrassement important de la vanne EGR. L’opération de décalaminage devrait donc montrer une nette amélioration de ces critères, principalement les deux derniers. La mise en configuration de décalaminage peut commencer. C’est simple, il suffit de désserrer le collier de maintien de la tuyauterie d’air en aval du filtre et de glisser la canule d’injection d’hydrogène. Pour parfaire le tableau, la connexion du câble de commande du moyen à la vanne EGR permet au protocole programmé de piloter cette vanne. Sur notre véhicule, le connecteur n’est pas accessible (sauf à avoir accès derrière le moteur). Le câble n’est donc pas connecté et l’ouverture de la vanne passe par une montée en régime au-delà de 1.200 tr/mn. Le cycle de 60 minutes est lancé, la seule intervention pendant celui-ci est simplement limité à la modification de régime moteur. Si la connexion avait pu être établie, aucune intervention n’aurait été nécessaire. Nous avons pu suivre pendant le cycle la mesure des paramètres ci-dessus, avec une variation maximale sur le dernier quart d’heure de l’opération. En fin d’opération, les nouvelles mesures des gaz donnent un taux de CO2 à 1,61 %, un HC à 0,59 ppm et une opacité à 0,07 m-1. Au vu des résultats, le taux de CO2 a baissé de 20%, les hydrocarbures imbrûlés montrent un gain de 92%, l’opacité passe de 0,34 à 0,07 m-1, les taux de NOx et CO sont stables, donc un meilleur fonctionnement général du moteur et une reprise d'activité de la vanne EGR. Un essai sur route a permis de vérifier le changement de ressenti, avec une meilleure souplesse d’utilisation. Le retour vers le point d’attache du véhicule a montré une meilleure réactivité et un regain d’exploitation de la puissance du moteur. Au démarrage moteur suivant, pas de claquage entendu. La calamine en chambre de combustion est partie. En revanche, nous avons rencontré une petite phase de perte de puissance moteur chaud pendant quelques kilomètres, sans montée de voyant moteur. Celle-ci a disparu à l’utilisation suivante. Depuis l’essai, le véhicule fonctionne mieux, l’aiguille de jauge à carburant descend moins vite (je n’ai pas encore de mesure de consommation significative). Le résultat de l’opération de décalaminage par hydrogène est donc positif. Les voyants moteur ne se sont pas réallumés après le traitement. La contre-visite du contrôle technique a donc été validée.

Décalaminage en continu, ou préventif

Maintenant, revenons au premier scénario, celui qui consiste à éviter au moteur son encrassement par dépôt de calamine. Ce type de traitement n’est aujourd’hui pas disponible sur les véhicules particuliers. En revanche, sur les poids lourds, les bateaux (d’un certain gabarit) et les groupes électrogènes, il est possible d’installer une centrale hydrogène qui va permettre de faire fonctionner le moteur avec injection d’hydrogène en continu. Il s’en suivra une dissolution de calamine en continu, avec un moteur qui reste propre au fil du temps.

Concernant le décalaminage préventif à intervalles établis, Flexfuel propose un traitement annuel. Mon avis est plutôt de déterminer un intervalle de traitement en fonction de l’utilisation et du kilométrage annuel.

Quoi qu’il en soit, ces deux dispositions doivent permettre de déterminer à terme l’inocuité, ou non, de l’élévation de température sur la durée de vie du moteur.

Concrètement, cela coûte combien ?

Pour un véhicule particulier du type de notre voiture "témoin", la prestation est facturée 65 € TTC. Le tarif fluctue en fonction du type ou de la cylindrée du moteur. Le responsable du centre qui nous a accueillis faisant même aléatoirement des opérations "décalaminage gratuit" en cas de remplacement de vitrage, ceci pour faire connaître ce type d’intervention. Clairement, aujourd’hui le curatif est une aide précieuse en cas de problème avéré. Le préventif représente une alternative très intéressante pour aider le moteur à conserver ses caractéristiques et capacités d’origine, ainsi que ses organes internes et périphériques dans un état de propreté favorisant un vieillissement retardé, ainsi qu’un impact pollution réduit significativement dans le temps. Le préventif hydrogène n’a pas non plus de réel concurrent. Il reste que ce tableau positif demande à être consolidé par des démonstrations réalisées sur des échantillons aléatoires (concernant les véhicules particuliers) en nombre suffisant.

J. Forge (Octobre 2017)