Eagle, le moteur essence français qui veut tutoyer les 50 % de rendement

Ce projet Eagle (Efficient Additivated Gasoline Lean Engine) réunit de nombreux acteurs d'horizons différents. Et tous apportent leur expertise dans un objectif commun : produire un moteur essence à très haut rendement, et capable d'être homologué sous les 50 g/km de CO2 avec hybridation.

Les acteurs réunis

• Renault (production du moteur)
• Institut CMT de l’Université polytechnique de Valence et Saint-Gobain Research Provence (revêtements haute résistance)
• Institut VKA de l’Université d’Aix-la-Chapelle (développement de la préchambre de combustion)
• Vitesco Technologies (injection et capteurs/calculateur)
• Université de Naples et IFPEN* (test moteur)

Le projet, lancé en 2017 et superivisé par l'IFPEN, a livré ses premiers résultats. Vous le savez peut-être déjà, mais l'un des gros problèmes du moteur à combustion interne est son rendement : souvent très moyen en test laboratoire, et par la suite médiocre en utilisation réelle sur le long terme. A titre d'indication, il tourne autour des 30 à 35 %, quand un moteur électrique est à plus de 90 %. En résumé : le moteur thermique perd les deux tiers du carburant injecté en chaleur, tandis que le moteur électrique transforme la quasi totalité du courant reçu en mouvement.

Pour améliorer le rendement, il existe une solution déjà connue : avoir un mélange toujours plus pauvre. Mais cela amène d'énormes contraintes : chaleur élevée de la chambre de combustion, risque de cliquetis, mais aussi hausse des rejets polluants tels que les oxydes d'azote, liés à la température de la combustion. Ce n'est pas pour rien que les moteurs essence se voient aujourd'hui affublés d'un filtre à particules : l'injection directe et l'optimisation perpétuelle du mélange air/carburant pour se rapprocher d'une combustion "parfaite" produit du NOx et des particules. Réduire le CO2, ou les oxydes d'azote, il faut choisir. Ou il fallait choisir...

Le mélange ultra pauvre

Le projet EAGLE ne choisit pas. Il entend faire mieux sur les deux fronts avec plusieurs solutions mélangées, et parfois déjà connues. La première est la fameuse préchambre de combustion (une chose qui existe depuis des années, et qui vient d'être utilisée dans le moteur de la nouvelle Maserati MC20), dans laquelle le mélange est "pré" enflammé avant d'être par la suite "diffusé" dans la chambre principale.

Un mélange tellement pauvre que le lambda est supérieur à 2 (la valeur acceptée en contrôle technique pour un véhicule tourne entre 0,97 et 1,03). Pour gérer ce mélange ultra pauvre, Saint Gobain a travaillé sur des matériaux résistants capables de limiter les pertes de chaleur entre les différentes parties du moteur, même si le résultat est annoncé comme "faible" selon le communiqué.

L'IFPEN a quant à elle fait de la recherche sur l'injection d'une toute petite quantité d'hydrogène au mélange pour le "stabiliser" et le "stimuler". Là encore, le défi était de piloter l'hydrogène en temps réel. On se posera toutefois des questions sur le rapport bénéfices/désavantages entre le gain de CO2 et de rejets polluants de ce moteur, et le fait qu'il utilise de l'hydrogène (même en très faible quantité) produit à partir d'énergies fossiles...

Un travail important a été fait sur la dépollution pour gérer la hausse des oxydes d'azote par l'appauvrissement du mélange. Résultat ? Un monocylindre suralimenté avec un rendement supérieur à 48 %, mais qui rejette moins de NOx qu'un moteur classique. 

"Les études expérimentales menées par IFPEN sur le moteur multicylindre Renault ont validé le système électrifié innovant de suralimentation à double étage et permis d’améliorer la compréhension du système de post-traitement nécessaire à l’obtention de très faibles émissions de NOx et de particules (de tailles supérieures à 10 nm) dans les gaz d’échappement. Les simulations de véhicules effectuées par l’Université de Naples -Frédéric II ont quant à elles prouvé que l’application du concept EAGLE à un véhicule hybride rechargeable basé sur la technologie Renault E-TECH pouvait atteindre le seuil des 50 gCO2/km."

Le moteur a donc déjà été testé avec un groupe motopropulseur proposé sur le marché. Un monocylindre ultra efficient couplé à une hybridation pour un résultat équivalent à un moteur plus gros. La perspective de voir ces technologies dans un futur proche est bonne, mais cela apporte surtout de l'eau au moulin de l'IFPEN : le moteur thermique a encore de la marge d'amélioration. Mais à quel prix ?

*IFPEN : IFP "énergies nouvelles", anciennement "Institut français du pétrole".