Décrypter la science derrière la formation d'aérosols secondaires

Imaginez la lumière du soleil qui traverse une ligne d'horizon urbaine. Alors que l'air semble calme, des réactions chimiques invisibles transforment les gaz d'échappement des véhicules en de nouveaux polluants plus dangereux : les aérosols secondaires. Ces minuscules particules dégradent non seulement la qualité de l'air, mais posent également des risques importants pour la santé humaine. Mais comment cette « alchimie des émissions » se produit-elle exactement ?

Une étude révolutionnaire a examiné le rôle des transformations photochimiques dans la création d'aérosols secondaires. Menée au laboratoire de combustion ILMARI de l'Université de Finlande orientale, la recherche s'est concentrée sur deux véhicules de tourisme conformes à la norme Euro 6 :

• Une SEAT Arona à essence (Euro 6b) équipée d'un pot catalytique à trois voies
• Une SEAT Ateca diesel (Euro 6d-temp) dotée d'un catalyseur d'oxydation, d'un filtre à particules diesel (DPF) et d'un système de réduction catalytique sélective (SCR)

À l'aide d'un dynamomètre à châssis (Rototest VPA-RX3 2WD), les chercheurs ont simulé quatre scénarios de conduite distincts pour reproduire les conditions réelles et analyser leur impact sur la formation d'aérosols secondaires.

L'étude a soigneusement reconstitué quatre scénarios de conduite pour comprendre les schémas d'émission dans différentes conditions :

• Démarrage à froid et croisière à 70 km/h (CSC70) : Simulation du démarrage du moteur après une longue période d'inactivité (minimum 12 heures), avec un échantillonnage commençant immédiatement à l'allumage et atteignant une vitesse stable en 15 secondes.
• Conduite sur autoroute à 120 km/h (D120) : Reconstitution d'un trajet à grande vitesse soutenu pour évaluer les émissions dans des conditions typiques d'autoroute.
• Charge moteur élevée (3000 tr/min, ~40 kW de puissance aux roues) : Simulation de situations exigeantes comme les montées ou les accélérations pour les dépassements.
• Charge moteur extrême (5000 tr/min, ~50 kW de puissance aux roues) : Représentation de scénarios de performance maximale pour évaluer les limites d'émission.

Pour les tests sans démarrage à froid, les chercheurs ont préconditionné les moteurs en les faisant tourner à 3000 tr/min avec une charge de 50 Nm pendant cinq minutes avant de s'adapter aux paramètres de test, assurant des températures de moteur stables et des concentrations d'émission.

L'étude a intégré diverses formulations de carburant pour évaluer leur impact environnemental :

• Véhicules diesel : Testé avec du biodiesel B7 standard (7 % de contenu renouvelable) et de l'huile végétale hydrotraitée (HVO) à 100 %, une alternative renouvelable à combustion plus propre.
• Véhicules à essence : Évalué à l'aide de mélanges d'éthanol commerciaux (E5, E10) et d'essence reformulée (RFG) contenant environ 20 % d'alcool.

Tous les changements de carburant ont eu lieu dans des centres de service certifiés avec un nettoyage complet du réservoir entre les tests pour éviter la contamination croisée.

Cette recherche fournit des informations essentielles sur la façon dont les émissions des véhicules évoluent à la lumière du soleil, en particulier en ce qui concerne les oxydes d'azote (NOx) et les composés organiques volatils (COV) — des précurseurs clés de l'ozone et des aérosols secondaires. Les résultats suggèrent :

• Les conditions de charge élevée génèrent des émissions élevées de NOx et de COV, accélérant les réactions photochimiques
• L'essence mélangée à l'éthanol peut augmenter les émissions d'aldéhydes, augmentant potentiellement la production d'aérosols secondaires
• Les systèmes de post-traitement avancés (DPF, SCR) démontrent une efficacité variable selon les conditions de fonctionnement

Ces résultats éclaireront des modèles de qualité de l'air plus précis et aideront les décideurs à élaborer des stratégies ciblées de réduction des émissions. À mesure que la technologie des véhicules évolue avec une électrification croissante, de futures études pourraient examiner comment les véhicules hybrides et électriques influencent la formation d'aérosols secondaires par le biais d'émissions non liées à l'échappement et de voies de production d'énergie.