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Diesel ou essence ?



par François Dovat

L'injection directe et la préinjection suppriment les défauts des petits diesels et les rendent particulièrement agréables. Leurs émissions toxiques ont été largement réduites, quoique que les suies et les oxydes d'azote restent encore un problème en attendant la prochaine généralisation des filtres à particules et des catalyseurs Denox.

Le rendement du diesel est intrinsèquement meilleur en raison de son taux de compression très élevé et de son fonctionnement en charge partielle à plein débit d’air – c’est à dire réglé uniquement par le volume de carburant injecté, l’admission n’étant pas freinée par un papillon qui augmente les pertes par pompage.

La pression de combustion est beaucoup plus forte dans un diesel : la pression de compression y est déjà d’une centaine de bars, supérieure à la pression de combustion d’un moteur à essence, si bien que les structures d'un diesel doivent être prévues pour résister à quelque 150 voire 160 bars de pression de combustion. Cela, ajouté au coût d’un équipement d’injection de haute précision et d’un turbocompresseur le rend relativement onéreux.

Mais son coût supérieur est vite amorti, si bien que toute l’industrie, la marine et le transport routier utilisent le diesel comme moteur thermique alternatif[1]. Le gazole coûte moins cher à la production que l’essence, il s’enflamme beaucoup plus difficilement et ses vapeurs ne sont pas toxiques. Une voiture diesel conserve une valeur de revente élevée et trouve rapidement acquéreur.

Sa fiabilité est supérieure car elle se passe de tout système d’allumage, et sa longévité est plus grande. Non seulement le moteur lui-même dure plus longtemps, mais aussi l’embrayage (en raison du ralenti stable) et l’échappement (à cause de l’absence de substances corrosives). Un moteur de poids-lourd moderne peut accomplir un million de km sans guère d’autres interventions que vidanges et changements de filtres tous les 80 000 km environ.

La turbosuralimentation s’est répandue sur quasiment tous les diesels avec lesquels elle s'associe particulièrement bien. En outre, elle procure l’avantage subsidiaire d’un maintient de la pleine puissance en altitude. Les puissances sont données au niveau de la mer ; or la pression atmosphérique diminue de quelque 13% par 1000 mètres d’élévation. La puissance d’un moteur à aspiration naturelle baisse presque dans cette proportion. De 100 ch au niveau de la mer, il n'en restera que 88 à 1000 mètres et 77 à 2000 mètres.

La diminution de densité atmosphérique cause une réduction de la contre-pression à l’échappement, réduction qui accroît la puissance de la turbine du turbocompresseur ce qui rétablit la pression d’admission… tant que les rotors n’explosent pas ! De fait, Caterpillar et Cummins autorisent l’exploitation en pleine puissance de leurs diesels turbosuralimentés jusqu’à 3000 mètres.

Si les performances de moteurs essence et turbo-diesels ne sont pas directement comparables, c'est aussi en raison de la disparité de leurs courbes de couple et de puissance. A 4000 t/mn, un diesel d’automobile déploie toute sa puissance alors qu’un moteur à essence devra souvent tourner à 6000 tr/min ou plus pour en faire autant. Or ce n’est pas un régime ou l’on roule couramment et il faut alors rétrograder souvent. Avec un diesel moderne, il suffit d’appuyer, même à 2000 t/mn, car avec une réserve de couple de 30% on obtiendra à ce régime déjà 65% de la puissance maxi. En comparaison, un moteur essence atmosphérique ne dispose que d’une réserve de couple de l’ordre de 10%.

Ce n'est qu'à partir de 3500 t/mn que le Ford Mondeo essence prend le dessus sur le diesel de 90 ch. Pour que le 130 ch diesel soit dominé par le 145 ch essence, ce dernier doit être maintenu au dessus de 4500 t/mn – ceci au niveau de la mer, car un moteur à aspiration naturelle perd environ 12% de sa puissance par 1000 m d'altitude. Dès quelque 900 m, le 2 litres à essence perd donc le léger avantage qu'il avait à haut régime.

Une Blitzen-Benz 4 cylindres de 21,5 litres et 200 ch atteignit 228 km/h sur la plage de Daytona en 1911.

Ce diesel marin 12 cylindres de 21715 litres haut comme un immeuble développe 93360 ch à 102 t/mn.

[1] En raison de l’amélioration du rapport surface/volume de la chambre de combustion, le rendement thermodynamique croit avec la cylindrée unitaire. Mais le moteur à allumage commandé atteint vite une limite. Les gros moteurs d’avions à double allumage sont restés en dessous des 4 litres par cylindre, les seuls engins à essence ayant excédé ce volume unitaire étant les 4 cylindres montés sur la Blitzen-Benz et sur la Fiat S76 de 1909-1911 dans le but de battre le record de vitesse sur terre. Le premier cubait 21,5 l. alors que l’énorme Fiat à triple allumage de 190 x 250 dépassait les 28 litres, soit 7 par cylindre ! Au-dessus, le diesel s’impose car ses dimensions ne sont pas limitées par la vitesse de propagation du front de flamme, la détonation et la charge thermique : on construit maintenant des diesels marins 14 cylindres de 80000 kW (109000 ch) dont la course atteint 2,5 mètres et le rendement 53% (163g/kW/h – 120g/ch/h).

(© François Dovat)
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