catalyseur

Un convertisseur catalytique est une chambre scellée boulonnée dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, située entre le collecteur moteur et le silencieux. À l'intérieur se trouve un substrat céramique ou métallique recouvert de métaux précieux, généralement du platine, du palladium et du rhodium. Lorsque les gaz d'échappement chauds le traversent, ces métaux catalysent une réaction chimique qui convertit le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures imbrûlés (HC) en dioxyde de carbone et en vapeur d'eau, et réduit les oxydes d'azote (NOx) en azote et en oxygène. Le convertisseur ne se consomme pas lui-même, le catalyseur permet la réaction sans être épuisé.

La plupart des convertisseurs modernes utilisent un substrat monolithique : un nid d'abeille de minces canaux céramiques, chacun d'environ 1 mm de diamètre, recouvert d'une couche d'alumine et de métal précieux. Cette géométrie crée une énorme surface dans un ensemble compact, généralement de 10 à 15 cm de long et de 7 à 10 cm de diamètre. La température du substrat doit rester entre 400 et 900 degrés Celsius pour que le catalyseur fonctionne efficacement. Les démarrages à froid et le ralenti prolongé réduisent les taux de conversion ; une forte accélération et des mélanges de carburant pauvres les améliorent. Les convertisseurs catalytiques sont apparus dans les années 1970 à mesure que les réglementations sur les émissions se sont durcies en Amérique du Nord et en Europe.

Les modes de défaillance sont spécifiques et visibles. Les substrats catalytiques se fissurent ou se cassent s'ils surchauffent au-delà de 1000 degrés Celsius, ce qui se produit lorsque le moteur a des ratés, tourne trop riche, ou lorsqu'un capteur d'oxygène en amont tombe en panne. Le plomb dans le carburant, courant dans les régions sans normes d'émissions, recouvre le substrat et bloque définitivement les sites actifs. Un convertisseur contaminé ou endommagé thermiquement présente des cliquetis à l'intérieur du boîtier, un extérieur rougeoyant sous charge, ou une odeur d'œuf pourri due à des composés soufrés non traités. Certains véhicules développent des problèmes de performance lorsque l'oxygène refoule dans le moteur lorsque le substrat s'encrasse de carbone.

Coût et réglementation

Les métaux précieux d'un convertisseur ont une valeur réelle : un convertisseur usagé peut contenir un à trois grammes de platine et plusieurs grammes de palladium. Cela en fait des cibles de vol dans les parkings et rend les unités usagées dignes d'être recyclées. Les convertisseurs de remplacement pour les voitures ordinaires coûtent entre 400 et 1500 dollars selon le moteur et la marque du véhicule ; les véhicules de luxe ou de performance sont plus chers. Les réglementations environnementales dans la plupart des pays développés exigent des convertisseurs sur tous les nouveaux véhicules et rendent leur retrait illégal. Les véhicules plus anciens ou importés sans convertisseurs peuvent se voir refuser l'immatriculation dans les juridictions strictes.

Des capteurs d'oxygène montés avant et après le convertisseur surveillent son efficacité. Le capteur aval détecte si des gaz imbrûlés s'échappent encore ; si le convertisseur est défaillant, sa sortie est presque identique à la lecture amont, ce qui déclenche un voyant de vérification du moteur et un code de diagnostic. Certains moteurs effectuent une brève impulsion de suralimentation inoffensive après le démarrage pour chauffer le convertisseur plus rapidement les jours froids. Les moteurs haute performance utilisent parfois des convertisseurs doubles ou des unités surdimensionnées pour gérer des volumes d'échappement plus importants sans créer de contre-pression dans les cylindres.