Filtres à particules diesel (FAP)

Les filtres à particules diesel de rétrofit sont utilisés sur les moteurs diesel pour éliminer les émissions de particules diesel (PM), appelées aussi suies. En fonction de la technologie des moteurs et des spécificités des applications, plusieurs technologies de filtres peuvent être employées pour réduire les émissions de particules.

Filtres à paroi filtrantes
Avec les filtres à paroi filtrantes, les particules sont éliminées des gaz d’échappement au moyen d’une filtration physique qui utilise une structure en nid d’abeille similaire à celle des substrats pour catalyseurs, à la différence que les canaux sont bloqués en alternance. Les gaz d’échappement sont par conséquent forcés de traverser les parois entre les canaux, et les particules se déposent sur les parois. Ces filtres sont faits de matériaux nid d’abeille céramiques (cordiérite, carbure de silicium ou titanate d’aluminium).

Les filtres à paroi filtrantes céramiques éliminent presque totalement les particules de carbone, y compris les particules fines de moins de 100 nanomètres (nm) de diamètre, avec une efficacité de >95% de la masse et de >99% du nombre de particules, dans un large éventail de conditions de fonctionnement du moteur. Cependant, le flux continu de suies dans le filtre va obstruer ce dernier et il est donc nécessaire d’en "régénérer" les propriétés filtrantes en brûlant régulièrement les particules collectées. La combustion des particules de suies forme de l’eau et du CO₂ en petite quantité, représentant moins de 0,05% du CO₂ émis par le moteur. Les méthodes les plus efficaces de régénération sur les applications de rétrofit sont les suivantes:
•   Incorporer un catalyseur d’oxydation en amont du filtre qui, en plus d’opérer comme un catalyseur d’oxydation classique, augmente aussi le rapport NO₂/NO dans les gaz d’échappement. Les particules piégées brûlent à des températures d’échappement plus basses en utilisant les puissantes propriétés d’oxydation du NO₂ et de l’oxygène.
•   Pourvoir le filtre d’un revêtement catalytique pour abaisser la température de combustion des particules jusqu’aux températures d’échappement normales.
•   Ajouter au carburant de très faibles quantités de catalyseur soluble, comme les composés à base de cérium ou de fer, à l’aide d’un système de dosage embarqué. Une fois le catalyseur recueilli sur le filtre sous forme de mixture homogène contenant les particules, ces dernières brûlent à des températures d’échappement plus basses (environ 350°C au lieu de 650°C) et la cinétique de combustion augmente (typiquement 2-3 minutes) tandis que les résidus solides du catalyseur sont piégés dans le filtre sous forme de cendres. La maîtrise du processus de combustion est essentielle dans le maintien à long terme de l’intégrité du filtre. Ses performances en termes de température et de cinétique rendent la technologie de l’additif catalytique soluble particulièrement adaptée aux cycles de fonctionnement en modes urbain et stop & start avec une augmentation de la consommation de carburant qui reste marginale.

•   Réchauffer électriquement le filtre, sur le véhicule ou démonté. Cette solution n’est envisageable que pour des applications industrielles et s’opère généralement uniquement lorsque le moteur est éteint.
•   Injecteur ou brûleur de carburant placé dans la ligne d’échappement en amont du FAP.

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Filtres partiels
Les filtres partiels sont aussi disponibles dans divers matériaux allant de la fibre au métal. Les filtres partiels métalliques utilisent un substrat spécial composé d’une feuille de métal perforée avec une couche de "feutre" métallique qui détourne le flux des gaz d’échappement dans des canaux adjacents et piègent temporairement les particules dans le feutre, avant d’être brûlées par une réaction continue avec le NO₂ généré par un catalyseur d’oxydation situé en amont dans la ligne d’échappement. Ce type de filtres peut réduire les émissions de PM de 30 à 60%.