Catalyseur de voiture : à quoi ça sert, fonctionnement et défauts

El catalyseur d'un véhicule à moteur à combustion est responsable de la réduction des gaz nocifs résultant de la combustion du carburant. En fait, son nom complet est convertisseur catalytique et il en existe plusieurs types principaux selon qu'ils soient pour le diesel ou l'essence.

Nous vous racontons leur histoire, à quoi ils servent, comment ils fonctionnent et combien ils coûtent. En plus des symptômes qui révèlent qu'il y a un défaut dans le convertisseur catalytique.

Bref historique du catalyseur

Le premier prototype d'un convertisseur catalytique à ces fins a été développé en France et a été breveté pour la première fois par Eugène Houdry. Cet ingénieur en mécanique a fondé la société Oxy-Catalyst aux États-Unis, qui a d'abord développé catalyseurs pour cheminées et plus tard pour chariots élévateurs, qui utilisaient une essence sans plomb de qualité inférieure. Plus tard, il a développé un convertisseur catalytique pour automobiles qu'il a breveté en 1956.

Les catalyseurs se sont répandus aux États-Unis dans les années 70

Suite aux améliorations d'Engelhard Corporation qui ont abouti en 1973, est apparu le premier catalyseur destiné à la production de masse. En 1975, presque toutes les voitures aux États-Unis en avaient une installée pour se conformer aux réglementations de l'Environmental Protection Agency.

Depuis, les catalyseurs se sont améliorés tant en efficacité qu'en efficience, jusqu'à des variantes telles que les catalyseurs de réduction sélective (SCR) qui utilisent l'AdBlue. Bien que ceux-ci soient utilisés en complément, ils n'excluent pas le convertisseur catalytique conventionnel.

A quoi sert le catalyseur ?

Le convertisseur catalytique convertit les gaz nocifs en gaz moins nocifs ou inoffensifs.

Un catalyseur réduit les gaz nocifs générés dans un moteur à combustion interne. Sans cela, nous serions beaucoup plus exposés aux gaz nocifs suivants :

  • Avec mélange riche (plus de carburant que d'air) une combustion incomplète se produit, générant :
    • Hydrocarbures imbrûlés (HC): sont cancérigènes et irritent les voies respiratoires et les yeux. Quant à l'environnement, ils peuvent créer des pluies acides et des fumées photochimiques.
    • Monoxyde de carbone (CO): à faible dose, il produit des maux de tête, des essoufflements et des troubles de la coordination, des étourdissements, de l'irritabilité, de la confusion et des troubles de la mémoire. À fortes doses, il provoque la mort sans que la personne affectée s'en rende compte, c'est pourquoi on l'appelle le tueur silencieux.
  • Avec mélange maigre (plus d'air que de carburant) des oxydes d'azote sont produits, qui sont représentés par la formule NOx. Ils ont des variantes cancérigènes et provoquent une irritation des voies respiratoires et, par conséquent, des affections broncho-pulmonaires et des problèmes respiratoires.

Les gaz éliminés par le catalyseur peuvent être mortels

La Sonde Lambda, aussi importante que le pot catalytique voire plus

La sonde Lambda est un élément qui permet le réglage correct du mélange air-carburant à tout moment. Dans les moteurs à essence, il s'agit de 14,7 parties d'air pour chaque partie d'essence (14,5 dans le diesel).

Sans cela, le moteur libérerait beaucoup plus de gaz comme ceux mentionnés ci-dessus et les capacités du catalyseur seraient largement dépassées. Nous recommandons l'article Sonde lambda : qu'est-ce que c'est, comment ça marche, pannes, nettoyage, prix..., pour savoir comment cela fonctionne et si votre voiture présente un défaut lié à celui-ci.

Quelle que soit la performance de cette sonde, il est actuellement impossible de maintenir un mélange parfait à tout moment. Pour cette raison, les voitures ont besoin d'un ou plusieurs convertisseurs catalytiques pour éliminer ces gaz nocifs.

Comment fonctionne un catalyseur ?

Utilisation de matériaux dans le catalyseur

Un catalyseur fonctionne grâce à des métaux tels que le platine, le rhodium, le zirconium ou le palladium, qui ont des propriétés catalytiques. C'est-à-dire la capacité d'accélérer une réaction chimique. Chacun est dédié à un type de gaz nocif différent :

  • El Platinum accélère l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés pour les transformer en dioxyde de carbone et en eau. La formule chimique est la suivante : CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 -> xCO2 + (x+1) H2O.
  • El rhodium accélère la réduction des oxydes d'azote en azote et oxygène : 2NOx -> xO2 + N2 et l'oxydation du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone : 2CO + O2 -> 2CO2. Ils sont également utilisés zirconium o palladium, qui sont moins chers mais moins efficaces.

Ne pas oublier les autres matériaux catalyseurs. Ces métaux sont disposés sur une structure céramique de cordiérite, qui supporte les hautes températures des gaz d'échappement.

Forme du catalyseur

Comme vous pouvez le voir, le catalyseur utilise certains métaux à l'état solide pour convertir les gaz. Ce qui conduit à un obstacle : comment faire entrer le plus possible un gaz en contact avec ces matériaux, sans perdre trop de vitesse. Pour cette raison, la structure céramique du catalyseur se présente sous la forme d'une matrice à canaux longitudinaux. Un système semblable à pile à combustible pour voiture à hydrogène qui, soit dit en passant, utilise également le platine comme catalyseur. Bien que dans son cas la répartition du gaz soit beaucoup plus fine, avec une structure beaucoup plus complexe.

Ces canaux longitudinaux permettent aux gaz de passer sans s'arrêter trop longtemps mais d'entrer en contact avec un maximum de parois. Ils ont donc plus de 70 tubes par cm2.

De plus, les voitures modernes utilisent souvent deux voire trois pots catalytiques afin d'éliminer au maximum les gaz nocifs pour se conformer aux réglementations anti-pollution Euro 6 (à la date de cet article) et Euro 7 en 2025.

Autour de cette matrice catalytique se trouve un bouclier thermique et une couche métallique. Dans le cas contraire, la chaleur accumulée dans celui-ci pourrait endommager le véhicule ou les surfaces où il est stationné. Sans cela, un incendie pourrait facilement se déclarer.

La température de travail d'un catalyseur

Pour que les métaux aux propriétés catalytiques fonctionnent à leur efficacité maximale, un catalyseur conventionnel doit être au-dessus de 500 ° C. C'est pourquoi au moins un des convertisseurs catalytiques du moteur est généralement proche du collecteur d'échappement du moteur, où les gaz ont encore une température très élevée.

Grâce à ça, le catalyseur est chauffé avant et il faut moins de temps pour commencer à éliminer les gaz nocifs. Si nous pouvions voir un catalyseur travailler à travers ses couches protectrices, nous verrions que la matrice céramique et les métaux qu'elle contient sont chauffés au rouge.

Sachant cela, vous comprendrez que un moteur froid dégage plus de gaz nocifs que celui qui fonctionne depuis un certain temps maintenant. Pour l'anecdote, Toyota a dû faire face à ce problème d'émissions lors du développement de la Prius. L'arrêt du moteur thermique au profit du moteur électrique empêchait le pot catalytique d'atteindre la bonne température de fonctionnement à de nombreuses reprises. Pour cette raison, ils ont dû concevoir un système qui transmettrait la chaleur du moteur à combustion au convertisseur catalytique par d'autres moyens.

catalyseur universel

Catalyseur d'une voiture à essence

Ces catalyseurs sont généralement à triple voie. C'est-à-dire qu'ils ont les trois systèmes de catalyse décrits ci-dessus : le platine pour éliminer les hydrocarbures non brûlés et rhodium, zirconium ou palladium pour éliminer les NOx et l' CO.

Il en est ainsi parce que les moteurs à essence libèrent moins de NOx que les diesels et le catalyseur seul peut les réduire assez. Bien qu'en raison des progrès de la lutte contre la pollution, les voitures plus modernes peuvent avoir d'autres types de convertisseurs catalytiques.

convertisseur catalytique d'une voiture diesel

Dans les moteurs diesel, les catalyseurs conventionnels sont bidirectionnels. C'est-à-dire qu'ils ne s'occupent que de élimination des hydrocarbures imbrûlés et l' CO. Le NOx a été laissé entre les mains de systèmes de recirculation de gaz tels que le Vanne EGR, qui les a renvoyés dans la chambre de combustion pour brûler complètement.

Il y a aussi le Catalyseur accumulateur de NOx, qui joue un rôle important dans la lutte des systèmes pour rendre le diesel encore plus propre et respecter les futures limites d'émissions, qui seront encore plus strictes qu'aujourd'hui. Il est placé derrière le catalyseur d'oxydation et le filtre à particules et possède une couche spéciale qui collecte les oxydes d'azote des gaz d'échappement.

Deux types de fonctionnement différents sont distingués dans le convertisseur catalytique à stockage de NOx : En fonctionnement normal (Lambda > 1), le NO est d'abord oxydé en NO2 puis, avec la formation de nitrate (NO3), s'accumule dans le convertisseur catalytique en un oxyde alcalin métal (par exemple oxyde de baryum).

Catalyseurs pour moteurs diesel

Identique au filtre à particules le véritable défi pour le catalyseur de stockage de NOx est le régénération, c'est-à-dire la vidange périodique de l'accumulateur. Pour la régénération de l'accumulateur, des conditions huileuses doivent être créées dans les gaz d'échappement (Lambda < 1). Dans ces conditions de service, il y a tellement de réducteur (monoxyde de carbone, hydrogène ou divers hydrocarbures) que la liaison nitrate est soudainement libérée et le catalyseur de métal noble est converti en azote non toxique (N2). La durée de la charge est d'environ 30 à 60 secondes selon le point de service et la régénération dure entre 1 et 2 secondes.

De nombreux capteurs de température et de pression sont nécessaires pour détecter le besoin de régénération. Le catalyseur l'accumulateur peut réduire les émissions de NOx jusqu'à 85 %.

Cependant, le voitures diesel actuelles ils ont aussi un Catalyseur SCR (catalyseur de réduction sélective). C'est celui utilisé avec l'additif de AdBlue, qui n'est rien de plus que de l'urée pulvérisée dans les gaz d'échappement, avant qu'ils n'atteignent ce catalyseur. Cela déclenche une réaction chimique qui décompose les NOx en N2 et H2O, beaucoup plus efficacement que les systèmes plus anciens.

Les voitures avec AdBlue ont des convertisseurs catalytiques SCR.

Défauts du catalyseur et leurs symptômes

Plus les pannes d'un convertisseur catalytique sont dues à un problème antérieur dans le moteur. Par exemple, excès de carburant dans le système d'échappement (mélange trop riche) dû à de mauvaises bougies, à un calage incorrect ou à un capteur d'oxygène endommagé. Cela entraîne que le convertisseur catalytique atteint une température trop élevée, ce qui fait fondre les composants métalliques et casse la matrice céramique.

Il peut également arriver que de l'huile ou de l'antigel pénètre dans le système d'échappement, en raison de joints endommagés, de joints de Vannes gâté ou segments de piston porté. Cela provoque l'accumulation de suie dans le convertisseur catalytique.

Les symptômes d'un convertisseur catalytique défectueux sont:

  • Odeur d'oeuf pourri causée par le soufre contenu dans l'essence qui, lors de la combustion, se transforme en sulfure d'hydrogène. Comme la conversion des gaz n'a pas lieu à cause d'un catalyseur endommagé, le sulfure d'hydrogène arrive à l'extérieur.
  • Perte de puissance, car le système d'échappement est partiellement obstrué par le convertisseur catalytique. Si cette obstruction est due au fait que les matériaux fondent et se cassent, vous devrez remplacer le pot catalytique et détecter quel est le défaut du moteur qui l'a causé. S'il s'agit uniquement de saleté, vous pouvez essayer de le nettoyer.
  • Échec du test d'émissions. Inutile d'expliquer à ce sujet, car le catalyseur ne convertit pas les gaz nocifs et le test indique qu'il ne fonctionne pas. En Espagne, il s'agit de l'Inspection Technique des Véhicules (ITV).

Avec un catalyseur endommagé vous ne passerez pas l'ITV

  • bruit de cliquetis sous la voiture lorsqu'elle est au ralenti ou en mouvement. Elle est causée par des parties de la matrice céramique cassée à l'intérieur du catalyseur, qui sont déplacées par les gaz d'échappement. Soyez prudent car si ces pièces atteignent le silencieux, le système d'échappement peut devenir plus obstrué.
  • Augmentation de la consommation. Ce n'est pas le symptôme d'un mauvais convertisseur catalytique, mais c'est le symptôme d'un mélange de carburant riche qui a tendance à décomposer le convertisseur catalytique. C'est pourquoi c'est un symptôme à prendre en compte.
  • Voyant panne moteur allumé. Si les capteurs de la voiture détectent que la conversion du gaz ne se déroule pas correctement, l'unité de commande allumera ce témoin. Bien qu'il serve également à de nombreux autres défauts, il s'agit d'un symptôme qui, à lui seul, n'indique pas la défaillance du convertisseur catalytique. Vous pouvez connecter la voiture à un lecteur OBD pour voir quel code d'erreur il a enregistré pour savoir quel est le problème spécifique.

Faites attention aux blocages dans le système d'échappement, car ils augmentent la température du collecteur d'échappement et des autres tuyaux et peuvent causer des dommages beaucoup plus graves à la voiture.

Un système est bouché l'échappement peut surchauffer

Bien que la panne du moteur soit la cause la plus fréquente de panne du convertisseur catalytique, il existe également des modèles qui ont des problèmes récurrents de convertisseur catalytique en raison de défauts de conception ou de fabrication.

Le prix d'un catalyseur

Comme vous l'avez vu tout au long de l'article, il existe plusieurs types de catalyseurs. Leurs prix peuvent donc beaucoup varier d'un modèle à l'autre. Cependant, le remplacement d'un convertisseur catalytique par un nouveau est généralement entre le 600 et le 1.000 euros pour les voitures particulières. Dans tous les cas, ce chiffre peut être plus élevé si d'autres catalyseurs sont impliqués en plus du catalyseur classique.

También existen convertisseurs catalytiques universels à bon prix compatible avec divers modèles. Bien que vous deviez également vous assurer qu'il est conforme à la réglementation Euro que votre voiture a et est homologué. Ensuite nous recommandons que le montage soit fait par un professionnel, car c'est un élément délicat.

Images – Frankieleon, Riley Kaminer, Duurzaam Bedrijfsleven, Gonzalo Malpartida


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  1.   Xavier dit

    Et au mexique où puis-je me procurer une doc catalyseur pour jetta tdi 2006, à part celles que l'agence vend très cher ? gpfj2@yahoo.com.mx