Les normes internationales concernant l’environnement sont de plus en plus sévères et imposent non pas un, mais deux défis de taille pour les fabricants de moteurs, particulièrement les diésels. En effet, il faut non seulement trouver les technologies qui permettront de s’adapter aux critères des normes, mais aussi trouver le moyen de continuer à améliorer les performances des moteurs. Défis impossibles? Pour les motoristes, ce fut plutôt une opportunité de repenser leurs moteurs et de les améliorer, ce qui a bien servi la géotechnique urbaine qui utilise principalement des véhicules alimentés au diésel.

Le défi

Les normes Tier instituées par l’Environmental Protection Agency (EPA) (https://www.epa.gov/) ne visent pas spécialement les gaz à effet de serre, comme le C0₂ ou ceux libérés par la consommation de carburant. Les cibles sont plutôt les polluants associés aux moteurs à combustion. Le monoxyde de carbone, les hydrocarbures non brûlés, les oxydes d’azote (NOx) (https://en.wikipedia.org/wiki/NOx) et les particules de suie (Particulate matter (PM)), qui ont déjà été largement diminués par le passage au Tier 3, sont maintenant les cibles ultimes du Tier 4.

Le défi de la réduction de ces gaz entraînait la difficulté de privilégier d’abord celle des NOx ou celle des PM. En effet, si la combustion du moteur s’effectue à haute température et à haute pression, le carburant est entièrement brûlé. Ainsi, les PM sont éradiquées, mais énormément de NOx sont produits par la réaction de l’azote en contact avec l’oxygène présent dans l’air. Dans le cas contraire, si on diminue la température de combustion et la concentration d’oxygène, davantage de PM sont produites.

Les solutions

Trois technologies principales sont utilisées pour le post-traitement des gaz d’échappement.

• Réduction catalytique sélective (SCR) – Fonctionne en combinant les gaz d’échappement avec de l’ammoniac (urée ou fluide d’émission diésel (DEF)) et en envoyant ce mélange sur un catalyseur.
• Filtre à particules diésel (DPF) – Fonctionne en utilisant un filtre mécanique pour piéger les particules de suie après qu’elles aient été partiellement oxydées par un catalyseur. Pendant le fonctionnement, les particules piégées sont incinérées.
• Recirculation des gaz d’échappement (EGR) – Fonctionne en faisant recirculer une petite quantité de gaz d’échappement refroidi dans la chambre de combustion. Cela réduit efficacement la température de combustion et la production de NOx. 

Les progrès

Grâce aux avancées technologiques énumérées plus haut, de 2008 jusqu’au moment de l’application définitive des règlements de Tier 4 Final en 2015, les émissions de particules et de NOx avaient été réduites de pas moins de 99 % par rapport à celles produites en 1996. Mais qu’en est-il de la performance des moteurs? A-t-elle été amputée pour rencontrer les exigences environnementales?

Grâce aux progrès réalisés en conception de moteurs, les moteurs diésels modernes sont devenus les moteurs principaux les plus propres disponibles à ce jour. Parmi les améliorations apportées aux moteurs, nommons : 

• Les systèmes d’injection de carburant à rampe commune (haute pression);
• Les solénoïdes d’injecteurs à commande électronique;
• La turbocompression avancée. 

De nombreux développements ont aussi été réalisés pour réduire la consommation et augmenter les performances des foreuses, malgré les contraintes liées aux émissions. 

Les systèmes d’injection exercent désormais une pression très élevée dans la rampe commune, permettant un meilleur rendement et une optimisation de la consommation. À ce sujet, la nouvelle génération de moteurs offre jusqu’à 15 % de plus de puissance et jusqu’à 10 % de moins de consommation que la précédente. Les améliorations passent d’ailleurs beaucoup par la gestion électronique qui se raffine sans cesse, non seulement en ce qui a trait au moteur, mais aussi relativement aux coûts de maintien et d’opération pour la consommation de DEF et de diésel pour la régénération des filtres.

Bref, le passage vers le Tier 4 Final qui, en apparence, allait faire obstacle à la performance a au contraire poussé les plus gros motoristes, comme Cat (https://www.cat.com/en_US/support/operations/technology/tier-4-technology/building-block-technology.html), Deutz (https://www.deutz-fahr.com/fr-us/produits/tracteurs/5180-series-7) et Cummins (https://www.cummins.com/engines/tier-4-final), à se dépasser, à se réinventer et à fournir un produit toujours aussi fiable, ce qui, comme mentionné en début d’article, a bien fait l’affaire des fabricants de foreuses, spécialement celles destinées au milieu urbain et fonctionnant généralement avec un moteur diésel.  

Ce progrès a apporté un avantage exclusif à la foreuse GT8 hydraulique sur roue. Le même moteur est désormais utilisé pour la mettre en marche et pour qu’elle se déplace à l’aide d’un PTO (power take off) (https://en.wikipedia.org/wiki/Power_take-off). L’énergie du moteur est ainsi transférée vers la foreuse. De cette manière, le poids total de la foreuse, son coût et les risques de problèmes survenant lorsqu’elle abrite deux moteurs sont réduits. Fabriquer une foreuse urbaine sur camion pesant moins de 26 000 livres avec un torque de 12 500 livres, ça, c’est du progrès!