[Aller au menu]

Motorisation

Enjambeur Pellenc photo Frédérique Priou CA33

Inventé par Rudolph Diesel en 1897, le premier moteur diesel développait une puissance de 14,7 kW. Il a largement évolué depuis sa présentation en 1900 à l'Exposition Universelle de Paris.

I. Caractéristiques du moteur thermique

  • 1) Le couple (Nm) correspond à la capacité d'un moteur à résister à l'effort. Plus la valeur de couple est importante, plus le moteur aura la capacité de résister à un effort. Cette notion est importante lors de chantier de travail du sol.
  • 2) La réserve de couple correspond à la capacité de résistance d'un moteur à une augmentation ponctuelle de charge de travail, sans augmentation du régime moteur ou modification de la vitesse d'avancement. Elle s'exprime en %.
  • 3) La puissance (W) résulte de la multiplication du couple et de la vitesse de rotation du moteur. L'évolution technologique des moteurs permet d'obtenir une puissance maximale à un régime moteur inférieur au régime nominal (maximum)
  • 4) La consommation horaire (l/h) est une valeur variable puisqu'elle dépend du régime de rotation du moteur et du taux de charge.
Graphique puissance et consommation horaire © CUMA
© CUMA
  • 5) La consommation spécifique (g/kWh) correspond à la masse de carburant nécessaire pour produire 1 kW pendant une heure. Cette notion souvent méconnue permet, par exemple, de comparer la consommation horaire de différents moteurs à puissance égale. Un moteur dit économe dispose d'une faible valeur de consommation spécifique.
Graphique puissance et consommation spécifique © CUMA
© CUMA
  • 6) Les normes de puissance moteur.
    Il existe plusieurs normes permettant de quantifier la puissance d’un moteur thermique, OCDE, CEE 80/1269, ECE R24,…). Parmi l’ensemble des normes utilisées, il faut distinguer la puissance délivrée au niveau du volant moteur (brute ou nette) et la puissance à la prise de force.

    - Les normes SAE J1995, ISO TR 14396, CE 97/68 et 2000/25/CE sont dites de puissance brute. Selon la norme utilisée, la mesure de puissance est effectuée avec un moteur dépourvu des différents accessoires, filtre à air, ventilateur, silencieux d’échappement (SEA J 1995 correspondant au standard Américain).

    - Les normes ECE R24, CEE 80/1269 et DIN 70020 donnent une valeur de puissance nette. Les mesures de puissance moteur sont plus sévères que les normes précédentes. Lors des mesures, le moteur dispose de la majorité des accessoires (ventilateur, système d’échappement, etc.). La norme ECE R24 correspond au standard Européen.

    - La norme OCDE correspond à la puissance délivrée à la prise de force.

    - Il existe un écart d’environ 20 % entre la norme la plus généreuse (SAE J1995) et la plus sévère (OCDE).

    Les motoristes annoncent donc des puissances difficilement comparables d’un constructeur à l’autre. Par exemple, chez Massey Fergusson, New Holland, Mc Cormick, John Deere, la puissance annoncée est une puissance brute correspondant à la norme ISO TR 14396. D’autres constructeurs utilisent des normes exprimant une puissance nette, c’est le cas des constructeurs Same, Deutz, Fendt.
Tableau des normes puissance moteur
Tableau des normes puissance moteur

L'ensemble de ces informations permettent de choisir ma motorisation adaptée aux travaux à réaliser (labour, traction, etc.). Lors de chantier nécessitant de la traction, un couple moteur élevé sera nécessaire afin de bénéficier d'une capacité de traction forte. Les moteurs de nouvelles générations offrent un couple élevé à un régime moteur relativement bas afin d'avoir une capacité de traction importante sans avoir à accélérer outrageusement. C'est ce que l'on appelle le couple de démarrage. Aujourd'hui, le couple maximum est généralement obtenu à 1500 trs/min. On dispose ainsi d'une capacité de traction forte à faible régime.

Pour répondre au contexte réglementaire, les motoristes ont développé certaines pièces constitutives des moteurs dont :

II. Système d'injection

En pratique on distingue deux grands types de moteur diesel. Ils sont classés selon le principe d'injection, directe ou indirecte.

  • 1) L'injection directe
    Cette technologie s'est généralisée sur les moteurs diesel modernes. Le carburant est directement injecté dans le cylindre. Un injecteur pulvérise directement le carburant au-dessus du piston. La forme spécifique du piston concave crée des turbulences favorisant le mélange air-carburant. L'injection du carburant s'effectue à des pressions relativement importantes (de 180 bars à 1500 bars).
  • 2) L'injection indirecte
    Sur ce type d'injection le gazole est injecté dans une chambre de précombustion, dans la culasse, où l'air est réchauffé par une bougie de préchauffage. Il a équipé les véhicules diesel jusqu'au début des années 2000. Certains tracteurs "low cost" disposent encore de ce système d'injection. Les pressions d'injection sont de l'ordre de 100 à 150 bars.
  • 3) La rampe commune (Common rail)
    Il s'agit d'une variante de l'injection directe. La technologie "Common rail" est de plus en plus présente en agriculture afin de respecter les nouvelles normes sur la limitation des émissions polluantes.

III. Systèmes de dépollution

Pour faire face au développement de la mécanisation en agriculture, des normes sont apparues dans le courant des années 1990, limitant les rejets de CO2, de Nox et de particules fines. Elles ne sont pas appliquées de la même manière au niveau mondial, plusieurs pays ou groupes de pays émettent leur propres normes. Pour l'Union Européenne le système retenu est "Stages", il est très proche du système américain "Tiers". Ces normes concernent tous les véhicules à moteur diesel, un calendrier d'application a été mis place pour chaque application.

Calendrier de la mise en application des normes Stage IIIA à Stage IV source L. Pasdois CA33
Calendrier de la mise en application des normes Stage IIIA à Stage IV © L. Pasdois CA33

Plusieurs technologies sont utilisées pour limiter les rejets, on retrouve notamment l'injection direct à haute pression (common rail) et les turbocompresseurs. Ces évolutions ne suffisent pas pour répondre au Stage IIIB qui vise à réduire fortement les émissions Nox et de particules fines. Les motoristes ont dû intégrer de nouveaux composants tels que la technologie EGR ou SCR.

Les solutions technologiques appliquées sur les tracteurs standards ne sont adaptées aux tracteurs spécialisés. En effet, les tracteurs spécifiques doivent répondre à des contraintes de largeur maximum, rendant difficile l'intégration des certains sytèmes (EGR ou SCR). Une dérogation a donc été accordée pour les constructeurs de tracteurs spécifiques de faible puissance (compris entre 49 et 74 ch). Ces derniers ont donc jusqu'en 2017 pour équiper leurs modèles spécifiques de motorisation conforme à la norme "Stage IV".

  • 1) La technologie EGR (Exhaust Gaz Recycling)
    Cette solution technique consiste à capter une partie des gaz d'échappement grâce à la vanne EGR. Ces gaz sont ensuite refroidis par un échangeur avant être mélangés à l'air frais admis dans le moteur. L'intérêt étant de limiter la production de Nox en réduisant la température de combustion ainsi que la concentration en O2.
    L'intégration de gaz d'échappement dans l'admission d'air engendre une combustion imparfaite produisant des particules fines. Il est donc nécessaire de les capter grâce à un filtre FAP (filtre à particules). Une fois captée, elles sont détruites par une régénération qui consiste à brûler les particules par une élévation de températures dans le filtre. Cette phase est "naturelle" lorsque le moteur fonctionne pendant une période importante ou bien "forcée" par l'ajout d'un surplus de carburant dans le moteur. 
Schéma du principe de fonctionnement de la technologie EGR source AgroSup Dijon
Schéma du principe de fonctionnement de la technologie EGR © AgroSup Dijon
  • 2) La technologie SCR (Selective Catalyst Reduction)
    Elle consiste à optimiser la combustion et ainsi réduire la production de particules fines. Les rejets de Nox sont traités grâce à un procédé de réduction catalytique combiné à l'ajout d'une solution à base d'urée (AdBlue).
Schéma du principe de fonctionnement de la technologie SCR source AgroSup Dijon
Schéma du principe de fonctionnement de la technologie SCR © AgroSup Dijon

Le schéma ci-dessus représente les 5 étapes du procédé de dépollution par la technologie SCR. Il s'agit de :

1

catalyseur d'oxydation produisant de l'H2O

2

injection d'AdBlue nécessaire à la réaction suivante

3

catalyseur d'hydrolyse asssurant la formation de NH3 par réaction entre lee molécules de diazote et d'eau

4

catalyseur SCR assurant la transformation des molécules de Nox en molécules de diazote (N2) et eau (H2O)

5

catalyseur d'oxydation final assurant la transformation de molécules de NH3 produites précédemment en diazote (N2) et eau (H2O).

IV Les huiles moteur, boîtes de vitesse et hydrauliques

Les huiles moteur

Il faut distinguer trois types d’huiles :

  • L'huile minérale, ½ synthèse et de synthèse
  • L’huile minérale est au bas de l’échelle de valeur, directement issue du pétrole brut raffiné. Elle est aujourd’hui peu utilisée
  • L’huile ½ synthèse correspond au milieu de gamme. Elle se compose de 35 % d’huile de synthèse et 65% d’huile minérale. Elle est préconisée pour les moteurs à faible rendement.

L’huile de synthèse est la plus performante. Elle est constituée d’une base et d’additifs. Cette huile possède un bon pouvoir adhérent et résiste mieux au vieillissement. Les périodicités de vidange sont augmentées.

Le rôle de l’huile est de protéger et refroidir les pièces en mouvement. Toutes les huiles répondent à des normes de viscosité et de qualité. Les normes les plus répandues sont les SAE et API.

SAE = Society of Automotive Engineers est un organisme international de tests et d’homologation de la viscosité des huiles. On distingue le grade SAE « moteur » et SAE « transmission ».
API = American Petroleum Institute est une norme classant les différents types d’huiles pour transmission.

La viscosité correspond à la résistance à l’écoulement de l’huile en fonction de sa température. La viscosité diminuant avec l’augmentation de température, l’huile doit à la fois conserver son rôle de film protecteur tout en restant suffisamment fluide pour circuler librement dans le moteur.

On distingue des huiles monogrades et multigrades (qui possèdent une plage de viscosité en fonction de la température).
Les huiles monogrades sont peu ou pas utilisées. Elles sont destinées à la lubrification de mécanique simple, tel que des moteurs d’ancienne génération.
- Dans le cas d’une huile multigrade, des additifs à base de polymères sont ajoutés dans la composition de l’huile. Cette association limite les différences de viscosité à froid et à chaud. Comme son nom l’indique, une huile multigrade dispose d’un grade à froid et d’un grade à chaud. Concernant le grade à froid, il est précisé par le premier chiffre (15W40). Il s’agit de la capacité de l’huile à lubrifier le moteur lorsqu’il n’est pas à température (moteur froid). Le second chiffre correspond à la viscosité de l’huile à chaud. C’est-à-dire la capacité de l’huile à conserver ses propriétés à des températures plus ou moins élevées.

La qualité des huiles moteur est établie à partir d’un classement prenant en compte plusieurs paramètres (protection, résistance, etc.). Selon les performances de l’huile, la nomenclature suivante est employée : SA, SB, SC,..., SL. Plus la seconde lettre est éloignée dans l’ordre alphabétique meilleur sont ses performances. Pour les moteurs diesel, le classement est identique mise à part que la première lettre est un C : CA, CB, CC,..., CH4. 

Les huiles boîte de vitesse

Elles disposent d’une classification complémentaire prenant en compte la viscosité de l’huile ainsi que sa composition. Les huiles de boîte de vitesse fréquemment utilisées en agriculture correspondent aux classifications GL4 ou GL5.

Les huiles hydrauliques

Ces fluides sont issus d’une base minérale incompressible à laquelle vient s’ajouter des additifs optimisant les propriétés physique du fluide. Leur rôle est de transmettre l’énergie produite par la pompe vers un récepteur (vérin, moteur, etc.) tout en assurant la lubrification et le refroidissement des composants du circuit hydraulique.
Elles répondent à la norme ISO/AFNOR utilisant les classes de base HH, HL, HM, HV et HG ayant chacune différents grades possibles. Chaque grade est identifié par un chiffre allant de 15 à 220. Le grade correspondant à une viscosité à une certaine température de fonctionnement.

Les huiles hydrauliques biodégradables

Voir sous-chapitre "Environnement".