ISO 8178-5:2015

NORME ISO
INTERNATIONALE 8178-5
Troisième édition
2015-11-15
Moteurs alternatifs à combustion
interne — Mesurage des émissions de
gaz d’échappement —
Partie 5:
Carburants d’essai
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission
measurement —
Part 5: Test fuels
Numéro de référence
©
ISO 2015
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l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 3
5 Choix du carburant . 3
5.1 Généralités . 3
5.2 Influence des propriétés du carburant sur les émissions des moteurs à allumage
par compression . 4
5.2.1 Soufre du carburant . 4
5.2.2 Considérations spécifiques aux carburants marins . 7
5.2.3 Autres propriétés des carburants . 7
5.3 Influence des propriétés du carburant sur les émissions des moteurs à allumage
par étincelle . 8
6 Vue d’ensemble des carburants . 9
6.1 Gaz naturels . 9
6.1.1 Gaz naturels de référence . 9
6.1.2 Gaz naturels qui ne sont pas de référence . 9
6.2 Gaz de pétrole liquéfiés . 9
6.2.1 Gaz de pétrole liquéfiés de référence . 9
6.2.2 Gaz de pétrole liquéfiés qui ne sont pas de référence . 9
6.3 Essences pour automobiles.10
6.3.1 Essences de référence pour automobiles .10
6.3.2 Essences pour automobiles qui ne sont pas de référence.10
6.4 Carburants pour moteurs diesels .10
6.4.1 Carburants de référence pour moteurs diesels .10
6.4.2 Carburants pour moteurs diesels qui ne sont pas de référence .10
6.5 Carburants de type distillat.10
6.6 Carburants résiduels .10
6.7 Pétrole brut .11
6.8 Carburants de substitution .11
6.9 Exigences et informations additionnelles .11
Annexe A (informative) Calcul des facteurs spécifiques du carburant .28
Annexe B (informative) Méthodes d’essai non ISO équivalentes .34
Bibliographie .36
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer
un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
Le comité technique responsable de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 70, Moteurs à
combustion interne, sous-comité SC 8, Mesurage des émissions de gaz d’échappement.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 8178-5:2008) qui a fait l’objet d’une
révision technique.
L’ISO 8178 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Moteurs alternatifs à
combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d’échappement:
— Partie 1: Mesurage des émissions de gaz et de particules au banc d’essai
— Partie 2: Mesurages des émissions de gaz et de particules sur site
— Partie 3: Définitions et méthodes de mesure de la fumée des gaz d’échappement dans des conditions
stabilisées
1)
— Partie 4: Cycles d’essai en régime permanent pour différentes applications des moteurs
— Partie 5: Carburants d’essai
— Partie 6: Rapport de mesure et d’essai
— Partie 7: Détermination des familles de moteurs
— Partie 8 : Détermination des groupes de moteurs
1) L’ISO 8178-4 est actuellement en cours de révision et sa publication avec le nouveau titre ci-dessus est
prévue en 2016.
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— Partie 9: Cycles et procédures d’essai pour le mesurage au banc d’essai des émissions de fumées de gaz
d’échappement des moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par compression fonctionnant
en régime transitoire
— Partie 10: Cycles et procédures d’essai pour le mesurage sur site des émissions de fumées de gaz
d’échappement des moteurs à allumage par compression fonctionnant en régime transitoire
Introduction
En comparaison avec les moteurs pour applications routières, les moteurs pour applications non
routières sont réalisés dans une gamme beaucoup plus large de puissances de sortie et de configurations
et sont utilisés dans un grand nombre d’applications différentes.
Étant donné que les propriétés des carburants diffèrent de manière importante d’un pays à l’autre, une
grande variété de carburants différents, que ce soit des carburants de référence ou des carburants du
commerce, est énumérée dans la présente partie de l’ISO 8178.
Les carburants de référence sont généralement représentatifs des carburants du commerce spécifiques,
mais les spécifications qui s’y rattachent sont beaucoup plus rigoureuses. Il est avant tout recommandé
de les utiliser pour les mesurages au banc d’essai spécifiés dans l’ISO 8178‑1.
En ce qui concerne les mesurages sur site permettant de déterminer les émissions de gaz d’échappement
avec des carburants du commerce, que ces données soient incluses ou non dans la présente partie de
l’ISO 8178, il est recommandé d’utiliser des feuilles de données analytiques uniformes (voir Article 5)
pour définir les propriétés des carburants en fonction des résultats d’émissions de gaz.
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NORME INTERNATIONALE ISO 8178-5:2015(F)
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des
émissions de gaz d’échappement —
Partie 5:
Carburants d’essai
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 8178 spécifie les carburants dont l’utilisation est recommandée pour
effectuer les cycles d’essai des émissions de gaz d’échappement fournis dans l’ISO 8178‑4.
Elle est applicable aux moteurs alternatifs à combustion interne pour les installations mobiles,
transportables ou fixes, à l’exclusion des moteurs de véhicules conçus originellement pour des
applications routières. La présente partie de l’ISO 8178 peut être appliquée aux moteurs utilisés, par
exemple, sur les engins de terrassement, les groupes électrogènes et pour d’autres applications.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le présent
document et sont indispensables à son application. Pour les références datées, seule l’édition citée
s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y
compris les éventuels amendements).
ISO 4264, Produits pétroliers — Calcul de l’indice de cétane des distillats moyens par équation à quatre
variables
ISO 8178-1:2006, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz
d’échappement — Partie 1: Mesurage des émissions de gaz et de particules au banc d’essai
ISO 8216-1, Produits pétroliers — Classification des combustibles (classe F) — Partie 1: Catégories des
combustibles pour la marine
ISO 8217, Produits pétroliers — Combustibles (classe F) — Spécifications des combustibles pour la marine
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
NOTE Voir également les définitions applicables figurant dans les normes citées dans les tableaux de l’Annexe B.
3.1
résidu de carbone
résidu restant après décomposition thermique contrôlée d’un produit sous une alimentation limitée
d’oxygène (air)
Note 1 à l’article: Les méthodes historiques Conradson et Ramsbottom sont largement remplacées par la méthode
(micro) de résidu de carbone.
[SOURCE: ISO 1998-2:1998, 2.50.001]
3.2
indice de cétane
nombre donnant approximativement l’indice de cétane d’un produit, calculé à partir de sa masse
volumique et de ses caractéristiques de distillation
Note 1 à l’article: La formule utilisée pour ce calcul est tirée de l’analyse statistique d’un très grand nombre de
carburants diesel représentatifs de la production mondiale, et pour lesquels les données d’indice de cétane et de
distillation sont connues. De ce fait la formule peut nécessiter une révision tous les cinq à dix ans. La formule actuelle
est donnée dans l’ISO 4624. Elle n’est pas applicable aux carburants contenant un additif d’amélioration du cétane.
[SOURCE: ISO 1998-2:1998, 2.30.111]
3.3
indice de cétane
nombre d’une échelle conventionnelle, indiquant l’aptitude d’un combustible pour moteur du type
diesel, à s’enflammer dans des conditions normalisées
Note 1 à l’article: Il est exprimé par le pourcentage en volume d’hexadécane (cétane) dans un mélange de
référence présentant le même délai d’inflammation que le combustible à analyser. L’indice de cétane est d’autant
plus élevé que le délai d’inflammation est court.
[SOURCE: ISO 1998-2:1998, 2.30.110]
3.4
pétrole brut
pétrole naturel se trouvant principalement dans des couches souterraines poreuses telles que les grès
[SOURCE: ISO 1998-1:1998, 1.05.005]
Note 1 à l’article: Mélange d’hydrocarbures, généralement à l’état liquide, pouvant également contenir des
composés de soufre, de l’azote, de l’oxygène, des métaux ainsi que d’autres éléments.
3.5
carburant pour moteurs diesels
gas‑oil qui a été spécialement formulé pour l’utilisation dans les moteurs diesels à vitesse moyenne ou
rapide, surtout pour le transport
Note 1 à l’article: Souvent désigné comme « combustible pour automobile diesel ».
[SOURCE: ISO 1998-1:1998, 1.20.131]
3.6
indice diesel
nombre caractérisant la qualité d’allumage des carburants diesel et des carburants résiduels, calculé à
partir de la masse volumique et du point d’aniline
Note 1 à l’article: Du fait de son inexactitude, cet indice est généralement peu utilisé pour les carburants de type
distillat, mais s’applique à certains carburants issus de mélanges de résidus de raffinage. Voir également 3.2,
indice de cétane calculé.
3.7
gaz de pétrole liquéfiés
GPL
mélange d’hydrocarbures légers, composé principalement de propane, propène, butanes et butènes, qui
peut être stocké et manipulé en phase liquide sous pression modérée et à température ambiante
[SOURCE: ISO 1998-1:1998, 1.15.080]
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3.8
indice d’octane
nombre d’une échelle conventionnelle, exprimant la résistance à la détonation des carburants pour
moteurs à allumage commandé
Note 1 à l’article: Il est déterminé dans des moteurs d’essais par comparaison avec des carburants de référence.
Plusieurs méthodes d’essai étant utilisées, il convient que l’indice d’octane soit accompagné de la référence à la
méthode utilisée.
[SOURCE: ISO 1998-2:1998, 2.30.100]
3.9
oxydant
composant organique contenant de l’oxygène et pouvant être utilisé comme carburant ou additif,
comme divers alcools et éthers
4 Symboles et abréviations
Les symboles et abréviations utilisés dans la présente partie de l’ISO 8178 sont identiques à ceux
indiqués dans l’ISO 8178-1:2006, Article 4 et Annexe A. Ceux qui sont essentiels à la présente partie de
l’ISO 8178 sont répétés ci‑après, afin d’en faciliter la compréhension.
Symbole SI Définition Unité
λ Facteur d’excès d’air (en kilogrammes d’air sec par kilogramme de carbu- kg/kg
rant)
k Facteur spécifique du carburant pour le calcul du débit des gaz d’échappe- —
f
ment humides
k Facteur spécifique du carburant pour le calcul du bilan carbone —
CB
a
q Débit-volume de l’air d’admission humide kg/h
maw
a
q Débit‑volume des gaz d’échappement humides kg/h
mew
q Débit-masse du carburant kg/h
mf
w Fraction massique d’hydrogène du carburant %
ALF
w Fraction massique de carbone du carburant %
BET
w Fraction massique de soufre du carburant %
GAM
w Fraction massique d’azote du carburant %
DEL
w Fraction massique d’oxygène du carburant %
EPS
z Facteur du carburant pour le calcul de w —
ALF
a
Aux conditions de référence (T = 273,15 K et p = 101,3 kPa).
5 Choix du carburant
5.1 Généralités
Lorsque cela s’avère possible, il convient d’utiliser des carburants de référence pour la certification des
moteurs.
Les carburants de référence reflètent les caractéristiques des carburants disponibles dans le commerce
dans divers pays et qui ont donc des propriétés différentes. Étant donné que la composition du carburant
a une influence sur les émissions de gaz d’échappement, les émissions correspondant à des carburants
de référence différents sont généralement incomparables. Pour les comparaisons interlaboratoires,
il est recommandé que les propriétés des carburants de référence spécifiés soient aussi proches que
possible. La meilleure manière d’y parvenir est d’utiliser des carburants de même lot.
Pour tous les carburants (carburants de référence ou autres), les données analytiques doivent être
définies et jointes au rapport de mesure des gaz d’échappement.
Pour les carburants qui ne sont pas de référence, les données à déterminer sont énumérées dans les
tableaux suivants:
— Tableau 4 (Fiche de données analytiques générales — Gaz naturels);
— Tableau 8 (Fiche de données analytiques générales — Gaz de pétrole liquéfiés);
— Tableau 13 (Fiche de données analytiques générales — Essences pour automobile);
— Tableau 17 (Fiche de données analytiques générales — Carburants pour moteurs diesels);
— Tableau 19 (Fiche de données analytiques générales — Carburants de type distillat);
— Tableau 21 (Fiche de données analytiques générales — Carburants résiduels);
— Tableau 22 (Fiche de données analytiques générales — Pétrole brut);
Une analyse élémentaire du carburant doit être effectuée lorsqu’il est impossible de procéder à des
mesurages du débit‑masse des gaz d’échappement ou du débit de l’air de combustion en même temps
que la consommation de carburant. Dans ce cas, il est possible de calculer le débit‑masse des gaz
d’échappement à l’aide des résultats des mesurages de la concentration des gaz d’échappement et des
méthodes de calcul spécifiées dans l’ISO 8178‑1:2006, Annexe A. À défaut de disposer de l’analyse du
carburant, les fractions massiques d’hydrogène et de carbone peuvent être obtenues par calcul. Les
méthodes recommandées sont spécifiées en A.2.1, A.2.2 et A.2.3.
Les calculs des émissions et du débit des gaz d’échappement dépendent de la composition du carburant.
Le calcul des facteurs spécifiques du carburant, si nécessaire, doit être réalisé conformément à
l’ISO 8178-1:2006, Annexe A.
NOTE Pour les méthodes d’essai non ISO équivalentes à celles des Normes internationales mentionnées dans
la présente partie de l’ISO 8178, se reporter à l’Annexe B.
5.2 Influence des propriétés du carburant sur les émissions des moteurs à allumage
par compression
La qualité du carburant a une influence significative sur les émissions des moteurs. Certains paramètres
du carburant ont une incidence plus ou moins marquée sur le niveau des émissions. Un léger aperçu des
paramètres les plus influents est donné de 5.2.1 à 5.2.3.
5.2.1 Soufre du carburant
Le soufre est généralement présent dans le pétrole brut. Le soufre résiduel présent dans le carburant
après le procédé de raffinage est oxydé au cours du procédé de combustion en SO , qui constitue la
principale source d’émission de soufre du moteur. Une partie du SO est ensuite oxydée en sulfate
(SO ) dans le système d’échappement du moteur, le tunnel de dilution ou par un système de traitement
postcombustion des gaz d’échappement. Le sulfate réagit avec l’eau présente dans les gaz d’échappement
pour former avec la condensation de l’eau de l’acide sulfurique qui est finalement mesuré comme partie
intégrante des émissions de particules (PM). Par conséquent, la teneur en soufre du carburant a une
influence significative sur les émissions de particules.
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La masse des sulfates émis par un moteur dépend des paramètres suivants:
— la consommation de carburant du moteur (BSFC);
— la teneur en soufre du carburant (FSC);
— le taux de conversion S ⇒ SO (CR);
— l’augmentation de poids par absorption d’eau normalisée à H SO ·6,651 H O.
2 4 2
La consommation de carburant et la teneur en soufre du carburant sont des paramètres mesurables; le
taux de conversion pour sa part ne peut qu’être estimé dans la mesure où il peut varier d’un moteur à
l’autre. En général, le taux de conversion est d’environ 2 % pour des moteurs sans système de traitement
postcombustion des gaz d’échappement. La formule suivante a été appliquée pour estimer l’effet du
soufre sur l’émission de particules (PM), comme présenté dasn la Formule (1):
FSCCR
Soufre =×BSFC ×× 6,795 296 (1)
PM
1,,000 000 100
où
soufre est la contribution spécifique du soufre du carburant au frein au PM, exprimée en grammes
PM
par kilowatt‑heure (g/kW‑h);
BSFC est la consommation spécifique de carburant au frein, exprimée en grammes par kilo-
watt‑heure (g/kW‑h);
FSC est la teneur en soufre du carburant, exprimée en milligrammes par kilogramme (mg/kg);
CR est le taux de conversion S ⇒ SO , exprimé en pourcentage %
6,795 296 est le facteur de conversion S ⇒ H SO ·6,651 H O
2 4 2
Tout ceci est fondé sur l’hypothèse selon laquelle 1,221 6 grammes d’eau est associée à chaque gramme
de H S0 du fait de la température du point de rosée de 9,5 °C dans l’environnement de pesée. Cela
2 4
correspond à 6,651 H O.
Le rapport entre la teneur en soufre du carburant et l’émission de sulfates est illustré à la Figure 1 pour
un moteur sans traitement postcombustion et un taux de conversion de S à SO de 2 %.
De nombreux systèmes de traitement postcombustion comportent un catalyseur d’oxydation faisant
partie intégrante du système. Le catalyseur d’oxydation a pour principal objet d’améliorer les réactions
chimiques spécifiques nécessaires au bon fonctionnement du système de traitement postcombustion.
Dans la mesure où le catalyseur d’oxydation convertit une quantité importante de SO en SO , le
2 4
système de traitement postcombustion est susceptible de produire une grande quantité de particules
supplémentaires en présence de soufre dans le carburant. L’utilisation de ces systèmes de traitement
postcombustion risque d’augmenter de manière conséquente le taux de conversion d’environ 30 % à
70 % selon le rendement du pot catalytique. Cela a un effet important sur les émissions de particules
(PM), tel qu’illustré à la Figure 2.
Légende
X teneur en soufre du carburant, exprimée en mg/kg
Y PM soufre, exprimé en g/kW‑h
Figure 1 — Relation entre la teneur en soufre du carburant et l’émission de sulfates pour des
moteurs sans traitement postcombustion des gaz d’échappement
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Légende
X teneur en soufre du carburant, exprimée en mg/kg
Y PM soufre, exprimé en g/kW‑h
1 conversion à 70 %
2 conversion à 30 %
Figure 2 — Relation entre la teneur en soufre du carburant et l’émission de sulfates pour des
moteurs avec traitement postcombustion des gaz d’échappement
5.2.2 Considérations spécifiques aux carburants marins
Le soufre et l’azote ont un impact respectif important sur les émissions de particules (PM) et les
émissions de NO pour les carburants marins (carburants de type distillat et résiduels).
x
En général, la teneur en soufre est plus élevée que pour les carburants diesel routiers ou non routiers
et ce d’un facteur d’environ 10, tel qu’illustré au Tableau 21. Même sans système de traitement
postcombustion des gaz d’échappement, la teneur en soufre dans l’émission de particules est d’environ
0,4 g/kWh pour un carburant contenant 2 % de soufre. De plus, les fractions importantes de cendres,
de vanadium et de sédiments contribuent de manière significative à l’émission de particules totale. Par
conséquent, l’émission de particules propre au moteur, constituée principalement de suie, ne représente
qu’une très petite fraction de l’émission de particules totale. Lors de l’application de systèmes de
traitement postcombustion des gaz d’échappement, il convient que les spécifications de 5.2.1 soient
soigneusement prises en compte.
La teneur moyenne en azote des carburants résiduels est généralement d’environ 0,4 % mais augmente
de façon constante. Dans certains cas, des teneurs en azote comprises entre 0,8 % et 1,0 % ont été
rapportées. En supposant un taux de conversion de 55 % pour une teneur en azote de 0,8 %, l’émission
de NO du moteur augmentera de plus de 2 g/kWh. Cela représente une portion significative de
x
l’émission totale de NO et doit par conséquent être bien prise en compte.
x
5.2.3 Autres propriétés des carburants
Il existe d’autres paramètres de carburants qui ont une influence significative sur les émissions et
la consommation de carburant d’un moteur. Contrairement à l’influence du soufre, leur importance
est moins prévisible et non ambiguë, mais il existe toujours une tendance générale à les considérer
comme valables pour tous les moteurs. Les plus importants de ces paramètres sont: l’indice de cétane,
la masse volumique, la teneur en aromatiques polycycliques, la teneur totale en aromatiques et les
caractéristiques de distillation. Leur influence est brièvement résumée ci‑après.
Pour le NOx, les aromatiques totaux constituent le paramètre prédominant alors que l’effet des
aromatiques polycycliques et de la masse volumique est moins significatif. Cela peut s’expliquer par
une augmentation de la température de flamme avec une teneur élevée en aromatiques au cours de
la combustion qui accroît l’émission de NO . En ce qui concerne les émissions de particules (PM), la
x
masse volumique et les aromatiques polycycliques constituent les paramètres du carburant les plus
importants. En général, le NOx est réduit de 4 % si les aromatiques sont réduits de 30 % à 10 %. Une
réduction similaire est possible pour les émissions de particules (PM) en réduisant les aromatiques
polycycliques de 9 % à 1 %.
L’augmentation de l’indice de cétane (CN) améliore le démarrage à froid du moteur et par conséquent
les émissions de fumées blanches. Cela a également une influence bénéfique sur les émissions de NO ,
x
notamment à faibles charges, lorsqu’une réduction jusqu’à 9 % peut être obtenue en augmentant l’indice
de cétane (CN) de 50 à 58 et sur la consommation de carburant affichant des améliorations jusqu’à 3 %
pour la même plage d’indice de cétane.
5.3 Influence des propriétés du carburant sur les émissions des moteurs à allumage
par étincelle
Les paramètres ayant une influence significative sur les émissions et la consommation de carburant
d’un moteur à allumage par étincelle comprennent: l’indice d’octane, la teneur en soufre, les additifs
contenant du métal, les oxydants, les oléfines et le benzène.
Les moteurs sont conçus et étalonnés pour une certaine valeur d’octane. Lorsqu’un client utilise de
l’essence ayant un niveau d’octane inférieur au niveau requis, une détonation risque de se produire,
ce qui pourrait entraîner de graves dommages au moteur. Les moteurs équipés de détecteurs de
détonation sont en mesure de gérer des niveaux d’octane inférieurs en retardant le calage de l’allumage.
Comme mentionné ci‑dessus, le soufre est généralement présent dans le pétrole brut. Si le soufre n’est
pas éliminé au cours du procédé de raffinage, il risque de contaminer le carburant. Le soufre a un
impact significatif sur les émissions du moteur en réduisant le rendement des catalyseurs. Le soufre
a également un effet préjudiciable sur les détecteurs d’oxygène dans les gaz d’échappement chauds.
Par conséquent, des teneurs élevées en soufre augmentent de manière significative les émissions
d’hydrocarbures HC et de NO . À noter également que les techniques à mélange pauvre qui nécessitent
x
d’appliquer un traitement postcombustion du NO présentent une extrême sensibilité au soufre.
x
Les additifs contenant du métal forment en règle générale des cendres et peuvent par conséquent avoir
un effet préjudiciable sur le fonctionnement des catalyseurs et autres composants tels que détecteurs
d’oxygène, donnant lieu à un phénomène irréversible qui augmentent les émissions. Par exemple, le MMT
(méthylcyclopentadiényl manganèse tricarbonyle) est un composé à base de manganèse commercialisé
comme un additif de carburant améliorant l’indice d’octane pour l’essence. Les produits de combustion
des composants de moteur à combustion interne à base de MMT tels que bougies d’allumage,
constituent des sources potentielles de raté d’allumage donnant lieu à l’augmentation des émissions,
de la consommation de carburant et à de mauvaises performances du moteur. Ils peuvent également
s’accumuler et boucher en partie le catalyseur provoquant une augmentation de la consommation de
carburant associée à une réduction du contrôle des émissions.
Les composés organiques oxygénés, tels que le l’éthanol, sont souvent ajoutés à l’essence pour améliorer
l’indice d’octane, prolonger les équipements d’alimentation à essence, ou pour produire un mélange
pauvre dans la stœchiométrie du moteur afin de réduire les émissions de monoxyde de carbone. Le
mélange pauvre réduit les émissions de monoxyde de carbone, notamment pour les moteurs carburés
sans système à carburateur à rétroaction électronique. Cependant, l’augmentation des niveaux d’O
ayant augmenté au‑delà des niveaux pour lesquels un moteur à régulation à chaîne ouverte a été
étalonné fera généralement augmenter les émissions de NO et les températures de combustion, ce qui
x
peut conduire à une panne de moteur prématurée.
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Les oléfines sont des hydrocarbures non saturés qui, dans nombre de cas, sont également des
composants à bon indice d’octane de l’essence. Cependant, la présence d’oléfines dans l’essence peut
donner lieu à la formation de gommes et de dépôts et à l’augmentation des émissions d’hydrocarbures
réactifs (c’est‑à‑dire composé ozogène) et de composés toxiques.
Le benzène est un composant naturel du pétrole brut ainsi qu’un produit de reformage catalytique qui
génère des flux d’essence à indice d’octane élevé. Il s’agit également d’un agent cancérigène pour les
humains connu. Le contrôle des teneurs en benzène dans l’essence est la méthode la plus directe pour
limiter les émissions de vapeurs et de gaz d’échappement de benzène des moteurs à allumage par étincelle.
Une bonne volatilité de l’essence constitue l’élément essentiel au fonctionnement des moteurs à allumage
par étincelle eu égard à la fois aux performances et aux émissions. La volatilité est caractérisée par
deux mesurages: la pression de vapeur et la distillation.
6 Vue d’ensemble des carburants
6.1 Gaz naturels
6.1.1 Gaz naturels de référence
Les gaz naturels de référence dont l’utilisation est recommandée pour les besoins de la certification
sont les suivants:
a) carburants de référence UE: voir Tableau 1;
b) carburant d’essai américain pour la certification: voir Tableau 2;
c) carburant d’essai japonais pour la certification: voir Tableau 3.
6.1.2 Gaz naturels qui ne sont pas de référence
Les carburants gazeux qui ne sont pas de référence ne peuvent pas être utilisés car leur utilisation
dépend de la disponibilité de ces gaz sur le site. Leurs propriétés, ainsi que l’analyse du (des)
carburant(s), doivent être connues et jointes au rapport de mesure.
Le Tableau 4 constitue une fiche de données analytiques générales donnant les propriétés qui doivent
être consignées.
6.2 Gaz de pétrole liquéfiés
6.2.1 Gaz de pétrole liquéfiés de référence
Les gaz de pétrole liquéfiés de référence dont l’utilisation est recommandée pour les besoins de la
certification sont les suivants:
a) carburants de référence UE: voir Tableau 5;
b) carburant d’essai américain pour la certification: voir Tableau 6;
c) carburant d’essai japonais pour la certification: voir Tableau 7.
6.2.2 Gaz de pétrole liquéfiés qui ne sont pas de référence
Les gaz de pétrole liquéfiés qui ne sont pas de référence ne peuvent souvent pas être utilisés car leur
utilisation dépend de la disponibilité de ces gaz sur le site. Leurs propriétés, ainsi que l’analyse du gaz,
doivent être connues et jointes au rapport de mesure.
Le Tableau 8 constitue une fiche de données analytiques générales donnant les propriétés qui doivent
être consignées.
6.3 Essences pour automobiles
6.3.1 Essences de référence pour automobiles
Les essences de référence pour automobiles dont l’utilisation est recommandée pour les besoins de la
certification sont les suivantes:
a) carburants de référence UE: voir Tableau 9;
b) carburant d’essai américain pour la certification: voir Tableau 10;
c) carburants d’essai japonais pour la certification: voir Tableau 12.
6.3.2 Essences pour automobiles qui ne sont pas de référence
Lorsqu’il s’avère nécessaire d’utiliser des essences pour automobiles qui ne sont pas de référence, les
propriétés de chacun de ces carburants doivent être jointes aux résultats d’essai. Le Tableau 13 constitue
une fiche de données analytiques générales donnant les propriétés qui doivent être consignées.
Les normes ou les spécifications des carburants du commerce peuvent être obtenues auprès des
organismes listés à l’Annexe C.
6.4 Carburants pour moteurs diesels
6.4.1 Carburants de référence pour moteurs diesels
Les carburants de référence pour moteurs diesels dont l’utilisation est recommandée pour les besoins
de la certification sont les suivants:
a) carburants de référence UE: voir Tableau 14;
b) carburants d’essai américains pour la certification: voir Tableau 15;
c) carburant d’essai californien: voir Tableau 16;
d) carburant d’essai japonais pour la certification: voir Tableau 17.
6.4.2 Carburants pour moteurs diesels qui ne sont pas de référence
Lorsqu’il s’avère nécessaire d’utiliser des carburants pour moteurs diesels qui ne sont pas de référence,
les propriétés de chacun de ces carburants doivent être jointes aux résultats d’essai. Le Tableau 18
constitue une fiche de données analytiques générales donnant les propriétés qui doivent être consignées.
Les normes ou les spécifications des carburants du commerce peuvent être obtenues auprès des
organismes listés à l’Annexe C.
6.5 Carburants de type distillat
Comme il n’existe pas de carburant de référence, il est recommandé que le carburant utilisé soit
conforme à l’ISO 8217, (voir Tableau 19).
Les propriétés du carburant, y compris l’analyse élémentaire, doivent être déterminées et jointes aux
résultats de mesure d’essai des émissions. Le Tableau 20 constitue une fiche de données analytiques
générales donnant les propriétés qui doivent être consignées.
6.6 Carburants résiduels
Comme il n’existe pas de carburant de référence, il est recommandé que le carburant utilisé soit
conforme à l’ISO 8217, (Voir Tableau 21).
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Lorsqu’il est nécessaire d’utiliser des carburants lourds, les propriétés du carburant doivent être
conformes à l’ISO 8216-1 et à l’ISO 8217. Ces propriétés, y compris l’analyse élémentaire du carburant,
doivent être déterminées et jointes aux résultats de mesure d’essai des émissions. Le Tableau 22
constitue une fiche de données analytiques générales donnant les propriétés qui doivent être consignées.
Les effets de la qualité d’allumage sur les émissions de gaz d’échappement, tout particulièrement en ce qui
concerne le NO , dépendent des caractéristiques, de la vitesse et de la charge du moteur et sont souvent
x
non négligeables. En vue d’obtenir une valeur caractéristique de la qualité du carburant, comparable
à l’indice de cétane pour les carburants de type distillat pur, la nécessité d’un mode opératoire de
mesure normalisé est généralement reconnue. Une méthode de calcul fondée sur les caractéristiques
de distillation n’est pas valable. Pour l’instant, la meilleure approche consiste à calculer, pour indication
générale, l’indice d’aromatisation du carbone (CCAI) ou l’indice d’allumage (CII). Le paragraphe A.3.2
donne les formules permettant de calculer le CCAI et le CII.
Une autre méthode, actuellement en cours d’élaboration, consiste à utiliser un analyseur de combustion
du carburant (FCA). La qualité d’allumage d’un carburant est déterminée par un délai d’inflammation et
un retard au démarrage de la combustion principale (les deux sont exprimés en millisecondes).
L’utilisation de carburants d’étalonnage permet de convertir le délai d’allumage enregistré en un indice
de cétane de mesure. De plus, il est possible de déterminer le débit calorifique (ROHR) reflétant le
procédé réel de dégagement de chaleur réel et de ce fait les caractéristiques de combustion du carburant
soumis à essai.
Les résultats d’essai indiquent les différences constatées entre les propriétés d’allumage et de
combustion des carburants marins dues aux variations de leur composition chimique. A l’heure actuelle,
un grand nombre de carburants lourds font l’objet d’essais permettant d’une part d’associer les résultats
obtenus au moyen de mesures à la qualité d’allumage des carburants et d’autre part de corréler les
résultats aux performances du moteur. Les fabricants de moteur, les laboratoires d’essai de carburant
et les utilisateurs de carburant marin lourd travaillent en collaboration afin d’établir des limites types
applicables à une qualité satisfaisante d’allumage et de combustion du carburant auxquelles il ne se
produit aucune perturbation de fonctionnement. Les résultats ont été publiés dans le CIMAC “Guide de
la qualité du carburant – Allumage et combustion”.
6.7 Pétrole brut
Les pétroles bruts ne sont pas de référence.
Lorsqu’il est nécessaire d’utiliser du pétrole brut, les propriétés du carburant, y compris son analyse,
doivent être déterminées et jointes aux résultats de mesure d’essai des émissions. Le Tableau 22
constitue une recommandation pour une feuille de données des propriétés à consigner.
6.8 Carburants de substitution
Lorsque des carburants de substitution sont utilisés, les données analytiques indiquées par le
producteur doivent être mesurées et jointes aux résultats de mesure d’essai des émissions.
NOTE Les exigences relatives aux esters méthyliques d’acides gras peuvent être trouvées dans l’EN 14214.
6.9 Exigences et informations additionnelles
Pour définir les propriétés des carburants, les Normes internationales existantes doivent être utilisées.
L’Annexe B donne la liste des normes équivalentes établies par d’autres organismes de normalisation
et utilisées parallèlement aux Normes internationales. Il convient de noter que les normes non
internationales ne sont pas toujours en tous points identiques à la Norme internationale parallèle.
Si des additifs supplémentaires sont utilisés pendant les essais, ils doivent être déclarés et consignés
dans le rapport d’essai.
Si une addition d’eau à l’admission d’air du moteur est utilisée, elle doit être déclarée et prise en compte
dans les calculs.
L’Annexe A donne une liste d’organismes pouvant fournir les spécifications des carburants du commerce.
Tableau 1 — Gaz naturels — Carburants de référence EU
Propriété Unité Méthode G G G
23 R 25
d’essai
min. max. min. max. min. max.
Fraction molaire de mol % ISO 6974 91,5 93,5 84 89 84 88
méthane
Fraction molaire d’éthane mol % ISO 6974 — — 11 15 — —
Fraction molaire des compo- mol % ISO 6974 — — — 1 — —
sants C
2+
Fraction molaire des inertes mol % ISO 6974 — 1 — — — 1
(excepté N ) + C + C
2 2 2+
Fraction molaire d’azote mol % ISO 6974 6,5 8,5 — — 12 16
Concentration massique de mg/m ISO 6326-5 — 10 — 10 — 10
soufre
Source: Règlement UE n°582/2011.
Tableau 2 — Gaz naturels — Carburant d’essai américain pour la certification
Propriété Unité Méthode d’essai
min. max.
Fraction molaire de méthane mol % ASTM D 1945 — — 87 —
Fraction molaire d’éthane mol % ASTM D 1945 — — — 5,5
Fraction molaire de propane mol % ASTM D 1945 — — — 1,2
Fraction molaire de butane mole % ASTM D 1945  0,35
Fraction molaire de pentane mole % ASTM D 1945  0,13
Fraction molaire des composants mol % ASTM D 1945 — — — 0,1
C
6+
Fraction molaire d’oxygène mol % ASTM D 1945  0,1
Fraction molaire de gaz inertes, Σ mol % ASTM D 1945 — — — 5,1
CO et N
2 2
Source: Titre 40, Code des règlements fédéraux, 1 065,715.
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Tableau 3 — Gaz naturels — Carburant d’essai japonais pour certification
Propriété Unité Méthode d’essai Equivalent de 13A
min. max.
Capacité calorifique totale kcal/m JIS K2301 10 410 11 050
a
Indice de Wobbe WI 13 260 730
a
Indice d
...