Les convertisseurs catalytiques

As-tu des amis qui étudient pour leur examen de conduite? Ou bien c’est toi qui cherches à maîtriser le code de la route. Que connais-tu vraiment des voitures? Par exemple, savais-tu que les métaux nobles assainissent les gaz d’échappement du moteur?

Que recrache le tuyau d’échappement d’une voiture?

Les gaz d’échappement des voitures sont aussi appelés émissions des véhicules. Ils contiennent de nombreuses substances, dont certaines sont plus nocives que d’autres.

Le moteur de ta voiture fonctionne probablement à l’essence. L’essence est un hydrocarbure. Ce carburant est mélangé avec l’air dans ta voiture avant d’être brûlé. Ce processus, qu’on appelle la combustion, crée beaucoup de sous-produits chimiques.

Certains de ces sous-produits sont absolument sans danger. L’air, par exemple, est constitué à 78 % d’azote gazeux (N₂). Une partie de cet azote réagit avec l’oxygène pendant la combustion. Cependant, la majeure partie est rejetée sous forme de N₂ dans les gaz d’échappement d’un moteur. L’échappement des moteurs contient aussi de l’eau (H₂O). On voit souvent de l’eau s’écouler des tuyaux d’échappement en hiver.

Les moteurs automobiles émettent aussi beaucoup de substances nocives. Certaines d’entre elles peuvent être responsables des précipitations acides. C’est le cas du dioxyde de carbone (CO₂), des oxydes d’azote (NO_x) et des oxydes de soufre.

D’autres émissions de véhicules peuvent causer des problèmes de santé, comme les maladies cardiovasculaires et le cancer. C’est le cas des hydrocarbures non brûlés, des particules (particules de carbone) et des composés organiques volatils (COV).

Les moteurs automobiles relâchent aussi du monoxyde de carbone (CO). Ce gaz toxique peut prendre la place de l’oxygène dans le sang. Il peut même entraîner l’asphyxie s’il est respiré en trop grande quantité!

Tout cela semble bien effrayant, n’est-ce pas? Heureusement, les convertisseurs catalytiques contribuent à rendre les émissions des moteurs moins nocives. Voici comment.

Qu’est-ce qu’un convertisseur catalytique?

Le convertisseur catalytique (ou pot catalytique) a été inventé autour de 1950 par Eugène Houdry, un ingénieur mécanique français. Il a inventé le convertisseur catalytique pour nettoyer les gaz d’échappement des voitures.

L’usage généralisé des convertisseurs catalytiques s’est répandu vers 1975. Les gouvernements commençaient alors à vouloir réduire la pollution atmosphérique des voitures. À cette époque, un grand nombre de voitures utilisaient l’essence au plomb. Le plomb (Pb) peut nuire au bon fonctionnement d’un convertisseur catalytique. En effet, le plomb peut recouvrir la surface qui réagit normalement avec les gaz d’échappement.

Comment fonctionne un convertisseur catalytique?

Le convertisseur catalytique d’une voiture est relié au tuyau d’échappement. Un boîtier métallique contient une structure en nid d’abeille en céramique. La structure en nid d’abeille est recouverte d’un mélange de platine (Pt), de palladium (Pd) et de rhodium (Rh). Ces métaux nobles offrent une bonne résistance à l’oxydation, à la corrosion et à l’acide. Ils sont donc à l’épreuve du mauvais temps et de tous les produits chimiques que laisse échapper un moteur automobile.

Les métaux nobles dans les convertisseurs catalytiques agissent comme un catalyseur. Les catalyseurs sont des composés qui peuvent déclencher une réaction chimique sans être eux-mêmes modifiés. La structure en nid d’abeille à l’intérieur d’un convertisseur catalytique maximise la surface de contact qui donne lieu aux réactions.

Quelles réactions chimiques entrent en jeu dans un convertisseur catalytique?

Les convertisseurs catalytiques font appel à la réaction de réduction et d’oxydation (rédox) pour réduire les émissions nocives.

Ils utilisent un catalyseur de réduction qui est fait de platine et de rhodium. Un tel catalyseur permet de réduire les oxydes d’azote (NO_x) grâce à l’élimination des atomes d’azote dans les molécules d’oxydes d’azote (NO et NO₂). Ainsi, l’oxygène libre forme un gaz oxygène (O₂). Ensuite, les atomes d’azote liés au catalyseur réagissent entre eux. Cette réaction crée l’azote gazeux (N₂).