Catalyseur d’oxydo-réduction pour les véhicules diesel du futur – ORCA

Les véhicules Diesel propres représentent une solution durable pour réduire efficacement les émissions de CO2 et atteindre les objectifs fixés par la communauté européenne (CE). Des systèmes de post-traitements catalytiques complexes et coûteux, à base de métaux précieux (PGM) et d’oxydes de terre rare (OTR), sont nécessaires pour réduire les émissions polluantes réglementées comme les oxydes d’azote (NOx) et les particules.
Les nouveaux moteurs diesel verront leur consommation abaissée mais aussi la température des gaz d’échappement ce qui nécessitera des catalyseurs encore plus actifs. Sans avancée majeure, ce gain de performance conduira à une augmentation conséquente des PGM et OTR, ce qui n'est ni économiquement viable, ni durable car les PGM et OTR font parties des 14 matières premières stratégiques dont la production et l’approvisionnement sont critiques. Par conséquent, un verrou scientifique sur la formulation des catalyseurs de post-traitement doit être levé afin accroître les performances tout en diminuant les teneurs en PGM et OTR. Cette avancée, indispensable au déploiement de véhicules Diesel propres et compétitifs, est un objectif prioritaire pour les constructeurs automobiles français et allemands, leaders du domaine.
Le projet ORCA (Oxidation/Reduction Catalysts) portera sur l'intégration au sein d'un même catalyseur des deux fonctions de post-traitement qui consomment le plus de PGM et OTR : la réduction des NOx (technologie NSC) et l’oxydation du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés (technologie DOC). Les objectifs sont de développer des catalyseurs capables d’oxyder les imbrûlés à plus basse température (< 120°C) que les technologies DOC actuelles, plus performants pour le stockage des NOx (< 200°C) que les systèmes NSC actuels, contenant des quantités raisonnées et optimisées d’OTR (sans néodyme et au maximum 10% massique d’oxyde de praséodyme), et présentant une réduction d’environ 40% des teneurs en PGM par rapport aux catalyseurs actuels.
Le projet ORCA se base sur des résultats préliminaires du consortium qui montrent qu’un conditionnement oxydo-réducteur de catalyseurs à base de cérine permet d’augmenter significativement leur capacité à oxyder les imbrûlés à basse température par rapport aux systèmes de référence. La cérine est, de plus, un bon adsorbant des NOx. Par conséquent, la cérine comme support de métaux nobles constituera le catalyseur de départ dont la formulation sera optimisée pour atteindre les objectifs. Le consortium se concentrera sur la levée de 2 verrous scientifiques : la compréhension des interactions métal/support et l’identification des propriétés clés des OTR, à chaque fois dans les conditions réelles de fonctionnement des catalyseurs.
IRCELYON, KIT et l’Université de Darmstadt, trois laboratoires de recherche de pointe dans le domaine, exploreront ces deux voies. Ils utiliseront des techniques innovantes de caractérisations des catalyseurs à la fois operando et en temps-réel (Spectroscopie d’Absorption des rayons X, Microscopie électronique environnementale en transmission et corrigée des aberrations, …), étudieront les relations entre structure des catalyseurs et réactivité et établiront des modèles cinétiques. RHODIA, producteur majeur de catalyseurs NSC à base d’OTR et Umicore, principal fournisseur de métaux nobles pour la catalyse automobile, apporteront leur expertise pour la préparation et la formulation des catalyseurs ORCA (texture, dopage, imprégnation des métaux nobles…), pour l’élaboration de systèmes catalytiques à l’échelle 1 et leurs tests applicatifs (cycles normalisés, condition réelle de conduite).
ORCA permettra de renforcer le leadership technologique et la compétitivité de Rhodia et Umicore. Il créera également une nouvelle plateforme d’échange scientifique franco-allemande. ORCA permettra de réduire la dépendance de l’industrie européenne aux métaux nobles et aux OTR, tout en accélérant l’essor de véhicules Diesel propres et compétitifs.