Étude de l’influence de l’hydrogène sur un moteur à allumage par compression alimenté par des mélanges issus de la pyrolyse, par méthodes expérimentales et RSM

Transformer les déchets et un gaz simple en énergie plus propre

Les moteurs diesel modernes sont des piliers du transport et de l’industrie, mais leurs gaz d’échappement restent une source tenace de pollution atmosphérique et de gaz à effet de serre. Cette étude explore une idée inventive : faire fonctionner un moteur diesel standard avec un mélange de diesel classique, d’huile obtenue par pyrolyse de déchets plastiques et d’hydrogène gazeux. En testant soigneusement ces combinaisons, les chercheurs montrent comment il serait possible d’extraire plus d’énergie utile de chaque goutte de carburant tout en réduisant simultanément les émissions nocives.

Pourquoi mélanger l’hydrogène avec le diesel et l’huile plastique ?

L’hydrogène brûle très rapidement et proprement : il ne contient pas de carbone, donc il ne produit pas directement de dioxyde de carbone ni de suie. L’huile de pyrolyse, en revanche, est un carburant liquide obtenu en chauffant des déchets plastiques jusqu’à ce qu’ils se décomposent en molécules plus petites. Transformer des déchets en carburant pourrait réduire à la fois la mise en décharge et la demande de pétrole brut, mais cette huile peut être visqueuse, malodorante et agressive pour les moteurs. Les auteurs combinent de faibles quantités d’huile d’origine plastique avec du diesel standard puis ajoutent un flux constant d’hydrogène. Leur objectif est d’utiliser la fiabilité du diesel comme carburant « pilote » pour enflammer le mélange, la flamme rapide de l’hydrogène pour améliorer la combustion, et l’huile issue du plastique comme substitut partiel et peu coûteux du diesel fossile.

Comment les essais moteur ont été conduits

L’équipe a utilisé un moteur diesel monocylindre semblable à ceux montés sur des groupes électrogènes et de petites machines. Ils l’ont fait tourner à vitesse constante en modifiant la charge appliquée, de l’absence de charge jusqu’à la pleine puissance. Quatre configurations de carburant ont été comparées : diesel pur ; un partage énergétique 50–50 entre diesel et hydrogène ; diesel avec 10 % d’huile de pyrolyse plastique ; et ce même mélange à 10 % d’huile plastique plus un débit fixe d’hydrogène. Des capteurs de pression sensibles et des systèmes d’acquisition ont enregistré l’évolution de la pression dans le cylindre et la libération de chaleur pendant la combustion. Parallèlement, des analyseurs d’échappement ont mesuré les polluants clés tels que le monoxyde de carbone, les hydrocarbures imbrûlés, le dioxyde de carbone et les oxydes d’azote.

Plus de puissance avec moins de carburant

Deux configurations de carburant se sont distinguées. Lorsque 10 % du diesel a été remplacé par de l’huile de pyrolyse, le moteur a atteint un rendement thermique à la roue d’environ 34 %, soit à peu près un cinquième de mieux que pour le diesel pur. En termes simples, une plus grande partie de l’énergie chimique du carburant a été convertie en puissance mécanique utile au lieu d’être perdue sous forme de chaleur. La consommation de carburant en pleine charge est passée d’environ 0,35 à 0,22 kilogramme par kilowatt‑heure. L’ajout d’hydrogène à ce mélange d’huile plastique a légèrement réduit le rendement mais a augmenté la pression maximale dans le cylindre et maintenu une libération de chaleur très nette et contrôlée. Cela indique une combustion plus rapide et plus complète, favorisée par l’allumage rapide de l’hydrogène et son bon mélange avec l’air.

Nettoyer les gaz d’échappement

Les mesures de pollution ont montré des avantages clairs pour les carburants mixtes. Le mélange diesel, 10 % d’huile plastique et hydrogène a produit les niveaux les plus bas de monoxyde de carbone, d’hydrocarbures imbrûlés et de dioxyde de carbone parmi tous les cas testés. Par rapport au diesel pur, le monoxyde de carbone a diminué d’environ un tiers, et les émissions d’hydrocarbures ont chuté de plus de dix pour cent, signe que moins de carburant s’échappait sans brûler. Le dioxyde de carbone était également plus faible, en partie parce que moins de carbone fossile était brûlé par unité de puissance. Les oxydes d’azote, un polluant important pour la formation de smog, ont évolué différemment : les valeurs les plus basses ont été obtenues pour le cas 50–50 diesel–hydrogène, qui a réduit ces émissions d’environ 14 % par rapport au diesel pur. La modélisation statistique a confirmé que les tendances mesurées étaient cohérentes et que les ajustements mathématiques suivaient de près les données expérimentales.

Que signifie ceci pour les moteurs de tous les jours ?

Pour le non‑spécialiste, la conclusion est simple : l’ajout réfléchi d’hydrogène et d’une quantité modeste d’huile issue du plastique au diesel peut rendre un moteur conventionnel à la fois plus sobre et plus propre. L’hydrogène accélère et améliore la combustion, de sorte que le moteur extrait plus de travail par unité de carburant, tandis que l’huile d’origine plastique remplace une part du diesel fossile par une matière recyclée. En parallèle, plusieurs polluants clés des gaz d’échappement diminuent, et les oxydes d’azote peuvent être maîtrisés avec une part d’hydrogène adaptée. Bien que l’utilisation en conditions réelles nécessiterait encore des solutions pour le stockage de l’hydrogène, la sécurité et la durabilité moteur à long terme, cette étude montre que mélanger un gaz simple et un liquide issu de déchets dans les moteurs actuels pourrait être une étape pratique vers une énergie plus verte et plus circulaire.

Citation: Kumar, K.S., Surakasi, R., Kareemullah, M. et al. Investigation of hydrogen influence on compression ignition engine fuelled with pyrolysis blends using experimental and RSM methods. Sci Rep 16, 10304 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39172-5

Mots-clés: moteurs bicombustibles hydrogène, huile de pyrolyse de déchets plastiques, émissions des moteurs diesel, carburants alternatifs, transport écologique