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Étanchéité et conformité aux normes Tier III et Tier IV

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Moteur diesel pour bateau à l’épreuve du temps avec de meilleurs choix pour l’étanchéité

Étanchéité et conformité aux normes Tier III et Tier IV
Étanchéité et conformité aux normes Tier III et Tier IV

Avec plus de 90 % du commerce mondial transporté par mer, le transport maritime est un champ de bataille majeur dans la réduction des émissions nocives. Tier III est la norme sur les émissions la plus récente relative aux émissions de NOx des moteurs diesel de bateau. Tier IV devrait entrer en vigueur en 2020. Les constructeurs de moteurs recherchent déjà des composants d’étanchéité pour de futurs moteurs étanches au cours de la prochaine décennie.

Regardons quels sont certains des défis clés auxquels sont confrontés les opérateurs de moteurs diesel face à la norme Tier III et la manière avec laquelle le choix des bons matériaux d’étanchéité peut apporter des solutions plus performantes.

 

NOx et l’étanchéité dans les moteurs plus récents

L'utilisation d'un carburant propre représente un défi clé pour l’étanchéité des nouveaux moteurs. Plus le carburant est propre, plus il est agressif chimiquement pour les joints en élastomère. Les propriétés du matériau d’étanchéité sont d’une importance critique. Les économies de coûts possibles sont substantielles. Les coûts typiques des périodes de mise en cale sèche pour effectuer la maintenance d’un moteur de bateau peuvent dépasser 100 000 € par jour. Sachant que des changements de joint dans un système d’injection de carburant prennent 10 jours environ, l’utilisation d’un joint non fiable n’est pas économique. Le choix du bon matériau de joint permet de rallonger les intervalles entre les opérations de maintenance, de réparation et de révision.

De plus, les moteurs plus récents ont tendance à fonctionner plus longtemps à des températures élevées. Une exposition à long terme à des températures moyennes peut entraîner une augmentation de la vitesse de dégradation pendant la durée de vie du joint. La technologie d’étanchéité nécessaire s’oriente typiquement vers l’utilisation de matériaux d’étanchéité hautement fluorés, tels que les FFKM.

 

NOx et l’étanchéité dans les moteurs plus anciens

Les moteurs diesel plus anciens peuvent nécessiter des travaux supplémentaires afin d’être conformes aux exigences de la norme Tier III et de la prochaine norme Tier IV, ce qui peut entraîner l’installation ou la mise à niveau du système.

 

1. Moteurs GNL basse pression

Les moteurs pour bateau capables de fonctionner avec du gaz naturel liquéfié basse pression (GNL) fonctionnent en ayant un rapport air/carburant relativement élevé, avec de l’air mélangé au préalable avec du carburant et enflammé par le carburant pilote. Les nouveaux moteurs GNL basse pression présentent des émissions de NOx qui sont déjà inférieures aux limites de la norme Tier III.

Avec des moteurs de ce type, les capacités à basse température du matériau d’étanchéité sont préoccupantes. Un ingénieur expérimenté et spécialisé dans l’étanchéité peut vous conseiller sur le choix optimal des joints pour des applications exigeant des performances fiables dans des environnements thermiquement et chimiquement agressifs.

 

2. Réduction catalytique sélective (RCS)

La RCS implique l’injection d’ammoniac ou d’urée dans les gaz d’échappement avant leur passage à travers un catalyseur à haute température. Ces additifs réagissent avec les NOx présents dans les gaz d’échappement, réduisant le NOx en N2 inoffensif. Grâce à la technologie RCS mise à jour, les anciens moteurs peuvent réduire leurs émissions jusqu’à 90 %.

La chute de pression à travers l’unité RCS nécessite d’avoir un turbocompresseur très efficace pour le système. Conjointement avec la réaction de réduction des NOx en N2 uniquement possible entre 300 °C et 400 °C, les joints de ces systèmes doivent démontrer une résistance thermique élevée.

 

3. Récupération de l’humidité de l’air

Après son passage à travers les turbocompresseurs et les compresseurs, la température de l’air est élevée. De l’eau de mer peut être ajoutée pour saturer l’air et baisser la température. Des niveaux d’humidité optimale sont maintenus en gardant les températures de l’air récupéré entre 60 °C et 70 °C avec une réduction attendue des émissions de NOx d’environ 60 %.

Une forte humidité a le potentiel d’inverser le durcissement de certaines des plus anciennes technologies d’étanchéité. Dans ces environnements difficiles, des terpolymères spécialement conçus proposent une solution d’étanchéité plus fiable.

 

4. Recirculation des gaz d'échappement (RGE)

En faisant circuler à nouveau les gaz d’échappement à travers une unité d’épuration située après le turbocompresseur, les opérateurs de moteur peuvent réduire les émissions de NOx entre 50 % et 60 %. Cependant, l’eau de nettoyage peut devenir très corrosive pour les matériaux des joints après une utilisation prolongée.

Des matériaux perfluoroélastomères très sophistiqués, tels que le Perlast®, ont démontré une résistance chimique presque universelle dans le domaine.

 

5. Cycle Miller

Dans les moteurs à quatre temps, la détente et le refroidissement de l’air admis ont un effet de réduction de la production de NOx, notamment lorsqu’ils sont associés à l’injection directe d’eau (IDE) ou à des émulsions d’eau dans le carburant. La réduction des NOx via la méthode du cycle Miller nécessite deux turbocompresseurs.

Dans un assemblage de deux turbocompresseurs, les joints en élastomère présentent une importante accumulation de chaleur qu'il faut endiguer. En cas d’utilisation d’émulsions d’eau dans du carburant, le système d’étanchéité doit faire face à une large gamme de produits chimiques. Les FFKM se comportent bien face aux agressions thermiques et chimiques.

 

6. CSNOx

Dans cette méthode, le procédé d’épuration utilise l’électrolyse et de l’eau de mer afin de convertir le CO2, SOx et NOx présents dans l’atmosphère en substrats non nocifs, éliminés ensuite sans danger. Compacte et nécessitant peu de maintenance, l’unité de CSNOx est une solution très appréciée pour réduire les émissions.

Certaines technologies d’étanchéité plus anciennes sont sujettes au gonflement en présence de concentrations élevées de CO2. Pour avoir un système d’étanchéité durable, il est possible de choisir des matériaux qui présentent moins de risque de défaillance liée au gonflement chimique.

 

Les décisions prises en respectant les modifications du moteur peuvent réduire de manière significative les émissions de NOx et de SOx, mais les opérateurs doivent être conscients de l’effet sur les composants d’étanchéité. Une consultation avec un spécialiste en étanchéité peut garantir que les ressources impliquées dans la mise en conformité à la norme Tier III ne sont pas anéanties par un mauvais choix du matériau des joints, et que, une fois choisis, les joints optimisés sont dimensionnés et installés correctement pour avoir un moteur efficace, une fiabilité à long terme et une réduction du coût de possession.

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