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FAP en carbure de silicium (SiC) ou en cordiérite : quelles différences ?
FAP en carbure de silicium ou en cordiérite : pourquoi existe-t-il deux technologies ?
Lorsque l'on doit remplacer un filtre à particules diesel (FAP), deux pièces extérieurement très similaires peuvent présenter une différence importante : le matériau utilisé pour fabriquer leur élément filtrant.
Parmi les technologies les plus répandues, on retrouve principalement le carbure de silicium et la cordiérite.
Dans les deux cas, le rôle reste le même : retenir les particules de suie présentes dans les gaz d'échappement puis permettre leur élimination lors des phases de régénération du FAP.
Pourtant, leurs caractéristiques physiques sont différentes, notamment en matière de résistance aux températures élevées, de conductivité thermique, de capacité à supporter une charge de suie et de coût de fabrication.
Ces différences peuvent avoir leur importance lorsqu'un FAP doit être remplacé.
Comment fonctionne un filtre à particules ?
À l'intérieur du FAP se trouve une structure constituée d'un grand nombre de petits canaux appelés nids d'abeille.
Contrairement à un catalyseur classique, les canaux du FAP sont alternativement obturés à leurs extrémités. Les gaz d'échappement sont ainsi obligés de traverser les parois poreuses du matériau filtrant avant de ressortir.
Les gaz peuvent traverser ces parois tandis qu'une grande partie des particules est retenue.
Au fur et à mesure des kilomètres, la quantité de suie augmente et le filtre doit être régénéré.
Lors de cette régénération, la température des gaz d'échappement augmente afin de permettre l'oxydation d'une partie des particules accumulées.
C'est précisément cette succession de montées en température qui rend les propriétés thermiques du matériau particulièrement importantes.
Qu'est-ce qu'un FAP en carbure de silicium (SiC) ?
Le carbure de silicium, ou SiC, est un matériau céramique présentant notamment une très bonne résistance aux températures élevées et une conductivité thermique importante.
Il est largement utilisé pour fabriquer les éléments filtrants des FAP de véhicules diesel légers ils équipent la majorités des véhicules diesel à l'origine.
L'une des particularités du SiC est sa capacité à supporter des températures particulièrement élevées.
Selon les données publiées par Walker, son point de fusion est d'environ 2 650 °C, contre une valeur nettement inférieure pour la cordiérite. walker-eu.com
Cela ne signifie évidemment pas qu'un FAP fonctionne normalement à plus de 2 000 °C. Cette propriété permet surtout au matériau de disposer d'une marge thermique importante lorsque les températures augmentent fortement pendant certaines régénérations.
Pourquoi les FAP SiC sont-ils souvent constitués de plusieurs blocs ?
Un FAP SiC peut présenter un aspect caractéristique lorsqu'on observe directement son élément filtrant.
Au lieu d'un monolithe unique, les modèles de grande taille sont généralement constitués de plusieurs segments assemblés entre eux avec un ciment spécifique.
Cette architecture permet notamment de gérer la dilatation thermique relativement importante du carbure de silicium. Ils possèdent ainsi un coefficient d'expansion linéaire supérieur à celui de la cordiérite, ce qui explique l'utilisation de cette conception segmentée.
C'est donc parfaitement normal : les lignes séparant les différents segments ne sont pas des fissures.
Qu'est-ce qu'un FAP en cordiérite ?
La cordiérite est également une céramique, un matériau à base de silicate d'aluminium et de magnésium, également employé pour fabriquer certains monolithes de catalyseurs.
Elle possède plusieurs qualités intéressantes.
Sa structure poreuse permet une très bonne filtration des particules et son faible coefficient de dilatation thermique constitue un avantage important. La cordiérite est également moins coûteuse à produire que le carbure de silicium.
Son principal compromis concerne ses propriétés lorsque les températures deviennent particulièrement importantes.
Sa température de fusion est généralement donnée autour de 1 400 à 1 450 °C, contre environ 2 400 à 2 650 °C pour le SiC selon les sources et les matériaux considérés.
Carbure de silicium vs cordiérite : quelles sont les différences ?
| Caractéristique | Carbure de silicium (SiC) | Cordiérite |
|---|---|---|
| Filtration des particules | Excellente | Excellente |
| Résistance aux températures très élevées | Très élevée | Bonne, mais inférieure au SiC |
| Conductivité thermique | Élevée | Faible |
| Dilatation thermique | Plus importante | Plus faible |
| Construction | Souvent segmentée | Généralement monobloc |
| Masse | Plus importante | Plus légère |
| Coût de fabrication | Plus élevé | Plus faible |
| Tolérance aux fortes charges thermiques | Très bonne | Plus limitée |
Ces caractéristiques expliquent pourquoi on ne peut pas réduire la comparaison à « un matériau fonctionne et l'autre non ». La cordiérite possède notamment l'avantage d'une très faible dilatation thermique, alors que le carbure de silicium possède une tolérance supérieure aux températures élevées et une meilleure conductivité thermique.
Pourquoi la conductivité thermique est-elle importante ?
C'est l'une des différences les plus intéressantes entre les deux matériaux.
Le SiC conduit beaucoup mieux la chaleur que la cordiérite.
Dans les données techniques reprises par l'Université de Vaasa, la conductivité thermique est donnée à environ 20 W/mK pour le SiC contre moins de 2 W/mK pour la cordiérite dans les conditions considérées. osuva.uwasa.fi
Cette capacité à répartir davantage la chaleur contribue à limiter certains pics locaux de température.
Une étude expérimentale menée sur trois types de substrats de FAP a d'ailleurs observé des pics de température supérieurs avec la cordiérite qu'avec le SiC pour une même charge de suie lors de certaines conditions de régénération.
Pourquoi la régénération est-elle importante dans le choix du FAP ?
Un FAP ne se contente pas d'accumuler les particules.
Il doit périodiquement éliminer la suie qu'il a capturée. Cette opération est appelée régénération.
Selon les conditions de fonctionnement du véhicule, celle-ci peut entraîner une augmentation importante de la température du filtre.
Plus la quantité de suie accumulée est importante, plus les contraintes thermiques peuvent devenir importantes lors de son oxydation.
Le SiC offre dans ce domaine une marge de sécurité intéressante grâce à sa résistance aux températures élevées et à sa conductivité thermique.
Faurecia indique par exemple pour ses technologies une capacité de charge de suie annoncée de 14 g/l pour le SiC contre 6 g/l pour la cordiérite, et recommande le SiC pour conserver les caractéristiques de certaines applications d'origine.
Ces valeurs ne doivent cependant pas être utilisées comme seuil universel pour tous les FAP du marché : elles dépendent de la conception du filtre et de l'application concernée.
Peut-on remplacer un FAP SiC par un FAP en cordiérite ?
C'est probablement la question la plus importante lorsqu'on compare les deux technologies.
Le simple fait qu'un FAP possède les mêmes dimensions et puisse physiquement être monté sur le véhicule ne suffit pas à garantir qu'il constitue un remplacement équivalent.
La stratégie de régénération du véhicule est développée en tenant compte des caractéristiques du système d'échappement et du filtre installé.
Faurecia met notamment en garde contre le remplacement de certaines applications équipées d'origine en SiC par de la cordiérite. L'équipementier explique que les différences de capacité de stockage et de comportement thermique peuvent augmenter le risque de colmatage ou de détérioration dans certaines conditions.
Cela ne signifie pas qu'un FAP en cordiérite est systématiquement incompatible avec un véhicule initialement équipé d'un SiC.
En revanche, le matériau ne devrait pas être changé uniquement pour réduire le prix de la pièce sans vérifier que le FAP proposé est correctement spécifié pour l'application concernée.
Un FAP en cordiérite est-il de mauvaise qualité ?
Non.
C'est une distinction importante.
La cordiérite est un matériau utilisé depuis longtemps dans les systèmes de traitement des gaz d'échappement. Elle possède une excellente porosité, un faible coefficient de dilatation thermique et un coût de fabrication inférieur.
Elle peut donc constituer une solution parfaitement adaptée lorsque le filtre et la stratégie de régénération du véhicule ont été conçus pour fonctionner avec ses caractéristiques.
Le problème n'est donc pas :
« cordiérite = mauvais / SiC = bon »
mais plutôt :
« le FAP choisi possède-t-il les caractéristiques adaptées au véhicule et à son système de régénération ? »
Comment reconnaître un FAP SiC d'un FAP en cordiérite ?
Lorsque le substrat est visible, certains indices permettent parfois de distinguer les deux matériaux.
Un élément en carbure de silicium est généralement gris foncé et les FAP SiC sont fréquemment constitués de plusieurs segments assemblés.
La cordiérite présente généralement une teinte plus claire et peut être constituée d'un monolithe continu.
Ces différences visuelles constituent toutefois seulement des indices.
Pour choisir une pièce de remplacement, il est préférable de se baser sur la référence constructeur, le véhicule, la motorisation et les caractéristiques techniques du FAP plutôt que sur son apparence.
FAP SiC ou cordiérite : lequel choisir ?
Dans le cadre d'un remplacement, la priorité doit être de respecter les caractéristiques prévues pour le véhicule.
Si le véhicule a été conçu avec un FAP SiC, conserver une technologie SiC permet notamment de rester au plus proche des caractéristiques thermiques prévues à l'origine.
Le SiC est particulièrement intéressant pour sa :
résistance aux températures élevées, sa conductivité thermique importante, sa capacité à supporter des charges thermiques importantes et sa robustesse lors des phases de régénération.
La cordiérite conserve de son côté des avantages : coût inférieur, masse plus faible et faible dilatation thermique.
Le choix doit donc avant tout être déterminé par l'application prévue et la qualité du FAP, et non uniquement par le prix.
FAP en cordiérite ou en carbure de silicium sur La Pièce du Pro
Chez La Pièce du Pro, nous proposons des filtres à particules neufs en cordiérite ainsi qu'en carbure de silicium (SiC) afin de couvrir différentes applications et différents besoins.
Pour identifier facilement la technologie utilisée dans notre catalogue, nos références de FAP en carbure de silicium se terminent par la lettre « Q ». Les autres références peuvent notamment correspondre à nos versions en cordiérite.
Le choix ne doit toutefois pas reposer uniquement sur le matériau. Il est essentiel de sélectionner un FAP compatible avec le véhicule, sa motorisation et la référence constructeur correspondante.
Lorsque plusieurs solutions sont disponibles pour une même application, la version SiC peut notamment être privilégiée lorsque l'on recherche les caractéristiques thermiques propres au carbure de silicium décrites dans cet article.
À retenir
Le carbure de silicium (SiC) et la cordiérite sont deux technologies éprouvées pour la fabrication des filtres à particules. Le SiC se distingue notamment par sa conductivité thermique et sa résistance aux températures élevées, tandis que la cordiérite présente une faible dilatation thermique et permet généralement de proposer une solution plus économique.
La Pièce du Pro propose les deux technologies. Pour reconnaître rapidement nos FAP en carbure de silicium dans le catalogue, il suffit de repérer les références se terminant par « Q ».
Avant toute commande, vérifiez toujours la référence et la compatibilité du FAP avec votre véhicule.
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