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Les NOx sont formés dans les moteurs à combustion interne par la réaction de l'azote de l'air avec l'oxygène à haute température (1800-2500 K). Trois mécanismes principaux expliquent cette formation : le mécanisme thermique (Zeldovich), dominant à haute température (>2000 K), où N₂ réagit avec O et O₂ pour former NO ; le mécanisme prompt (Fenimore), se produisant près de la flamme, avec réaction de N₂ et d'hydrocarbures (CH) ; et le mécanisme du carburant, impliquant l'oxydation directe d'azote présent dans certains carburants. Le mécanisme thermique est exponentiellement dépendant de la température, contrairement au mécanisme prompt.

Origine de l’Nox
L'air utilisé dans le moteur est composé de :
-78 % d'azote (N 2 )
-21 % d'oxygène (O 2 )
-Traces d'autres gaz (argon, dioxyde de carbone, etc.).
-Lors de la combustion, la température dans la chambre peut atteindre des niveaux très élevés (1 800 à 2 500 K). À ces températures, l'azote moléculaire (N 2 ), normalement stable, devient réactif et peut se combiner avec l'oxygène pour former des oxydes d'azote.
La formation des NOx dans un moteur à essence peut être expliquée par trois mécanismes principaux :

a) Mécanisme thermique (NO thermique)
Ce mécanisme, décrit par le mécanisme de Zeldovich, est dominant à haute température.
Les réactions principales sont :
N 2 +O→NO+N
N+O 2 →NO+O
N+OH→NO+H
Ces réactions sont fortement dépendantes de la température. Au-delà de 2 000 K, leur vitesse augmente de façon exponentielle.

b) Mécanisme prompt (NO prompt)
Identifié par Fenimore, ce mécanisme se produit dans les premières phases de la combustion, à proximité de la flamme.
L'azote réagit avec des hydrocarbures (CH) ou des radicaux intermédiaires pour former du NO
N 2 +CH→HCN+N
HCN+O→NO+CO+H
Ce mécanisme est moins sensible à la température que le mécanisme thermique.
c) Mécanisme du carburant (Fuel NOx)
Se produit lorsque le carburant contient des composés azotés (ce qui est rare dans la carburante essence standard, mais possible dans certains biocarburants).
L'azote contenu dans le carburant est directement oxydé en NOx.