Les lubrifiants et les fluides

6 - Les huiles

Les huiles d'origine minérale sont la catégorie la plus importante de produits actuellement employés : elles sont constituées par des fractions lourdes du pétrole brut, avec une composition principalement à base d'hydrocarbures et des masses molaires variant de 300 à 600.

La composition des produits obtenus est variable suivant l'origine du brut : de ce fait, les huiles de graissage pourront avoir des caractéristiques différentes, même si elles sont obtenues par des procédés de raffinage semblables. Une première classification des huiles minérales s'effectue sur la base du procédé de préparation :

• Les huiles distillées sont obtenues par distillation sous vide, ou dans un courant de vapeur du résidu de la distillation à la pression atmosphérique;
• Les huiles bright stock sont obtenues par désaphaltage, à l'aide d'un solvant, du résidu de la distillation sous vide.

Les divers niveaux de qualité sont obtenus en traitant les huiles avec divers types d'additifs en plus ou moins grande proportion : parmi les additifs les plus importants, rappelons les additifs dispersifs, détergents, anti-oxydants, anti-usure, antirouille et améliorant l'indice de viscosité.

La technologie moderne des additifs a permis d'élever considérablement le niveau de qualité des huiles de graissage minérales, qui demeurent cependant toujours essentiellement des hydrocarbures, avec des limitations d'emploi imposées par les propriétés physico-chimiques non modifiables telles que la volatilité ou l'énergie de liaison carbone – carbone. C'est pourquoi ont été mis au point à partir des années cinquante des produits synthétiques, parfois très coûteux, qui trouvent une utilisation pour des applications surtout à haute température, sous vide poussé, dans des ambiances radioactives et dans des atmosphères corrosives.

Les classes d’huiles synthétiques les plus importantes sont les suivantes :

• Huiles de silicones : coussinets fonctionnant entre 150 et 180 °C (moteurs de générateurs électriques), convoyeurs de four, liquides hydrauliques ininflammables pour l'aviation, pompes à vide;
• Esters siliciques : échangeurs de chaleur pour températures élevées;
• Esters de diacides : graisses pour basse température, huiles hydrauliques, turbines à gaz, huiles pour moteurs;
• Esters phosphoriques : liquides hydrauliques ininflammables, graisses pour températures élevées;
• Éthers de polyglycol : liquides hydrauliques, liquides pour le formage et l'estampage du caoutchouc, graisses pour basses températures.

6.1 - L’huile adhésive

C'est un type d'huile particulier dont la caractéristique la plus marquante est constituée par la forte adhésion aux surfaces avec lesquelles elle vient en contact.

Les huiles adhésives ne sont pas utilisées pour la lubrification du moteur ou de la transmission; elles sont en fait destinées aux engrenages à régime lent et non protégés, sans système de graissage, sur les surfaces de contact desquels le renouvellement du lubrifiant est confié au fait que le film qui se forme entre les surfaces qui s'éloignent, se divise lorsqu'il se rompt par striction en deux tronçons, qui se ramassent rapidement aux deux extrémités du film, en reconstituant une réserve locale de lubrifiant.

6.2 - L’huile de ricin

C'est, de toutes les huiles végétales, la plus utilisée comme lubrifiant pour moteurs. Extraite de la graine de ricin, elle se présente sous la forme d'un liquide visqueux blanc ou de couleur paille, pouvant prendre des nuances plus foncées sous l'effet de l'oxydation.

Les caractéristiques principales de l'huile de ricin sont un excellent indice de viscosité et une onctuosité exceptionnelle, sans équivalents dans les huiles minérales pures. Elle possède en outre, des caractéristiques d'adhésion aux surfaces (onctuosité) qui peuvent difficilement être égalées même avec les additifs synthétiques modernes.

6.3 - L’huile de rinçage

Huile fluide, généralement de nombre SAE 10 W, utilisée pour éliminer du circuit de lubrification des moteurs les produits insolubles de la combustion du carburant et de l'altération de l'huile (boues) qui n'ont pas été entraînés par la masse d'huile lors de la vidange.

Cette opération est nécessaire quand on utilise les huiles non détergentes, puisqu'elles laissent des dépôts. L'absence d'additifs et sa basse viscosité font qu'il est déconseillé d'utiliser cette huile en service normal, même pour parcourir de faibles distances.

Aujourd'hui, l'utilisation d'huile de rinçage n'est plus indispensable, puisque les huiles détergentes actuelles pour moteur évitent la formation de produits de dégradation du lubrifiant. Cependant, elle trouve encore son emploi lorsque par exemple, on veut adopter une huile non détergente, ou encore lorsque la durée de service de l'huile a été excessivement prolongée.

6.4 - L’huile de graissage pour moteurs à indice de viscosité élevée

L'unité de mesure de le viscosité à une température donnée est le degré Saybolt (SAE pour Society of Automotive Engineers).

Les huiles pour moteurs sont divisées en deux catégories : les huiles fluides, marquées du symbole W pour lesquelles le mesure se fait à -18 °C, et les huiles épaisses (SAE 20, 30, 40 et 50) pour lesquelles la mesure se fait à 99 °C. Pourtant, si l'on mesure une huile SAE 20 à -18 °C, on remarque que sa viscosité est plus grande que celle d'une SAE 20 à 99 °C, ce qui est normal étant donné que la SAE 20 n'est pas une huile d'hiver et que sa viscosité augmente de façon marquée. On met ici en évidence le principal inconvénient de la classification SAE, qui ne donne aucune indication sur les variations de viscosité quand la température augmente ou diminue l'indice de viscosité. Ce que l'on doit retenir en fait c'est qu'une huile normale sera inadéquate pour l'hiver, empêchant même le démarrage de la voiture s'il fait trop froid et si elle n'est pas réchauffée.

De façon approximative, on peut dire que les huiles W (pour winter = huiles d’hiver) conviennent pour des températures extérieures allant jusqu'à 10 °C, les SAE 20 et 30 pour des températures normales et la SAE 50 pour des températures extérieures supérieures à 40 °C.

Les huiles capables de rentrer dans les catégories SAE à la fois pour des températures de -18 °C et de 99 °C sont dites multigrades; on les désigne par les deux symboles (par exemple 20 W 50) qui correspondent aux valeurs extrêmes de viscosité minimale à froid et maximale à chaud.

Les huiles ordinaires, comme la SAE 20 W et la SAE 30, possèdent une unique qualité SAE appelée en anglais «grade»; c'est pourquoi d'ailleurs, qu’elles sont dénommées parfois «unigrades». De la même manière, une huile présentant des comportements différents à froid et à chaud sera appelée «multigrade». Dans ce cas, elle portera une indication comprenant deux nombres SAE accolés (par exemple : SAE 20 W 50), le premier caractérisant la viscosité à froid (indice W) et le second la viscosité à chaud.

6.5 - L’huile pour amortisseurs

C’est un liquide utilisé dans les amortisseurs hydrauliques. L'effet de freinage est obtenu en faisant passer l'huile à travers un ou plusieurs orifices calibrés. L'amortissement des oscillations dépend de la viscosité de l'huile (frottements internes), mais aussi des caractéristiques de construction de l'amortisseur. Ceux-ci sont en général plombés, ce qui exclut toute intervention. Dans un petit nombre de cas seulement (amortisseurs réglables), on peut faire varier la section de passage. L'huile requise doit rester en service le plus longtemps possible sans que ses caractéristiques varient par rapport à l'état d'origine.

Elle doit présenter les propriétés suivantes :

·  Bonnes caractéristiques anticorrosives;

·  Résistance élevée à l'oxydation;

·  Stabilité aux basses températures;

·  Résistance élevée au cisaillement (en anglais : shear);

·  Faible agressivité à l'égard du caoutchouc;

·  Faible évaporation ;

·  Propriétés anti-émulsion élevées;

·  Bon pouvoir lubrifiant;

·  Enfin, la viscosité de l'huile devra être aussi peu sensible que possible aux variations de pression enregistrées dans le corps de l'amortisseur.

6.6 - Les huiles pour boîte de vitesses et différentiel

Elles sont susceptibles de supporter de fortes charges et des vitesses élevées (excellent pouvoir adhérent). Leurs qualités sont obtenues grâce à l'adjonction de nombreux additifs.

Comme pour les huiles moteur, il existe une classification SAE des huiles pour boîtes de vitesses (les normes sont d'ailleurs totalement différentes; à titre d'exemple, une huile moteur SAE 50 correspondra à une huile boîte SAE 90, d'une viscosité comprise entre 2,2 et 3,4 degrés Engler) et une classification API en fonction de leurs performances. Le graphique suivant montre l’efficacité pour différentes sortes d’huiles, et l’autre, l’influence des additifs.

6.7 - L’huile pour transmission automatique

C’est un liquide spécial utilisé dans les transmissions automatiques dans le triple but de graisser les engrenages, de constituer le bain d'huile dans lequel sont plongés les embrayages et d'appliquer à ces derniers la charge nécessaire pour permettre la transmission du couple moteur.

Il s'agit d'une huile de viscosité moyenne contenant des additifs spéciaux assez semblables aux additifs détergents, anti-oxydants et anti-usure des huiles pour moteurs. La viscosité ne devant pas varier avec la température, son indice doit donc être supérieur à celui d'une huile très raffinée. Cette caractéristique oblige à prévoir un dopage supplémentaire avec des produits du type polymère, solubles dans l'huile.

6.8 - La classification API (American Petroleum Institute)

7 - L’essence sans plomb

À l'origine, le Super plombé avait un grammage de tétra éthyle de plomb de 0,702 gr/litre. Depuis une quinzaine d'années ce grammage a baissé au fur et à mesure (les pétroliers se sont bien gardés de nous le dire) pour atteindre de nos jours, une concentration de 0,132 gr/litre.

Il n'y a pas eu pourtant de raz de marée de culasses hors services. Pourquoi ? La protection des sièges et des soupapes est en rapport direct avec la concentration de plomb dans l'essence. Au fil des années ce plomb se dépose sous forme d'oxyde sur les sièges, assurant ainsi leur protection.

Cette protection demeure, si une dose suffisante «de plomb» continue à entretenir son usure : c'est ce qui ce passe actuellement. Pendant des années le super fortement plombé a créé d'épais (pour l'image !) cousins amortisseurs sur les sièges de culasse. De nos jours, les pétroliers jouant sur l'effet mémoire de ce dépôt, l'entretiennent avec une dose minimum de tétra éthyle de plomb. Mais, dés que l'utilisation du «sans plomb» sera effective, la protection ne sera pas entretenue et va disparaître.

Les solutions à envisager sont les suivantes :

·  La première, qui est à coup sûr la plus économique, est l'utilisation d'additifs, ou l'utilisation de carburant déjà additivé vendu à la pompe. Mais à condition de faire le bon choix.

·  La seconde est la modification de votre culasse, en passant par la pose de sièges spéciaux (frettes).

·  La troisième est une variante de la seconde : l'échange standard pour une culasse dite «sans plomb».

·  Enfin la quatrième solution qui est radicale, luxueuse et qui n'est disponible que pour quelques véhicules : l'achat d'une culasse en aluminium traitée pour le carburant sans plomb.

Le sans plomb est un carburant plus sec (peu lubrifiant) et plus corrosif pour les dérivés de caoutchouc. Pour cela, nous ne saurions trop vous conseiller de remplacer vos Durits actuelles, joints, membranes et tout autre élément à base de caoutchouc par leur équivalent neuf : les nouvelles fabrications étant déjà prévues pour supporter un tel carburant.

8 - Application à la Formule 1

Les lubrifiants, huiles, graisses, etc. sont fournis par des compagnies réputées et elles conservent secret leur composition, sauf pour l’essence car ses propriétés sont régies par la FIA. Tout ce que l’on doit savoir à propos des lubrifiants et fluides c’est qu’ils doivent permettre à une Formule 1 de pouvoir fonctionner correctement dans des conditions extrêmes. Pour cela, ils doivent pouvoir supporter de grandes chaleurs et de grands stress, afin de ne pas perdre trop de leur viscosité.

Bien entendu, contrairement à une voiture conventionnelle, les vidanges et changements doivent être apportés constamment et non de façon périodique. Voyons maintenant les propriétés du carburant utilisé en Formule 1.

Malheureusement, la compétition coûte cher, et c'est sans doute la raison du retrait d'Elf de la Formule 1 en 1996. En effet, un litre d'essence coûte environ 80 cents, et la plupart du temps, les écuries ne le paie pas, et font en échanges de la publicité pour les pétroliers. Mais cette pub est trop cher aujourd'hui pour eux.

Un petit calcul: une formule 1 consomme environ 75 litres aux 100 km (70 pour Mercedes, 75 pour Ferrari et 80 pour d’autres). Si l’on compte 600 km en un week-end (course + essais) on arrive à $2,8 millions par saison pour deux monoplaces, avec les essais privés. Sans compter le transport et les recherches, qui se montent à plusieurs millions !

  9 - Les pétrolières en Formule 1