Les lubrifiants et les fluides

1. L'indice d'octane
2. Les additifs

2.1 Les additifs pour lubrifiants

2.2 Les additifs pour essences et gasoils

3. Les gaz d'échappement
4. Le gaz de pétrole liquéfié (GPL)
5. La lubrification

5.1 Le système de graissage

5.2 Le graissage du vilebrequin

6. Les huiles

6.1 L'huile adhésive

6.2 L'huile de ricin

6.3 L'huile de rinçage

6.4 L'huile de graissage pour moteurs à viscosité élevée

6.5 L'huile pour amortisseurs

6.6 Les huiles pour boîte de vitesses et différentiel

6.7 L'huile pour transmission automatique

6.8 La classification API (American Petroleum Institute)

7. L'essence sans plomb
8. Application à la Formule 1
9. Les Pétrolières en Formule 1

1 - L’indice d’octane

L'indice d'octane est un nombre qui exprime les caractéristiques antidétonantes d'un carburant. On le représente parfois par l'abréviation ON (octan number). Par définition, il correspond au pourcentage d'iso-octane contenu dans un mélange d'iso-octane et d'heptane normal qui, utilisé pour alimenter un moteur CFR fonctionnant dans des conditions normalisées, provoque la même intensité de détonation que l'essence essayée. L'évaluation des caractéristiques antidétonantes de l'essence peut se faire :

• Dans des conditions normales de fonctionnement, suivant l'une ou l'autre des méthodes dites Motor Octan Number (MON) ou Research Octan Number (RON);
• Dans un moteur normalisé (CFR), en utilisant une méthode normalisée pour mesurer l'intensité de détonation;
• En utilisant deux carburants de référence normalisés (heptane normal et iso-octane).

Étant donné la définition de l'indice d'octane d'une essence, il est facile d'observer que ce système de détermination ne rend pas compte du comportement de l'essence pendant les régimes transitoires, par exemple dans les accélérations à partir d'une faible vitesse, qui sont principalement influencés par l'indice d'octane de certaines fractions de l'essence. En effet, les fractions les plus volatiles, qui sont les premières à arriver dans la chambre de combustion pendant les accélérations, sont particulièrement importantes. Si la " tête " de l'essence (c'est-à-dire sa partie la plus volatile) a un indice d'octane élevé, l'essence fournit de bonnes performances en accélération, tandis que des essences avec une " tête" à bas indice d'octane présenteront un comportement sur route insuffisant, même si l'indice d'octane global de l'essence est satisfaisant.

2 - Les additifs

Les additifs destinés aux produits pétroliers sont des substances qui, mélangées aux lubrifiants (dans des proportions faibles et jusqu'à 15 à 20% de leur poids) et aux carburants (dans des pourcentages d'utilisation pour les différents types d'essence de l'ordre de 0.005 à 0.08 %), améliorent leurs propriétés naturelles ou leur confèrent de nouvelles propriétés physiques ou chimiques. Ne sont pas considérées comme additifs les substances, telles que colorants, désodorisants, etc.; plus souvent employés pour des raisons commerciales ou fiscales que pour répondre à des exigences techniques d'application, ou pour remédier aux inconvénients de certaines huiles ou carburants.

L'emploi des additifs débute lorsque l'on constate l'impossibilité d'améliorer par des procédés de raffinage, même complexes, les propriétés des produits dérivés du pétrole. Ainsi, dans le domaine des lubrifiants, en utilisant des substances contenant du plomb et du soufre, on peut réaliser des huiles permettant l'utilisation d'engrenages hypoïdes sur les véhicules automobiles (couple conique).

En 1921, la découverte du plomb tétra éthyle permet d'obtenir des essences à haut indice d'octane nécessaires aux moteurs fortement compressés.
Le progrès technique, dû pour une grande part au perfectionnement des carburants et des lubrifiants, est lié aux études et aux applications des additifs. On estime qu'une voiture de cylindrée moyenne consomme en un an environ 10 kg d'additifs pour carburants et lubrifiants.

2.1 - Les additifs pour lubrifiants

Ces additifs sont conçus pour les huiles à moteur, à boîte de vitesses et différentiels, ainsi que les graisses lubrifiantes. On distingue les types suivants :

·  Les additifs améliorant l'indice de viscosité : la viscosité des huiles lubrifiantes diminue avec l'augmentation de la température. Ce processus provoque une baisse de pression du circuit de graissage, préjudiciable à la lubrification des coussinets. On remédie à ce phénomène naturel en employant des produits assurant à l'huile une moindre sensibilité à la chaleur, en provoquant son épaississement à température élevée.

·  Les additifs abaissant le point de congélation : ils facilitent le démarrage à froid des moteurs en augmentant les propriétés d'écoulement des huiles aux basses températures. Ces produits interviennent pour empêcher la cristallisation des paraffines, lesquelles tendent à transformer l'huile en une pâte épaisse qui offre une grande résistance au démarrage et ne peut assurer ainsi le graissage du moteur. En empêchant le figeage de l'huile, ces substances assurent son écoulement à des températures plus basses que son point de congélation normal.

·  Les additifs détergents-dispersifs : ils maintiennent propres les surfaces du moteur, en particulier les pistons et les gorges de segments. Ils préviennent la formation de dépôts, tant à froid (gommes) qu'à chaud (vernis). Ils empêchent l'encrassement des moteurs en maintenant en suspension très fine les produits d'oxydation de l'huile et les résidus carbonés de la combustion qui auraient tendance à se déposer, permettant aussi de les évacuer lors de la vidange.

·  Les additifs anti-oxydant : Ils limitent l'oxydation du lubrifiant en empêchant la formation de résines et de vernis sur les parois chaudes du moteur. Les inhibiteurs d'oxydation réduisent l'épaississement de l'huile et la corrosion des coussinets causée par l'acidification.

·  Les additifs anti-usure, antifriction : ils réduisent l'usure et le frottement des surfaces métalliques (cames, poussoirs, coussinets, pignons) en créant à la surface des pièces, un film protecteur très résistant. Le coefficient de frottement se trouve abaissé et l'usure est réduite. .

·  Les additifs E.P. (extrême pression) : ils préviennent le grippage des surfaces métalliques en augmentant la résistance à la pression de l'huile. Ils sont employés notamment dans les lubrifiants pour boîtes de vitesses et différentiels. Ils sont constitués normalement par le mélange d'une huile avec des savons de plomb, ou avec des produits à base de soufre, de phosphore et de chlore.

·  Les additifs anticorrosifs, antirouille : ils préviennent la corrosion et la formation de rouille sur les métaux aussi bien pendant les périodes d'utilisation que durant l'immobilisation de la voiture, en étendant des films de protection sur les surfaces métalliques du moteur, et en neutralisant les agents corrosifs.

• Les additifs anti-mousse : ils réduisent la formation de mousse provoquée par le barbotage de l'huile, tant dans le moteur que dans la boîte de vitesses. Le moussage de l'huile est un phénomène influant directement sur le graissage du moteur, en créant des tampons d'air dans le circuit qui annulent les propriétés lubrifiantes de l'huile. Il peut aussi conduire à des pertes par le reniflard.

2.2 - Les additifs pour essences et gasoils

Ils peuvent être classés de la façon suivante :

·  Les additifs anti-détonant : ils augmentent la résistance à la détonation des essences en élevant l’indice d’octane. Ils sont formés principalement de composés organiques du plomb (plomb tétra éthyle ou plomb tétra méthyle).

·  Les additifs anti-oxydant : ils préviennent les altérations du carburant dans les dépôts de raffinerie en bloquant les réactions d'oxydation (concernant en particulier les hydrocarbures non saturés), qui peuvent favoriser ultérieurement la formation de gommes.

·  Les additifs désactiveurs de métaux : ils combattent l'action de certains minéraux qui, bien que présents en quantité même minime dans le carburant, peuvent provoquer l'oxydation en faisant office de catalyseurs.

·  Les additifs inhibiteurs de corrosion : ils protègent de la corrosion le réservoir et le circuit de carburant, en s'opposant à d'éventuelles substances acides et en étendant une couche protectrice sur les surfaces métalliques.

·  Les additifs anti-givrage : ils empêchent le givrage du carburateur lorsque l'air est froid et humide. Ce phénomène, produit par le refroidissent intense du mélange, aboutit à la formation de givre dans le carburateur, provoquant le calage du moteur au ralenti.

·  Les additifs modificateurs des dépôts : ils combattent les phénomènes d'allumage prématuré dus à la présence de dépôts dans la chambre de combustion.

·  Les additifs de propreté : ils maintiennent propre la chambre de combustion du moteur en prévenant la formation des produits indésirables, issus soit des additifs antidétonants soit de l'huile elle-même. Réduisant l'encrassement des bougies, ils combattent l'auto-allumage ou l'absence d'allumage dû au fonctionnement défectueux de celles-ci.

·  Les additifs détergents : ils gardent propre le carburateur et assurent son fonctionnement correct. Dans les gasoils ils sont en général mélangés aux anti-oxydants pour empêcher le colmatage des filtres à combustibles par les dépôts et les boues.

·  Les additifs réducteurs de fumées : ils sont employés dans les gasoils destinés aux moteurs Diesel, pour réduire l'opacité des gaz d'échappement.

3 - Les gaz d’échappement

La nécessité de l'analyse des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne résulte du fait que, surtout dans les moteurs alternatifs, la combustion des hydrocarbures n'est jamais parfaite, ce qui fait que les gaz d'échappement ne sont jamais composés uniquement d'anhydride carbonique (CO2) d'eau (H2O), d'oxygène (O2) et d'azote(N2).

Par contre, pour les moteurs à combustion interne ou à allumage par étincelle, la composition chimique des gaz d'échappement a une grande importance. À l'heure actuelle, les composés considérés comme étant nocifs sont : l'oxyde de carbone (CO), les hydrocarbures non brûlés (désignés habituellement par HC ) et les oxydes d'azote (désignes habituellement par Nox).

Suivant l'importance donnée à la recherche que l'on veut mener, l'analyse peut se limiter au repérage d'un ou de plusieurs de ces produits ou s'étendre à la mise en évidence d'autres composants, comme par exemple, l'anhydride carbonique (CO2) et l'oxygène (O2).

Les analyseurs de gaz d'échappement comprennent une gamme très variée de modèles allant des plus simples aux plus complexes, portatifs ou fixes. Leur fonctionnement est basé, en général, sur l'un des principes suivants :

·  Virage d'un indicateur coloré : dans un examen de ce type, on fait passer une quantité déterminée de gaz à travers une substance qui, par réaction avec le composé dont on veut déterminer la présence, change de couleur (vire).

·  Variation de la conductibilité : Ce type d'examen est réalisé en général au moyen de résistances électriques disposées suivant un pont de Wheatstone.

·  Absorption dans l'infrarouge : Les analyseurs de ce type fonctionnent suivant le principe de l'absorption sélective par les divers gaz, de bandes de fréquences données dans l'infrarouge.

·  Émission dans l'ultraviolet : À l'opposé de ceux à rayons infrarouges, ces analyseurs utilisent la propriété que possèdent certaines substances d'émettre des rayons ultraviolets pendant leur combustion.

·  Chimiluminescence : Les analyseurs à chimiluminescence sont très utiles pour doser les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement. La chimiluminescence est la propriété que possèdent certaines substances d'émettre de la lumière lorsqu'elles réagissent chimiquement. Dans le cas qui nous intéresse, on provoque la réaction chimique entre le NO contenu dans le gaz à analyser et l'ozone.

·  Ionisation de la flamme : Dans les appareils basés sur cette technique, on effectue d'abord une chromatographie en phase gazeuse afin de séparer les divers composants du gaz d'échappement et de les introduire dans l'analyseur les uns après les autres. Les divers composants sont alors dirigés sur une flamme et, en brûlant, ils produisent des ions qui modifient, chacun d'une façon particulière, l'état d'ionisation de la flamme.

4 - Le gaz de pétrole liquéfié (GPL)

Le GPL est un mélange d'hydrocarbures ayant un poids moléculaire peu élevé avec trois ou quatre atomes de carbone, c'est-à-dire propane, propylène, n-butane, iso-butane et butène, dans des proportions variables. La fabrication de ce carburant est dérivée du traitement du brut dans les raffineries et de la séparation (dégazage) du gaz naturel (méthane – éthane).

Le pouvoir calorifique du GPL est pratiquement égal à celui de l'essence si on l'exprime en kilocalories par kilo de carburant mais ces valeurs seront très différentes si elles sont exprimées en kilocalories par litre de carburant liquide à 15 °C.

Cette diversité provient de la différence de densité entre le GPL et l'essence : en moyenne, la densité à 15 °C d'un GPL est de 0.555 kg/litre et celle de l'essence de 0.730 kg/litre. Un moteur alimenté avec le l'essence développe une puissance supérieure de 10 à 12 % mais accuse également une consommation spécifique plus élevée et, partant, un rendement global plus bas qu'un moteur alimenté au GPL.

Les pouvoirs calorifiques des deux carburants étant pratiquement égaux, la diminution de puissance constatée avec le GPL est due à un remplissage inférieur des cylindres.

Les soupapes et les bougies, malgré les températures plus élevées de fonctionnement, ont également une durée plus longue. Si l'alimentation au GPL provoque une augmentation de viscosité de l'huile moteur , elle cause par contre, une plus grande oxydation du lubrifiant à cause de la chaleur dégagée, plus élevée qu'avec l'essence et favorisée par l'absence l'isolation sur les pièces (dépôts sur la tête du piston).

En contrepartie des avantages présentés par le GPL, correspond une plus grande usure des sièges des soupapes, ce qui a comme conséquence un manque de jeu des poussoirs et le grillage des soupapes qui restent partiellement ouvertes.