معلومات هامة les additifs pour les huiles moteurs partie 1

خليدة عليوي · 2010-05-10, 17:04

Technique : Les additifs

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Les additifs destinés aux produits pétroliers sont des substances qui, mélangées aux lubrifiants (dans des proportions faibles et jusqu'à 15 à 20 9% 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 employées 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.

Il est impossible de dire, marque par marque quelle efficacité possède tel ou tel additif. Il faudrait pour cela les avoir tous testés sur une longue période et de manière comparative (avec ou sans , avec celui-là ou avec un autre). C'est évidemment totalement impossible à réaliser d'autant que les fabricants se gardent bien de proposer ce genre d'essais. Il faut donc leur faire confiance en sachant toutefois qu'un additif est plus ou moins efficace mais qu'il n'est jamais mauvais ni nocif.

L'emploi des additifs débute lorsque l'on constate l'impossibilité d'améliorer par des procédés de raffinage, mêmes 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 1936, l'introduction d'additifs détergents dans les huiles de certains types de moteurs Diesel aux conditions d'exploitation très sévères permet de prévenir le gommage des segments et de réduire, substantiellement, l'usure des moteurs.

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. En ce qui concerne l'importance de ces produits sur le plan commercial, il suffit de noter que, uniquement pour les États-Unis, la vente d'additifs pour produits pétroliers représentait il y a trente ans déjà 700 millions de dollars.

Les ADDITIFS pour LUBRIFIANTS

Les huiles moteur, huiles de boîte de vitesses et différentiel, graisses lubrifiantes peuvent être classés en fonction de leur action.

On distingue ainsi :

- 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-oxydants. 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 frottements 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 boites 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 boite 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.
LES ADDITIFS POUR ESSENCES ET GASOILS

Ils peuvent être classés de la façon suivante :

- Additifs antidétonants, qui 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).

- Additifs anti-oxydants, qui 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.

- Additifs désactiveurs des métaux, qui 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.

- Additifs inhibiteurs de corrosion, qui 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.
- Additifs anti-givrage, qui 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.

- Additifs modificateurs des dépôts, qui combattent les phénomènes d'allumage prématuré dus à la présence de dépôts dans la chambre de combustion.

- Additifs de propreté, qui 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.

- Additifs détergents, qui gardent propre le carburateur et assurent son fonctionnement correct. Dans les gas-oils ils sont en général, mélangés aux anti-oxydants pour empêcher le colmatage des filtres à combustibles par les dépôts et les boues.

- Additifs réducteurs de fumées, qui sont employés dans les gas-oils destinés aux moteurs Diesel, pour réduire l'opacité des gaz d'échappement.

M algré les progrès continuels du raffinage du pétrole et de la pétrochimie, les huiles de base minérales ou synthétiques pures ne possèdent pratiquement jamais toutes les propriétés requises pour leurs principales applications automobiles, industrielles, marines ou aéronautiques. Aussi, est-il nécessaire d’incorporer aux lubrifiants finis (huiles et graisses) des additifs dont la teneur peut varier de moins de 1 % pour certaines huiles industrielles à plus de 25 % pour les dernières huiles pour moteurs Diesel de véhicules industriels très sollicités ou pour certains lubrifiants de travail des métaux.
Les additifs sont destinés soit à renforcer certaines propriétés intrinsèques des huiles de base comme le point d’écoulement, l’indice de viscosité, la résistance à l’oxydation, les propriétés antiusure et antifriction ou le pouvoir de protection antirouille, soit à leur apporter des propriétés qu’elles ne possèdent pas (ou peu) naturellement comme la détergence, le pouvoir dispersif, l’alcalinité en vue de neutraliser les composés acides, le pouvoir de protection contre la corrosion des métaux non ferreux, ou les propriétés extrême-pression (EP). Dans certains cas, ils peuvent aussi combattre des défauts apportés par d’autres additifs. Ainsi, les additifs antimousse évitent la formation de mousses entraînée par la présence dans le lubrifiant d’additifs tensioactifs comme les détergents, les dispersants, les agents émulsifiants des fluides aqueux ou même les additifs d’onctuosité et les antirouilles.
La formulation d’un lubrifiant contenant de nombreux additifs, parfois jusqu’à vingt, est une opération généralement longue, qui peut demander deux à trois ans d’études, qui requiert une grande expérience et un savoir-faire pluridisciplinaire et qui est souvent fort coûteuse car reposant sur de nombreux essais en laboratoire, sur bancs d’essai ou en service. Ainsi, par exemple, le prix d’un seul essai sur moteur oscille entre 15 000 et 75 000 euros et il faut en réaliser un grand nombre pour qualifier une formule d’huile moteur.
Il ne faut pas croire qu’un additif donné agit dans n’importe quelle condition. En réalité, son action dépend de quatre ensembles de facteurs principaux :

sa nature chimique , son degré de pureté et sa concentration dans l’huile (ou la graisse) ;
les interactions avec les autres additifs présents dans la formule. Dans certains cas, il peut y avoir antagonisme entre deux additifs. Ainsi, un additif antiusure peut perdre de son efficacité en présence d’un additif plus polaire que lui qui, par exemple, va former un film barrière, solidement adsorbé sur les surfaces, s’opposant physiquement à l’adsorption de l’additif antiusure – c’est le cas d’un additif détergent ou d’un additif antirouille – ou, encore, va le « séquestrer » au sein du liquide en l’empêchant d’agir au niveau des surfaces ; c’est ce qui se passe en présence d’additifs dispersants. Naturellement, il convient d’éviter ou de limiter ces antagonismes. Dans d’autres cas, au contraire, il y a synergie, c’est-à-dire que les effets bénéfiques obtenus par l’association de deux ou de plusieurs additifs sont supérieurs à ceux obtenus séparément avec chaque produit. Des effets synergiques bien connus concernent, par exemple, l’association de deux (ou trois) additifs antioxydants : un inhibiteur radicalaire (phénol et/ou amine aromatique) et un destructeur d’hydroperoxydes (dithiophosphate de zinc). D’autres synergies sont relatives aux propriétés antifriction, antiusure et extrême pression des lubrifiants ; ce sont celles des associations de corps gras ou de dérivés de corps gras avec des additifs extrême-pression soufrés, d’additifs EP soufrés avec des additifs antiusure phosphorés, d’additifs EP soufrés avec des additifs EP chlorés, etc. Bien entendu, le formulateur tire profit de ces synergies ;
la nature des huiles de base : composition chimique, pureté, degré de raffinage, grade de viscosité, etc. Ainsi, moins les huiles minérales raffinées au solvant ou hydrotraitées contiennent d’hydrocarbures aromatiques et d’impuretés soufrées, azotées et oxygénées, plus elles sont réceptives aux additifs antioxydants et antiusure. Plus une huile de base présente un pouvoir solvant élevé dû, par exemple, à une forte aromaticité ou à des fonctions ester ou éther, moins les additifs à action de surface comme les antiusure et les extrême-pression se montrent efficaces. Ces derniers additifs sont plus actifs, car plus mobiles, dans une huile de base fluide que dans une huile visqueuse, etc. ;
les conditions tribologiques de fonctionnement du mécanisme à lubrifier conditionnant le régime de lubrification : température de contact, pression de contact, vitesses de glissement et, éventuellement, de roulement, rhéologie du film d’huile, type d’ambiance (atmosphère neutre, oxydante, corrosive, humide, poussiéreuse…), présence de vibrations, état de la mécanique (usure, jeux, rugosité et états de surface, accumulation de dépôts sur les surfaces…) et, naturellement, nature des matériaux des surfaces. Ainsi, tel dialkyldithiophosphate de zinc à chaîne alkyle courte, très antiusure en présence de métaux ferreux ou de molybdène, peut être sans effet, ou même avoir un effet néfaste, en présence d’une surface chromée. Celle-ci, en revanche, appréciera les diaryldithiophosphates de zinc à chaîne longue ainsi que les biphénols encombrés et les esters visqueux.

Il existe des molécules d’additifs ne possédant qu’une seule fonction tandis que d’autres, à structure souvent plus complexe, sont multifonctionnelles. C’est ainsi le cas des dialkyldithiophosphates de zinc, à la fois antioxydants, antiusure, anticorrosifs et légèrement dispersants. C’est aussi le cas des additifs détergents de type alkylphénate sulfure de calcium ou de magnésium dont la structure phénolique et la présence de soufre leur confèrent des propriétés antioxydantes intéressantes ; de plus, le soufre leur procure une efficacité antiusure non négligeable et si, par ailleurs, ils sont rendus alcalins par dispersion colloïdale de carbonate de calcium ou de magnésium, ils sont aussi dotés d’un caractère antiacide. On utilise aussi la possibilité de greffer sur une molécule ayant une action spécifique, par exemple un polymère améliorant l’indice de viscosité, un motif chimique destiné à lui conférer une autre propriété comme un pouvoir dispersif dû au greffage d’un motif polaire azoté, par exemple.