Technologie/Moteurs thermiques/Moteur Diesel/Huile moteur

L’huile moteur est une huile minérale, semi-synthétique ou synthétique, dérivée du pétrole et enrichie en additifs techniques, généralement utilisée pour la lubrification des moteurs à explosion. Elle lubrifie, nettoie, inhibe la corrosion, améliore l'étanchéité et contribue à évacuer la chaleur de friction et de combustion (circulation dans les calottes de pistons) de façon que les pièces du moteur restent dans les tolérances de fonctionnement (dimensionnelles et de résistance mécanique).

Les frottements produisent inévitablement des particules de métal. Ces particules agissent comme un abrasif. Les plus grossières sont arrêtées par le filtre à huile, les autres se déposent dans le carter à huile sous forme de boues. L'huile crée un film lubrifiant entre les surfaces en mouvement, minimisant le contact et donc l'abrasion qui est le principal facteur d'usure. Elle limite aussi la chauffe et évite au dioxygène encore présent dans le mélange gazeux d'oxyder et corroder le métal (les métaux sont plus malléables et moins résistants à l'abrasion à haute température).

Huile moteur

Moteurs 4 temps

Une pompe actionnée par le moteur aspire l'huile dans le carter à huile, l'envoie dans le filtre et la fait circuler dans le moteur. La température de l'huile peut atteindre 130°C dans les moteurs en fonctionnement normal, mais en général elle est limitée à ~100°C par des échangeurs (radiateur d'huile ou échangeur huile/eau) pour éviter toute dégradation.

Propriétés

• Point d'éclair : la plupart des huiles moteur sont presque entièrement dérivées du pétrole, elles sont donc combustibles en présence de dioxygène, comme tous les hydrocarbures. Mais ce sont des huiles lourdes (ce qui reste lors du raffinage après que les hydrocarbures légers ont été extraits du pétrole). Le point d'éclair indique la température la plus basse à laquelle elles s'évaporent et peuvent s'enflammer. Les huiles lourdes à point d'éclair élevé sont préférables ; c'est pourquoi l'huile la plus volatile est extraite lors du raffinage.
• Réserve d'acidité.
• Réserve d'alcalinité exprimée en mg de KOH / gramme de lubrifiant. Protège de la corrosion.
• Teneur en zinc, phosphore, soufre.
• Tendance à mousser.
• Viscosité : elle diminue avec la température. L'huile doit rester assez visqueuse pour maintenir son rôle de film protecteur, tout en restant assez fluide pour circuler librement dans le moteur. S.A.E. a établi un codage pour la viscosité, avec les grades suivants : 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 ou 60. Le suffixe W (comme Winter) désigne le grade (relié à la viscosité) SAE hiver. Pour mesurer le grade, on porte l'huile à une certaine température, puis on mesure le temps qu'elle prend pour passer dans un orifice standardisé. Plus ce temps est long, plus la viscosité (donc le grade) est élevée. Les notations ne sont pas les mêmes pour les huiles de boîtes de vitesses : une 75W90 n'est pas forcément moins fluide qu'une huile moteur.

Monograde : Les mesures sont réalisées à 100°C en mm²/s (centistokes, cSt, unité non SI). Leur viscosité diminue avec la température suivant une courbe logarithmique. Ces huiles sont adaptées aux moteurs qui chauffent peu, par exemple aux Diesel marins qui ont une température de fonctionnement globalement constante (pas d'accélération et d'arrêt intempestifs).

Multigrade : Pour limiter les différences de fluidité à froid et à chaud, on ajoute des additifs à base de polymères, ce qui permet d'utiliser l'huile toute l'année. Leur courbe est toujours logarithmique, mais moins accentuée. Le second grade SAE (grade été) est mesuré à chaud (à 100°C). Les mesures sont faites selon la norme SAE J300. Grades hiver : la viscosité d'une huile 0W est mesurée à -30°C, pour une 5W à -25°C, 10W à -20°C, 15W à -15°C, 20W à -10°C et 25W à -5°C.

Additifs

Produits industriellement depuis les années 1920 environ par des entreprises comme Castrol ou Graphite Oil Products Company (aujourd'hui devenu Lubrizol), ces additifs améliorent le fonctionnement, la durée de vie et les performances du moteur, mais ils peuvent être toxiques, non dégradables ni biodégradables et contribuer au caractère polluant des gaz d'échappement. Certains d'entre eux peuvent interagir négativement avec les catalyseurs des pots catalytiques.

• Abaisseur du point d'écoulement : augmente la fluidité à froid.
• Additif antistatique : augmente la conductivité électrique de l'huile pour décharger l'électricité statique. Ainsi, les étincelles ne se forment plus et il y a moins de risques d'explosion (exemple : graphite).
• Additif EP (extrême-pression) : empêche le grippage à pression élevée.
• Agent anti-usure : forme une pellicule sur les métaux.
• Antimousse : huile de silicone pour casser les bulles en surface, ou polymère pour diminuer la quantité de petites bulles entraînées.
• Inhibiteur de corrosion : inhibe les réactions chimiques comme l'oxydation.
• Dispersant : maintient les particules en suspension colloïdale. Évite les dépôts de vernis sur les pièces du moteur et de boues dans le carter.
• Détergent : savon métallique alcalin (exemple : lithium).
• Émulsifiant : facilite le mélange huile-eau.
• Modificateur de viscosité : polymère à masse molaire élevée. Il diminue la différence de viscosité entre l'huile froide et l'huile chaude.

Exemples :

• ZDDP : antioxydant, anti-usure, anticorrosif et légèrement dispersant.
• Alkylphénate sulfure de calcium ou de magnésium : détergent, antioxydant, anti-usure, antiacide.
• PTFE : améliore l'adhérence de l'huile sur les surfaces, mais il peut se solidifier et boucher le filtre à huile.
• Disulfure de molybdène : réduit la friction.

Huile de synthèse

Synthétisées pour la première fois par des scientifiques allemands à la fin des années 1930, début 1940 pour les besoins de l'armée. Elles restent fluides à des températures inférieures à 0°C alors que les huiles minérales classiques, les huiles d'origine animale et végétale peuvent se solidifier. Elles sont devenues populaires dans les années 1950 à 1960, en particulier dans l'aviation où les huiles minérales classiques atteignaient leurs limites. C'est au milieu des années 1970 qu'elles ont été commercialisées dans le secteur de l'automobile. Elles contiennent des esters synthétiques, des polyoléfines. Elles n'ont pas besoin d'autres additifs pour améliorer leur fluidité (ce sont les additifs antérieurement utilisés qui se décomposent en premier), si bien qu'elles vieillissent moins vite et peuvent être utilisées deux à trois fois plus longtemps que les huiles minérales.

Analyses d'huile

Analyser l'huile d'un moteur (après fonctionnement) apporte des informations utiles sur l'état du moteur (décomposition en cours d'éléments de filtres ou joints, fuites, présence d'eau, usure anormale, etc.) (sans pouvoir remplacer une investigation technique).

Recyclage

Les huiles moteur peuvent être recyclées. Dans la plupart des pays, leur combustion à l'air libre et hors d'installations spécialisées munies de filtres à haute performance est interdite. Elles doivent être recyclées ou éliminées via des filières agréées. Toute combustion à l'air libre est source de grave pollution, en raison notamment des additifs toxiques et des particules de métaux issues de l'usure du moteur (béryllium par exemple). Les huiles et lubrifiants usagés peuvent être re-raffinés en utilisant divers procédés. On sépare ainsi l'huile des impuretés et de l'eau, ainsi que des additifs. On peut ensuite retraiter l'eau et réutiliser l'huile moteur.

Autres huiles

huile pour boîte de vitesses, huile pour pont, huile pour compresseur mécanique, fluide hydraulique, liquide de frein, liquide d'embrayage, liquide de direction assistée, huile pour pompe à vide,

• huile noire : contient de l'asphalte et présente une meilleure adhérence. Utilisée pour les gros engrenages et les câbles exposés aux intempéries.

Indice de cétane

L'indice de cétane évalue la capacité d'un carburant à s'enflammer sur une échelle de 0 à 100. Il est particulièrement important pour les moteurs Diesel où le carburant doit s'auto-enflammer sous l'effet de la compression. Un carburant à haut indice de cétane est caractérisé par sa facilité à s'auto-allumer. La définition a été posée par Wilfrid de Nercy, ingénieur chez Shell, en 1958. On dit qu'un carburant a un indice de cétane de x, lorsque celui-ci a le même pouvoir d'auto-inflammation qu'un mélange constitué de x% en volume de n-cétane et (100-x)% d'alpha-méthylnaphtalène.

Échelle

• 0 : alpha-méthylnaphtalène (C₁₀H₇CH₃) ;
• 15 : isocétane (2,2,4,4,6,8,8-heptaméthylnonane) (iso-C₁₆H₃₄) utilisé comme nouvelle référence à la place de l'alpha-méthylnaphtalène ;
• 40 : fioul domestique ;
• 51 : gazole ;
• 85 - 96 : diéthyl éther C₄H₁₀O ;
• 100 : n-cétane (C₁₆H₃₄).

Voir aussi

• Additifs et filtration