Influence de la centrifugation sur les propriétés physico-chimiques d’huile lubrifiantes usagers

Les constituants d’un lubrifiant

Un lubrifiant est généralement formé par deux constituants :
– Une huile de base.
– Divers additifs destinés améliorant sa performance.
Huile de base Les huiles de base peuvent provenir de diverses sources : végétales, animales, synthèse et minérale. Les huiles d’origine minérale et les huiles de synthèse sont les plus utilisées actuellement.
.Huile de base d’origine végétale et animale : Les lubrifiants naturels sont utilisés depuis la plus haute antiquité et de nos jours. Malgré leurs inconvénients, ils entrent encore dans la composition des graisses, des lubrifiants pour le travail des métaux, des huiles marines… Ce sont, en effet, d’excellents agents d’onctuosité ou encore de bons lubrifiants limites, c’est-à-dire chaque fois que les contacts inévitables entre les surfaces frottantes ne sont pas trop importants. [1, 2]. Les prix, la variation de la composition avec le lieu de production, de l’année de récolte sont les inconvénients des lubrifiants naturels. Un autre inconvénient des lubrifiants naturels est qu’ils ne se décomposent à des températures peu élevées. A cause de cela, ils ne peuvent être distillés sans destruction et sont ainsi appelés des produits fixes.
.Huiles de synthèse : Elles sont obtenues par association de produits chimiques employant des techniques bien déterminées. Il existe actuellement deux grandes familles chimiques utilisées :
• Des poly-glycols qui sont obtenus par réaction entre l’oxyde d’éthyle ou de propylène sur un alcool. Les huiles de base issues de ce type ont un bon pouvoir antiusure et peu toxique. Par contre, cette huile associée à un autre lubrifiant forme des résines solides, entraînant un grand inconvénient pour la lubrification.
• Des esters : ils proviennent de la réaction d’un acide gras (acide organique) avec un alcool.
Acide Organique + Alcool Ester + Eau
Des réactions chimiques aboutissent donc à des huiles de synthèse d’où l’appellation « huiles de synthèse » ou « huiles synthétiques ». Leurs propriétés sont plus intéressantes que celles des huiles minérales. Par exemple, l’huile synthétique issue de la famille des esters a une très bonne résistance à l’oxydation et une bonne résistance au feu.[1, 2,3] Il est à noter que les huiles à base d’esters possèdent la faculté d’être miscibles avec n’importe quel autre lubrifiant, ce qui permet de mélanger une huile minérale avec une huile synthétique de cette famille sans risque d’altérer les propriétés de la seconde. [3]
.Huiles minérales
*Définition et mode d’obtention d’une huile de base minérale : Les huiles d’origine pétrolière, issues de la raffinerie, sont appelées huiles minérales. Les huiles lubrifiantes d’un pétrole brut sont extraites par distillation. Elles sont débarrassées [2]:
− Des fractions instables à la chaleur et à l’oxydation par traitement aux solvants.
− Des fractions cristallisables à basse température par déparaffinages.
− Des impuretés diverses.
Pendant son traitement, le pétrole brut est traité suivant une succession de six opérations de raffinage dont les deux premières sont la distillation atmosphérique et la distillation sous vide. Les quatre opérations suivantes : le désalphatage, le traitement au furfural, le déparaffinage et le finissage, vont traiter les distillats et les résidus obtenus par distillations.[4] Notons que les huiles minérales représentent environ 2% du produit brut dans le monde.[3]
*Composition chimique des huiles minérales. La composition des huiles varie avec l’origine géographique du pétrole brut. Les huiles minérales sont composées d’hydrocarbures paraffiniques, naphténiques et aromatiques dans des proportions différentes.
Les additifs
.Définition : Les huiles de base sont fabriquées uniquement par des raffineries équipées pour traiter des bruts convenables. Elles ne sont pas utilisées telles quelles mais il faut ajouter d’autres produits, appelés additifs ou dopes, pour qu’elles possèdent toutes les caractéristiques nécessaires à la lubrification pour assurer un bon fonctionnement. Les additifs sont des composés chimiques dont la présence en petite quantité dans l’huile est destinée à renforcer les qualités de celle-ci. [2, 5, 8] Les additifs proviennent des raffinages de pétrole et de la synthèse. Ils sont incorporés aux lubrifiants pour en modifier les propriétés physiques et chimiques dans le sens désiré ; par exemple, une huile multigrade pour moteur à essence peut contenir jusqu’à 20% en poids d’additifs.[2]
.Rôles et exemples d’additifs : Même si les spécifications des mélanges d’huiles de base et additifs, font appel à des nombreux secrets de fabrication jalousement gardés, les additifs utilisés ont pour but d’améliorer les propriétés suivantes :
– révéler l’indice de viscosité,
– abaisser la température de congélation,
– améliorer la résistance à l’usure des pièces métalliques,
– éviter l’oxydation et la corrosion des huiles,
– rendre celles-ci détergentes,
– éviter la rouille.
Les produits sont chimiquement plus ou moins actifs, et par conséquent plus ou moins corrosifs. Les moins réactifs vis-à-vis des surfaces sont souvent appelés anti-usure, alors que les plus réactifs sont nommés extrême pression, la distinction étant quelquefois difficile car il existe toute une gamme de produits intermédiaires [2].

Les contaminations des huiles

Les principales contaminations des huiles sont : [4, 6, 13]
− des impuretés et des poussières de l’atmosphère s’introduisant dans les moteurs en fonctionnement par la jauge d’huile, les joints de collecteur d’admission non étanches, l’huile et le carburant (en cas de souillure avant usage par manque de précaution en cours de manipulation et stockage).
− de l’eau provenant de la condensation à l’intérieur des moteurs par suite de fonctionnement à température insuffisante, dans le cas d’atmosphère chargée d’humidité, de fuite aux joints de culasse, aux joints de chemises humides, de blocs cylindres (ces fuites sont parfois très faibles et difficiles à détecter).
− des divers abrasifs qui comprennent :
• les poussières et coupeaux métalliques provenant d’opérations d’usinage
• les produits utilisés pour le sablage des bougies,
• les produits de rodage des soupapes, utilisés sous forme de pâtes ou de suspensions solides,
• le sable de fonderie qui a pu rester dans les pièces depuis la coulée,
• les particules employées pour les grenaillages, après démoulage des pièces de fonderie.
− du carbone résultant du passage des produits de combustion du carburant dans l’huile de carter. Cette pollution peut atteindre des valeurs très importantes, surtout dans le cas de moteurs diesel fonctionnant, en surcharge avec filtre à air encrassé, avec des injecteurs et des pompes d’injection déréglées ou usées, etc.
− des sels de plomb provenant de la combustion des essences éthyles.
− des carburants et combustibles introduisant dans l’huile par l’effet de la dilution.
− des produits divers : peinture ou revêtements internes des moteurs, débris des chiffons de nettoyage, pâte à joint, produits chimiques de nettoyage, etc. Ils existent d’autres groupes de contaminants issus des produits d’usure des moteurs comme :
• le fer, en provenance des pièces en fonte et en acier
• le cuivre, l’étain et du plomb, résultant plus communément de l’usure des coussinets et des paliers.
• le chrome, dans le cas d’utilisation de segments et de portées chromés, ou d’eau de refroidissement additionnée de bichromate de soude, de l’aluminium, dû à l’usure des pistons.
• d’autres métaux divers.
La contamination des huiles peut modifier certaines propriétés :
− les particules solides non miscibles aux lubrifiants risquent de provoquer de l’usure (par abrasion).
− les contaminants solubles (solvants organiques et hydrocarbures) et non solubles tels que l’eau altèrent les propriétés physiques de l’huile.

Point d’éclair et point d’écoulement

     Par rapport aux résultats du point d’éclair de G2 et de G3 qui sont 228 et 226, les points d’éclair de G2C et G3C sont le même, et est égal à 234. Cette évolution est due par l’influence de la disparition de l’eau en émulsion et du gazole dans l’huile. D’ailleurs, ses points d’écoulement sont -19 pour G2C et -18 celui de G3C. Ces valeurs diminuent d’une unité à ceux de G2 et G3. La disparition de l’eau et du gazole au cours du traitement est l’origine de cette variation. Nous pouvons dire que la teneur en eau et en gazole font changer à la fois le point d’éclair et d’écoulement et rend l’huile à sa bonne performance.

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Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : ETUDES THEORIQUES SUR LES LUBRIFIANTS
CHAPITRE I : RAPPELS SUR LES LUBRIFIANTS
I-1 : Définition des lubrifiants
I-2 : Les constituants d’un lubrifiant
I-2-1 : Huile de base
I-2-1-1 : Huile de base d’origine végétale et animale
I-2-1-2 : Huiles de synthèse
I-2-1-3 : Huiles minérales
I-2-1-3-1 : Définition et mode d’obtention d’une huile de base minérale
I-2-1-3-1-1 : Distillations
I-2-1-3-1-2 : Extraction des asphaltes
I-2-1-3-1-3 : Traitement au furfural
I-2-1-3-1-4 : Déparaffinage
I-2-1-3-1-5 : Finition
I-2-1-3-2 : Composition chimique des huiles minérales
I-2-1-3-2-1 : Huile minérale à structure paraffinique
I-2-1-3-2-2 : Huile minérale à structure naphténique
I-2-1-3-2-3 : Huile minérale à structure aromatique
I-2-2 : Les additifs
I-2-2-1 : Définition
I-2-2-2 : Rôles et exemples d’additifs
I-3 : Les domaines d’utilisations des huiles lubrifiantes
I-3-1 : Huiles machines
I-3-2 : Huiles de pression
I-3-3 : Huiles isolantes
I-3-4 : Huiles noires
I-3-5 : Huile de vaseline
I-3-6 : Huile de coupe
I-3-7 : Huiles moteurs
I-4 : Les fonctions principales des lubrifiants
I-5 : Classification des huiles lubrifiantes
I-5-1 : Classification selon la SAE
I-5-1-1 : Les huiles monogrades
I-5-1-2 : Les huiles multigrades
I-5-2 : Classification C.C.M.C
I-5-3 : Classification API
CHAPITRE II : PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES D’UNE HUILE LUBRIFIANTE
II-1: Les propriétés de masse
II-1-1 : La masse volumique ρ
II-1-2 : La densité relative
II-2 : les propriétés optiques
II-2-1 : La couleur
II-2-2 : La réfraction
II-2-2-1 : Indice de réfraction
II-2-2-2 : Refractivity intercept
II-2-2-3 : Facteur de caractérisation d’HUANG
II-3 : Les propriétés thermiques
II-3-1 : Le point d’éclair
II-3-1-1 : Point d’éclair à vase clos
II-3-1-2 : Point d’éclair à vase ouvert
II-3-2 : Point d’écoulement
II-4 : Les propriétés rhéologiques
II-4-1 : Frottement et coefficient de frottement
II-4-1-1 : Définition
II-4-1-2 : Caractéristique du frottement et son coefficient
II-4-2: La viscosité d’un fluide
II-4-2-1 : Définition
II-4-2-2 : Viscosité dynamique
II-4-2-4 : Indice de viscosité
II-5 : Les propriétés chimiques
II-5-1 : La réserve d’alcalinité
II-5-2 : La teneur en eau
II-5-3 : La dilution gazoline
II-5-4 : Le taux de cendres sulfatées
DEUXIEME PARTIE : TRAVAUX PERSONNELS
CHAPITRE III: ANALYSE DES ECHANTILLONS D’HUILES NEUVES ET USAGEES
III-1: Identification des échantillons
III-1-1 : Huiles neuves
III-1-1-1 : Origine et notation des huiles neuves
III-1-1-2 : Renseignements sur AURELIA XL
III-1-2 : Huiles en service
III-2 : Les paramètres retenus lors de l’analyse des huiles
III-3 : Analyse et résultats des huiles neuves
III-3-1 : Effet des propriétés optiques sur la nature chimique d’huiles neuves
III-3-2 : Couleur
III-3-3 : Densité
III-3-4 : Point d’éclair
III-3-5 : Point d’écoulement
III-3-6 : Viscosité cinématique
III-3-7 : Réserve d’alcalinité
III-3-8 : Teneur en eau
III-3-9 : Teneur en gazoline
III-4 : Analyses et résultats des huiles usagées
III-4-1 : Caractéristiques d’huile usagée
III-4-1-1 : Les contaminations des huiles
III-4-1-2 : Composition et concentration des contaminants des huiles usagées
III-4-2 : Analyse de résultats des huiles usagées
III-4-2-1 : Couleur
III-4-2-2 : Densité
III-4-2-3 : Point d’éclair
III-4-2-4 : Point d’écoulement
III-4-2-5 : Viscosité
III-4-2-6 : Réserve d’alcalinité
III-4-2-7 : Teneur en eau
III-4-2-8 : Dilution gazoline
III-4-2-9 : Taux de cendres sulfatées
IV-1 : Quelques définitions
IV-1-1 : Dispersion
IV-1-2 : Suspensions – émulsions
IV-1-3 : Sédimentation
IV-1-4 : Centrifugation et centrifugeuse
IV-2 : Description de la centrifugeuse
IV-3 : Huiles usagées après traitement
IV-3-1 : Couleur
IV-3-2 : Densité
IV-3-3 : Point d’éclair et point d’écoulement
IV-3-4 : Viscosité cinématique
IV-3-5 : Reserve d’alcalinité
VI-3-6 : Teneur en eau et en gazoline
IV-3-7 : Cendres sulfatés
IV-4 : Comparaison des échantillons d’huiles usagées avant et après centrifugation
CONCLUSION ET PERCPECTIVE
PARTIE EXPERIMENTALE
I- MESURE DE LA TENEUR EN EAU
I-1 : Appareillage
I-2 : Produits utilisés
I-3 : Principe
I-4 : Mode opératoire
I-5 : Calcul et résultat
II- MESURE DE LA DILUTION GAZOLINE
II-1 : Appareillage
II-2 : Produits utilisés
II-3 : Mode opératoire
II-4 : Calcul et résultat
II- MESURE DU POINT D’ECLAIR A VASE OUVERT
III-1 : Principe
III-2 : Appareillage
III-3 : Mode opératoire
IV- MESURE DU POINT D’ECOULEMENT
IV-1: Principe
IV-2: Appareillage
IV-3: Mode opératoire
V- MESURE DE LA RESERVE D’ALCALINITE
V-1 : Réctifs et appareillage
V-2 : Mode opératoire
VI- MESURE DU TAUX DE CENDRES SULFATES
VI-1 : Principe
VI-2 : Appareillage
VI-3 : Réactifs utilisés
VI-4 : Mode opératoire
VI-5 : Calcul et résultat
VII- MESURE DE L’INDICE DE REFRACTION
VII-1 : Matériels utilisés
VII-2 : Mode opératoire
VIII- MESURE DE LA VISCOSITE ET INDICE DE VISCOSITE
VIII-1 : Principe
VIII-2 : Appareillage
VIII-3 : Mode opératoire
IX- MESURE DE LA DENSITE
IX-1 : Appareil
IX-2 : mode opératoire
X- LECTURE DE LA COULEUR
X-1 : Matériels utilisés
X-2 : Mode opératoire
INDEX BIBLIOGRAPHIQUE

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