Formulation des lubrifiants.

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Formulation des lubrifiants

La particularité des lubrifiants repose sur un mode de formulation qui requiert une très large palette de constituants : • les huiles de base qui représentent la plus grande quantité du produit fini ; • des additifs qui sont très nombreux et variés et dont les quantités relatives vont être fonction des cibles d’utilisation et de performances. La quantité d’additifs dans un lubrifiant pour moteurs thermiques fini commercial est d’environ 25 % selon l’application et la sévérité du service.

Les huiles de base

• La grande majorité des bases lubrifiantes sont les huiles minérales extraites des coupes pétrolières provenant de la distillation du pétrole. Ces bases subissent des opérations de raffinage dont la complexité dépend de l’origine du pétrole brut et de la qualité recherchée, et elles sont constituées d’un très grand nombre d’hydrocarbures dépendant de l’origine du brut et de petites quantités d’impuretés : composés azotés, soufrés, oxygénés. Notons que dans ce « pool », des huiles usagées récupérées et régénérées peuvent être introduites.

• Les huiles de synthèse ou bases synthétiques proviennent de synthèses chimiques de différentes natures : polymérisation, addition d’un produit sur un autre – alkylation, estérification… Il existe une très grande variété de bases synthétiques (comme les polyalphaoléfines ou PAO). Leur contribution à la formulation des lubrifiants va en augmentant. Leur stabilité et leur comportement en température sont notamment avancés comme des propriétés améliorées vis-à-vis des huiles minérales. On parle parfois de lubrifiant semi-synthétique : il s’agit dans ce cas d’une association des deux types de bases décrites ici.

• Les bases d’origine végétale suscitent toujours un certain intérêt dans le contexte de diversification des ressources, de recherche de substituts à faible empreinte environnementale et/ ou biodégradables. Toutefois, en raison des propriétés intrinsèques des huiles végétales telles que l’huile de colza – faible stabilité à l’oxydation dans des conditions de température élevée –, leurs applications sont limitées à des lubrifiants en usage perdu et peu contraignant.

Les additifs

Comme cela a été évoqué précédemment, les additifs sont l’élément clé de la formulation des lubrifiants : ils permettent de renforcer et d’apporter les propriétés que les bases ne possèdent pas. Ce sont des produits chimiques synthétisés par des industriels spécialisés qui travaillent en étroite collaboration avec les raffineurs et les constructeurs d’automobiles, de poids lourds… Pour les applications moteur, les additifs ne sont jamais utilisés seuls : on introduit un ensemble d’additifs appelé paquet. La formulation finale peut comporter jusqu’à vingt additifs. Par ailleurs, certains additifs n’auront qu’une fonction alors que d’autres seront multifonctionnels. Bien entendu, dans ce second cas, la complexité des structures sera beaucoup plus importante. Les additifs sont donc développés pour améliorer des performances ou éliminer des problèmes rencontrés lors de l’utilisation du moteur thermique. Se livrer à un inventaire détaillé des différentes structures chimiques et fonctions des additifs est bien sûr possible, mais dépassera très rapidement le cadre de cette fiche. Je propose de cerner les additifs par fonction et mission. Ainsi, on séparera les additifs à action physique et physiologique des additifs à action chimique.

Les premiers sont des additifs qui :

• vont agir directement physiquement dans la masse du lubrifiant : les additifs épaississants, améliorant l’indice de viscosité ou le point d’écoulement, les colorants ;

• vont agir aux interfaces liquides-solides : les additifs détergents, dispersants, antirouille et anticorrosion, réducteur ou modificateur de frottement ;

• vont agir aux interfaces liquide-liquide ou liquide-gaz : les additifs désémulsifiants, dispersants ;

• vont avoir des actions physiologiques : ce sont principalement les additifs biocides mais ils ne concernent pas les lubrifiants automobiles.

Les seconds sont des additifs qui vont agir chimiquement soit dans la masse du lubrifiant : additifs antioxydants, antiacides pour neutraliser les composés acides se formant lors de l’utilisation du moteur, ou par action chimique au niveau des surfaces métalliques : inhibiteur de corrosion, anti-usure notamment.

Un large spectre de composés chimiques est ainsi utilisé avec notamment des composés organométalliques et des produits chimiques contenant des hétéroatomes. Parmi les plus connus et universellement utilisés, on citera les additifs antiusure de type dialkyldithiophosphates de zinc (ZnDTP) qui contiennent du soufre, du phosphore et du zinc (R : alkyl) :

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