LES HUILES LUBRIFIANTES – ADDITIFS OU DOPES.

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Les huiles lubrifiantes actuellement utilisées sont généralement constituées d’un fluide de base appelé « base de lubrifiant » qui peut être synthétique ou d’origine minérale, auquel sont ajoutés de nombreux additifs dont la nature varie avec la destination du produit.

Les propriétés des bases utilisées sont généralement modifiées par des composés de structures chimiques très variées, appelés additifs ou dopes que nous allons examiner succinctement [1, 2].

 – ADDITIFS « AMÉLIORANT D’INDICE DE VISCOSITÉ »

Ce sont des polymères qui introduits à faible concentration dans une base lubrifiante entraînent une augmentation relative de la viscosité plus importante à haute qu’à basse température et qui par conséquent augmentent l’indice de viscosité du lubrifiant sans modifier défavorablement les autres propriétés essentielles.

Les produits généralement utilisés sont des polyméthacrylates, des polyacrylates et des polymères d’oléfine.

Il faut cependant mentionner que ces polymères, utilisés comme additifs, ont des masses moléculaires élevées et sont relativement « fragiles ». Ils peuvent se dégrader d’une part sous l’effet de sollicitations mécaniques telles que les contraintes de cisaillement, par rupture de la molécule et d’autre part sous l’effet de la température soit par thermo-oxydation soit par dépolymérisation.

Par ailleurs, le comportement de ces solutions de polymères n’est pas exactement newtonien. En effet, lorsque le lubrifiant est soumis à des contraintes de cisaillement très élevées, on observe au-delà d’un certain seuil une chute de viscosité réversible qui correspondrait à un allongement des molécules dans la direction de l’écoulement. Lorsque la contrainte de cisaillement augmente, la viscosité effective de la solution tend asymptotiquement par valeur supérieure vers celle de l’huile de base.

– ADDITIFS DE POINT D’ÉCOULEMENT

A basse température la cristallisation des paraffines modifie les propriétés rhéologiques du lubrifiant qui tend à se solidifier. Les additifs de point d’écoulement sont donc utilisés pour lutter contre cette solidification. Ils agissent sans doute par absorption en diminuant la taille des cristaux de paraffine, ou en modifiant la forme cristalline qui évolue vers une structure en aiguilles et en réduisant l’adhésion entre les cristaux.

Les produits utilisés appartiennent aux quatre familles suivantes : les alkyl-aromatiques, les polyesters, les polyamides et les polyoléfines.

– ADDITIFS DÉTERGENTS ET DISPERSANTS

Ces additifs permettent d’une part de maintenir les parties les plus chaudes d’un moteur en bon état de propreté en évitant les dépôts, c’est l’effet détergent et d’autre part, de maintenir en suspension les impuretés solides formées au cours du fonctionnement du moteur afin d’éviter la formation d’agglomérats, c’est l’effet dispersant. Par ailleurs ces additifs généralement basiques neutralisent les composés acides formés par la combustion.

L’action de ces additifs s’effectue essentiellement par absorption sur les surfaces métalliques afin d’éviter l’adhérence des dépôts et par absorption sur les particules en suspension dans l’huile pour maintenir leur dispersion.

Les produits utilisés sont soit des organo-sels de métaux alcalino-terreux tels que les sulfonates, les thiophosphates et les phénates, soit des succinimides plutôt utilisées comme dispersants.

2.4 – ADDITIFS ANTI-USURE ET EXTRÊME PRESSION

Les additifs anti-usure et extrême pression agissent de façon sensiblement identique : un film protecteur se forme sur les surfaces du contact par réaction de l’additif ou de ses produits de décomposition, avec le métal. La distinction entre ces additifs est basée essentiellement sur la température à laquelle ils réagissent, température qui dépend directement des conditions de charge et de vitesse au contact. Les additifs anti-usure agissent dès la température ambiante ou à moyenne température alors que les additifs extrême pression sont actifs à température élevée.

Les additifs anti-usure sont essentiellement des esters phosphoriques et des dithiophosphates. Les mécanismes d’action de ces différents produits ont fait l’objet de nombreuses études mais n’ont pas encore été totalement élucidés. L’activité des esters phosphoriques semble directement liée au degré d’acidité des acides correspondants ; par contre ce sont les produits de décomposition thermique des dithiophosphates qui réagissent à la surface du métal, le phosphore joue alors un rôle essentiel dans la protection anti-usure.

Les additifs extrême pression sont des composés soufrés, chlorés et des dérivés phosphore-soufre :

– Les produits soufrés tels que les esters gras soufrés à forte concentration de soufre réagissent à haute température pour former une couche protectrice de sulfure de fer. Les sulfures organiques agiraient de la façon suivante : les disulfures initialement absorbés sur les surfaces métalliques se transforment en monosulfures organiques qui présentent des propriétés antiusure. Ces sulfures organiques, sous l’effet des pressions, des contraintes de cisaillement et des températures, sont détruits ; les sulfures inorganiques alors formés réagissent avec le métal et présentent des propriétés extrême pression.

– Les composés chlorés sont principalement des esters gras chlorés, des paraffines chlorées et des acides gras chlorés. Ces produits se décomposent à haute température en libérant du chlore très actif qui réagit avec les surfaces métalliques pour former probablement des chlorures de fer. Ces produits peuvent dans certains cas être très corrosifs et sont de ce fait plutôt utilisés pour les huiles d’usinage.

– Les dérivés phosphore-soufre sont des produits mis au point plus récemment, dont la composition et les mécanismes d’action sont encore peu connus. Ces composés ont d’excellentes propriétés extrême pression, ils sont encore stables à des températures de l’ordre de 120° C et sont peu réactifs vis à vis des métaux cuivreux. Pour ces différentes raisons ils sont très largement utilisés dans les huiles industrielles.

– ADDITIFS ANTI-OXYDANTS

Ces produits ont pour rôle de ralentir et si possible de supprimer les phénomènes d’oxydation du lubrifiant. Ils agissent de trois façons différentes :

– par blocage du processus de destruction en captant les radicaux libres des chaînes moléculaires. Ces produits sont généralement des phénols et des amines;

– par destruction des peroxydes qui se forment lors des phénomènes de détérioration. Ces composés sont des dithiophosphates et des dithiocarbamates;

– par désactivation des ions métalliques et par formation d’un film protecteur sur les surfaces afin d’éliminer l’action catalytique des métaux. Ces additifs sont des phénols et des phénates.

– ADDITIFS DIVERS

D’autres produits sont encore utilisés comme additifs ; on peut citer :

– Les additifs d’onctuosité qui agissent par absorption sur les surfaces du contact et qui sont destinés à diminuer les frottements dans le cas de contact métal sur métal. Ce sont des esters gras, alcools gras, amines grasses et acides gras.

– Les additifs antirouille qui agissent par absorption sur le métal et formation d’une couche protectrice quasi-imperméable à l’air, à l’eau et aux composés corrosifs. Ces produits qui sont des sulfonates, naphténates, des sels d’amines et des acides gras, sont parfois incompatibles avec les additifs anti-usure. – Les additifs anti-émulsionnants dont le rôle est d’éviter la formation de mousse.

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