Lubrifiants inertes : éliminer l’oxygène pour stopper l’oxydation.

Leçons tirées de l’industrie

Plusieurs phénomènes peuvent limiter la durée de vie utile des lubrifiants, mais l’oxydation est le principal fléau, contribuant à l’augmentation de la viscosité, à la formation de boues et de vernis, et à l’acidification.

Une équipe de chercheurs de l’Imperial College de Londres propose de remédier à ces problèmes en inertisant les lubrifiants dans de l’air composé d’azote pur ou quasi pur. Lors du Colloque international de tribologie qui s’est tenu à Ostfildern, en Allemagne, en janvier, un membre de l’équipe a expliqué que de tels environnements pouvaient être créés à l’aide de concentrateurs d’azote portables, ce qui permettrait d’allonger la durée de vie du lubrifiant dans diverses applications. 

« Si mon système est fermé ou semi-fermé et que nous pouvions remplacer l’air contenant de l’oxygène par de l’azote… alors nous n’aurions plus à nous soucier de la dégradation oxydative », a déclaré Janet Wong, lectrice au sein du groupe de tribologie du département de génie mécanique d’Imperial College, lors d’une conférence inaugurale à l’événement organisé par la Technische Akademie Esslingen.

Les effets de l’oxydation sont tellement inhérents à l’utilisation des lubrifiants qu’il est facile de les considérer comme inévitables — des problèmes qu’on ne peut éviter définitivement, mais seulement retarder grâce à des solutions comme les additifs chimiques antioxydants. Wong a réfuté cette idée, affirmant qu’éliminer l’oxygène — ou réduire sa présence à 2 % dans l’atmosphère du carter — peut multiplier par dix la durée de vie du lubrifiant.

Cela présenterait également de nombreux autres avantages. Sans oxygène, il n’y aurait ni formation de rouille ni corrosion acide, a déclaré Wong. Le besoin d’additifs antioxydants serait alors minime, voire nul. Le flux d’azote élimine l’eau du système, ce qui permet notamment de stopper l’hydrolyse des huiles de base ester et, par conséquent, d’élargir l’utilisation des biolubrifiants. L’absence d’oxygène augmenterait considérablement la température maximale de fonctionnement du lubrifiant – au-delà de 200 °C, a précisé Wong – ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications. L’efficacité serait également améliorée grâce à la réduction des besoins en refroidissement, un atout majeur compte tenu de l’augmentation de la puissance des moteurs et de la diminution du volume des carters d’huile.

L’inertage des lubrifiants à l’azote n’est pas une idée nouvelle. Comme l’a souligné Wong, dans les années 1960, l’avènement des avions supersoniques allait considérablement augmenter les températures de fonctionnement des lubrifiants moteurs (à plus de 250 degrés), et les ingénieurs s’interrogeaient sur la manière dont ces lubrifiants pourraient résister à ces températures. La NASA a étudié la possibilité d’inerter le système en scellant la boîte de vitesses et en y injectant de l’azote.

Wong a cité un rapport de 1969 indiquant que cela permettait à un lubrifiant avec un mélange de base d’hydrocarbure paraffinique synthétique et de fluide perfluoropolymère de fonctionner de manière satisfaisante pendant des durées de 2 à 10 heures à des températures de roulement de 370 degrés.

Cependant, la boîte de vitesses laissait fuir l’azote si rapidement que l’avion aurait dû transporter une quantité de gaz excessive, l’idée fut donc abandonnée.

« Le système n’était pas fermé et il n’y avait pas de source d’azote portable », a déclaré Wong.

Aujourd’hui, de telles sources existent bel et bien. Wong a souligné que des concentrateurs d’azote légers et portables sont désormais disponibles auprès de plusieurs fournisseurs et qu’ils permettent de séparer l’azote de l’air en flux quasi pur. Elle a présenté des photos de deux modèles facilement maniables.

« Grâce à ce type de composant, il est désormais possible de remplir à la demande des composants lubrifiés fermés avec de l’azote », a-t-elle déclaré, « suffisamment pour éliminer tout contact entre l’oxygène et le lubrifiant. »

L’intégration de concentrateurs dans la conception peut ne pas être pratique dans certaines applications, mais l’équipe d’Imperial pense qu’elle pourrait l’être dans d’autres, notamment les transmissions aérospatiales, les transmissions de véhicules électriques, les compresseurs, les boîtes de vitesses industrielles, les systèmes hydrauliques, les éoliennes et les composants lubrifiés à la graisse à grande vitesse.

Soucieuse de promouvoir l’inertage, l’équipe d’Imperial College a étudié deux questions. Premièrement, les lubrifiants se dégradent-ils toujours en milieu pauvre en oxygène, et si oui, comment ? Deuxièmement, les lubrifiants existants peuvent-ils fonctionner — en contrôlant la friction, l’usure, le grippage et la fatigue — en l’absence ou en très faible quantité d’oxygène ?

Concernant la première question, les chercheurs ont constaté que les lubrifiants, dans des conditions normales d’utilisation, peuvent se dégrader par auto-oxydation (due au contact et au mélange du lubrifiant avec l’air contenant de l’oxygène) et par tribo-oxydation (où le frottement en régime limite rompt les liaisons mécanochimiques des molécules de lubrifiant, formant ainsi des radicaux libres actifs). L’équipe a étudié ces deux phénomènes en testant des huiles de base et des lubrifiants finis sur un banc d’essai d’oxydation en verre et sur un banc d’essai à mouvement alternatif haute fréquence. Les deux tests ont duré six heures et ont été réalisés en présence d’air sec, d’azote exempt d’oxygène et avec 2 % d’oxygène.

De manière générale, les chercheurs ont constaté que pour les huiles de base et les lubrifiants commerciaux, l’oxydation, la formation d’acide et l’augmentation de la viscosité étaient négligeables en atmosphère exempte d’oxygène. En présence de 2 % d’oxygène, les huiles de base et les lubrifiants se dégradaient légèrement davantage, mais à un rythme de 4 à 20 % plus lent qu’à l’air sec.

Pour étudier le comportement des lubrifiants en milieu anaérobie, les chercheurs ont réalisé des essais tribologiques qui ont montré que deux modificateurs de friction organiques présentaient des coefficients de friction inférieurs sous azote anaérobie que dans l’air sec. Le dithiocarbamate de molybdène a donné des résultats similaires dans les deux atmosphères.

Les additifs anti-usure contenant à la fois du phosphore et du soufre, ainsi qu’un certain nombre de phosphore sans cendres, ont donné des résultats de tests d’usure sur banc d’essai sous azote similaires à leurs performances dans l’air sec, mais les esters de phosphate d’alkyle simples ont subi une usure plus importante sous azote.

Wong a déclaré que des recherches supplémentaires étaient nécessaires, mais elle a conclu qu’il était déjà clair que les lubrifiants inertes offraient des avantages significatifs et qu’il était désormais tout à fait possible de maintenir de telles conditions de fonctionnement.

« Nous pensons être à l’aube d’une nouvelle ère dans le domaine des technologies de lubrification, où les machines lubrifiées seront équipées de petits concentrateurs d’azote intelligents pour éliminer l’oxydation, et où les lubrifiants liquides et graisseux auront une durée de vie indéfinie dans la plupart des applications. »  

Source : lubesngreases Tim Sullivan – 
2 mars 2026.

Lubrifiants inertes : éliminer l’oxygène pour stopper l’oxydation