Définitions :


Mots clés
 

Carburants, lubrifiants et graisses

Les carburants et les lubrifiants utilisés pour l'automobile sont des produits provenant le plus souvent du raffinage de pétrole brut, mais aussi du traitement chimique d'autres hydrocarbures naturels, de houille ou de biomasse (carburants et huiles de "synthèse"). Le raffinage du pétrole brut consiste fondamentalement en une distillation, à pression atmosphérique ou sous vide, permettant de séparer: les gaz, les produits légers (où sont sélectionnés les carburants essence et gazole), puis les huiles et les produits lourds, ceux-ci pouvant eux-mêmes être traités (cracking) pour redonner une partie de produits légers.

  • Les carburants sont, pour les moteurs à allumage commandé, des mélanges de produits légers (essences) additionnés de différents "dopes". Ils sont caractérisés par leur "indice d'octane", qui reflète leur résistance au cliquetis, et par leur volatilité, qui conditionne le fonctionnement du moteur dans les ambiances chaudes.
  • Les lubrifiants sont nécessaires pour permettre le frottement sans grippage des pièces entre elles et pour limiter l'usure et les échauffements. Ils sont utilisés partout où les pièces en mouvement ne sont pas autolubrifiantes. La lubrification du moteur nécessite des huiles de grande qualité, assez fluides à froid, conservant des propriétés de lubrification à chaud, et se dégradant peu au cours de l'utilisation. Ce sont des mélanges d'huiles de distillation du pétrole (dites minérales), ou d'huiles minérales et de synthèse, ou des huiles synthétiques pures. Elles sont "dopées" par des additifs améliorant leurs propriétés physiques.
  • Les graisses sont des produits semi-fluides, résultant de la dispersion d'un agent épaississant dans un lubrifiant liquide. Les graisses utilisées en automobile sont généralement composées d'une huile de pétrole épaissie par un savon (sodium, calcium, lithium, aluminium complexe, etc.) auxquels on ajoute des additifs pour augmenter la résistance à la corrosion, la capacité de charge, le point d'écoulement, ou pour réduire les variations de viscosité à chaud ou à froid.


Les huiles selon leur origine

Les huiles d'origine végétale: huiles extraites, à l'aide d'une presse hydraulique ou avec des solvants, de graines, de baies, de fruits ou de racines, puis soumises à des processus de raffinage et de filtrage. Leurs désavantages sont leur facilité d'oxydation, leur tendance à former des boues susceptibles de boucher les canalisations et de bloquer les mécanismes, et une action corrosive sur les surfaces métalliques.

Huile de ricin: extraite de la graine de ricin, se présentant sous la forme d'un liquide visqueux blanc ou de couleur paille, ou plus foncé sous l'effet de l'oxydation. Présente un excellent indice de viscosité, tout en restant très fluide à froid, et des caractéristiques remarquables d'adhésion aux surfaces (onctuosité). Odeur caractéristique de 'l'huile de course". Mais tous les désavantages des huiles végétales.

Elektrion UNIC: lubrifiant hors norme, à base d'huile végétale, spécialement étudié pour répondre "aux exigences des services les plus sévères", en toutes saisons et tous climats. Multifonctionnelle (essence, gazoil, propane, turbo), cette huile convient pour les viscosités 15W-50, 20W-50, 15W-40, 15W-30, 20W-30 et 20W-40. Huile moteur ayant obtenu l'homologation de plusieurs marques automobiles célèbres et utilisée en compétition.

Les huiles d'origine animale: huiles obtenues par chauffage des tissus gras des animaux, ce qui a pour effet de faire sortir l'huile des cellules, puis soumises à des processus de raffinage et de filtrage. Présentent, globalement, les mêmes défauts que les huiles végétales, soit: grande oxydabilité, tendance à se décomposer en formant des laques et des gommes, pouvoir corrosif.

Huile de castor: non, il ne s'agit pas du castoreum, huile issue des glandes du castor et utilisée en cosmétique, mais bien d'un autre nom donné à l'huile de ricin (voir ci-dessus) notamment au Québec. Les semences s'appellent catapuces ou graines de castor et en anglais, huile de ricin se dit castor oil, d'où la contraction pour forger le nom de la marque bien connue Castrol.

Les huiles d'origine minérale: huiles obtenues par extraction de pétroles bruts sélectionnées, par plusieurs procédés successifs (distillation, désalphatage, raffinage), afin d'obtenir des produits présentant un indice de viscosité élevé et une grande stabilité à l'oxydation.

Les huiles de synthèse: huiles produites par synthèse plutôt que par extraction ou distillation, c'est-à-dire en procédant à un assemblage de molécules pour obtenir des propriétés requises (à l'origine, pour des propriétés de services extrêmes, telles que très hautes ou très basses températures, sous vide, etc.). Les huiles de synthèse ont des indices de viscosité très élevés et un point d'écoulement très bas. Les produits utilisés sont les polyalphaoléfines, les acides d'ester dibasiques, les polyol esters, les aromatiques alkiylés, etc.

Les huiles semi-synthétiques: mélange d'huile minérale et d'huile de synthèse. Compromis permettant d'obtenir à coût réduit une huile plus fluide à froid, adaptée aux parcours urbains et assurant une bonne protection du moteur dès le démarrage.


Les huiles classées selon leurs performances

Les huiles sont classées sur base de leurs performances par l'API (American Petroleum Institute) et par l'ACEA (Association des Constructeurs Européens d’Automobiles).

La première classification des huiles moteur par l'API date de 1947 et elle ne reprend que 3 catégories.

Regular
Minérales pures, faible résistance à l'oxydation et lubrification insuffisante aux températures élevées - conditions de service modérées
Premium
Anticorrosion, non détergentes, résistantes à l'oxydation, mais sensibles aux hautes températures
Heavy Duty
(H.D.)
Huiles minérales de base et divers additifs, d'où des capacités anti-corrosives et détergentes, et un maintien du pouvoir lubrifiant aux températures très élevées - conditions de service dures

L'apparition des détergents dans les huiles H.D. correspond à l'adjonction d'un additif ayant la propriété de conserver les matières insolubles en suspension, les empêchant de se déposer où elles seraient susceptibles de faire des dommages. Un détergent peut aussi disperser les dépôts déjà formés. A partir des années 60, la plupart des huiles pour moteur contiennent de tels additifs et sont qualifiées d'huiles détergentes.

Pour satisfaire aux exigences des lubrifiants modernes, l'API a établi dès 1964 une nouvelle classification sur base de cas typiques d'utilisation pour les moteurs 4 temps à essence. Cette classification s'est élargie au cours du temps. Les classes de service SA à SG sont jugées périmées, mais correspondent aux "années MGB".

ML / SA
1964
Peu dopées, pour conditions de service modérées, sans tendance à former des dépôts
MM / SB
1964
Moyennement dopées, pour conditions de service non sévères, avec action détergente et anticorrosive
MS / SC
1964
Fortement dopées, pour conditions de service les plus exigeantes pour les moteurs à 4 temps (où l'on rencontre des problèmes de corrosion, de formation de dépôts à haute et à basse température, etc.)
SD
1968
SE
1972
SF
1980

SG
1987

Les classes de service API en usage actuellement pour les moteurs à essence sont les suivantes:

SH
Pour les modèles 1994 et plus récents
SJ
Pour les modèles 1996 et plus récents
SL
Pour les modèles 2001 et plus récents
(plus haute classe API disponible actuellement)

Parallèlement, l'API classait les huiles pour moteurs diesel en catégories, de CA à CE (périmées) et CF à CH (en usage) dans l'ordre croissant de sévérité des conditions de service.

L'API a aussi établi une classification des huiles pour les engrenages et transmissions (boîte de vitesses, différentiel, pont, etc.) qui a également évolué au cours du temps. Les catégories GL-1 à GL-3, et GL-6 ci-dessous sont d'ailleurs jugées périmées.

GL 1
Minérale pure, pour engrenages sous faibles pressions
GL 2
Minérale avec additifs non E.P., pour ponts à vis sans fin
GL 3
Avec additif E.P., pour engrenages hélicoïdaux à glissement modéré
GL 4
Pour engrenages hypoïdes, à grande vitesse / faible couple, ou faible vitesse mais couple élevé
GL 5 / PG-2
Comme GL-4 mais fonctionnant à grande vitesse et couple élevé
La PG-2 devrait remplacer la classe GL-5.
GL 6
Pour engrenages hypoïdes dans des conditions sévères (périmée)
MT 1
Pour boîtes de vitesses manuelles non synchronisées

L'additif E.P. (pour Extrême Pression), présent dans les classes GL-3 à GL-6, a pour but de réduire l'adhérence qui peut apparaître, surtout à haute température, entre les surfaces en contact en cas de charges ou de charges de choc importantes. La présence de cet additif est indispensable pour les les engrenages du type hypoïde.

ACEA fait la différence entre les huiles pour moteurs à essence (lettre A), pour moteurs diesel légers (lettre B) et pour moteurs diesel lourds (lettre E). La lettre est suivie d'un chiffre précisant le niveau de qualité.

A1
Caractérise une huile à faible viscosité, économe en carburant (2.5 % de gain par rapport à une 15W-40 de référence)
A2
Pour une huile de qualité standard
A3
Pour un huile de qualité supérieure

Enfin, les grandes marques de constructeurs automobiles établissent leurs propres règles de qualité et soumettent les huiles du marché à des tests d'homologation.


La viscosité des huiles

La viscosité est une caractéristique de la matière, quel que soit son état (solide, liquide, gazeux ou stade intermédiaire). On utilise communément le qualificatif visqueux pour décrire une chose qui n'est ni solide, ni liquide. Le contraire de la viscosité est la fluidité. En physique, la viscosité d'un fluide est l'état du fluide dont l'écoulement est freiné par le frottement entre les molécules qui le composent. Étant donné que la valeur de la viscosité varie inversement par rapport à celle de la température, elle n'a aucun sens si l'on ne signale pas la température à laquelle elle a été mesurée.

Viscosité dynamique ou absolue: le mouvement du fluide peut être considéré comme résultant du glissement des couches de fluide les unes sur les autres. Une force de frottement s'exerce à la surface de séparation de deux couches contiguës et s'oppose au glissement d'une couche sur l'autre. Elle est fonction de la surface des couches et de leur gradient de vitesse (différence de vitesse des couches divisée par la distance qui les sépare), moyennant un facteur de proportionnalité intitulé coefficient de viscosité dynamique dont la valeur est propre au fluide, à température et pression données. Son unité est le pascal.seconde (Pa.s) ou poiseuille (Pl). On l'exprime aussi dans l'ancienne unité, la poise (Po), correspondant à un dixième de poiseuille, ou en centipoise (cP) valant un millipascal.seconde.

Viscosité cinétique: c'est le rapport de la viscosité dynamique à la masse volumique du fluide. Elle correspond au temps qu'il faut à un fluide pour s'écouler dans un tube capillaire par la force de gravité. Son unité est le m²/s, mais on utilise plus fréquemment l'ancienne unité, le stockes (cm²/s) ou, en pratique, le centistokes (cSt), équivalent à 1 mm²/s.

Viscosité empirique: fondée sur la mesure du temps d'écoulement d'un liquide à travers un orifice calibré de dimensions déterminées. Bien que très empirique, ce type de mesure est encore utilisé pour les hydrocarbures et s'exprime dans différentes unités selon les conditions de l'expérience.

  • Degré Engler: unité de mesure de la viscosité par un viscosimètre Engler. Le viscosimètre est étalonné avec de l'eau distillée et c'est le rapport du temps d'écoulement de 200mL de liquide, à celui du même volume d'eau distillée à même température qui fournit la mesure de viscosité en degrés Engler.
  • Viscosité Saybolt Furol:temps, exprimé en secondes, qu'il faut à 60 mL de fluide pour s'écouler dans un tube capillaire dans un viscosimètre Saybolt Furol à des températures données entre 70 et 210º F.
  • Viscosité Saybolt-Universal ou Secondes Saybolt Universel (SSU): temps d'écoulement, en secondes, de 60 cm³ d'un liquide à travers l'orifice du viscosimètre Standard Saybolt-Universal à une température donnée et dans des conditions normalisées.

La viscosité d'une huile varie très sensiblement avec la température. L'indice de viscosité (en anglais : viscosity index improvers ou en abrégé V.I.I. ou V.I.) est un nombre qui exprime la résistance de l'huile à la variation de viscosité en fonction de la température. Si l'on considère, en première approximation, que la relation entre la viscosité et la température est log-linéaire, au moins dans la plage de 40°C à 100°C, l'indice traduit l'inverse de la pente de cette droite. Plus la valeur de l'indice est élevée plus la pente est proche de l'horizontale et, par conséquent, meilleure est la résistance de l'huile à la variation de température. Les huiles multigrades ont été créées afin de garantir un meilleur indice de viscosité et les huiles de synthèse sont celles qui présentent les plus hautes valeurs d'indice de viscosité.


Les huiles classées selon leur viscosité

Un classement international des huiles selon leur viscosité a été élaboré par la Society of Automotive Engineers (SAE), tant pour les huiles moteur que pour les huiles d'engrenages.

Pour les huiles moteur fluides, on mesure la viscosité dynamique (ou absolue) maximale à froid. Les nombres (ou grades) SAE qui leur sont affectés sont des valeurs repères correspondant, initialement, à des intervalles de degrés Saybolt, mais aujourd'hui recalibrés en unités mPa.s ou cP. Le grade est suivi de la lettre W (Winter) pour rappeler que la mesure est réalisée à froid.

Grade SAE
Viscosité dynamique max. (cP)
T (°C)
0W
6000
-35°
5W
6000
-30°
10W
7000
-25°
15W
7000
-20°
20W
9500
-15°
25W
13000
-10°

Pour les huiles moteur visqueuses, la mesure est effectuée à chaud. On mesure à la fois les valeurs minimales de viscosité cinétique et de viscosité dynamique, respectivement sous faible et forte vitesse de déformation (faible ou fort cisaillement). La viscosité cinétique est exprimée en cSt, tandis que la viscosité dynamique reste exprimée en cP. Le grade SAE associé rend compte de la combinaison des mesures.

Grade SAE
Viscosité cinétique min.
(cSt) à 100°C
Viscosité dynamique
min. (cP) à 150°C
20
5,6
2,6
30
9,3
2,9
40
12,5
3,7
50
16,3
3,7
60
21,9
3,7

Les huiles fluides conviennent au démarrage à froid, tout particulièrement en hiver, tandis que les huiles épaisses conviennent lorsque le moteur est chaud et/ou lorsque la température extérieure est élevée. Afin d'obtenir une huile convenant dans une large plage de conditions de température, on a créé les huiles dites multigrades. Elles se comportent comme une huile fluide par temps froid, mais comme une huile visqueuse par temps chaud. Elles sont désignées par deux nombres SAE, le premier (suivi de la lettre W) correspondant à la classe de viscosité dynamique maximale mesurée à -18°C, et le second correspondant à la viscosité cinétique minimale mesurée à 99°C. Leur capacité de résistance à une variation de températures se traduit par un indice de viscosité élevé qui est d'autant meilleur que les valeurs des deux grades SAE sont éloignées. A cet égard, ce sont les huiles de synthèse qui présentent les meilleures valeurs d'indice.

Multigrade
Viscosité dynamique
min. (cP) à 150°C
0W-40
3,3
5W-40
3,3
10W-40
3,3
15W-40
3,7
20W-40
3,7
25W-40
3,7

Les mêmes principes valent mutatis mutandis pour les huiles pour engrenages. Les valeurs des grades SAE ne correspondent cependant pas à celles utilisées pour les huiles moteur.

Grades SAE
Huiles pour
engrenages

Viscosité cinétique min. [Max.]
(cSt) à 100°C
75W
4,1
80W
7
85W
11
90
13,5 - [24,5]
140
24,0 - [41,0]


Références
  • Guide des lubrifiants de Shell : URL
  • Glossaire de Texaco: URL
  • Classification des huiles moteur - Marly: URL
  • Site d'Eric Cabrol: URL

© JP Donnay 2003 à 2014
Créé le 27 juin, 2003 - Mise à jour de la page le 4 janvier, 2014