lubrification, propriétés des lubrifiants, composition...

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Lubrification, propriétés

des lubrifiants, composition

et applications

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Plan

Lubrification

Propriétés des huiles lubrifiantes

Composition des huiles lubrifiantes

Graisses

Applications des lubrifiants

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Lubrification

Fonctions des lubrifiants

Fonction principale

– Lubrification : réduction du frottement et de l’usure

Fonctions secondaires

– Refroidissement : suppression de la chaleur générée par le frottement et de la chaleur de procédé

– Protection contre la corrosion

– Préservation de la propreté : suppression des débris d’usure et de la contamination

– Étanchéité

Fonctions complémentaires (dans certaines applications)

– Transmission de puissance (huiles hydrauliques)

– Isolation (huiles pour transformateurs)

– Transfert de chaleur (huiles caloporteuses)

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Lubrification

Qu’est-ce que la lubrification ?

Frottement : résistance au mouvement d’une surface par rapport à une

autre, causée par les aspérités

Usure : perte de matière au niveau de l’une ou des deux surfaces

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Lubrification

Film lubrifiant

Lubrifiant : matière entre deux surfaces qui réduit le frottement et l’usure

entre les surfaces

Lubrification : réduction du frottement et de l’usure entre deux surfaces

par l’application d’un lubrifiant

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Surface statique

Surface mobile

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Lubrification

Définitions

Frottement : résistance au mouvement d’une surface par rapport à

une autre, causée par les aspérités

– Conséquences :

• Génération de chaleur et perte d’énergie

• Augmentation de l’usure et réduction de la durée de vie de la machine

Usure :

– perte de matière au niveau de l’une ou des deux surfaces

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Lubrification

Définitions

Lubrifiant :

– matière entre deux surfaces qui réduit le frottement et l’usure entre les

surfaces

Lubrification :

– réduction du frottement et de l’usure entre deux surfaces par l’application

d’un lubrifiant

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Lubrification

Régimes de lubrification

Lubrification limite

– Pas de film d’huile de séparation entre les surfaces, contact métal/métal.

Frottement maximal.

Lubrification mixte

– Lorsque la vitesse augmente, un film d’huile commence à se développer

et le frottement diminue.

Lubrification élasto-hydrodynamique

– Déformation élastique des surfaces sous l’effet de la charge. Très haute

pression. Frottement minimal.

Lubrification hydrodynamique

– Augmentation de la vitesse. Un film liquide s’est développé et les

surfaces sont totalement séparées. Le frottement augmente doucement

avec la vitesse, en raison du frottement interne des liquides.

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Lubrification

Régimes de lubrification : lubrification limite

Le film de lubrifiant

ne sépare pas les

surfaces.

En raison de la rugosité de la surface, la

zone de contact est en réalité beaucoup plus

réduite que la zone apparente ou nominale.

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Lubrification

Régimes de lubrification : lubrification mixte

De grosses aspérités font

toujours contact.

Un film de lubrifiant commence à se développer.

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Régimes de lubrification : lubrification élasto-

hydrodynamique

Sur les surfaces non conformes sur le plan géométrique (denture, par

exemple)

La charge est soutenue par de toutes petites zones pressions

élevées.

Déformation élastique des surfaces en raison de la pression élevée

Augmentation de la viscosité en raison de

la pression élevée

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Régimes de lubrification : lubrification

hydrodynamique

L’huile est entraînée vers un espace de géométrie non conforme

La pression augmente au fur et à mesure que

l’espace se réduit.

L’arbre se soulève et un film d’huile est créé.

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Régimes de lubrification : lubrification des

roulements

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Lubrification

Régimes de lubrification : courbe de Stribeck

(viscosité * vélocité)

Diagramme ----------------------------

Charge

Coeff

icie

nt de fro

ttem

ent

Lubrification mixte

Lubrification hydrodynamique

Lubrification limite

Film > 0,25 µm

Film ~ 0,0025 µm

Lubrification élasto-hydrodynamique

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Régimes de lubrification : facteurs affectant

l’épaisseur du film de lubrifiant

Charge : plus la charge est élevée, plus le film est fin.

Vitesse : lorsque la vitesse d’une surface augmente par

rapport à une autre, l’épaisseur du film de lubrifiant

augmente.

Viscosité : les lubrifiants à la viscosité plus élevée donnent des

films plus épais.

Pression : la viscosité augmente avec la pression. Les pressions

inférieures à 280 - 350 bars ont peu d’effet sur la

viscosité. La pression n’est pas considérée comme un

élément important pour les paliers lisses moyens.

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Lubrification

Régimes de lubrification : résumé

Type de lubrification Exemples Caractéristiques Facteur de lubrifiant

Limite/mixte Charges élevées

Vitesses réduites

Frottement et usure élevés

Contact métallique

Anti-usure ou extrême-

pression

Additifs requis

Élasto-hydrodynamique Paliers à roulement

Engrenages très chargés

Frottement et usure faibles

Fin film d’huile haute

pression

Changement de viscosité

sous l’effet de la pression

Hydrodynamique Paliers lisses

Segments/chemises de

piston

Glissières

Frottement et usure faibles

Film d’huile épais

Changement de viscosité

sous l’effet de la

température

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Lubrification

Types de lubrifiants

Liquides

– Huiles, émulsions d’huile dans l’eau, émulsions d’eau dans l’huile

Graisses

– Graisses molles

– Graisses épaisses

Solides

– Graphite, bisulfure de molybdène

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Lubrification

Graisses : définitions

On peut comparer la graisse à une éponge.

Sous l’effet d’une charge, l’huile est expulsée. En l’absence de charge, l’huile est

réabsorbée par la graisse.

CHARGE

Graisse

Huile Graisse

Huile

PAS DE CHARGE

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Lubrification

Graisses : définitions

Une graisse lubrifiante est un produit solide ou semi-solide qui

représente les suspensions/dispersions colloïdales d’un épaississant

dans un lubrifiant liquide.

Les graisses sont statiques (il ne s’agit pas de lubrifiants s’écoulant

librement), elles résistent dans une certaine mesure aux forces

mécaniques de déformation.

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Lubrification

Graisses : fonctions et exigences

Réduire le frottement et l’usure sur une large plage de températures

et sur de longues périodes en séparant lentement l’huile

Protection contre la corrosion

Propriétés adhésives satisfaisantes

Capacité à collecter de faibles quantités de saleté sans influence sur

les fonctions

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Lubrification

Graisses : fonctions et exigences

Staticité sous l’effet d’un faible effort mécanique :

– pression

– gravité

– force centrifuge

Joint efficace contre :

– l’humidité

– les contaminants solides (abrasifs)

Mécanisme difficile à atteindre

– lubrification peu fréquente

– structure complexe

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Vue d’ensemble

Viscosité

Indice de viscosité

Point d’écoulement

Point d’éclair

Indice d’acidité

Indice d’alcalinité

Désémulsibilité

Propriétés émulsionnantes

Stabilité thermo-oxydative

Propriétés anti-usure et extrême-

pression

Compatibilité d’étanchéité

Essai sur le terrain

Biodégradabilité

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Viscosité

Shear StressDynamic Viscosity η =

Shear Rate

Dynamic Viscosity η

K i n e m a t i c V i s c o s i t y =

D e n s i t y

en cP ou mPa.s

en cSt ou mm²/s

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Viscosité de certains liquides

Eau (entre 1 et 99°C) 1 mm2/s

Sirop en hiver 10 000 mm2/s

Huile moteur 10W-40 à 150°C 4 mm2/s

Huile moteur 10W-40 à -20°C 3 000 mm2/s

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Viscosité

IMPORTANCE DE LA VISCOSITÉ !

Viscosité trop faible => mauvaise lubrification

– Frottement et usure élevés

– Frottement élevé = hautes températures

Viscosité trop élevée => mauvais écoulement

– Perte d’énergie

– Problèmes de démarrage des machines et des moteurs (démarrage à

froid)

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Viscosité : grades SAE pour les huiles moteur

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SAE = Society of Automotive Engineers

Valeurs W entre 0 et 25, viscosité à faibles températures (démarrage

à froid)

Valeurs sans W (entre 20 et 60), viscosité à températures élevées

(conditions de fonctionnement)

Plus la valeur est faible, plus la viscosité est réduite, plus l’huile est

liquide.

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Viscosité : détermination des viscosités pour grade SAE

Viscosité de démarrage à froid :

– Simulateur de démarrage à froid (CCS)

Pompabilité :

– mini-viscosimètre rotatif (MRV)

Viscosité en fonctionnement :

– Viscosité cinématique à 100°C

Stabilité au cisaillement :

– Cisaillement élevé hautes températures (HTHS, High Temperature High

Shear)

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100°C -20°C

Température

échelle

logaritm

ique

(vis

cosité

)

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Viscosité : huiles multigrades

xx W- yy

Exemple : 10 W- 40

15 W- 40

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Propriétés des huiles lubrifiantes - viscosité :

grades SAE pour les huiles pour engrenages

automobiles

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Propriétés des huiles lubrifiantes - viscosité :

grades ISO pour les lubrifiants industriels

Spécifications ISO (International Standards Organization)

Viscosité cinématique à 40°C

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Indice de viscosité

La viscosité change avec la température : l’augmentation de la

température entraîne une baisse de la viscosité.

L’indice de viscosité indique la vitesse de changement de la viscosité

en fonction de la température.

La viscosité des huiles à faible indice de viscosité change plus

rapidement que celle des huiles à indice de viscosité élevé lorsque la

température change.

Température

Log. (viscosité)

40°C 100°C

Huile à indice de viscosité élevé

Huile à faible

indice de viscosité

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Indice de viscosité (VI)

Méthode ASTM D2270

– L’indice de viscosité est calculé à partir des éléments suivants :

• viscosité cinématique à 40°C

• viscosité cinématique à 100°C

Exemples

– Huile minérale naphténique des compresseurs frigorifiques : VI = 20

– Huile minérale pour engrenages industriels : VI= 95

– Huile moteur 15W-40 : VI = 140

– Huile synthétique PAO pour compresseurs : VI = 140

– Huile synthétique PAG pour engrenages : VI = 200-250

– Huile hydraulique pour l’aviation : VI > 350

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Point d’écoulement

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Méthode ASTM D97

La plus faible température à

laquelle le mouvement de

l’huile est observé en

conditions d’essai est

enregistrée en tant que point

d’écoulement.

Ce test détermine le degré de

déparaffinage.

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Point d’éclair

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Point d’éclair par Cleveland

Open Cup

Méthode ASTM D92

Ce test détermine le point

d’éclair des produits pétroliers.

Le point d’éclair est la plus

faible température à laquelle

l’application de la flamme

d’essai entraîne des vapeurs

du spécimen d’essai de

l’échantillon à enflammer.

Un point d’éclair faible peut

indiquer une légère fuite de

carburant dans l’huile .

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Indice d’acidité et indice d’alcalinité

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Indice d’acidité

Méthode ASTM D664

Ce test détermine l’acidité

d’une huile en titrant la

quantité de base, exprimée en

milligrammes d’hydroxyde de

potassium, nécessaire pour

neutraliser tous les composés

acides présents dans 1

gramme d’échantillon.

L’indice d’acidité indique la

dégradation de l’huile par

oxydation.

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Indice d’acidité et indice d’alcalinité

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Indice d’alcalinité

Méthode ASTM D2896

Ce test détermine l’alcalinité

d’une huile, exprimée en

mg KOH/g, par titrage de

l’acide perchlorique.

Dans les huiles moteur, il faut

préserver un certain niveau

d’indice d’alcalinité pour

protéger les chemises, les

pistons et les segments de

piston de la corrosion acide.

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Désémulsibilité

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Méthode ASTM D1401

Délai (min.) requis pour

séparer 40 ml d’huile de 40 ml

d’eau après un mélange à

54°C (viscosité cinématique

40°C < 90) ou 82°C (viscosité

cinématique 40°C > 90)

pendant 5 minutes.

Indique la capacité de l’huile à

se séparer de la contamination

de l’eau (réservoirs de

stockage, circuits de

circulation).

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Propriétés de moussage

Méthode ASTM D892

Cette méthode d’essai permet

de déterminer les

caractéristiques de moussage

de l’huile à des températures

spécifiques (24°C et 93,5°C).

De l’air est soufflé dans l’huile

par un diffuseur et le volume

de mousse est mesuré.

Cela met en relation la

formation de mousse lors du

pompage et la formation de

mousse dans un carter de

moteur.

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Prévention de la rouille

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Méthode ASTM D665A (eau

déminéralisée) ou D665B

(eau salée)

Caractéristiques de prévention de

la rouille d’une huile lubrifiante en

présence d’eau (salée)

Une tige en acier est immergée

dans un mélange huile/eau

pendant 24 heures, la présence

de taches d’huile est examinée.

Ce test détermine la capacité

d’une huile lubrifiante à prévenir

la rouille des matériaux ferreux en

cas de pénétration d’eau (salée).

Grave

Légère

Réussite

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Corrosion du cuivre

Méthode ASTM D130

Une bandelette en cuivre poli

est immergée dans l’huile à

100°C pendant 24 heures,

puis comparée aux normes de

corrosion standard des

bandelettes en cuivre ASTM.

Cette méthode de test permet

de détecter la corrosivité des

pièces en cuivre.

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Stabilité thermo-oxydative

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Stabilité thermique et stabilité

à l’oxydation d’une huile par

calorimétrie à balayage

différentiel

Mesure de la demande

d’énergie de l’huile sous un

flux d’air sous pression dans le

cadre d’une température

contrôlée (en augmentation ou

constante)

Ces tests permettent de

comparer/trier les lubrifiants

en fonction de leur stabilité

thermo-oxydative.

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Propriétés anti-usure et extrême-pression

Test de l’usure

Essai sur la machine à quatre billes

Quatre billes en acier placées en

position tétraédrique :

– trois billes du bas statiques et bille du

haut en rotation sous une charge

verticale à une certaine fréquence et

une certaine température

– diamètre moyen des rayures mesuré

Ce test détermine

– les performances anti-usure d’une

huile sous l’effet d’une charge

constante

– les performances haute pression

(capacité de charge) d’une huile à

différentes étapes de charge (charge

en augmentation)

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Propriétés anti-usure et extrême-pression(EP)

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Test FZG

Performances anti-

usure/extrême-pression

Mesure la détérioration

superficielle des dents à

différentes étapes de charge

(charge en augmentation)

(jusqu’à 12)

Exemple : exigences DIN

51524 pour les huiles

hydrauliques FZG FLS 10 min.

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Test de compatibilité d’étanchéité

Méthode : spécifique au client

Des échantillons en élastomère

sont immergés dans le liquide de

test.

Conditions : 7 à 14 jours en général

50-100°C

Classement :

– augmentation du volume

– changement au niveau de la dureté

– changement au niveau de la

résistance à la traction

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Essai sur le terrain

Avant la commercialisation, les nouveaux produits sont testés sur le

terrain afin de garantir des performances correctes lors de l’utilisation

et d’obtenir une preuve de rendement de manière à bénéficier de

l’approbation des principaux constructeurs (OEM).

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Propriétés des huiles lubrifiantes - biodégradabilité :

dégradation primaire par rapport à la dégradation ultime

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Vue d’ensemble

Huile lubrifiante

Huiles de base (pour plus d’informations, reportez-vous à la

présentation relative aux huiles de base)

Additifs

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Additifs

Vue d’ensemble

Additifs qui modifient les performances du lubrifiant

– Améliorants de l’indice de viscosité

– Abaisseurs du point d’écoulement

– Additifs anti-mousse

– Émulsifiants et désémulsifiants

Additifs qui protègent la surface lubrifiée

– Inhibiteurs de rouille et de corrosion

– Additifs anti-usure et extrême-pression

– Agents modifiant le coefficient de frottement

Additifs qui protègent le lubrifiant lors de l’utilisation

– Antioxydants

– Détergents et dispersants

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Additifs

Améliorants de l’indice de viscosité (VI) : fonction

Améliorer l’indice de viscosité des huiles formulées

La viscosité de l’huile varie moins en fonction des

changements de température.

Permet d’utiliser l’huile sur une plus grande plage de

températures

Application : huiles moteur (10W-40, par exemple) et

huiles hydrauliques multigrades

300

250

200

150

100

50

0

Vis

cosité c

iném

atique,

mm

2/s

Température, Celsius

30 40 50 60 70 80 90 100 110

Idem à 100°C

VI120

VII 100

VI 0

VI -20

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Additifs

Améliorants de l’indice de viscosité : fonction

Le lubrifiant “idéal” répond à des spécifications en matière de

faible température et de température élevée.

100°C 40°C -20°C

Limites SAE 40

Limites SAE 10W

SN 800 (VI:100)

SN150 (VI:100)

Huile idéale

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Additifs

Améliorants de l’indice de viscosité : mécanisme

Mécanisme : polymères (molécules longues) qui épaississent l’huile à

haute température

– faible t°

– t° élevée

Flux d’huile

Chaînes de polymères enroulées

faible température

Peu d’effet sur la viscosité

Les chaînes de polymères s’ouvrent à

haute température.

Augmentation visible de la viscosité

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Additifs

Améliorants de l’indice de viscosité : stabilité au

cisaillement

Pertes temporaires et permanentes de viscosité

Perte de viscosité temporaire

Orientation du rouleau de polymères sous l’effet des forces de cisaillement

Réversible

r

r

Perte de viscosité permanente

r

Rupture du rouleau de polymères orientation sous l’effet des forces de cisaillement

Non réversible

r

Polymères enroulés en position neutre dans l’huile

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Additifs

Abaisseurs du point d’écoulement

Fonction : réduction du point d’écoulement, écoulement libre et démarrage à froid garantis

Composition chimique : polymères : polymétacrylates ramifiés, alcoylphénols moléculaires

Mécanisme : la paraffine de l’huile forme de grands cristaux à faible température, cristaux qui s’entrecroisent et gélifient l’huile. Un abaisseur d’écoulement contient une chaîne carbonée qui cristallise la paraffine mais également de grandes chaînes latérales qui interfèrent avec la formation de cristaux de paraffine et qui empêchent la formation de grands cristaux de paraffine.

Application : huiles moteur, huiles industrielles

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Additifs

Additifs interfaciaux

Additifs interfaciaux : font office de limite entre les liquides polaires et les liquides non polaires (la plupart des additifs agissent entre le liquide et le solide)

Généralement à faibles concentrations

Ont une solubilité limitée et se déplacent vers l’interface huile-eau ou huile-air

– Émulsifiants/désémulsifiants

• Contrôle de la quantité d’eau transportée par l’huile

Certains produits doivent séparer l’eau (huiles pour turbines, huiles pour engrenages industriels, etc.).

Certains produits doivent contenir de l’eau (émulsion inverse comme dans les huiles hydrauliques difficilement inflammables).

Certaines huiles doivent être mélangées de manière homogène à l’eau (par exemple: huiles émulsionnables pour le travail des métaux)

– Additifs anti-mousse

• Contrôle de la mousse et de l’entraînement de l’air dans les carters ou les réservoirs suite à de fortes turbulences

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Additifs

Inhibiteurs de rouille

Inhibiteurs de rouille

Fonctions et compositions types

Fonction : éviter la formation de rouille

Composition chimique :

CH CH

R

O(CH 2 CH

2 O)

n 2 2 OH

R

SO 3 M/2

Phénol éthoxylé Sulfonates de métal Acide alcénylsuccinique

O

C

C

R C OH

C OH

O

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Additifs

Inhibiteurs de rouille : mécanisme

Mode de fonctionnement de l’inhibiteur de rouille

Formation de rouille

C Région cathodique

A Région anodique

Fer

Problème :

O2

Solution :

O2 H2O Huile

Fe2+

C C A e e Fer

O2 O2 H2O

Réaction cathodique

1/2 O2 + H2O + 2e- 2OH-

Réaction anodique

Fe Fe2+ + 2e-

Couche

d’inhibiteurs

de rouille

de

protection

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Additifs

Additifs anti-usure/extrême-pression : fonction

Additifs anti-usure et pression extrême

Fonction

Réduire l’usure métal/métal lors du fonctionnement en régime de

lubrification limite ou mixte

Protection contre l’usure dans

des conditions aux limites

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Additifs Additifs anti-usure/extrême-pression : composition chimique

Types les plus courants :

– À base de zinc/phosphore

• dithiophosphate de dialkyle de

zinc

• p.e. huiles moteurs

– À base de phosphore sans teneur

en cendres

• amino-phosphate

• p.e.huiles de transmission

automatique

– Sulfuré extrême-pression

• polysulfures, esters sulfurés

• p.e. huiles pour chaînes

R S S S R’

O

R

Zn S P O C

H

R’

R

S

2

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Additifs

Additifs anti-usure/extrême-pression

Extrême-pression

Extrême est un terme relatif.

– ZDDP parfois appelé EP (Extreme Pressure)

Extrême-pression fait plus souvent référence à des

– composés de phosphore et de soufre hautement réactifs (qui permettent

d’éviter le microsoudage)

Fonctionnement similaire à celui des additifs anti-usure tels que

ZDDP, mais

– plus actifs

– plus corrosifs

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Additifs

Additifs anti-usure/extrême-pression : mécanisme

1. Adsorption des extrémités polaires de l’additif au niveau de la surface

en métal

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Additifs

Additifs anti-usure/extrême-pression : mécanisme

2. Réaction de l’additif avec le métal à haute t°

Mouvement des aspérités ZDDP

adsorbé

ZDDP

adsorbé

Zone de réaction Contact

métal/métal

Film de ZDDP

adsorbé

Film anti-usure

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Additifs

Additifs anti-usure/extrême-pression: mécanisme

2. Réaction de l’additif avec le métal à haute t°

ZDDP + Métal +

oxyde métallique . . .

O

P

O

O

P

-O

O O

O

P

O

. . . + FeS

Réaction :

Zn++

- Fe++

Polyphosphate de zinc Sulfure de fer

Plusieurs étapes

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Additifs anti-usure/extrême-pression : températures

de performances

0 200 400 600 800 1000 1200

Fatty esters

Synth. Esters

Polymer esters

Cl-additives

P-additives

S-additives

Sulfur

°C

t° minimale = température de réaction

t° maximale = point de décomposition ou de fusion

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Additifs

Agents modifiant le coefficient de frottement

Définition des agents modifiant le coefficient de frottement

Dans notre cadre :

Les produits chimiques ajoutés à une huile lubrifiante, à une

concentration inférieure à 1 %, affectent de manière importante le

coefficient de frottement dans des conditions de lubrification limite ou

mixte.

Permet de réduire le frottement lors des démarrages à froid, des

arrêts et relances, des mouvements latéraux, etc.

Permet de contrôler le frottement des transmissions automobiles et

des freins mouillés

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Additifs Agents modifiant le coefficient de frottement : mécanisme

Formation d’un film de surface par adsorption physique,

déplacement sur les aspérités sur la couche de l’agent modifiant

le coefficient de frottement

Surface métallique

Film de l’agent modifiant le

coefficient de frottement

Couche d’oxyde

Déplacement des aspérités

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Additifs

Processus de dégradation du lubrifiant

Processus de combustion

Carburant + air CO2 + H2O + NOx + SOx + CO + CxHy + radicaux

Combustion incomplète des hydrocarbures (CxHy) dans le carburant

– Monoxyde de carbone

– Hydrocarbures non brûlés/craqués et/ou suie

– Radicaux réactifs

Combustion des composants indésirables

– Oxydes d’azote (NOx), oxydes de soufre (SOx)

• Se transforment en soufre et en acides sulfuriques corrosion

Résultat :

– Contamination de la suie

– Condensation acide

– Le film d’huile est exposé à l’oxygène, aux oxydes de soufre et aux nitroxydes.

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Additifs


L’oxydation entraîne la formation

de…

Basse température (< 120°C)

– peroxydes

– alcools

– aldéhydes

– cétones

Haute température (> 120°C)

– espèces polaires (insolubles)

• boue (obstruction du filtre)

• formation de suie de carbone

(adhérence des segments)

– polymérisation

• augmentation de la viscosité

• vernis et laque

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Additifs


Dégradation du lubrifiant

– Oxydation (espèces polaires, polymérisation, carbonisation)

– Sulfoxydation (espèces polaires)

– Nitration (espèces polaires)

– Décomposition des micelles (dépôts CaCO3)

– Épuisement des additifs (indice d’alcalinité, antioxydants, anti-usure, etc.)

Traitement des additifs

– Il est possible de réduire l’oxydation, la sulfoxydation et la nitration à l’aide

d’additifs (antioxydants).

– Le niveau d’additifs doit être suffisant après stabilisation (indice

d’alcalinité, antioxydants, anti-usure, etc.).

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Additifs


Contamination du lubrifiant

– Suie

– Espèces polaires (combustion et dégradation)

– Carburant non brûlé ou partiellement brûlé

– Cendres d’huile (lubrifiant brûlé et dépôts sur la couronne de piston)

– Acides

Traitement des additifs

– Les contaminants doivent être dispersés dans l’huile, pour éviter la

formation de boue et de dépôts, avec des additifs (détergents et

dispersants).

– Les acides doivent être neutralisés avec des additifs (additifs avec indice

d’alcalinité).

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Additifs

Détergents et dispersants

Environ 50 % du volume total d’additifs

Objectif :

– détergents : contrôle de dépôts par

• nettoyage du carbone et de la laque sur les pièces

du moteur (carter, segments de piston, etc.),

• prévention de la corrosion des pièces du moteur via neutralisation des

précurseurs de dépôts acides formés lors du processus de

combustion par réserve d’alcalinité

– dispersants : contrôle des dépôts en maintenant les contaminants tels

que la suie et les produits de la dégradation de l’huile en suspension fine

(0,04 µ)

– ils peuvent disposer de propriétés antioxydantes, antirouille et de

frottement

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Additifs

Détergents et dispersants

Tous les deux sont des agents tensio-actifs.

– Tête polaire

– Queue non polaire

Différences

– Sans teneur en cendres/métallique

– Longueur de ”la queue”

– Force de “la tête”

Dispersant

Détergent

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Additifs

Détergents

Structure générique des détergents

• Queue soluble dans l’huile

– Polypropylène

– Alpha-oléfines normales

– Hydrocarbures

• Groupe de connexion

– Benzène, toluène

– Naphtalène

– Phénol

– Acide salicylique

• Site de formation de sel

– Sulfonate

– Phénolate

– Salicylate

• Métal

– Calcium

– Magnésium

– Sodium, lithium

+M X–

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Additifs

Détergents

• Classification du détergent par indice d’alcalinité

Description Indice d’alcalinité Type de composants

Neutre 1-10 Sulfonates

Faiblement surbasé 15-30 Sulfonates

Moyennement surbasé 75-150 Sulfonates

Phénolates

Salicylates

Hautement surbasé 200-400 Sulfonates

Phénolates

Salicylates

Très hautement surbasé ~ 500 Sulfonates

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Additifs

Détergents

• Mécanisme de base des détergents :

Surface métallique

Dépôts Détergents

Les précurseurs de dépôts

sont polaires et sont donc

attirés par les surfaces

métalliques.

Un détergent déplace les

précurseurs de dépôts.

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Additifs

Dispersants

Structure générique des dispersants

Extrémité de désagrégation de

l’huile

Groupe de liaison Tête polaire

Polyisobutylène Sans (amine PB) Polyamine

Polypropylène Carboxyle

(PIBSA, imides succiniques, amides,

esters)

Phénol (alcoylphénol, amines)

Polyol

Métallocènes, alcènes

Alkyle Phosphonate (ester phosphoré)

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Additifs

Dispersants

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Masse moléculaire :

Différentes masses

moléculaires et différents

groupes polaires

Sélection selon la fonction

principale

1000 1300 2300

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Additifs

Antioxydants

Mécanisme d’oxydation

Initiation - formation de radicaux libres

1) RH R + H

Réaction de la chaîne de radicaux libres

2) R + O2 ROO

3) ROO + RH ROOH + R

Terminaison

4) 2R O2 produits non radicaux

5) R + RO2 RO2R

6) R + R R R

Le processus d’oxydation peut être catalysé par des métaux.

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Additifs

Antioxydants

Oxydation des hydrocarbures

A utocatalytique

(propagation)

Temps

Période d’induction

(initiation)

Pro

gre

ssio

n d

e

l’oxydation

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Additifs

Antioxydants

Réduction de l’oxydation du lubrifiant

– Augmentation de la viscosité

– Formation acide

– Insolubles (boue d’oxydation)

Réduction de la formation de vernis (le principal mécanisme est la

polymérisation par oxydation)

Réduction de la corrosion des roulements Cu/Pb

– Causée par les acides organiques

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Additifs

Vue d’ensemble

Type Fonction Composé type

Dispersants Maintenir la boue, le carbone et autres

précurseurs de dépôts suspendus dans

l’huile

Succinimides, composés amines

Détergents et composants

métalliques de base

1. Nettoyage détergent du moteur

2. Neutralisation des acides, prévention de

la corrosion causée par les acides

1. Sulfonates, phénolates, salicylates

métalliques neutres/faiblement

surbasés

2. Sulfonates, phénolates, salicylates

métalliques très surbasés

Inhibiteurs d’oxydation Prévention ou contrôle de l’oxydation de

l’huile, de la formation de vernis, de boue

et de composés corrosifs. Limitation de

l’augmentation de la viscosité.

Dithiophosphates de dialkyle de zinc,

amines aromatiques. Produits

sulfurisés. Phénols, cuivre et

composés de molybdène contrariés.

Agents modifiant le coefficient de

frottement anti-usure, extrême-

pression

Formation d’un film de protection sur les

pièces du moteur, réduction de l’usure,

prévention des éraillures et du grippage

Dithiophosphates de dialkyle de zinc,

phosphates de tricrésyle, phosphates

organiques, composés de chlore et de

soufre

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Additifs

Vue d’ensemble - suite

Type Fonction Composé type

Inhibiteurs de rouille Prévention de la formation de rouille sur

les surfaces métalliques par formation d’un

film ou neutralisation des acides

Additifs haute alcalinité, sulfonates,

phosphates, esters ou acides

organiques, amines

Améliorants d’Indice de viscosité Réduction du taux de changement de

viscosité

Polyisobutylène, méthacrylate, acrylate

Lorsque la température augmente,

réduction de la consommation,

préservation d’une faible consommation

d’huile, permet un démarrage à froid facile

Polymères, copolymères d’oléfines.

Peuvent intégrer des groupes de

dispersants.

Désactiveurs de métaux Formation de films de surface de manière

à ce que la surface métallique ne catalyse

pas par oxydation de l’huile

Dithiophosphate de dialkyle de zinc,

phénolates de métaux, composés

d’azote organique

Abaisseurs du point d’écoulement Plus faible point de congélation des huiles,

dépression libre à faibles températures

Polymères méthacrylates à faible

masse moléculaire

Anti-mousse Réduction de la mousse dans le carter de

moteur et mélange

Polymères de silicone

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Additifs

Autres additifs...

Substances odorantes

Colorants

Agents anti-brouillard

Cosolvants

Biocides

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Formulation du lubrifiant

L’essentiel est d’équilibrer les additifs en fonction de l’application.

Antirouille Huiles de base

Anti-mousse

Désémulsifiant

Détergent Dispersant

Antioxydants

Anti-usure Huile moteur

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Graisses

Composition

Huile de base 70 - 95 %

Épaississant 3 - 30 %

Additifs 0 - 10 %

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Graisse de base

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Graisses

Épaississants

Savon métallique

– Un métal : Li, Ca, Na, Al, etc.

– Savons mixtes : Li/Ca, Li, Ca, Na, Al, etc.

– Savons complexes

Sans savon

– Polyrésine

– Argile active (Bentone)

– Polymères organiques

– Pigments/colorants

– Silice

– Paraffines

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Graisses

Consistance des graisses

Méthode ASTM D 217

L’échantillon de graisse est d’abord travaillé (soumis à 60 coups).

Un cône est immergé pendant 5 secondes sous son poids dans la graisse à

25°C. La profondeur de pénétration du cône est mesurée en dixièmes de

millimètres et convertie en indice de consistance NLGI.

Plus la graisse est fine, plus la

profondeur de pénétration est élevée.

NLGI Pénétration de la

graisse lubrifiante

travaillée

OOO 445-475

OO 400-430

O 355-385

1 310-340

2 265-295

3 220-250

4 175-205

5 130-160

6 85-115 Unités 1/10 mm

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Graisses

Point de goutte

Méthode ASTM D 566

L’échantillon de graisse est chauffé dans un bain d’huile, les points de

goutte sont limités au point de goutte maximal de 260°C.

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Graisses

Point de goutte

ATTENTION :

Lorsqu’une graisse atteint son point de goutte, elle se décompose en huile + savon.

Il s’agit d’un processus irréversible.

La graisse n’est plus de la graisse.

Exception : les graisses à base de complexe d’aluminium sont totalement réversibles.

Savon métallique Point de goutte, °C

Aluminium 110

Sodium 160-180

Calcium, traditionnel 90-100

Calcium, anhydre 130-140

Lithium 180-210

Complexe >260

Polyrésine 240

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Catégories fonctionnelles

Huiles pour moteur

– pour les voitures particulières

– pour les moteurs diesel lourds

– pour les petits moteurs

– pour les moteurs marins

– pour les moteurs à gaz

Lubrifiants pour chaîne cinématique

– Huiles pour transmission automatique

– Huiles pour transmission manuelle

– Huiles pour tracteurs

– Huiles de servodirection

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Catégories fonctionnelles

Lubrifiants industriels

– Huiles pour turbines

– Huiles pour compresseurs

– Huiles hydrauliques

– Huiles pour engrenages industriels

– Huiles de transfert de chaleur

– Huiles pour transformateurs

– Lubrifiants pour chaînes

– Huiles pour glissières de machines-outils

– Huiles antirouille

– Huiles de circulation

– Huiles pour machines à papier

– Lubrifiants pour outils pneumatiques

– Graisses

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lubrification, propriétés des lubrifiants, composition...

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