LUBRIFICATION ET GRAISSAGE 

Huile ou graisse ?


.Tout d'abord, je tiens à préciser que je vais être schématique, je ne vais pas approfondir les choses et ne parler que d'un point de vue pratique, simple et si possible, compréhensible et assimilable pour tous.

(C'est pourquoi je ne vais pas être exact, je vais associé et présenter des choses théoriquement fausses, mais dans la pratique similaire )
Une graisse, ce n'est jamais qu'une huile dans une éponge (Un savon => acide + graisse = savon)



On aura donc des caractéristiques identiques entre le pouvoir lubrifiant d'une huile ou d'une graisse.
La différence est ailleurs.Une graisse ne coule pas, une huile oui.
On va donc mettre une graisse sur un élément sans carter et une huile dans un élément avec carter ou, éventuellement, si on peut la récupérer.
Une graisse de par sa consistance possédé une réserve : exemple roulement.
La graisse en fonctionnement ne fond que sous les billes, le reste reste figé.
Une huile, dans un roulement, si elle est présente à l'interface bille /piste assurera sa fonction (Lubrifier), mais si elle vient à manquer ......
Les types de lubrifiant :
Liquide
Solide
Les liquides (les plus connus)
Classiquement nous avons les bases minérales (Les huiles de synthèse ne sont qu'un clonage d'UNE molécule lubrifiante)
Elles se caractérisent par leur(s) viscosité(S)
Si c'est une huile monograde, elle possède Une viscosité, multigrade Deux viscosité (A chaud ou à froid)
Le plus important est sa viscosité.
Faible viscosité = grande vitesse / efforts faibles
Moyenne viscosité (SAE 50) = moyenne vitesse / efforts moyens
Grande viscosité (SAE > 100) = faible vitesse/ efforts importants.
Bon comme je te l'ai dit huile et graisse ne font qu'un.
Mais comment savoir ce que contient une graisse ?
Simple, tu lis ce qui est marqué sur la boite.
Si tu lis EP (Pour Extréme Pression), c'est une huile à forte viscosité.
Si tu lis : utilisation : roulements, organe dont la vitesse relative est forte => huile à faible viscosité.
Une huile contient des additifs :
Une huile voiture (minérale ou semi) en contient toute une panoplie (en solution ou en dispersion).
En ce qui nous concerne, cela n'a pas une grosse importance, juste le caractère anti-oxydant.
Avec une graisse, nous ne sommes plus limité par la quantité d'adjuvant : on peut donc en mettre beaucoup plus. (Que l'on piège de l'huile ou des particules ....)
On ne va donc pas se gêner !
C'est de là que viennent les colorations des différentes graisses.
On va y incorporer des lubrifiants solides. (Voir plus loin)
Cet ajout est également une indication de la destination d'une graisse (TRES TRES schématiquement : graisse clair = grande vitesse, graisse noire (type anthracite) = graisse EP)
NB : Il y a une graisse grise, à reflet métallique, dite au Molybdène, qui est destiné, quasi exclusivement, aux roulements : c'est une exception : il s'agit d'une graisse rapide ! (huile fine)
Moralité : Si tu peux huiler en continu, tu huiles (Cela élimine les pollutions)
Si tu ne peux pas : tu graisses.Les lubrifiant solides :
Ils peuvent se présenter sous forme pulvérulente (Graphite, couramment), ou sous forme de pâte (Avec l'incorporation d'une très petite quantité d'huile)
La pa^te ne flue pas (graissage de vis, par exemple)
Ces lubrifiants solides ont la particularité de « coller » au surface de contact et constituer une interface de sécurité lubrifiante.
Les additifs EP courant : Graphite, MOS, autres (Téflon, céramique .....)
Nota : Certains savons peuvent apporter un intérêt (Lithium => grande vitesse)Les autres lubrifiants :
ATTENTION : Ces lubrifiants sont à utiliser en bonnes connaissances : leurs usages peuvent se révéler pire que leurs absences !!!!!!
Le plus délicat (et dangereux) de tous : Les Silicones.
Ils se présentent sous forme d'huile limpide (Viscosité de 0 à ...........100.000 et plus)
Ils adhérent au métal par liaison électronique.
Ils ont un pouvoir mouillable extraordinaire. (Une goutte déposé sur un métal se propage sur plusieurs dizaine de cm)
Ils sont INCOMPATIBLE avec une lubrification métal/métal, mais par contre sont à conseiller pour les lubrification métal /plastique, plastique/plastique.
(Par plastique, j'entend caoutchouc, matériaux synthétiques) Teflon 

Choisir le lubrifiant adéquat

Pour beaucoup d'outils et de systèmes mécaniques, un traitement régulier à l'aide d'un lubrifiant est une nécessité absolue. Pour garantir une longue durée de vie et un bon fonctionnement, il convient évidemment d'utiliser le produit adéquat. Et vu l'offre abondante en magasin, ce n'est pas toujours évident. 

je vous présente les lubrifiants les plus courants en me concentrant sur l'utilisation pratique qu'en fait le bricoleur. Pour les applications industrielles, cette thématique est beaucoup plus complexe et l'offre de lubrifiants augmente de manière gigantesque. 

Graisses

Graisse pour roulements à billes

Spécialement conçue pour lubrifier à temps les roulements à billes, et donc résistante aux dégagements de chaleur et aux sollicitations mécaniques. Egalement adaptée pour traiter des chaînes et des roues dentées. Ne pas utiliser sur les chaînes de vélo, étant donné que la saleté (sable, poussières, boue, etc.) reste collée à la graisse.

Graisse céramique

Lubrifiant contenant de très petits morceaux de céramique. Il présente de bonnes caractéristiques anti-usure et protège contre la rouille. Grâce aux petits morceaux de céramique, le produit résiste à des températures d'utilisation entre -40 et 1.200° C.

Pâte de montage

Particulièrement adaptée pour la lubrification préalable des pas de vis. Le produit prévient la rouille et permet de démonter la fixation même après une exposition de longue durée à la chaleur et aux influences extérieures

Lubrifiant pour caoutchouc

Ce lubrifiant empêche que les joints en caoutchouc et autres applications de la même matière ne sèchent. Ce produit, souvent conditionné en tube, augmente la durée de vie et contribue par exemple à éviter que les vitres de votre voiture ne collent aux joints en caoutchouc.

Vaseline

Cette substance onctueuse est véritablement universelle. Vous pouvez l'utiliser comme lubrifiant pour que les pièces métalliques fonctionnent en souplesse, mais surtout pour éviter qu'elles rouillent. La vaseline n'est pas adaptée aux applications dégageant beaucoup de chaleur, étant donné que le produit devient fluide à partir de 40 à 60°C.

Lubrifiants à base de silicones et d'huile

Huile graphitée

Huile très fluide présentant un pouvoir pénétrant très élevé qui lui permet de s'introduire dans les ouvertures les plus petites. L'huile graphitée est surtout utilisée pour pouvoir à nouveau désolidariser les pièces coincées par la rouille (par exemple, des écrous et des boulons), mais elle a également un effet préventif. Lors du montage de pièces métalliques, il est donc certainement recommandé d'appliquer une goutte d'huile graphitée.

Spray au téflon

Le spray au téflon n'est composé ni d'huile ni de silicones. Il s'agit d'un lubrifiant universel à base de téflon ou polytétrafluoréthylène (PTFE). Le téflon présente un coefficient de frottement comparable à celui de la glace fondante. Il arrête l'humidité, laisse longtemps derrière lui une couche protectrice permettant un fonctionnement en souplesse et ne laisse aucune chance à la rouille.
Il est idéal pour lubrifier les chaînes de vélo, les roulements, les outils et... pour enlever la saleté des contacts et raccordements électriques.

Spray spécial serrure

Lubrifiant à base d'huile et de silicones qui contribue à éviter le gel des serrures. Il est surtout pratique dans le cas des serrures à cylindre.

Lubrifiant pour câbles

Lubrifiant permettant de protéger les câbles (mobiles). Du graphite y est souvent ajouté pour renforcer la protection. Le produit se vend en spray ou sous forme de liquide à étaler sur le câble à l'aide d'un pinceau.

Lubrifiant pour tronçonneuse

Spécialement conçu pour maintenir la chaîne de votre tronçonneuse affûtée.

Spray de silicones

Puissant lubrifiant qui repousse l'eau, limite le frottement et présente un effet antirouille. Son avantage par rapport aux lubrifiants à base d'huile est que le spray de silicones n'attire pas (ou beaucoup moins) la saleté et laisse des taches moins tenaces si vous faites des saletés par accident.

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I- Fonctions des lubrifiants : 

- Les fonctions principales d'un lubrifiant sont :

REFROIDIR : l'évacuation des calories.

 - La circulation de l'huile évacue les calories, et élimine les risques de fusion et de détérioration. Un moteur, surtout aujourd'hui avec les technologies de pointes ou les difficultés de circulation, peut chauffer anormalement jusqu'a 400°. 

Equilibre thermique, refroidissement : 

- L'huile refroidit les parties essentielles du moteur que le liquide de refroidissement du radiateur ne peut pas atteindre, comme l'arbre à cames, les bielles et les pistons. L'huile assure ainsi jusqu'à 35 % de la fonction de refroidissement.

 ETANCHER : (la protection contre l'entrée d'impuretés) 

- Contribuer à parfaire l'étanchéité du moteur : (L'huile protège constamment les pièces d'agressions comme les poussières aspirées par le moteur, l'eau et l'acide résultant de la combustion...). 

NETTOYER :  (l'évacuation des impuretés). 

- L'huile maintient en suspension et véhicule les imbrûlés issus de la combustion. (C'est à ce niveau qu'elle a de l'importance car il n'a plus d'étanchéité. Le moteur consomme anormalement ...Il arrive même qu'il ait des grippages. C'est le phénomène d'usure par polissage). 

LUBRIFIER : (la réduction des frottements et de l'usure) 

- Diminuer les frottements et les résistances passives dans les machines, améliorer leur rendement et économiser l'énergie. (La viscosité d'une huile moteur devrait rester constante malgré des écarts de température. L'huile ne doit pas figer au froid, elle ne doit pas se liquéfier à la chaleur).

- Elles permettent aussi de :

  Protéger les organes lubrifiés contre les diverses formes de corrosion et d'usure, donc contribuer à leur longévité ; 

 Transmettre de l'énergie ou de la chaleur ; 

 Assurer l'isolation électrique ; 

 Améliorer l'état de surface des pièces usinées ; 

 Augmenter la durée de vie. 

 ... 

NB :

A CHAQUE TYPE DE MOTEUR, CORRESPOND UNE HUILE SPECIFIQUE REPONDANT A DES NORMES RIGOUREUSES : - Dans un moteur, il y a des centaines de pièces en mouvement et sans l'huile, le moteur ou tout autre organe (boite de vitesses, cardans, etc...) ne peut pas fonctionner.

II- CLASSIFICATION DES LUBRIFIANTS : 

- On peut distinguer les lubrifiants selon leur origine, animale, végétale, minérale ou synthétique, ou selon leur présentation, liquide, pâte ou solide. 

II.1. Lubrifiants d'origine animale : 

- Ils sont constitués essentiellement d'esters résultant de la combinaison d'acides gras avec la glycérine. Ce sont souvent des « ancêtres » mais certains entrent encore dans diverses compositions : 

 Liquides : 

oléines, huiles de lard, de pied de bœuf ou de mouton, etc., très onctueuses, huiles de poisson, de baleine, de phoque, glycérine autrefois utilisée pour son point de congélation très bas. 

 Pâteux : 

oléo stéarines, suifs (qui deviennent très acides par oxydation), suintines et brais résultant du traitement de la laine, lanoline très utilisée dans les produits antirouille car elle absorbe l'eau ;  Solides : 

stéarine, dont l'usage est restreint à la formulation de graisses très dures. 

II.2. Lubrifiants d'origine végétale : 

- Ce sont en général des combinaisons d'acides gras peu ou pas estérifiés. Certains sont encore largement utilisés en addition dans les huiles de pétrole ou dans les graisses : 

 Liquides : huiles semi siccatives (s'épaississant par oxydation) de coton, de colza, huiles non siccatives d'arachide, d'olive, et surtout de ricin intéressante par sa forte viscosité et la possibilité de l'utiliser dans une large gamme de températures. 

 Pâteux : huiles de palme, de coco et de coprah, liquides aux températures tropicales mais pâteuses dans les régions froides ; 

 Solides : résines et colophanes tirées du pin, pouvant résister à l'eau.

II.3. Lubrifiants d'origine minérale : 

 Liquides : 

huiles de houille (Charbon utilisé comme combustible), de schiste (Roche sédimentaire ou métamorphique qui se débite en feuillets), utilisables comme produits de remplacement, et surtout huiles de pétrole. 

 Pâteux : 

vaseline. 

 Solides : soufre utilisé autrefois pour sauver les paliers endommagés, talc, mica, bisulfures de molybdène et de tungstène, graphite, sulfure de plomb, oxyde de zinc. 

II.4. Lubrifiants d'origine synthétique :

  Liquides :

 silicones, polyglycols, esters phosphoriques, esters aliphatiques, polyoléfines, métaux liquides.  Pâteux : 

verres, borates et oxyde de bore B2O3 (pâteux à chaud), graisses silicones.

  Solides :

 polyéthylènes, polytétrafluoroéthyène (PTFE), savons (stéarates de zinc, de calcium, d'aluminium, etc.), oxyde de plomb (PbO), disulfure de tungstène, phtalocyanine, fluorure de graphite, fluorures de calcium, de baryum et de lithium, nitrure de bore. 

III- LUBRIFIANTS LIQUIDES : 

- Pour l'essentiel, l'étude ci-dessous porte sur les huiles de graissage au sens général du terme mais il ne faut pas négliger certains liquides spéciaux utilisés comme lubrifiants et surtout les fluides hydrauliques présents dans de très nombreux équipements (coupleurs hydrauliques, convertisseurs de couple, directions assistées) ou machines (engins de chantier, de manutention). - Ces fluides sont utilisés pour leur aptitude à transmettre de l'énergie mais ils doivent être dotés de propriétés lubrifiantes car ce sont forcément eux, et pas d'autres produits, qui assurent la lubrification des pistons ou autres organes qui les mettent en mouvement. De plus, les normes imposent souvent qu'ils soient ininflammables, ce qui exclut beaucoup de produits courants à base, par exemple, d'huiles de pétrole.


III.1. Bases minérales : 

- Elles appartiennent aux diverses familles d'hydrocarbures et possèdent des propriétés fort différentes : 

 Paraffiniques (molécules à chaîne droite) : ils sont stables à l'oxydation, peu agressifs pour les élastomères, dotés d'un bon indice de viscosité (variation de viscosité relativement faible avec la température), mais certains constituants cristallisent dès la température ordinaire. 

Aromatiques 

(chaînes cycliques non saturées) : très oxydables, dotés d'un très mauvais indice de viscosité, leur comportement est catastrophique en lubrification et ils sont éliminés dès le raffinage. 

- Les bases paraffiniques sont généralement préférées mais on utilise les naphténiques pour certaines applications particulières : froid, huiles de coupe ...

 III.2. Obtention des huiles minérales :

 - Elle comporte plusieurs étapes :  Distillation des produits pétroliers d'abord à la pression atmosphérique puis sous vide.  Désalphatage et élimination à l'aide de solvants (butane et propane) de composés contenant du soufre et de l'oxygène et qui servent ensuite à la fabrication de bitumes.  Désaromatisation : élimination par un solvant (furfural) des hydrocarbures aromatiques, ce qui améliore la stabilité thermique de l'huile et sa viscosité.  Déparaffinage : élimination des hydrocarbures paraffiniques lourds qui se solidifient à température ambiante, à l'aide de solvants (méthyléthylcétone et toluène) pour abaisser le point de congélation de l'huile.

 La finition a pour but de stabiliser les huiles qui ont subi plusieurs traitements thermiques au cours du raffinage, notamment des distillations et récupérations de solvants. 


IV- COMPOSITION D'UNE HUILE : 

- Une huile ayant les propriétés demandées pour une utilisation donnée est constituée : d'une huile de base (minérale, synthétique ...) et d'un certain nombre d'additifs, ajoutant chacun une propriété particulière.

 IV.1. Les huiles de base : 

 IV.1.1. Les huiles minérales : 

- Les huiles minérales proviennent de la distillation du pétrole brut. D'un prix peu élevé, elles présentent des performances « moyennes ». - Le procédé d'obtention de ces huiles n'est pas parfait : les molécules obtenues sont de tailles différentes, ce qui nuit à l'homogénéité de l'huile et limite ses possibilités d'application. Des produits indésirables restent également dans cette huile de base (paraffines, solvants légers...). - Les huiles minérales sont, et de très loin, les plus utilisées aussi bien dans les applications automobiles qu'industrielles. 

 IV.1.2. Les huiles de semi synthèse 

- Les huiles de semi synthèse s'obtiennent à partir d'un mélange d'huiles minérales et d'huiles de synthèse (généralement 70 à 80% d'huile minérale et 20 à 30% d'huile de synthèse).

IV.1.3. Les huiles de synthèse ou synthétiques 

- Dans le cas de l'huile synthétique, on fabrique la molécule dont on a précisément besoin, si bien que l'on obtient une huile de base dont le comportement est voisin de celui d'un corps pur. En créant un produit dont les propriétés physiques et chimiques sont prédéterminées, on fait mieux que la nature. - On rajoute ensuite les additifs nécessaires pour répondre à un service voulu. Ces huiles ont des performances élevées, en particulier pour des objectifs et des conditions de service difficiles. - Ces huiles elles offrent des performances supérieures :

 1. indice de viscosité plus élevé. 

2. meilleure tenue thermique.

 3. meilleure résistance à l'oxydation.

IV.2. Les additifs : 

- Un additif désigne une substance qui est introduite dans un mélange pour apporter une propriété spécifique. 

V- PROPRIETES DES HUILES : 

V.1. Propriétés physiques :

 V.1.1. Densité :

 - Elle se mesure à 15 °C par rapport à l'eau à 4 °C, à l'aide d'un densimètre plongeant dans un tube à essais. Les valeurs courantes pour les huiles de pétrole varient de 0,85 à 0,95 et dépendent de l'origine des produits. La densité diminue avec la température selon des lois complexes, mais en première approximation on peut la diminuer de 0,00062 par kelvin. Certains lubrifiants synthétiques ont des densités bien plus élevées, jusqu'à 1,5. La comparaison de la densité d'une huile usagée avec celle de l'huile neuve permet de détecter d'éventuelles pollutions. 

 V.1.2. Couleur : 

- Pour les huiles de pétrole, elle varie généralement du blanc pur au rouge foncé en passant par le jaune citron et le jaune orange, on l'évalue par comparaison avec des verres étalons numérotés en colorations NPA (National Petroleum Association). La couleur foncée d'un lubrifiant usagé peut être un assez bon moyen d'apprécier son altération, de même qu'un aspect laiteux peut indiquer la présence d'eau. La présence d'additifs oblige à la prudence et cette propriété à beaucoup perdu de son intérêt aujourd'hui. 

 V.1.3. Chaleur massique :

 - Elle s'exprime en Joules par kilogramme x kelvin (J/kg.K). Elle augmente avec la température, d'environ 20 % pour 100 °C, et diminue avec la densité. Aux environs de 100 °C, on peut prendre comme base 2 kJ/kg.K. 

 V.1.4. Conductivité thermique : 

- Elle définit le flux thermique passant à travers un corps sous l'effet d'un gradient thermique (en watts par mètre par kelvin). On peut prendre comme valeur moyenne pour les huiles minérales 0,14 W/m.K.

V.1.5. Viscosité : 

- C'est une des propriétés capitales des huiles de graissage, qui conditionne leur emploi dans la majorité des cas. Plus grande est la viscosité d'un liquide, plus grande est la durée de son écoulement, par exemple. La notion de viscosité implique donc celle de mouvement. En fait, on peut dire que la viscosité est la résistance qu'oppose un fluide au glissement de ses molécules les unes sur les autres, autrement dit, sa résistance à la déformation. - Considérons deux surfaces planes parallèles d'aire S, l'une fixe, l'autre se déplaçant à la vitesse V, sous l'effet d'une force F, à la distance constante h de la première. Les deux plaques sont séparées par une lame liquide qui oppose une résistance au déplacement de ses molécules. La relation entre F et S n'est pas autre chose qu'une contrainte de cisaillement :

 Viscosité dynamique : 

- La notion de viscosité fait également appel à celle d'écoulement laminaire. Tout se passe comme si le fluide s'écoulait comme le feraient les cartes d'un jeu ou les feuilles d'une ramette de papier. Dans ces conditions, on s'aperçoit que la répartition des vitesses dans la veine fluide suit une loi linéaire. Si deux couches de fluide distantes de la quantité dh ont pour vitesses respectivement v et (v + dv), il existe entre elles un gradient de vitesse dv/dh. Pour les liquides dits newtoniens, la contrainte de cisaillement est proportionnelle au gradient de vitesse, ce qui est le cas de la grande majorité des huiles de graissage, sauf au voisinage de leur point d'écoulement.

- L'unité de mesure correspondante est le Pascal x seconde [Pa.s], défini comme la viscosité dynamique d'un fluide dans lequel le mouvement rectiligne et uniforme, dans son plan, d'une surface plane, solide, indéfinie, donne lieu à une force retardatrice de 1 newton par mètre carré de la surface en contact avec le fluide homogène et isotherme en écoulement permanent. (Le gradient de la vitesse du fluide, à la surface du solide et par mètre d'écartement normal à ladite surface, est de 1 mètre par seconde). - Le pascal x seconde s'appelait auparavant poiseuille [Pl], du nom du médecin Jean-LouisMarie Poiseuille. - La viscosité dynamique ne tient pas compte de la masse volumique des fluides. Ainsi, de deux fluides de même viscosité dynamique s'écoulant dans les mêmes conditions sous l'effet de leur poids, le plus dense s'écoulera plus rapidement.

 Viscosité cinématique : - 

L'unité de mesure de la viscosité cinématique, le mètre carré par seconde [m2 /s], est définie comme étant celle d'un fluide dont la viscosité dynamique est 1 pascal x seconde et la masse volumique 1 kilogramme par mètre cube. Il s'ensuit que la viscosité cinématique est égale au rapport de la viscosité dynamique à la masse volumique, toutes deux définies à la même température :

- L'unité de mesure CGS était le stokes [St] ou [cm2 /s]. On utilisait plus fréquemment le centistokes [cSt] qui n'est autre que le [mm2 /s]. (1cSt = 10-6 m 2 /s = 1 mm2 /s). 

 V.1.6. Index (ou indice) de viscosité : 

- L' « indice de viscosité » donne une idée de la variation de la viscosité de l'huile avec la température. La notion d'indice de viscosité (VI = viscosity index) a été conçue en 1929 par Dean et Davis. Ceux-ci retinrent deux séries extrêmes d'huiles de référence, les unes donnant les plus grandes variations de la viscosité avec la température (indice 0), les autres les plus faibles (indice 100). L'indice de viscosité d'une huile donnée est obtenu par comparaison avec ces deux séries d'huiles de référence, notées L et H pour les indices 0 et 100 respectivement. (Figure suivante).

- Soit une huile quelconque dont la viscosité varie comme l'indique la courbe tracée en pointillé sur la figure 15, l'indice de viscosité se calcule par la formule suivante : 

- Ce procédé permet de situer une huile quelconque par rapport aux deux séries d'huile de référence. Plus l'indice VI est grand, plus la courbe est voisine de la série H (caractère paraffinique accentué), par conséquent moins grande est la variation de la viscosité avec la température. 

 V.1.7. Compressibilité : 

- Le module de compressibilité est de l'ordre de 6.105 en régime isotherme, par conséquent la diminution de volume est d'environ 2 % à 350 bar et 4 % à 700 bars. Les huiles sont d'autant moins compressibles que la pression est plus forte, la viscosité plus faible et la température plus basse.

V.1.8. Coefficient de viscosité-pression : 

- Si la pression croît, la mobilité des molécules diminue et la viscosité augmente selon une loi exponentielle. Pour une huile minérale classique, la viscosité à 350 bars est environ deux fois plus forte qu'à la pression atmosphérique, ce qui équivaut à une baisse de température de 10 à 15 °C. Le tableau ci-dessous donne une idée des variations relatives de viscosité de l'eau et d'une huile courante à 20 °C :

- Dans le cas de contacts localisés en mouvement sous très fortes charges, comme dans les engrenages, il faut tenir compte d'une part de l'accroissement de la viscosité sous l'effet de la pression, d'autre part de la déformation élastique des pièces dans la zone chargée. Ce calcul, possible grâce  à la théorie de la lubrification élastohydrodynamique de Grubin, sort du cadre de ce cours.

V.1.9. Point d'écoulement : 

- Suffisamment refroidies, toutes les huiles minérales s'épaississent jusqu'à prendre l'apparence de solides plus ou moins rigides. Il ne s'agit pas d'une congélation, laquelle n'a de sens que pour un corps pur passant de l'état liquide à l'état solide à température constante : on le sait, les huiles de graissage sont des mélanges.

 - En fait, les hydrocarbures paraffiniques les plus lourds floculent les premiers en donnant à l'huile un aspect trouble. La multiplication des cristaux se poursuivant, ces derniers finissent par s'agglomérer en un réseau enfermant les fractions encore liquides.

 - Une norme précise la procédure complexe qui permet de déterminer la température à laquelle une huile cesse de couler et de se laisser pomper dans un circuit de graissage. Il est difficile d'obtenir une grande précision et la norme admet un écart de reproductibilité de 6 °C. En pratique, la notion de point d'écoulement est très insuffisante pour évaluer les performances d'une huile à froid, il vaut mieux définir et mesurer la viscosité au-delà de laquelle le pompage est impossible. Le viscosimètre Brookfield mesure à cet effet le couple résistant d'une palette tournant dans l'huile. 

V.2. Propriétés chimiques : 

 V.2.1. Combustibilité, point d'éclair, point de feu : 

- À partir d'une certaine température, les constituants volatils de l'huile peuvent brûler au contact d'une flamme : c'est le point éclair.

 - Si on chauffe davantage, il arrive un moment où la combustion devient permanente : c'est le point de feu. 

- Ces deux températures sont très variables avec les paramètres locaux et en particulier avec la présence d'eau en suspension dans l'huile. Leur mesure fait l'objet de normes. À partir du point d'éclair Cleveland, il est possible de déduire le point de feu Cleveland avec une assez bonne précision. Quand une huile est portée à son point d'éclair, sa tension de vapeur est de l'ordre de 13 mbar. 

 Point d'éclair (appareil Cleveland) : Température à laquelle il faut chauffer un liquide combustible pour qu'il émane suffisamment de gaz pour former, avec l'air, un mélange momentanément inflammable pour qu'il prenne feu quand on en approche une petite flamme dans des conditions données (méthode D 92 de l'ASTM).

V.2.2. Température d'auto-inflammation : 

- C'est la température à partir de laquelle se produit une oxydation spontanée dans l'air (environ 400 °C). Cette température est nettement supérieure à celle du point d'éclair. 

 V.2.3. Détergence, dispersivité : 

- Cela concerne surtout les huiles pour moteurs. Il faut éliminer les résidus de combustion qui se condensent à basse température et les produits de la dégradation de l'huile à haute température. La détergence et la dispersivité constituent en fait un ensemble de propriétés physicochimiques particulièrement difficiles à évaluer.

 V.2.4. Teneur en cendres : 

- On compare le résidu de la calcination de l'huile à la masse initiale. Pour une bonne huile minérale pure, on trouve en général une teneur en cendres variant de 0,001 à 0,05 %. Cette teneur peut être beaucoup plus élevée, et sa mesure devient alors compliquée, si l'huile contient des additifs organométalliques ou autres. - Une teneur en cendres élevée pose des problèmes dans les moteurs thermiques modernes car les résidus de combustion de l'huile tendent à se déposer dans les filtres à particules. 

 V.2.5. Teneur en soufre : 

- Il n'y a normalement plus de soufre libre dans les lubrifiants après le raffinage, mais on en trouve souvent à l'état combiné dans des composés tels les mercaptans. On ajoute parfois du « soufre actif » sous forme d'additifs améliorant les propriétés anti-soudure ou anti-grippage. Si l'huile se décompose, et selon que l'on se trouve en milieu réducteur ou oxydant, on peut assister à un dégagement toujours malvenu de sulfure d'hydrogène ou de dioxyde de soufre.

 V.2.6. Teneur en eau : 

- L'eau est l'un des principaux ennemis des lubrifiants. Dans les environnements humides, lorsqu'un lubrifiant reçoit de l'eau directement ou par condensation de vapeur, ses performances sont en général fortement diminuées. La sensibilité à l'eau est très variable selon le produit utilisé, relativement faible pour les glycols, beaucoup plus élevée pour les oléfines. Une teneur en eau trop élevée est un sérieux signal d'alerte avant une prochaine défaillance du mécanisme concerné. 

 V.2.7. Capacité de rétention d'impuretés et résistance à l'oxydation : 

- Beaucoup de lubrifiants modernes ont la double réputation : de produire facilement des boues ou des vernis et de posséder en même temps une haute résistance à l'oxydation. Pour comprendre ce paradoxe, on a introduit la notion d'Impurity-holding Capacity (IHC), que l'on peut traduire par capacité de rétention d'impuretés. Cette propriété fait référence au fait que de très petites particules, de dimension inférieure au µm, provenant de la dégradation des produits ou de la mise en émulsion d'autres liquides, peuvent rester jusqu'à un certain point (dumping point) en suspension dans le liquide, comme si elles étaient dissoutes. Au-delà de ce point, donc si leur concentration est trop forte, tout ce passe comme si elles devenaient insolubles et elles précipitent alors pour former des boues et des vernis. En fait cette précipitation sous forme de dépôts ne concerne que la quantité d'impuretés qui va au-delà de ce que peut supporter le lubrifiant. Elle peut se produire lorsque la capacité de rétention du lubrifiant est faible ou affaiblie, par exemple par le froid, ou encore si la production d'impuretés est trop importante.

- Il se trouve que la capacité de rétention d'impuretés baisse en général lorsque la résistance à l'oxydation augmente, et inversement. Ces deux qualités sont donc fondamentalement incompatibles. Par ailleurs, la formation de vernis est souvent due à des décharges électrostatiques qui se produisent au sein même du fluide, surtout lorsque celui-ci est très propre et très sec, parce qu'il a justement une très basse capacité à retenir les impuretés.


- La quantité totale d'impuretés dans un lubrifiant comprend celles qui sont en solution et celles qui sont déposées. Il faut généralement y inclure une partie des additifs, que l'on ne regarde pas habituellement comme des impuretés, mais qui altèrent malgré tout la pureté de l'huile de base. Eux aussi sont maintenus en solution dans l'huile, au même titre que de l'eau ou des produits de dégradation, par exemple. Ils interviennent donc dans le bilan global des produits dissous. 

- Pour l'eau, une comparaison peut être faite avec le taux d'humidité relative qui exprime la quantité d'eau présente dans une atmosphère en pourcentage de la quantité maximale que cette atmosphère peut contenir avant que la condensation se produise. Les huiles peuvent dissoudre une certaine quantité d'eau, mais celle-ci est d'autant plus grande que la température est plus élevée, comme dans le cas des gaz. 

- On peut quantifier par des méthodes gravimétriques la capacité de rétention d'impuretés. Elle peut s'exprimer en particules par million [ppm], en [mg/kg] ou encore en [mg/litre] de produit. Comme pour la viscosité, il faut opérer dans des conditions standardisées de température, par exemple 20 ou 40 °C. Il est même possible de déterminer un indice de variation, analogue à l'indice de viscosité des huiles, montrant comment la capacité de rétention varie en fonction de la température.

 - D'une part, les additifs consomment en quelque sorte une partie de la tolérance des lubrifiants aux impuretés, mais d'autre part certains d'entre eux, comme les dispersants, augmentent cette tolérance. Par ailleurs, certains additifs sont consommés pendant le service et restituent donc au fur et à mesure une partie de la « place » qu'ils occupaient. 

- Comme on le voit, le problème n'est pas simple. Il manque actuellement des tests standardisés qui permettraient d'obtenir des valeurs fiables et permettant les comparaisons. La capacité de rétention d'impuretés est pourtant très importante en pratique car elle conditionne la présence ou l'absence de dépôts et de vernis, surtout lorsque le lubrifiant est susceptible d'être porté à des températures très basses, auquel cas elle joue le rôle d'une véritable bouée de sauvetage.

VI- LES GRAISSES : 

VI.1. Définition : 

- Une graisse est une huile à laquelle on a ajouté un épaississant (savons) dans une proportion de 10 à 20 % pour lui donner une consistance pâteuse de semi-liquide à solide. Le tableau (Fig16) donne une liste de quelques épaississants avec leurs propriétés lorsqu'ils sont incorporés à une huile pour former une graisse. Parmi ceux-ci, le plus utilisé est le savon de lithium simple ou complexe dans une proportion de plus de 60 %, suivi du savon d'aluminium. 

VI.2. Fonction :

 - Les fonctions des graisses se résument comme suit :

VI.2. Propriétés des graisses :

 VI.2.1. Consistance :

 - C'est la propriété principale. Elle exprime la résistance à la déformation de la graisse. Etroitement liée à l'adhérence et à l'onctuosité, elle diminue lorsque la température augmente. - Selon le test ASTM D 217 (1996), la consistance des graisses est divisée en neuf classes de 000 à 6 par la National Lubricating Grease Association (NLGI). Le tableau (Fig17) résume les neuf classes considérées selon leurs applications génériques.

VI.2.2. Point de goutte : 

- Il caractérise la tenue de la graisse à la chaleur en précisant la température de début de liquéfaction. 

 VI.2.3. Point de solidification : 

- Il indique la température de début de solidification de la graisse. 

 VI.2.4. Autres propriétés : 

- Résistance au cisaillement, qualité extrême pression, acidité... 

 VI.2.5. Remarque :

 - L'épaississant que l'on ajoute à l'huile sous la forme d'un savon, d'une chaîne polymère, de gains de silice microscopiques ou de glaise traitée en surface pour avoir une affinité particulière avec l'huile de base, retiennent l'huile par un mécanisme d'attraction ionique à 20 % et par capillarité à 80 %. 

- Avec le temps, il est normal qu'au repos une partie de l'huile se sépare de la graisse par effet capillaire. - Ce phénomène a conduit à introduire la notion de capacité de rétention d'une huile. Quand la température augmente, la viscosité de l'huile diminue et la rétention par capillarité devient moins bonne. Le mécanisme de rétention par attraction ionique perd aussi de son efficacité à cause de l'agitation accrue des molécules. 

- La température, au-delà de laquelle un épaississant particulier ne peut plus retenir l'huile, se nomme le point de goutte d'une huile (ASTM D 566).

VI.3. Application usuelles des graisses : 

Observation 
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