Tribologie/Lubrifiants/Lubrifiants liquides

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TRIBOLOGIE

Science et technologie du frottement, de l'usure et de la lubrification.

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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.


Sections

Huiles végétales[modifier | modifier le wikicode]

Les huiles végétales sont essentiellement constituées d'acides gras, particulièrement d'acide oléique. Contrairement aux huiles de pétrole et aux huiles synthétiques, elles ont l'avantage d'être biodégradables, mais rares sont celles qui sont directement utilisables comme lubrifiants ; la meilleure est sans aucun doute l'huile de ricin, que l'on a parfois utilisée pure.

L'huile de colza brute est relativement peu coûteuse mais elle se révèle difficilement utilisable aussi bien comme lubrifiant technique que comme carburant. Son utilisation à huile perdue pour les chaînes de tronçonneuses, par exemple, présente certains inconvénients. Dans les moteurs Diesel, on peut, à ses risques et périls, l'utiliser en mélange à volumes égaux avec du kérosène, mais il est préférable de la transformer en ester méthylique de colza (EMC). Cette huile entre cependant dans la composition de quelques lubrifiants biodégradables et dans certaines préparations solubles pour l'usinage des métaux, associée à divers composés chimiques qui empêchent sa décomposition.

En France, dans les zones dites « Zones naturelles sensibles » (listées par l'ONF), les intervenants forestiers doivent respecter l’article 44 de la Loi d’orientation agricole du 5 janvier 2006 et utiliser un biolubrifiant (lubrifiant biodégradable ou répondant à l'écolabel européen pour toutes les scies à chaîne, y compris celles des têtes d’abatteuses.

L'huile de jojoba est utilisée comme lubrifiant pour les moteurs dans les pays où cette plante est cultivée.

Huiles à base minérale[modifier | modifier le wikicode]

Les bases utilisées actuellement sont des hydrocarbures de diverses familles issus presque exclusivement de la distillation du pétrole. On y ajoute toutes sortes de produits et additifs qui leur confèrent de meilleures propriétés en fonction de l'usage prévu. Les huiles sont classées en un grand nombre de familles :

  • huiles pour moteurs à essence ;
  • huiles pour moteurs Diesel ;
  • fluides hydrauliques ;
  • huiles mouvement ;
  • huiles pour glissières ;
  • huiles pour cylindres ;
  • huiles pour engrenages ;
  • enduits pour câbles ;
  • huiles pour systèmes et transmissions hydrauliques ;
  • huiles pour matériel pneumatique ;
  • huiles pour compresseurs d'air ou de gaz ;
  • huiles pour compresseurs frigorifiques ;
  • huiles pour turbines ;
  • huiles pour le travail des métaux par coupe ;
  • huiles pour le travail des métaux par déformation ;
  • huiles pour l'industrie textile ;
  • ...

Bases minérales[modifier | modifier le wikicode]

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 ;
  • isoparaffiniques (molécules à chaînes ramifiées) : ils résistent bien à l'oxydation, sont peu agressifs pour les élastomères, se comportent mieux à froid que les précédents, mais leur indice de viscosité est plus faible ;
  • naphténiques (chaînes cycliques saturées) : ils sont moins stables à l'oxydation, plus agressifs pour les élastomères, mais possèdent de très bonnes caractéristiques d'écoulement aux basses températures malgré un indice de viscosité plus faible ;
  • 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 ... On sait en outre que l'adsorption d'hydrocarbures diminue d'autant plus le frottement que les chaînes moléculaires sont plus longues.

Obtention des huiles minérales[modifier | modifier le wikicode]

Elle comporte plusieurs étapes :

  • distillation des produits pétroliers d'abord à la pression atmosphérique puis sous vide ;
  • désalphaltage, élimination à l'aide de solvants (butane et propane) des 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 ;
  • finition par des terres activées qui retiennent certains constituants indésirables, ou de plus en plus par hydrogénation en présence de catalyseurs.

Huiles et autres produits synthétiques[modifier | modifier le wikicode]

Ils sont constitués à partir de bases synthétiques de diverses sortes :

  • esters aliphatiques : ils ont un index de viscosité élevé et sont moins volatils que les bases minérales. Leur structure polaire diminue le frottement statique et le stick-slip. Ils se décomposent à 300 °C, plus vite que les bases minérales ;
  • esters phosphoriques : souvent utilisés comme additifs antiusure, ils ont un très haut indice de viscosité et sont ininflammables ;
  • silicones et silicates : ils ont un excellent index de viscosité, un point d'écoulement très bas et une faible tension superficielle, mais leur pouvoir lubrifiant est faible. Cependant, leur très bonne stabilité thermique en fait des lubrifiants intéressants pour les grands froids et les températures très élevées ;
  • polyphényléthers : ils ont une excellente résistance à l'oxydation, une très bonne stabilité thermique jusqu'à 450 °C, un bon pouvoir lubrifiant, mais ils sont très chers ;
  • polyalkylèneglycols, essentiellement polypropylènes glycols : leur index de viscosité est très élevé, ils sont insensibles au cisaillement et dotés d'un très bas point d'écoulement, de bonnes propriétés antiusure, d'une grande stabilité thermique, mais d'une faible résistance à l'oxydation. Comme ils ne sont pas miscibles avec les bases minérales, on doit les utiliser purs. Ils sont fabriqués dans une large gamme de viscosités ;
  • polyoléfines : elles ont un très bon indice de viscosité, un bas point d'écoulement mais elles sont volatiles et il faut généralement les utiliser en mélange ;
  • polyalphaoléfines (PAO, spécialité Chevron Phillips Chemical, Ineos et Mobil) : très faible viscosité à froid, très bonne résistance à l'oxydation, durée de vie parfois multipliée par 3 ou 4 par rapport aux produits classiques.

Les lubrifiants synthétiques ne représentent aujourd'hui qu'un faible pourcentage du marché total de la lubrification, mais cette proportion augmente.

Cristaux liquides[modifier | modifier le wikicode]

De nombreuses recherches ont lieu dans ce domaine, en particulier en Allemagne au Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM. Contrairement aux autres produits dont les molécules sont dans des positions désordonnées, les cristaux liquides présentent une structure orientée. Ils n'apportent pas d'amélioration intéressante pour la lubrification des roulements, en raison des pression trop élevées, en revanche ils permettent d'obtenir des coefficients de frottement très bas dans les guidages hydrodynamiques. Leur coût est actuellement très élevé car leur application essentielle, les écrans à cristaux liquides, demande des produits très purs, mais on peut espérer qu'avec un niveau d'exigence moins élevé, ils deviennent plus abordables.

Additifs et huiles « compoundées » (mélangées)[modifier | modifier le wikicode]

Généralités[modifier | modifier le wikicode]

Pendant de nombreuses années, les besoins de graissage ont été satisfaits par les huiles minérales pures, surtout après la véritable « révolution » que constituèrent les techniques de raffinage par solvants. On mélangeait alors des bases fluides et visqueuses en proportions variables pour obtenir des gammes de lubrifiants.

Le manque d'onctuosité des hydrocarbures fut bien vite corrigé par addition d'huiles d'origine végétale ou animale. Ces dernières contiennent en effet des acides gras (acides oléique, stéarique, margarique, palmitique, etc.) dont les molécules polaires sont capables de se fixer très fortement sur les surfaces métalliques par adsorption chimique, grâce à leur groupe carboxyle -COOH. Les surfaces sont ainsi recouvertes d'une sorte de « velours ». Dans certains cas il y a même attaque avec formation de savons insolubles accrochés solidement à la surface.

Ce mélange ne visait qu'à améliorer une propriété particulière, l'onctuosité, par des produits que l'on peut considérer comme les premiers additifs. Aujourd'hui, l'industrie chimique produit toute une série de composés complexes dont l'apparition dans les huiles a constitué une seconde révolution. Si dans les premiers temps la proportion d'additifs ne dépassait pas 3 à 5 %, il est aujourd'hui courant d'en trouver de 25 à 30 % ...

La plupart des mécanismes modernes ne peuvent fonctionner que grâce à des lubrifiants hautement spécialisés, sans lesquels les progrès que nous connaissons n'auraient pas été possibles. Le terme « dopes » désigne des produits qui forment in situ avec les métaux des composés ioniques que le frottement consomme par action mécanique. Si tous les dopes sont des additifs, en revanche tous les additifs ne sont pas des dopes. Le terme « dopage » a d'ailleurs pris un sens péjoratif et n'est plus adéquat : les lubrifiants dopés ne sont pas améliorés temporairement comme certaines performances sportives, mais pour toute leur durée de vie, c'est-à-dire le temps qui s'écoule entre deux vidanges.

On distingue les additifs lyophiliques et les additifs lyophobiques. Les premiers ont une affinité avec le solvant, qui est la base lubrifiante. Ils sont constitués de particules colloïdales de dimensions inférieures au micromètre : additifs de viscosité, polyméthacrylates, acides gras, savons, additifs antiusure. Les seconds n'ont pas d'affinité avec le solvant dans lequel ils restent en suspension : graphite, bisulfure de molybdène (MoS2), PTFE micronisé, bentonite, etc.

Diverses sortes d'additifs[modifier | modifier le wikicode]

  • additifs détergents (utilisés à raison de 3 à 15 %) : les premières huiles détergentes furent introduites en Europe par les armées alliées en 1944. L'un des premiers produits utilisés a été le naphténate d'aluminium, qui fut suivi par beaucoup d'autres. Les additifs détergents ont pour principal effet de maintenir en suspension dans l'huile les boues et particules charbonneuses afin d'éviter qu'elles se déposent et « gomment » les pièces, surtout à haute température (par exemple, les gorges de segments dans les moteurs thermiques). Un des additifs détergents les plus couramment utilisés est le sulfonate de calcium ;
  • additifs dispersants (de 3 à 15 %) : contrairement aux précédents, ils agissent essentiellement à basse température en retardant la formation de dépôts ou de boues (sludge en anglais). Ce sont surtout des sels organiques, phénates, salycilates ou sulfonates de métaux alcalinoterreux : calcium, baryum, magnésium ;
  • additifs abaissant le point de congélation (jusqu'à 0,5 %) : on les appelait autrefois inhibiteurs de figeage. Les méthylacrylates et les acrylates améliorent le comportement à froid des huiles paraffiniques. Grâce à leur structure fibreuse, ils forment sur les microcristaux de paraffines un film très mince qui évite leur grossissement et leur agglomération. Il existe une concentration optimale de l'ordre de 0,25 % au-delà de laquelle le point de congélation ne s'abaisse plus ;
  • additifs de viscosité (de 5 à 10 %) : la viscosité des huiles diminue beaucoup lorsque la température augmente et l'on a cherché à corriger ce défaut. Si l'huile ne doit pas être trop visqueuse à froid pour faciliter le démarrage, elle ne doit pas non plus être trop fluide à chaud pour conserver une solidité suffisante aux films lubrifiants. On utilise un faible pourcentage de polymères de masse molaire relativement élevée (10 à 20 000), de la famille des polybutènes, polyméthacrylates, polyacrylates et polymères d'oléfines, qui tendent à limiter la liberté de mouvement des molécules de la base, et ce d'autant plus que la température est plus élevée ;
  • additifs d'onctuosité, de frottement, d'adhésivité (proportions très variables) : ils augmentent l'adhérence du film d'huile pour en prévenir la rupture et sont donc très intéressants pour le glissement à faible vitesse sous forte charge. Ils diminuent la tendance au stick-slip dans les glissières. Beaucoup d'huiles ou de graisses contiennent des savons, tels le naphténate de plomb qui convient bien aux couples roues et vis sans fin. Dans l'ordre d'efficacité croissante, on trouve diverses familles de composés polaires : esters gras naturels ou synthétiques, amines grasses, glyacides, alcools gras, acides gras de C12 à C18 ;
  • additifs antiusure (1 %) : utiles surtout aux basses températures, ils s'accrochent aux surfaces par des liaisons chimiques et forment des film épais et plastiques qui répartissent les contraintes et réduisent l'usure. Leurs propriétés dépendent du substrat et des autres additifs qui inhibent parfois leur action, en particulier les détergents qui entrent en compétition avec eux pour se fixer sur les surfaces. Des additifs classiques sont le dithiophosphate de zinc, le tributylphosphate et le tricrésylphosphate, le dithiocarbonate de zinc, qui conviennent bien aux engrenages cylindriques et coniques moyennement chargés. On utilise aussi des composés organométalliques du plomb. L'usure du lubrifiant correspond à la disparition progressive de l'additif transformé en divers produits de dégradation. Lorsqu'il a entièrement disparu, le coefficient de frottement et l'usure augmentent brutalement ;
  • additifs extrême pression (de 1 à 10 %) : comme les précédents, ils forment des films protecteurs contre le grippage par interaction avec le métal de base mais leur activité se manifeste surtout aux températures de surface élevées. Citons le bisulfure de dibenzyle, les terpènes soufrés et divers corps gras sulfurés. Les paraffines chlorées, plus ou moins abandonnées pour les huiles de graissage sont encore utilisées dans les huiles de coupe. Ces additifs sont devenus indispensables pour les engrenages lourdement chargés et surtout pour les ponts hypoïdes où un glissement important se conjugue à des charges très fortes. Ils manifestent presque tous une activité chimique importante et modifient les surfaces sur lesquelles ils constituent des sels lubrifiants, sulfures, phosphures ou chlorures. Ils sont en général corrosifs pour les métaux non ferreux et sont donc à utiliser avec prudence ;
  • additifs antioxydation (1 % environ) : les huiles s'oxydent en formant divers produits, résines, polymères divers ... qui se déposent sous forme des boues ou des vernis acides. Les additifs antioxydants, phénols, amines, composés sulfurés ou phosphosulfurés, ajoutés en faible quantité, limitent cet effet tout en protégeant les pièces contre la corrosion ;
  • additifs antimousse (10 ppm) : ils empêchent la formation de mousses stables en brisant les bulles qui surviennent par exemple lors du retour à la pression atmosphérique du fluide d'une installation de transmission de puissance hydraulique ;
  • additifs anticorrosion et antirouille (1 %) : ils constituent des couches adsorbées étanches aux produits corrosifs, ce sont surtout des savons d'amines, des sulfonates, naphténates, etc. Attention aux incompatibilités entre les additifs antiusure, extrême pression et antirouille, qui entrent tous en compétition pour l'adsorption sur les métaux ;
  • passivants : ils stoppent l'effet catalytique des métaux sur l'oxydation et la corrosion ;
  • additifs émulsifiants (proportions variables) : ils rendent l'huile minérale miscible à l'eau et sont utiles non seulement pour les fluides de coupe, mais également en mécanique générale s'il y a un risque de condensation ;
  • antiseptiques : ils sont surtout employés pour les huiles de coupe et autres émulsions qui ont une fâcheuse tendance à fermenter et à devenir nauséabondes, voire dangereuses en cas de blessures souillées ;
  • nanoparticules : elles sont étudiées dans le chapitre concernant les lubrifiants en général ;
  • lubrifiants solides : certaines huiles lubrifiantes contiennent des lubrifiants solides en suspension : graphite, MoS2, PTFE micronisé, bentonite.

Consommation sélective des additifs et entretien des lubrifiants[modifier | modifier le wikicode]

Au fil des heures de service, les lubrifiants voient leurs propriétés s'altérer progressivement, entre autres parce que certains additifs sont consommés et parce que le taux d'impuretés augmente.

Les additifs antiusure et extrême pression ont la propriété de se fixer chimiquement sur les surfaces et ils sont éliminés au fur et à mesure que ces dernières s'usent. Tant qu'il reste une concentration suffisante de ces produits, la surface mise à nu par l'élimination d'une particule d'usure est très vite recouverte d'une nouvelle pellicule protectrice. En revanche, lorsque les réserves sont épuisées, les surfaces mises à nu ne sont plus protégées et les risques d'avarie sont élevés.

L'efficacité des détergents et des dispersants diminue considérablement au fil du temps, de même que celle des produits destinés à neutraliser les acides au fur et à mesure de leur formation par oxydation des huiles de base.

Il est donc important de surveiller régulièrement la concentration de ces additifs. En cas de baisse trop importante de leur concentration, il faut vidanger le lubrifiant usé et refaire le plein en produit neuf ; dans certains cas, il est également possible d'utiliser des produits de complément qui permettent de faire remonter les concentrations, si l'huile de base est encore d'une qualité suffisante.

Additifs et filtration[modifier | modifier le wikicode]

La présence d'additifs, en particulier de lubrifiants solides restant en suspension, fait interroger certains utilisateurs qui se demandent ce qui se passe lorsque le lubrifiant est filtré. On peut trouver ici quelques idées sur cette question :

  • les additifs dissous traversent sans problème tous les filtres ;
  • les huiles pour moteurs ne posent généralement pas de problème car les particules de graphite ou de bisulfure de molybdène que l'on peut y trouver sont beaucoup plus petites que les ouvertures des filtres usuels ; en revanche elles pourraient être arrêtées par des filtres aux passages trop étroits ;
  • les additifs constitués de molécules polaires (antiusure, extrême pression, antirouilles) se fixent sur les surfaces des pièces et des débris d'usure ; ils sont donc partiellement éliminés, en même temps que ces débris, lors de la filtration ;
  • les additifs susceptibles de se coaguler pour donner des particules relativement grosses, en particulier lors d'abaissements de la température, sont aussi retenus par les filtres ; si cette agglomération cesse en même temps que la température remonte, alors ils sont remis en solution et peuvent donc à nouveau traverser le filtre ;
  • des particules solides assez grosses pour être arrêtées par les filtres peuvent se former aux dépens des additifs lors du mélange de lubrifiants incompatibles.

Fluides hydrauliques[modifier | modifier le wikicode]

Si elle ne présentait pas de graves inconvénients pour le fonctionnement des machines, l'eau serait le fluide hydraulique idéal en raison de sa très faible compressibilité, de son ininflammabilité et, naturellement, de son coût de revient négligeable.

On distingue :

  • les fluides hydrauliques à base d'huiles minérales, pures ou avec des additifs ;
  • les fluides de synthèse ;
  • les fluides ininflammables qui peuvent être :
    • des émulsions d'huile dans l'eau,
    • des émulsions d'eau dans l'huile,
    • des solutions aqueuses,
    • des produits synthétiques non aqueux.

Les fluides hydrauliques communément utilisés dans les automobiles sont essentiellement des huiles minérales additivées et des huiles de synthèse. On en compte quatre catégories principales :

  • les fluides pour boîtes de vitesses automatiques ;
  • les liquides de freins ;
  • les liquides à fonctions multiples utilisés pour les suspensions, les directions assistées et autres commandes asservies ;
  • les liquides pour transmissions hydrauliques, notamment celles qui comportent des freins immergés.

Les fluides hydrauliques industriels ont de multiples applications, notamment :

  • les commandes de relevage hydrostatiques des engins de chantier ;
  • les transmissions hydrostatiques de certains véhicules et engins ;
  • les commandes de machines-outils ;
  • les commandes et télécommandes de vannes ;
  • des applications diverses dans tous les domaines, entre autres dans celui de la sécurité où le caractère ininflammable est particulièrement recherché.

Ces huiles sont utilisées pures ou avec des additifs.

Fluides pour le travail des métaux[modifier | modifier le wikicode]

Ils interviennent comme lubrifiants dans de très nombreux processus et on a coutume de les répartir en cinq grandes catégories, qui sont :

  • les huiles et les fluides à base d'huile ;
  • des émulsions aqueuses et des dispersions ;
  • des solutions chimiques, vraies ou colloïdales, parfois appelées fluides synthétiques ;
  • des lubrifiants solides, qui sont étudiés dans le chapitre approprié ;
  • des produits divers.

Propriétés des huiles[modifier | modifier le wikicode]

Propriétés physiques[modifier | modifier le wikicode]

Densité[modifier | modifier le wikicode]

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.

Couleur[modifier | modifier le wikicode]

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 a beaucoup perdu de son intérêt aujourd'hui.

Chaleur massique[modifier | modifier le wikicode]

Elle s'exprime en joules par kilogramme.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.

Conductivité thermique[modifier | modifier le wikicode]

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

Viscosité[modifier | modifier le wikicode]

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, dans un entonnoir. 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 z 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 c = F/S.

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 dz ont pour vitesses respectivement v et v+dv, il existe entre elles un gradient de vitesse dv/dz. 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.

F/S = μ dv/dz

μ est, à une température et une pression données, une constante que l'on appelle coefficient ou module de viscosité dynamique, ou plus simplement viscosité dynamique. Cette grandeur a pour dimension M.L-1.T-1. Comme nous le verrons plus loin, il existe une autre sorte de viscosité.

L'unité de mesure correspondante est le pascal.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 relatif devenu permanent, lorsque 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.seconde s'appelait auparavant poiseuille (Pl), du nom du médecin Jean-Louis-Marie Poiseuille. On le trouve encore dans la littérature, de même que la poise (Po) et la centipoise (cPo) issues du système CGS. L'équivalence est la suivante :

1 Pa.s = 1 Pl = 10 Po = 1 000 cPo.

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.

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.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. ν étant la viscosité cinématique et ρ la masse volumique, on peut écrire :

ν = μ / ρ.

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 m2/s = 1 mm2/s.

Les viscosimètres empiriques, plus ou moins abandonnés, étaient des réservoirs percés d'un trou de petit diamètre. La durée d'écoulement d'un volume normalisé d'huile était prise comme telle ou rapportée à un temps de référence. Ceci donnait une évaluation relative de la viscosité cinématique, l'écoulement étant provoqué par la pesanteur.

Un des appareils courants en Europe est le viscosimètre Engler. La viscosité en degrés Engler était le quotient du temps d'écoulement de 20 cm3 d'huile à la température fixée, par le temps d'écoulement, déterminé une fois pour toutes, de 200 cm3 d'eau à 20 °C.

Le temps était pris directement comme mesure dans le viscosimètre anglais Redwood et dans le viscosimètre américain Saybolt, tous deux de même type que le viscosimètre Engler. Un abaque permet la conversion des degrés Engler, ou des secondes Redwood, ou des secondes Saybolt, en mm2/s.

Les viscosimètres modernes, dits viscosimètres « absolus », sont par exemple constitués d'un tube capillaire parfaitement calibré, dans lequel on fait couler l'huile à une certaine température, sous une dépression constante ou par gravité, un étalonnage étant réalisé à l'aide de fluides de référence de viscosité connue. Dans le premier cas, on mesure la durée de remplissage d'une capacité de faible volume surmontant le capillaire que l'huile traverse de bas en haut, ce qui permet d'accéder directement à la viscosité dynamique. Dans le second cas, la même capacité étant remplie par aspiration, on la laisse se vider à travers le capillaire, ce qui est plus simple et plus rapide, mais ne donne que la viscosité cinématique.

Il existe bien d'autres systèmes : les viscosimètres à chute de bille, ceux de type rotationnel, cône-plan, etc.

La viscosité varie avec la température selon une loi exponentielle. La formule donnée par Mac Coull et Walther en 1935 s'applique au comportement newtonien :

lg lg ( ν + a ) = n - m lg T

ν étant la viscosité cinématique en cSt ou mm2/s, n et m deux coefficients caractéristiques du liquide considéré et T la température absolue en kelvins. La constante a est égale à 0,6 pour ν > 1,5 cSt (cas des huiles lubrifiantes).

Sur le diagramme ASTM (American Society for Testing and Materials) qui en est déduit, la variation de viscosité d'une huile est représentée par une droite dont il suffit de connaître deux points (assez éloignés toutefois du point de congélation et aussi l'un de l'autre, pour que la précision soit suffisante). Une fois cette droite tracée, on peut connaître la viscosité à toutes les températures avec une très bonne approximation.

Index (ou indice) de viscosité[modifier | modifier le wikicode]

La notion de Viscosity Index (VI) a été introduite en 1935 par Dean et Davis pour permettre de juger rapidement la courbe de viscosité d'une huile et sa tenue à froid et à chaud.

On considère deux gammes d'huiles, l'une paraffinique à faible variation de viscosité, à laquelle on affecte l'indice 100, l'autre asphaltique à forte variation, avec par définition l'indice 0. Ces deux gammes correspondaient à l'époque aux produits à caractéristiques extrêmes parmi les distillats pétroliers connus et provenaient respectivement de Pennsylvanie et du Texas.

Soit une huile à étudier dont la viscosité est U à 40 °C et V à 100 °C. Dans chaque série de référence il existe une huile de viscosité V à 100 °C. Celle d'indice 100 a une viscosité L à 40 °C et celle d'indice 0 une viscosité H à cette température. L'index de viscosité est donné par :

VI = 100. (H-U)/(H-L).

Les progrès du raffinage, ainsi que l'invention de lubrifiants synthétiques et d'additifs stabilisateurs de viscosité, ont permis d'obtenir des lubrifiants de viscosité plus stable que la meilleure huile de pétrole connue, atteignant des index de 130, 150, voire 350 pour certaines huiles fluorées à base de perfluoropolyéthers linéaires. On emploie alors une autre formule qui fait intervenir des coefficients de correction tenant compte de la viscosité.

L'ASTM a publié des tables permettant la lecture directe de l'index de 100 à 200 lorsque l'on connaît les viscosités à 40 °C et à 100 °C. Il existe également un abaque permettant, par un simple rappel de droites, de déterminer l'index de viscosité élargi (VIE) de 100 à 300, toujours en partant des mêmes viscosités à 40 °C et 100 °C.

Compressibilité[modifier | modifier le wikicode]

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 bar. Les huiles sont d'autant moins compressibles que la pression est plus forte, la viscosité plus faible et la température plus basse.

Coefficient de viscosité-pression[modifier | modifier le wikicode]

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 bar 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 :

Viscosité de l'eau et de l'huile
Pression
(bar)
Viscosité
de l'eau
Viscosité
de l'huile
1 1 1
1 000 1, 08 4,3
2 000 1, 16 15
4 000 1, 36 110

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 cet exposé.

Point d'écoulement[modifier | modifier le wikicode]

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.

Température de floculation[modifier | modifier le wikicode]

Elle vaut pour les machines frigorifiques. Le fréon entraîne de l'huile dans les circuits de réfrigération et on cherche à mesurer la température à partir de laquelle survient une précipitation de cristaux capables de boucher les conduites. Il n'y a pas de relation entre le point de floculation au fréon et le point d'écoulement d'une huile, le second se trouvant bien audessus du premier car la présence de fréon abaisse d'environ 30 °C le début de la formation des cristaux.

Rigidité électrique[modifier | modifier le wikicode]

On s'en sert dans le cas des huiles isolantes. La présence d'impuretés, particulièrement une teneur en eau même très faible, en diminue la valeur.

Résistivité[modifier | modifier le wikicode]

On peut admettre pour les huiles minérales une valeur de l'ordre de 109 ohm.cm.

Tension de vapeur saturante[modifier | modifier le wikicode]

À la pression atmosphérique, la température initiale de distillation des huiles avoisine 360 °C. La tension de vapeur saturante à la température ambiante est donc très faible, de l'ordre de 1,3 10-4 mbar. Certains fluides synthétiques ont une tension de vapeur saturante encore plus faible qui les fait apprécier pour les usages à très basse pression ou dans le vide.

Tension superficielle et onctuosité[modifier | modifier le wikicode]

Cette tension est due aux forces d'attraction intermoléculaire et se manifeste en particulier au contact d'une paroi solide. Si celle-ci n'est pas mouillée, alors l'attraction au sein des molécules liquides prévaut sur leur affinité avec le solide ; dans le cas contraire, on peut dire que la paroi attire de préférence les éléments contigus qui viendront se coller en formant un ménisque.

Le tensiomètre Lcomte de Nouy mesure l'effort d'arrachement d'un anneau horizontal en platine suspendu par des fils au plateau d'une balance de torsion. Il est également possible de faire des mesures dans des tubes capillaires en utilisant la loi de Jurin. Les huiles minérales ont des tensions superficielles inférieures de moitié à celle de l'eau.

Notons que toute pollution, même faible, peut modifier radicalement les valeurs trouvées. Ceci éclaire d'un jour nouveau le terme général d'onctuosité, qui englobe un ensemble de phénomènes de capillarité, de tension superficielle, d'adsorption, de polarisation moléculaire, tout cet ensemble représentant en fait les propriétés de contact et d'adhérence avec la matière au niveau d'une épilame moléculaire. Les nombreuses formules proposées pour chiffrer l'onctuosité sont sans fondement et vite en défaut. On fera d'énormes progrès en lubrification le jour où l'on saura chiffrer l'onctuosité.

Désémulsibilité[modifier | modifier le wikicode]

En versant doucement de l'eau et de l'huile minérale pure dans un récipient, on observe une superposition des deux liquides, l'huile surnage. Si l'on agite violemment, l'ensemble prend un aspect trouble car le brassage a fractionné les deux liquides en minuscules gouttelettes dont la décantation peut ne progresser que très lentement.

Dans certains cas, l'émulsion prend même un caractère permanent, comme pour le lait qui est constitué de corps gras en suspension dans une solution saline.

L'aptitude d'une huile à se séparer rapidement de l'eau peut avoir des avantages et cela justifie que l'on fasse des essais. Pour les huiles destinées aux turbines, on considère qu'une décantation totale en 30 minutes est un bon résultat.

Désaération[modifier | modifier le wikicode]

La solubilité d'un gaz dans un liquide est proportionnelle à la pression relative de ce gaz, selon la loi de Henry. Sous la pression atmosphérique et à température ambiante, les huiles dissolvent au maximum 8 % de leur volume d'air, ce qui est sans conséquence sur leurs propriétés mécaniques.

Une huile entraînant de l'air est une phase continue dans laquelle les bulles représentent une phase discontinue. Cet air produit des effets indésirables : cavitation, fonctionnement imprécis des systèmes hydrauliques, altération rapide de l'huile. Une compression adiabatique de 1 à 300 bar fait monter la température des bulles de 700 °C et des étincelles peuvent apparaître : c'est l'effet Lohrentz, analogue à l'allumage dans un moteur Diesel. Il est donc préférable que la mousse disparaisse rapidement...

Point d'aniline[modifier | modifier le wikicode]

C'est la température à laquelle une solution à parts égales d'aniline et d'huile se trouble en se refroidissant. Cette température permet dans une large mesure de prévoir le comportement de l'huile avec les élastomères qui pourront venir à son contact. Avec un point d'aniline bas, les joints auront tendance à gonfler. S'il est élevé, au contraire, ils seront contractés et durcis. Évidemment, rien ne vaut un essai en vraie grandeur...

Les élastomères fluorés ont dans l'ensemble un très bon comportement avec les hydrocarbures classiques, celui des caoutchoucs nitriles dépend beaucoup de la température.

Propriétés chimiques[modifier | modifier le wikicode]

Combustibilité, point d'éclair, point de feu[modifier | modifier le wikicode]

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.

Température d'autoinflammation[modifier | modifier le wikicode]

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.

Indices de neutralisation[modifier | modifier le wikicode]

L'indice d'acide correspond au nombre de milligrammes de potasse nécessaires pour neutraliser un gramme d'huile. Des corps très différents peuvent en effet acidifier les huiles : acides résiduaires après la distillation, acides gras ajoutés volontairement dans les huiles compoundées, composés oxydés désignés sous le nom d'acides du pétrole, polluants acides. Selon les additifs, un indice d'acide élevé n'est pas forcément un signe de mauvaise qualité. Dans la plupart des cas, l'indice d'acide croît lentement avec le temps de service et peut être un bon indicateur pour procéder au remplacement du lubrifiant. Un accroissement anormalement rapide est le signe d'un problème de lubrification.

L'indice d'alcalinité est l'équivalent du précédent. Il représente le nombre de milligrammes de potasse qui neutralisent autant d'acide chlorhydrique qu'un gramme de l'huile essayée. Il s'applique par exemple à des huiles très chargées en additifs détergents, comme celles qui servent pour les moteurs Diesel brûlant des combustibles à haute teneur en soufre. Sans cela, les gaz brûlés provoqueraient la formation d'acide sulfurique et la corrosion des organes du moteur.

Certains additifs, les détergents en particulier, réagissent aussi bien sur les bases fortes que sur les acides forts. Les huiles qui en contiennent beaucoup possèdent très normalement un indice d'acide et un indice d'alcalinité, le second étant généralement supérieur au premier.

L'acidité est l'un des critères importants à prendre en compte dans les procédures de surveillance de la qualité des lubrifiants. Elle augmente généralement lorsque des acides organiques se forment par suite de l'oxydation ; lorsque les valeurs atteintes sont trop élevées, l'huile doit être remplacée. La détermination de l'acidité se fait souvent par colorimétrie mais cette méthode ne peut pas être appliquées aux huiles dont la couleur est trop sombre (par exemple, des huiles très dégradées ou contenant du graphite en suspension).

Détergence, dispersivité[modifier | modifier le wikicode]

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.

Teneur en cendres[modifier | modifier le wikicode]

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.

Résidu Conradson[modifier | modifier le wikicode]

Il correspond au résultat d'un essai très particulier, réalisé dans un appareil constitué de trois creusets placés l'un dans l'autre sur un support muni d'une hotte amovible. Le creuset intérieur contient dix grammes d'huile séchée. La flamme est d'abord réglée pour que l'émission par la cheminée de la hotte ne débute qu'une dizaine de minutes après le début de l'essai. On enflamme ces vapeurs à l'aide du brûleur.

Quand cette combustion a cessé, on chauffe jusqu'à porter au rouge le fond du creuset extérieur, pendant exactement 7 minutes. L'essai dure au total 30 minutes. Il ne s'agit pas, comme le laisse croire l'expression erronée « teneur en carbone » employée parfois, d'une mesure indirecte de la proportion de carbone dans les molécules du lubrifiant, mais d'un dépôt par volatilisation et pyrolyse en atmosphère confinée. Cet essai ne renseigne pas vraiment sur la tendance de l'huile à former des dépôts, mais permet des vérifications de conformité.

Indice de saponification[modifier | modifier le wikicode]

Il exprime le nombre de milligrammes de potasse nécessaires pour saponifier un gramme de l'huile essayée, ce qui permet de mesurer la proportion d'huiles végétales ou animales incorporées à la fabrication, sous réserve d'en connaître la nature. La présence d'additifs peut modifier le résultat.

Indice d'iode et indice de brome[modifier | modifier le wikicode]

Ces halogènes saturent les doubles liaisons des corps organiques insaturés, ce qui permet d'en connaître la teneur.

Teneur en soufre[modifier | modifier le wikicode]

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 antisoudure ou antigrippage. 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.

Teneur en eau[modifier | modifier le wikicode]

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.

Capacité de rétention d'impuretés et résistance à l'oxydation[modifier | modifier le wikicode]

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 dimensions 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 hélas 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 gravimétrique la capacité de rétention d'impuretés. Elle peut s'exprimer en parties 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.

Analyse et contrôle des lubrifiants[modifier | modifier le wikicode]

La dégradation des lubrifiants est essentiellement due à l'oxydation, qui augmente si la température s'élève et si l'aération est exagérée. La contamination est provoquée par des débris d'usure, des particules solides, de l'eau ou d'autres fluides provenant de l'extérieur, etc. On étudie d'abord la contamination.

La ferrographie[modifier | modifier le wikicode]

La ferrographie permet de suivre l'usure des pièces mobiles d'une machine, en observant les dimensions, la forme, la concentration et la nature des particules métalliques entraînées par l'huile. Pendant le rodage, la quantité de débris est d'abord très importante, puis elle diminue rapidement. En marche normale, l'usure douce provoque la contamination par un faible nombre de petites particules, au contraire, en cas d'usure galopante ou avant une avarie on observe de grosses particules dont le nombre croît rapidement ; leur forme varie beaucoup, plaquettes, écailles, sphérules de fatigue, microcopeaux, etc.

Le comptage des particules en suspension dans un lubrifiant permet de se faire une idée du degré de pollution du mécanisme et des performances du système de filtration. Les boues et autres impuretés qui s'accumulent dans le lubrifiant diminuent ses performances, tandis qu'un système de filtration efficace augmentent sa durée de vie. Le remplacement s'impose lorsque les particules deviennent trop nombreuses.

L'analyse des huiles et des fluides hydrauliques permet en outre d'évaluer leur degré de dégradation et d'effectuer les vidanges à bon escient, en particulier pour les huiles chargées d'additifs extrême pression consommables. Si cette opération n'a pas d'intérêt pour les quelques litres contenus dans le carter d'une automobile, en revanche elle se justifie pleinement pour les poids lourds et surtout pour les engins de chantier : une grosse pelle mécanique contient en effet plusieurs centaines de litres de fluides et la vidange coûte parfois le prix d'une petite voiture !

La spectrométrie par fluorescence X est aujourd'hui largement utilisée pour l'analyse des huiles. Elle permet de doser non pas les composés chimiques qui s'y trouvent, mais les éléments chimiques qui les constituent, en particulier les atomes lourds des métaux, mais aussi le soufre, le phosphore, etc. L'opération est rapide mais les appareils utilisés sont très coûteux.

La présence de métaux dans un lubrifiant donne de précieuses informations sur le mode d'usure d'un mécanisme et les performances de certains additifs. Comme pour l'eau, la tolérance des lubrifiants à une charge en métaux tels que le fer, le cuivre ou l'aluminium est très variable selon leur composition chimique et il n'est pas inutile de consulter les fournisseurs à ce sujet.

Contrôle de l'humidité[modifier | modifier le wikicode]

La présence d'humidité dans les lubrifiants peut nuire gravement au bon fonctionnement et à la durée de vie de certaines machines, en particulier si la concentration est telle que l'eau se trouve à l'état libre. Il est maintenant possible de mesurer en continu la teneur en eau des huiles ou des fluides hydrauliques, sans qu'aucun prélèvement soit nécessaire, grâce à des sondes spéciales reliées à des transmetteurs. La transmission directe des valeurs relevées à un système informatique permet de suivre les évolutions de cette teneur et, le cas échéant, d'intervenir si des dérives surviennent.

Lubrifiants et fatigue de surface[modifier | modifier le wikicode]

De nombreuses études ont permis d'évaluer l'influence de la composition chimique des huiles et des additifs sur l'usure par fatigue superficielle. On sait que les huiles paraffiniques ont vis-à-vis de cette forme de dégradation un bien meilleur comportement que les autres, en particulier les lubrifiants synthétiques.

La présence d'additifs a des conséquences difficiles à prévoir. La durée de vie des pièces frottantes dépend beaucoup de la viscosité des huiles utilisées mais on peut indiquer par exemple que la présence de dithiophosphate de zinc tend à atténuer les différences. Ce produit augmente la durée de vie dans le cas de films minces et tend à la diminuer pour les films épais.

Lubrifiants « grand public »[modifier | modifier le wikicode]

Divers produits destinés au grand public sont vendus dans les quincailleries ou les grandes surfaces sous divers conditionnements, entre autres sous forme de pulvérisateurs. Il est généralement bien difficile de savoir ce qu'ils contiennent exactement. L'un des plus connus est appelé WD 40. Thomas A. Kelley, de la société californienne IDEO, a expliqué récemment que WD signifiait water displacement et que les 39 premières formulations essayées n'avaient pas donné satisfaction ...

Liens externes[modifier | modifier le wikicode]

Tout sur les lubrifiants 4 temps
La lubrification 2 temps