Soutenance mémoire
GENERALITÉS SUR LES LUBRIFIANTS
DEFINITION ET RÔLES D’UN LUBRIFIANT
Un lubrifiant, du latin ‘’lubricus’’, à savoir : glissant, est un produit qui, interposé entre les surfaces frottantes d’un mécanisme, en facilitera le fonctionnement.
D’une manière générale, le rôle du lubrifiant est de :
❖ réduire les pertes par frottement ;
❖ combattre l’usure des surfaces frottantes sous toutes ses formes ;
❖ protéger les organes contre la corrosion ;
❖ refroidir les machines en évacuant les calories ;
❖ participer à l’étanchéité aux gaz, aux liquides et aux contaminants solides ;
❖ garder propres les surfaces et les circuits ;
❖ transmettre l’énergie dans les systèmes hydrauliques ;
❖ absorber les chocs, réduire le bruit ;
❖ assurer des fonctions passives diverses telles que la résistance au moussage, la neutralité vis-à-vis des élastomères, des plastiques et des peintures.
NOTION DE TRIBOLOGIE
L’ensemble des connaissances permettant de mieux appréhender le rôle du lubrifiant fait l’objet d’une science désignée « tribologie ». Généralement, elle concerne :
➤ le frottement sec et lubrifié ;
➤ la lubrification et les régimes de lubrifiant ;
➤ la mécanique des contacts ;
➤ la physico-chimie des surfaces et des interfaces ;
➤ l’usure des surfaces.
C’est un domaine pluridisciplinaire, de développement relativement récent, qui a pour but :
➤ d’économiser l’énergie en réduisant les pertes par frottement ;
➤ d’accroitre la longévité et la fiabilité des mécanismes.
Frottement
Le coefficient de frottement varie dans des grandes proportions selon le régime de lubrification, la nature et la géométrie des matériaux en contact, le type de lubrifiant ainsi que les conditions de fonctionnement du système (pression, vitesse, température, environnement, etc.).
Régimes de lubrification
Il existe quatre principaux régimes de lubrifications :
Régimes de frottement sec :
Ce régime n’est utilisé que lorsqu’on cherche l’adhérence : freinage, embrayage, contact pneumatique-sol, etc., ou dans la lubrification de petits mécanismes (serrurerie, ceinture de sécurité) pour lesquels on utilise des vernis antifriction de glissement.
Régimes de lubrification limite :
Il concerne les surfaces se déplaçant à faible vitesse pour lesquelles un film d’huile visqueux continu ne peut se former en raison de très fortes pressions de contact. Dans les véhicules, ce régime est prépondérant durant le démarrage ou l’arrêt des mécanismes et au cours de certaines phases transitoires de fonctionnement comme, par exemple, les contacts segments-piston-cylindre aux points morts.
Régimes de lubrification fluide :
Ces régimes existent lorsque les surfaces sont complètement séparées par un film continu de lubrifiant. Selon la géométrie des deux surfaces en regard et selon l’amplitude des pressions exercées, on est en présence des trois régimes de lubrification fluide :
➤ le régime hydrostatique, pour lequel la séparation des surfaces est assurée par une très forte mise sous pression extérieure du fluide gazeux ou liquide ; ce régime n’existe pas dans l’automobile ;
➤ le régime hydrodynamique, pour lequel la viscosité du lubrifiant constitue le paramètre essentiel jouant sur la formation d’un film d’huile épais (paliers lisses, contacts segments/pistons/cylindre entre points morts …) ;
➤ le régime élasto-hydrodynamique, qui fait intervenir la déformation élastique des surfaces et l’augmentation considérable de la viscosité du lubrifiant sous l’effet de très fortes pressions de contact pour former un film d’huile très résistant mais très mince (cames-poussoirs, cames-patins, engrenages, roulement, etc.).
Régimes de lubrification mixte
Souvent rencontré dans la pratique, il est intermédiaire entre le régime limite et les régimes de lubrification fluide : hydrodynamique ou élasto-hydrodynamique. Il s’avère qu’un film visqueux mince s’établit entre les surfaces dont l’épaisseur est insuffisante pour séparer totalement les aspérités les plus proéminentes ; un certain nombre de contacts directs métal-métal se produit alors, ce qui entraîne une augmentation du frottement, des températures de contact et de l’usure adhésive.
CONSTITUTION DES LUBRIFIANTS
Les lubrifiants finis sont constitués d’un mélange de une ou généralement de plusieurs huiles de base et d’une quantité variable d’additifs, jusqu’à 25% de masse,selon le type d’application et la sévérité de service.
Huiles de Base
Les huiles de base peuvent être d’origine naturelle : végétale, minérale extraite du pétrole (les plus utilisées) ou d’origine synthétique.
Huile de base d’origine végétale
L’utilisation d’huile végétale, notamment l’huile de colza, connaît actuellement un regain d’intérêt pour la préparation de certains lubrifiants biodégradables. Ils sont destinés soit à des applications de graissage à huile perdue soit à la lubrification de matériels hydrauliques travaillant en extérieur mais peu sollicités thermiquement.
Huile de base minérale
Les huiles minérales d’origine pétrolière sont extraites de coupes pétrolières provenant de la distillation du pétrole brut. Ces coupes se nomment « distillats » et subissent des opérations de raffinage dont la complexité dépend à la fois de l’origine du brut utilisé et de la qualité recherchée des produits. Ces huiles minérales sont des mélanges d’un très grand nombre d’hydrocarbures de structures et de masses moléculaires différentes et d’une petite quantité d’impuretés résiduelles constituées de composés oxygénés, azotés, soufrés. La teneur en impuretés dépend de l’origine du brut. Elle est plus importante pour un brut lourd naphténo-aromatique ou même pour un brut paraffinique provenant du Moyen-Orient que pour un brut paraffinique léger de type Algérie, Lybie ou Mer du Nord.
Selon la provenance du brut, il existe deux grandes tendances pour l’huile de base:
➤ les huiles de base à tendance paraffinique qui contiennent en moyenne 60 à 70% de leur carbone sous forme paraffinique, 25 à 30% sous forme naphténique, 5 à 9% sous forme aromatique ; elles ne possèdent que des traces d’asphaltènes.
➤ les huiles de base à tendance naphténique qui ont respectivement des proportions de ces différents carbones : 50 à 60% pour les premiers, 28 à 36% pour le second, 7 à 14% pour les atomes de carbone contenus dans les hydrocarbures aromatiques et 1 à 2% d’asphaltènes.
➤ Les huiles de base à tendance aromatique contiennent majoritairement des produits insaturés cycliques. Elles sont très denses et généralement peu stables à l’oxydation. Leurs indices de viscosités sont très bas ou même négatifs. Compte tenu de ces mauvaises caractéristiques, ces bases à tendance aromatique ne sont plus utilisées.
Huile de base de synthèse
Désignées aussi bases synthétiques, ces huiles sont obtenues par synthèse chimique, addition d’un produit sur lui-même ou polymérisation, estérification, alkylation, la fluoration etc., de composantes provenant de la pétroléochimie, la carbochimie, la lipochimie et de la chimie minérale tels que : oléfines, aromatiques, alcools, acides, composés halogénés, phosphorés, siliciés etc.
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I : GENERALITÉS SUR LES LUBRIFIANTS
I – DEFINITION ET RÔLES D’UN LUBRIFIANT
II – NOTION DE TRIBOLOGIE
II-1- Frottement
II-2- Régimes de lubrification
II-2-1- Régimes de frottement sec
II-2-2- Régimes de lubrification limite
II-2-3- Régimes de lubrification fluide
II-2-4- Régimes de lubrification mixte
III – CLASSEMENT DES LUBRIFIANTS SELON LEURS ETATS PHYSIQUES
III-1- Lubrifiants gazeux
III-2- Lubrifiants liquides
III-3- Lubrifiants semi-solides (ou plastiques)
III-4- Lubrifiants solides
IV – CONSTITUTION DES LUBRIFIANTS
IV-1- Huiles de Base
IV-1-1- Huile de base d’origine végétale
IV-1-2- Huile de base minérale
IV-1-3- Huile de base de synthèse
IV-1-4- Raffinage des huiles de base
IV-1-5- Caractéristiques recherchées pour les huiles de base
IV-1-6- Classification des huiles de base
IV-2- Les Additifs pour lubrifiants
IV-2-1- Définition et rôles
IV-2-2- Les principales familles d’additifs
CHAPITRE II : LES DIFFERENTES METHODES D’ANALYSE UTILISEES
I – CARACTERISTIQUES PHYSIQUES
I-1- Couleur
I-2- Densité
I-3- Indice de réfraction ‘’n’’
I-4- Refractivity intercept ‘’R.I’’
I-5- Facteur de caractérisation de Huang ‘’I’’
II – CARACTERISTIQUES RHEOLOGIQUES
II-1- Viscosité
II-1-1- Viscosité dynamique
II-1-2- Viscosité cinématique
II-1-3- Indice de viscosité
II-2- Propriétés d’écoulement à basse température
II-2-1- Point d’écoulement
II-2-2- Viscosités CCS, Brookfield
III- CARACTERISTIQUES CHIMIQUES ET ANALYSES
III-1- Indice de basicité (BN)
III-2- Taux de Cendres
III-3- Point d’éclair
III-4- Corrosion cuivre
III-5- Teneur en métaux
DEUXIEME PARTIE : TRAVAUX PERSONNELS
CHAPITRE III : ETUDE COMPARATIVE D’ECHANTILLONS D’HUILES
I – HUILES NEUVES
I-1- Origine des huiles
I-2- Notations des échantillons
I-3- Analyse de l’huile
I-3-1- Couleur
I-3-2- Mesure de la Densité
I-3-3- Etude de la tendance chimique prépondérante des huiles neuves
I-3-4- Mesures de la Viscosité cinématique à 40 °C et à 100 °C
I-3-5- Mesure du Point d’éclair
I-3-6- Mesure du Point d’écoulement
I-3-7- Mesure de la réserve d’alcalinité B.N
I-3-8- Épreuve de corrosion lame de cuivre
I-3-9- Taux des Cendres
I-3-10- Teneur en métaux : Zn, Ca
I-4- Résultats d’analyses
I-5- Conclusion partielle
II – HUILES USAGÉES
II-1- Origine de l’huile
II-2- Nature
II-3- Analyse de l’huile
II-3-1- Dilution gazoline
II-4- Résultats d’analyses
III – ETUDE COMPARATIVE
III-1- Interprétation des résultats d’analyses
III-2- Conclusion partielle
CHAPITRE IV : TRAITEMENT DE L’HUILE USAGEE
I – PREPARATION DE L’ECHANTILLON D’ARGILE
I-1- Prélèvement de l’échantillon
I-2- Séchage
II – ACTIVATION DE L’ECHANTILLON D’ARGILE
II-1- Préparation de l’échantillon
II-2- Activation thermique
II-3- Activation Chimique
III – TRAITEMENT DE L’HUILE USAGÉE
III-1- Traitement des huiles usagées A’1
III-2- Traitement des échantillons A’2, A’’2 et A’’’2
III-3- Caractéristiques des huiles traitées
CONCLUSION GENERALE
PERSPECTIVE
ANNEXE
