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Les huiles se prsentent sous la forme d'une base, "huile minrale ou huile de synthse", avec des additifs (antiusure, extrme pression, anticorrosion...) utiliss pour amliorer les caractristiques ou adapter l'huile l'application choisie. La viscosit et le point d'coulement sont les proprits principales. Plus une huile est paisse, plus sa viscosit est leve. La fluidit est la proprit inverse de la viscosit. La viscosit de la majorit des fluides diminue lorsque la temprature augmente.

Figure 5

1. Proprits principales
Influence de la temprature

Elle varie suivant le type de l'huile. Par exemple, les huiles minrales base paraffinique ont des proprits lubrifiantes moins bonnes que les autres huiles aux basses tempratures car les paraffines ("cires") qu'elles contiennent cristallisent et l'huile fige. Le dparaffinage est possible. Pour des tempratures suprieures 90 les huile s minrales s'oxydent rapidement. En pratique, la C, dure de service d'une huile minrale peut tre fixe 30 ans 30 cette dure passe 15 ans C, 40 La dure est divise par deux pour chaque aug mentation de 10 100 elle est descendue C. C. C, 3 mois. Au-dessus de 100 il est prfrable d'uti liser les huiles synthtiques. C, Influence de la temprature sur la dure de service des huiles minrales Tableau 3 Temprature de 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C 100 C >100 C service --------- --------- --------de l'huile ----30 15 7 ans 3 ans 1 ans 12 6 3 utiliser des huiles de Dure de vie ans ans et et et mois mois mois synthse indicative 6 mois 9 mois 9 mois de l'huile minrale
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Viscosit cinmatique ()

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La viscosit cinmatique est dtermine en mesurant, une temprature donne, la dure de l'coulement d'un volume connu de liquide travers un appareil comportant un orifice (tube calibr ou tube capillaire) de dimensions normalises. Units : m/s ; Stoke (St) ou centistoke (cSt) 10000 St = 1 m.s-1 ; 1 cSt = 1 mm.s-1 ; 106cSt = 1 m.s-1

Figure 6

Relation viscosit-temprature La viscosit varie en fonction de la temprature. La fonction est du type exponentiel et les relations sont de la forme (quation de Walther) :
log log ( + 0,6) = a - b logT

a et b sont des constantes positives fonction de la nature de l'huile, T la temprature en kelvin et la viscosit en cSt. La reprsentation graphique est souvent ralise en diagramme logarithmique ("papier log log") avec log log(+0,6) en ordonne et logT en abscisse.

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Figure 7

Viscosit dynamique () La viscosit dynamique caractrise les couches de lubrifiant frotter ou glisser les unes sur les autres, c'est aussi le produit de la viscosit cinmatique par la masse volumique du fluide :

= . avec en Pa.s ; en m2.s-1 ; en kg.m-3

Units lgales () : Pa.s (pascal.seconde) ou N.s/m ; poise (P) et centipoise (cP) 1 poise = 1 P = 0,1 Pa.s 1000 centipoises = 103 cP = 1 Pa.s

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Figure 8

Remarque : la viscosit varie en fonction de la pression p. Par exemple, pour une huile minrale classique, la viscosit 350 bars est le double de celle la pression atmosphrique (quivaut une variation de temprature de 10 20 Les relatio ns entre et p sont de la forme : C).

p = 0 x e kp
e : base des logarithmes npriens k : coefficient (k = 0,002 pour une huile ayant un IV = 95) La thorie lasto-hydrodynamique de Grudin tient compte de ce phnomne et permet de dterminer l'paisseur d'un film lubrifiant entre deux surfaces en mouvement relatif, sous trs fortes charges (voir galement paragraphe frottement hydrodynamique). Index (ou indice) de viscosit (VI ou IV) L'index ou indice de viscosit (IV ou VI) caractrise la variation de la viscosit en fonction de la temprature et permet de juger la tenue chaud et froid des huiles. Un IV de 100 indique une trs faible variation de la viscosit, un IV de 0 une trs grande variation ou une grande sensibilit la temprature. Remarques Pour une huile moteur, un IV lev est un bon indicateur pour des dmarrages faciles et des mises en rgime rapides aux basses tempratures. Le IV est un coefficient obtenu en comparant la viscosit 40 de l'huile teste, en cSt, celles C de deux huiles de rfrence, l'une asphaltique et l'autre paraffinique, ayant toutes deux mme viscosit 100 que l'huile teste. C
viscosit huile asphaltique de rfrence 40 C - viscosit huile teste 40 C viscosit huile asphaltique de rfrence 40 C - viscosit huile paraffinique de rfrence 40 C

IV = 100 x

Remarque : la norme NF T 60-136 dfinit deux types d'indice, une mthode pour les 0 < IV 100 et une pour les IV > 100.
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Figure 9

Point d'coulement, point de trouble : Le point de trouble est la temprature laquelle apparat un dbut de cristallisation se traduisant par une altration de la limpidit. Le point d'coulement dfinit la temprature laquelle une huile, chauffe, puis refroidie dans des conditions bien prcises et normalises, cesse de couler (cristallise ou se solidifie). Remarque : voir aussi la norme NF T 60-105 qui fixe le mode opratoire. Comme il est difficile d'avoir une grande prcision, la norme spcifie que l'cart admissible en reproductibilit de l'essai peut atteindre 6 C.

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2. Autres caractristiques et proprits des huiles

Couleur Pour une huile neuve, la couleur est une caractristique d'identification (NF T 60-104). Si l'huile est usage ou pollue, elle a tendance foncer. Un trouble plus ou moins laiteux indique une prsence d'eau en suspension. Chaleur massique, conductivit thermique La chaleur massique augmente avec la temprature et est d'autant plus leve que la densit de l'huile est faible. Par exemple, pour les huiles minrales, la chaleur massique se situe vers 2 kJ/kg.K jusqu' 100 et augmente de 20% si la temprature crot de 100 C C. La conductivit thermique moyenne est d'environ 0,14 W/m.K, elle chute de 7% entre 10 et 120 et C varie de faon inversement proportionnelle la densit. Variations de la chaleur massique et de la conductivit thermique en fonction de la temprature Tableau 4 0 C 40 C 90 C 120 C 1,75 1,88 2,12 2,28 Chaleur massique kJ/kg.K huile de densit 0,934 1,85 1,99 2,21 2,35 Chaleur massique kJ/kg.K huile de densit 0,825 0,137 0,134 0,129 0,125 Conductivit thermique W/m.K huile de densit 0,934 Dtergence, dispersivit Certaines huiles contiennent des additifs de dtergence-dispersivit dont la fonction est de maintenir finement disperses les particules charbonneuses dans l'huile, la fois pour viter les dpts (par exemple les huiles pour moteur diesel...), et pour en faciliter l'vacuation lors des vidanges. Dsmulsibilit La dsmulsibilit est l'aptitude que possde une huile se sparer de l'eau, les deux ayant t pralablement brasses dans des conditions bien prcises afin de former une mulsion. Remarque : la sparation des deux fluides se produit lentement par dcantation naturelle du fait des diffrences de densit. Indice d'acide L'indice d'acide est le nombre de milligrammes de potasse ncessaire pour neutraliser toute l'acidit d'un gramme d'huile. Remarques : l'acidit d'une huile minrale pure est pratiquement nulle, il n'en est pas de mme des huiles avec additifs. De la mme manire on peut dterminer un indice d'alcalinit. Indice de saponification L'indice de saponification (norme NF T 60-110) est le nombre de milligrammes de potasse ncessaires pour saponifier un gramme d'huile. L'indice comprend la consommation de potasse ncessaire la neutralisation de l'acidit et la diffrence entre les deux valeurs reprsente un indice d'ester correspondant aux corps gras. Cet indice permet notamment de mesurer la proportion d'huile d'origine animale ou vgtale dans une huile teste dont on connat la nature.
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Masse volumique (densit) Dans le cas des huiles, la masse volumique ou la densit sont surtout utiles comme moyen d'identification ou de contrle. Ils n'ont aucune relation avec la viscosit. Pour les huiles minrales, la densit est gnralement indique 15 Pour des tempratures (t) C. diffrentes, la densit dt peut tre obtenue partir de la densit 15 (d 15) par la relation approche : C

d t = d15 - 0,00062(t - 15)

La densit varie avec la pression et la temprature. Certains lubrifiants synthtiques, comme les polyglycols et les esters phosphoriques, ont une masse volumique suprieure l'eau. Variation de la densit d'une huile minrale avec la temprature et la pression Tableau 5 0 C 60 C 120 C 0,88 0,85 0,82 Densit la pression atmosphrique 0,94 0,92 0,90 Densit sous une pression de 1500 bars Moussage Une huile contenant de l'air entran est un mlange htrogne dans lequel l'huile constitue une phase continue, l'ensemble se prsente sous la forme de petites gouttes d'air entoures d'huile. Dans une mousse au contraire, l'air est en phase continue et l'huile en phase discontinue, le tout se prsente sous la forme de nombreuses bulles d'air entoures de fines couches d'huile. L'air entran peut tre produit par effet mcanique ou par dgagement d'air dissous (par exemple suite une diminution de la pression) et peut engendrer des phnomnes indsirables : cavitation des pompes, altration des huiles, tincelles... La tendance au moussage peut tre value par essai (NF T 60-129). Exemples d'additif antimousse : adjonction de petites quantits de silicone fluide. Onctuosit, tensions superficielles L'onctuosit : elle caractrise l'aptitude d'une huile adhrer aux surfaces sous la forme d'un pilamen (fine pellicule ou couche molculaire). Cette proprit englobe tout un ensemble de phnomnes lis la capillarit, la tension superficielle et des proprits de contact avec la matire l'chelle des pilamens molculaires. Adsorption chimique : certaines substances (graisses animales et vgtales, acides gras et esters) d'un lubrifiant changent des lectrons avec l'oxyde qui recouvre le mtal (phnomne de polarit) provoquant une fixation chimique en surface. De plus, il se produit une orientation privilgie des molcules d'huile qui se dressent comme les poils d'une brosse et empchent le contact mtal sur mtal. Tensions superficielles : elles agissent sur les surfaces de contact air-huile. Une faible tension superficielle favorise la dispersion d'une huile en fines gouttelettes. Tensions interfaciales : elles agissent sur les surfaces de contact de contact huile-eau. Une forte tension interfaciale s'oppose l'mulsion de l'huile dans l'eau. Point d'clair ou de feu Le point d'clair, c'est la temprature laquelle les vapeurs mises par une huile, chauffe dans des conditions bien prcises et normalises, s'enflamment au contact d'une flamme et s'teignent aussitt. Les normes NF T 60-103 (vase clos) et NF T 60-118 (vase ouvert) prcisent les modes opratoires. Une prsence ventuelle d'eau dans l'huile aura une grande influence sur la valeur du point dclair. Le point de feu, c'est la temprature laquelle les vapeurs mises par une huile, chauffe dans des conditions bien prcises et normalises, s'enflamment au contact d'une flamme et continuent brler (pendant au moins 5 secondes).
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Remarques : noter que ces deux points varient avec la pression (environ 1 K/40 par millibar de variation). Dans les deux cas, les valeurs obtenues exprimentalement dpendent des appareillages utiliss, exemples : mthode en vase clos : Luchaire, Pensky-Martens... mthode en vase ouvert : Cleveland, Marcusson... Point d'aniline Le point d'aniline est la temprature laquelle une solution obtenue chaud d'aniline (10 cm3) et d'huile (10 cm3) prend, lors du refroidissement, un aspect trouble par cristallisation de l'aniline. Ce point permet de prjuger du comportement d'une huile avec certains lastomres. Une huile ayant un bas point d'aniline aura tendance gonfler les joints, une huile avec un haut point d'aniline aura tendance les durcir. Rigidit lectrique, rsistivit la rigidit lectrique, ou dilectrique (ou tension disruptive), permet d'apprcier le pouvoir isolant d'une huile. Elle renseigne sur la rsistance au "claquage" sous des tensions leves. Cette rsistivit est mesure dans des conditions bien prcises et normalises, Norme NF C 27-221. Remarques : La prsence d'impurets, eau notamment, a une grande influence sur la rigidit lectrique. Les huiles isolantes sont utilises et recommandes dans le cas des interrupteurs et disjoncteurs coupure dans l'huile, des condensateurs pour rseaux de distribution, des transformateurs de puissance, etc. Temprature d'auto-inflammation La temprature d'auto-inflammation des huiles est nettement suprieure celle du point d'clair ( 400 C). C'est la temprature laquelle se produit une inflammation spontane (ou oxydation) d'une l'huile dans l'air lorsqu'elle est chauffe dans des conditions bien prcises et normalises. Temprature de floculation La temprature de floculation est la temprature partir de laquelle, sous l'effet d'un refroidissement, un mlange huile-fluide frigorigne (fron...) se dissocie partiellement, donnant lieu une prcipitation. Teneur en cendres, carbone rsiduel La teneur en cendres (NF T 60-111) : sa mesure permet de dceler la prsence d'additifs base de savons mtalliques, d'impurets ventuelles, etc. Mode opratoire : aprs calcination des lments organiques constituant le lubrifiant, on calcule le pourcentage en poids des rsidus de brlage par rapport la quantit d'huile initiale. Remarque : la teneur en cendres des huiles minrales pures varie de 0,001 0,05%. Carbone rsiduel : il peut tre apprci partir du rsidu Conradson exprimant le pourcentage en poids des dpts de carbone forms dans des conditions trs particulires (avec appareil de Conradson et mode opratoire spcifique...) aprs dcomposition haute temprature des huiles. Voir aussi norme NF T 60-116. Les additifs augmentent en gnral la valeur du rsidu Conradson.
Remarque : il existe aussi un rsidu Ransbottom exprim en pourcentage du poids initial (N T 60117).

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