Désactivateurs, Dispersants et Détergents dans les Lubrifiants : Un Guide Complet

Les additifs peuvent améliorer, supprimer ou ajouter de nouvelles propriétés aux huiles. Les antimousses, les dispersants et les détergents ne font pas exception. Ce trio d'additifs peut être trouvé dans la plupart des lubrifiants finis, bien que dans des proportions variables.

Discutons des principales différences entre ces trois éléments, pourquoi chacun est si important et des moyens de confirmer leur présence.

Quelle est la différence ?

Bien qu’il s’agisse tous d’additifs (qui commencent par la lettre D), leurs fonctions sont nettement différentes. Ils travaillent tous pour protéger l’huile de divers types de contaminants.

Par exemple, les antimousses réduisent les bulles d’air dans l’huile. Dans le même temps, les détergents maintiennent les surfaces métalliques propres et les dispersants encapsulent les contaminants afin qu'ils soient en suspension dans le lubrifiant.1 Ceci est illustré dans la figure 1.

Extrait de notre dernier article sur additifs lubrifiants – Un guide complet, voici quelques descriptions détaillées du fonctionnement de chacun de ces additifs.

Antimousses

Lorsque de la mousse se forme dans le lubrifiant, de minuscules bulles d'air restent emprisonnées soit à la surface, soit à l'intérieur (appelées mousse intérieure). Les antimousses agissent en s'adsorbant sur la bulle de mousse et en affectant la tension superficielle de la bulle. Cela provoque une coalescence et brise la bulle à la surface du lubrifiant1.

Pour la mousse qui se forme en surface, appelée mousse de surface, on utilise des antimousses ayant une tension superficielle plus faible. Ils ne sont généralement pas solubles dans l’huile de base et doivent être finement dispersés pour être suffisamment stables même après un stockage ou une utilisation à long terme.

D'autre part, la mousse interne, qui est constituée de bulles d'air finement dispersées dans le lubrifiant, peut former des dispersions stables. Les antimousses courants sont conçus pour contrôler la mousse de surface mais stabiliser la mousse intérieure2.

Dispersants

D’un autre côté, les dispersants sont également polaires et maintiennent les contaminants et les composants insolubles de l’huile en suspension dans le lubrifiant. Ils minimisent l’agglomération des particules, ce qui maintient la viscosité de l’huile (par rapport à la coalescence des particules, qui conduit à un épaississement). Contrairement aux détergents, les dispersants sont considérés comme sans cendres. Ils fonctionnent généralement à des températures de fonctionnement basses.

Détergents

Détergents are polar molecules that remove substances from the metal surface, similar to a cleaning action. However, some detergents also provide antioxidant properties. The nature of a detergent is essential, as metal-containing detergents produce ash (typically calcium, lithium, potassium, and sodium)1.

Les antimousses sont-ils nécessaires ?

Antimousses, also called antifoam additives, are found in many oils. Most oils need to keep foam levels to a minimum, and it is very easy for foam to form in lube systems due to their design and flow throughout the equipment.

Lorsque de la mousse pénètre dans l’huile, elle peut affecter sa capacité à fournir une lubrification adéquate des surfaces. Cela peut entraîner une usure au niveau de la surface, endommageant l'équipement.

De nombreuses huiles nécessitent des antimousses pour remplir diverses fonctions et dans des proportions différentes en fonction de leur application. Dans les liquides de transmission automatique (ATF), des antimousses sont généralement nécessaires à des concentrations de 50 à 400 ppm pour éviter une formation excessive de mousse et un entraînement d'air3. En revanche, pour les fluides de transmission manuelle et les lubrifiants pour essieux, les antimousses sont nécessaires à des concentrations légèrement inférieures, entre 50 et 300 ppm.

Cependant, les constructeurs OEM doivent vérifier ces concentrations. Si la concentration d’antimousses est trop élevée, cela peut en fait augmenter la formation de mousse. De plus, les antimousses doivent être correctement équilibrés avec les autres packages d’additifs pour garantir qu’ils ne contrecarrent pas négativement un autre additif.

Il existe deux principaux types d’antimousses : les antimousses à base de silicone et les antimousses sans silicone. Les antimousses à base de silicone sont considérés comme les antimousses les plus efficaces, notamment à de faibles concentrations de l'ordre de 1 %. Ces antimousses sont généralement pré-dissous dans des solvants aromatiques pour fournir une dispersion stable.

Cependant, les antimousses en silicone présentent deux inconvénients importants. En raison de leur insolubilité, ils peuvent facilement sortir de l’huile et avoir une puissante affinité avec les surfaces métalliques polaires.

D’un autre côté, les antimousses sans silicone constituent une autre alternative, notamment pour les applications nécessitant des lubrifiants sans silicone. Ces applications incluent les fluides de travail des métaux et les fluides hydrauliques, qui sont utilisés à proximité de ceux sans silicone, et même ceux impliqués dans l'application de peintures ou de laques sur ces pièces.

Certains antimousses sans silicone comprennent les poly(éthylène glycol) (PEG), les polyéthers, les polyméthacrylates et les copolymères organiques. Le tributylphosphate est également une autre option pour les antimousses4.

Pourquoi les dispersants sont-ils importants ?

Bien souvent, les détergents et les dispersants sont regroupés principalement parce que leurs fonctions peuvent se compléter. Comme indiqué ci-dessus, la différence significative est que les dispersants sont sans cendres, tandis que les détergents sont constitués de composés contenant davantage de métaux.

Cependant, certains dispersants sans cendre offrent également des propriétés « nettoyantes », de sorte que les deux ne s’excluent pas mutuellement.

Une grande queue d'hydrocarbure oléophile et un groupe de tête hydrophile polaire peuvent catégoriser les détergents et les dispersants. Généralement, la queue se solubilise dans le fluide de base tandis que la tête est attirée par les contaminants présents dans le lubrifiant.

Les molécules dispersantes enveloppent les contaminants solides pour former des micelles, et les queues non polaires empêchent l'adhésion de ces particules sur les surfaces métalliques, de sorte qu'elles s'agglomèrent en particules plus grosses et semblent en suspension.

Les dispersants sans cendres sont, par définition, ceux qui ne contiennent pas de métal et sont généralement dérivés de polymères d'hydrocarbures, les plus populaires étant les polybutènes (PIB).

Par exemple, les dispersants sont généralement requis à des concentrations de 2 à 6 % dans les ATF et sont utilisés pour maintenir la propreté, disperser les boues et réduire la friction et l'usure3. Ces valeurs dans les fluides de transmission manuelle et les lubrifiants pour essieux varient de 1 à 4 %.

Les détergents nettoient-ils vraiment ?

Traditionnellement, les détergents recevaient leur nom car on supposait qu'ils conféraient à l'huile des propriétés nettoyantes similaires à celles des détergents à lessive. Cependant, ces composés contenant des métaux fournissent également une réserve alcaline utilisée pour neutraliser les sous-produits acides de combustion et d’oxydation.

En raison de leur nature, ces composés dispersent les particules, telles que les particules d’usure abrasive et de suie, plutôt que de les éliminer (lors d’une action nettoyante). Il existe quatre principaux types de détergents : les phénates, les salicylates, les thiophosphates et les sulfonates4.

Phénates de calcium sont le type de phénate le plus courant. Ils sont formés par synthèse de phénols alkylés avec du soufre élémentaire ou du chlorure de soufre, suivie d'une neutralisation avec des oxydes ou hydroxydes métalliques. Ces phénates de calcium ont de bonnes propriétés dispersantes et possèdent un plus grand potentiel de neutralisation des acides.

Salicylates ont des propriétés antioxydantes supplémentaires et une efficacité prouvée dans les formulations d’huiles pour moteurs diesel. Ils sont préparés par carboxylation de phénols alkylés avec métathèse ultérieure en sels métalliques divalents. Ces produits sont ensuite surbasés avec un excès de carbonate métallique pour former des détergents hautement basiques.

Thiophosphonates sont rarement utilisés aujourd’hui car il s’agit d’un produit surbasé.

Sulfonates ont généralement d'excellentes propriétés anticorrosion. Les sulfonates neutres (ou surbasés) ont un excellent potentiel détergent et neutralisant. Ces sulfonates neutres sont généralement formés avec des oxydes ou hydroxydes métalliques dispersés de manière colloïdale.

Les sulfonates de calcium sont relativement bon marché et ont de bonnes performances. D'autre part, les sulfonates de magnésium présentent d'excellentes propriétés anticorrosion mais peuvent former des dépôts de cendres dures après dégradation thermique, conduisant à un polissage des alésages des moteurs. Les sulfonates de baryum ne sont pas utilisés en raison de leurs propriétés toxiques.

Détergents in ATFs are used in concentrations of 0.1-1.0% for cleanliness, friction, corrosion inhibition, and reduction of wear3. However, these values are a bit higher in manual transmission fluids, at 0.0 – 3.0%. On the other hand, no detergents are required for axle lubricants!

Que se passe-t-il lorsque ces additifs sont épuisés ?

Pour les trois additifs dont nous avons parlé plus tôt, chacun d’eux est sacrificiel d’une manière ou d’une autre. 

Antimousses get used up when they are called upon to reduce the foam in the oil. On the other hand, detergents and dispersants use their characteristics to suspend contaminants in the oil.

Dans tous ces scénarios, chacun de ces additifs peut être considéré comme s’épuisant avec le temps. Dans l’exercice de leurs fonctions, ils subiront des réactions qui réduiront leur capacité à les remplir plus d’une fois.

Par conséquent, on peut conclure que ces additifs s’épuisent avec le temps, même s’ils n’ont peut-être pas physiquement quitté l’huile, mais existent désormais sous une forme différente.

La propriété de libération d’air de l’huile est affectée par la perte d’agents antimousse. Cette valeur connaîtra une augmentation significative, indiquant qu’il faut plus de temps pour que l’air soit libéré de l’huile. En tant que tel, l’air reste dans l’huile à l’état libre, dissous, entraîné ou mousseux.

Par conséquent, cela a un impact sur la capacité de l’huile à lubrifier correctement les composants et peut même entraîner un microdiesel et une augmentation de la température de l’huile dans le carter.

D’un autre côté, à mesure que les détergents et les dispersants diminuent, la capacité du pétrole à retenir les contaminants diminue également.

Par conséquent, on commencera à remarquer que des dépôts peuvent commencer à se former à l’intérieur de l’équipement, entraînant le blocage des vannes (en particulier dans les systèmes hydrauliques) ou une augmentation générale de la température du système, car ces dépôts peuvent emprisonner la chaleur.

Avec l’augmentation de la température, l’huile peut commencer à s’oxyder, entraînant la formation de davantage de dépôts et éventuellement même de vernis.

Essentiellement, ces additifs sont essentiels à la santé de l’huile de votre système. Les détergents et dispersants peuvent aider à garder votre système propre (exempt de contaminants tels que la suie).

Les antimousses peuvent même réduire le risque d'usure, l'augmentation des températures du système de lubrification, le risque de formation de vernis ou la possibilité de succomber au microdieseling.

Bruno Defelippe du Paraguay est confus au sujet des huiles minérales.

« Toutes les huiles moteur ne sont-elles pas des « huiles minérales » ? demande-t-il. « Quelle est la différence avec les « huiles non minérales » – si elles existent. »

Comme tant de choses dans l’aviation – et dans la vie – la réponse est « eh bien, en quelque sorte, en quelque sorte oui ». Toutes les huiles moteur sont des huiles minérales.

Le problème ici est que chaque industrie, région du pays et profession a sa propre langue et sa propre terminologie.

Il y a de nombreuses années, j’ai donné une conférence à un groupe composé de plusieurs médecins. Après l'entretien, l'un d'eux a déclaré qu'il avait un nouveau moteur dans son avion et qu'il ne savait pas qu'il pouvait aller à la pharmacie de l'hôpital et y chercher simplement de l'huile minérale pour son moteur.

Après en avoir réglé quelques-uns, j'ai expliqué que l'huile minérale dans l'aviation générale fait référence à un produit qui répond à la spécification Mil-L-6082E/SAE 1966 pour les huiles d'aviation.

Habituellement utilisé pour le processus de rodage de certains moteurs à pistons d'avion, il s'agit essentiellement d'huiles de base minérales avec presque aucun additif (à l'exception d'une petite quantité d'antioxydant et d'abaisseur de point d'écoulement). 

La théorie derrière l'utilisation de l'huile minérale pour le rodage des moteurs neufs ou révisés est que, sans additifs de propreté dispersants sans cendre, une plus grande partie des particules d'usure métalliques des nouvelles pièces restent dans la zone de la courroie annulaire et agissent comme des composés de rodage pour s'user dans les nouveaux cylindres et ensembles de bagues.  

L'autre classification des huiles pour moteurs à pistons d'aviation est la spécification Mil-L-22851D/SAE 1899 pour les huiles qui sont normalement appelées AD ou huile dispersante sans cendre. Ces produits sont généralement uniquement des produits à base d'huile minérale avec l'ajout d'un dispersant sans cendre pour une propreté améliorée.

L'exception ici concerne les huiles multigrades semi-synthétiques ou partielles qui sont mélangées à certaines huiles de base non minérales.

De nombreuses personnes appellent à tort les huiles AD des huiles détergentes – et ce genre de travail fonctionne dans la communauté aéronautique où il n’existe que les deux spécifications d’huile pour les huiles certifiées pour moteurs à pistons d’avion.

Mais c’est incorrect lorsqu’il s’agit d’autres classifications d’huiles. Dans le monde des lubrifiants, une huile détergente contient un détergent de type cendre ou à base métallique, par opposition à un dispersant sans cendre. La différence semble minime, mais il existe une différence significative au niveau du moteur.

Dans un moteur d'avion, une huile détergente de type cendre va accumuler des dépôts dans le moteur, ce qui conduira probablement à un pré-allumage, et détruira probablement le moteur.  

Quelle huile dois-je utiliser pour roder le moteur de mon avion ?

Alors, quelle huile faut-il utiliser pour roder un nouveau moteur ? La réponse varie en fonction de l’entreprise qui a fabriqué ou reconstruit votre moteur et des recommandations de cette entreprise.

Par exemple, Continental recommande le rodage en utilisant une huile minérale conforme à la spécification Mil-L-6082/SAE 1966 dans tous ses moteurs. Mais Lycoming recommande d'utiliser une huile AD répondant aux spécifications Mil-L-22851/SAE 1899 pour le rodage de ses moteurs turbocompressés et une huile minérale pour le rodage de la plupart des moteurs à pistons non turbo. Il existe également des recommandations différentes pour certains modèles, comme la série de moteurs O-320H de Lycoming. 

De plus, plusieurs ateliers de reconstruction de moteurs et de cylindres ont leurs propres recommandations.

Alors, quel est le résultat final des recommandations en matière de pétrole ?

Vérifiez toujours auprès des personnes qui ont construit votre moteur leurs recommandations en matière de rodage, puis suivez ces recommandations de près. 

Demandez également leurs recommandations sur l'huile à utiliser après le rodage et les intervalles de vidange d'huile recommandés. 

Utilisez uniquement – et je veux dire uniquement – des huiles qui répondent aux spécifications Mil/SAE recommandées.

Dernier conseil : surveillez et ajustez toujours la température de votre huile pour qu'elle atteigne environ 180 °F environ pendant la croisière. Au fur et à mesure que l'huile traverse le moteur, elle deviendra jusqu'à 50° plus chaude que celle indiquée. Si votre température est bien en dessous de 180°, vous ne ferez pas bouillir l’eau et si elle est bien au-dessus de 180°, vous pouvez provoquer une cokéfaction de l’huile.  

Cette spécification MIL-L-22851 établit les exigences relatives aux huiles lubrifiantes contenant des additifs dispersants sans cendre à utiliser dans les moteurs d'avion à pistons alternatifs à quatre temps. Cette spécification est annulée. Remplacé par SAE-J1899.

Mil-Spec