Essence (hydrocarbure)
Essence pour les moteurs thermiques
L’essence utilisée dans les moteurs thermiques ou moteur à explosion à allumage commandé est un mélange d’hydrocarbures, auxquels sont parfois ajoutés d’autres produits combustibles ou adjuvants. On y trouve en moyenne :
- 20 à 30% d’alcanes, hydrocarbures saturés de formule CnH2n+2,
- 5% de cycloalcanes, hydrocarbures saturés cycliques,
- 30 à 45% d’alcènes, hydrocarbures non saturés,
- 30 à 45% d’hydrocarbures aromatiques, de la famille du benzène.
Ces produits sont, pour l’essentiel, issus de la distillation du pétrole. Il est vraisemblable que dans l’avenir, au fur et à mesure de l’épuisement des réserves, il faudra faire appel à la distillation des schistes bitumineux, comme cela s’est pratiqué il y a quelques décennies dans l’exploitation de la mine des Télots, à Autun.
Parmi les alcanes, deux jouent un rôle particulier : l’octane C8H18 et l’heptane C7H16.
La combustion d’un mélange d’air et de vapeur d’octane produit une explosion, dont le front de flamme dans le mélange se propage à une vitesse inférieure à la vitesse du son. Au contraire, pour l’heptane, la combustion provoque une détonation, le front de flamme se déplace plus vite que le son, ce qui engendre une onde de choc. Il est facile de comprendre qu’un « moteur à détonation » aurait une durée de vie très écourtée par rapport à nos « moteurs à explosion.
Les vitesses de combustion des mélanges d’octane et d’heptane sont intermédiaires entre les deux précédentes, elles servent de référence pour déterminer l’indice d'octane d’un carburant à tester. Si, par exemple, le front de flamme d’un mélange d’air et de ce carburant se déplace à la même vitesse que pour un mélange comportant 95% d’iso-octane et 5% d’heptane, alors on dit que ce carburant a un indice d’octane de 95. Naturellement, cette détermination doit se faire dans des conditions normalisées. On comprend par ailleurs que les mélanges composés exclusivement d’heptane et d’octane auront tous des indices d’octane compris entre 0 et 100
Des mélanges avec d’autres produits permettent néanmoins d’avoir des indices d’octane supérieur à 100, il faut alors les définir par extrapolation : certaines essences de compétition, dites « essences aviation » atteignent environ 110. Pendant de très nombreuses années, on ajoutait à l’essence une certaine quantité de plomb tétraméthyle Pb(CH3)4 ou mieux de plomb tétraéthyle Pb(C2H5)4 afin de diminuer la tendance à la détonation d’essences contenant un fort pourcentage d’heptane. C’était une manière d’augmenter artificiellement l’indice d’octane (on gagnait 10 points avec 1 g/l de PTE) et de favoriser la lubrification des moteurs mais cela conduisait à disperser dans l’environnement de fortes quantités de plomb, métal dont on connaît la toxicité. Les essences comportant du plomb sont désormais interdites. On connaît d’autres solutions, pas forcément exemptes d’inconvénients, par exemple utiliser davantage d’hydrocarbures aromatiques (beaucoup plus toxiques que les alcanes ...), ajouter des alcools (en provoquant des risques de corrosion des moteurs), etc.
Un carburant dont l’indice d’octane est trop faible a tendance à provoquer une combustion trop brutale mais aussi présente une fâcheuse tendance à l’auto-inflammation lors de la compression dans les cylindres du moteur et au cliquetis. Plus le taux de compression du moteur est élevé, plus la température atteinte lors de la compression des gaz est élevée et plus l’indice d’octane doit se rapprocher de 100. Comme on le sait par ailleurs, l’augmentation du taux de compression améliore, conformément aux lois de la thermodynamique, le rendement du moteur, en augmentant l’écart des températures de la source chaude et de la source froide. Un moteur conçu pour fonctionner avec un carburant ayant un certain indice d’octane peut sans problème être alimenté avec un autre carburant d’indice plus élevé, mais pas l’inverse !
Deux valeurs de l’indice d’octane sont disponibles dans les stations-service :
- l’Indice d’Octane Recherche (Research Octane Number, RON) caractérise le comportement d’un carburant à bas régime ou lors des accélérations.
- l’Indice d’Octane Moteur (Motor Octane Number, MON) évalue la résistance d’un carburant au cliquetis à haut régime.
Les divers types d’essences actuellement disponibles sont :
- l’essence sans plomb 95 ou « Eurocarburant » (indice d’octane 95),
- l’essence sans plomb 98 (indice d’octane 98),
- le « super » (indice 98, en voie de disparition). Il ne contient plus de plomb mais du potassium pour l'« anti-récession des soupapes » et pose de ce fait des problèmes de fonctionnement avec les moteurs 2 temps.
L’essence sans plomb 98 est plus détergente que l’essence sans plomb 95 et se révèle plus corrosive, en particulier pour les pièces en élastomères (caoutchoucs). Ces deux carburants, rappelons-le, contiennent de fortes quantités de composants aromatiques qui sont très toxiques. Il faut donc éviter d’en respirer les vapeurs et ne pas s’en servir comme agent de nettoyage, de dégraissage ou de détachage.
Autres types d’essence (à compléter)
On trouve en droguerie l’essence C, l’essence F, le « white spirit », l'essence G (ether de pétrole), etc. qui sont des mélanges d’hydrocarbures plus ou moins volatils et peu toxiques. Ce sont évidemment des produits très inflammables qu’il convient de manipuler loin de toute source de chaleur et dans des lieux bien aérés.
Outre le remplissage des briquets qui représente un usage très marginal (on parlait jadis d’essence à briquets), les essences de pétrole servent surtout de solvants qui servent à éliminer les taches de corps gras ou de diluants pour les peintures.
Liens externes
- Voir un schéma détaillé sur un distributeur d'essence pour automobile.