E TUDE DU COMPORTEMENT THERMIQUE DES DEPOTS

L’étude du comportement thermique des dépôts a été réalisée par analyse thermogravimétrique (ATG) en utilisant la thermobalance Linzeis L81 (Linzeis, Selb, Germany) sur les échantillons prélevés dans les gorges de piston à l’aide d’un scalpel.

La procédure appliquée pour le traitement thermique est identique pour tous les dépôts. Environ 10 mg d’échantillon sont introduits dans un creuset en platine. L’échantillon est chauffé de la température ambiante jusqu’à 1000°C, à une vitesse de 20°C/min sous courant azote (atmosphère inerte). Le comportement thermique de ces dépôts a été comparé à celui de l’huile neuve de même grade qui a subit le même traitement thermique par ATG.

La mesure de la masse perdue permet de déterminer l’indice de matière organique à 1000°C. Les températures correspondantes à chaque phase de dégradation ont été déterminées grâce aux dérivées des courbes de masse perdue = f (Température).

Les courbes d’ATG obtenues pour les différents dépôts étudiés sont présentées dans la figure II-5 ; de plus la figure II-6 reporte la dérivée de la courbe d’ATG obtenue pour l’échantillon du piston DW12B de l’essai d’endurance de 200 heures.

D’après ces deux figures, les courbes d’ATG des dépôts peuvent être divisées en 3 zones : (i) la première zone s’étend de la température ambiante jusqu’à 200°C, (ii) la deuxième zone part de 200°C et s’étend jusqu’à 500°C, et (iii) la troisième zone couvre les températures comprises entre 500°C à 1000°C.

Dans la première zone, l’évaporation de produits légers se produit exactement entre 100°C et 120°C. Ces produits légers pourraient être attribués à des molécules d’eau provenant de la condensation des vapeurs d’eau de gaz de combustion transportés dans la première gorge par le biais des gaz de blow-by. Ils pourraient aussi correspondre à des produits de bas poids moléculaires générés au cours du processus de dégradation du lubrifiant dans le moteur.

Dans la deuxième zone, deux étapes de décomposition peuvent être observées.

La première étape qui a lieu entre 200°C et 400°C, s’observe uniquement pour les échantillons des pistons DW12B (roulage de 86000 km et endurance de 200h) et DW12M. Cette seconde étape de décomposition ne se produit pas pour l’échantillon DW10TD. Pour permettre une comparaison, la courbe de l’analyse thermogravimétrique de l’huile neuve a été reportée sur la figure II-5; et celle-ci montre une importante perte de masse dans le même domaine de température. On peut donc conclure qu’à cette température, les fractions d’huile encore présentes dans les dépôts sont volatilisées. Ainsi, puisque l’échantillon du piston DW10TD ne présente pas cette étape de décomposition, on peut affirmer qu’il ne contient pas ces fractions résiduelles de lubrifiant. Celles-ci pourraient avoir été déjà évaporées ou dégradées lors des tests moteurs.

La deuxième étape de décomposition, qui se produit vers 430°C, a été attribuée à l’évaporation de la fraction de haut poids moléculaire présente dans les dépôts. Cette fraction peut se former par des réactions de polymérisation suite au processus d’oxydation du lubrifiant.

Enfin, dans la troisième zone, les pertes de masse observées entre 665°C et 690°C puis entre 860°C et 960°C pourraient vraisemblablement correspondre au craquage des résidus carbonés.

Figure II-5. Courbes ATG des différents dépôts étudiés et de l’huile neuve de grade SAE 5W30, obtenues sous azote

Figure II-6. Courbes ATG et sa dérivée obtenues pour l’échantillon DW12B d’endurance de 200h

La température et le pourcentage de matière perdue à chaque phase de décomposition sont reportés dans le tableau II-2.

Ce tableau montre qu’il existe une corrélation entre l’indice de matière organique pris à 1000°C et les pourcentages de matière grasse (résidu d’huile : vers 290°C), et d’huile polymérisée (vers 430°C). On peut ainsi dire qu’il y a formation de deux types de dépôts en fonction du cycle de vie du moteur : (i) des dépôts « gras » et (ii) des dépôts « secs », qui seront classés suivant leurs pourcentages de matières organiques volatiles déduits des courbes ATG. La formation de chaque type de dépôts dépend de la sévérité des essais auxquels ont été soumis les moteurs. En fait, il apparaît à la suite de ce travail de caractérisation des dépôts que le terme de « sévérité » des tests traduit mieux que le paramètre habituellement utilisé de « durée des essais » les contraintes auxquelles ont été soumis les lubrifiants lors des essais moteurs. Ainsi, il semble plus raisonnable de recommander l’utilisation du concept de « sévérité des tests » plutôt que le paramètre « durée » pour tenir compte des évolutions auxquelles sera soumis le système.

En effet, pour étayer cette observation, il est apparu que les essais avec le piston DW10TD a été conduit avec une température d’huile de 145°C dans le carter, alors que les autres essais moteurs ont été réalisés avec une température de 120°C. La température de 145°C dans le carter d’huile correspond à une condition de test assez extrême ; cette condition Chapitre II : Caractérisation des dépôts de 1ère gorge de piston de moteurs Diesel

de test peut être responsable d’une dégradation plus importante du lubrifiant même si l’essai moteur a duré 300 heures, durée plus courte que celle de l’essai d’endurance de 400 heures réalisé avec le piston DW12M qui présente cependant des résultats plus proches de ceux obtenus au cours des autres essais.

Tableau II-2. Données résultant de la décomposition thermique des dépôts par ATG

Echantillon DW12B DW12B DW12M DW10TD

Durées des essais 86000kms 200h 400h 300h

Température huile - 125°C 125°C 145°C 1ère étape 2,79 % 100°C 4,52 % 110°C 5,45 % 105°C 8,52 % 120°C 2ème étape 23,50 % 295°C 18,63 % 290°C 14,12 % 290°C - 3ème étape 20,09 % 435°C 11,47 % 433°C 10,80 % 440°C 9,99 % 425°C 4ème étape 4,59 % 665°C 8,70 % 690°C 10,44 % 690°C 14,62 % 685°C 5ème étape 4,45 % 863°C 9,96 % 880°C 9,32 % 960°C 8,82 % 914°C Matière organique (1000°C) 55,42% 53,28 % 50,13 % 41,95 %

2.3.

A

-