Connaissances de base
Carburants

Je ne parlerai ici que de l'essence et du gazole en détaillant plus particulièrement l'essence puisque la très grande majorité des anciennes fonctionne avec ce carburant.

L’essence est utilisée comme carburant dans les moteurs thermiques ou les moteurs à combustion interne à allumage commandé. C'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 C_nH_2n+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.

Parmi les alcanes, deux jouent un rôle particulier : l’octane C₈H₁₈ et l’heptane C₇H₁₆.

En effet, ces deux alcanes possèdent des propriétés radicalement différentes du point de vue de leur tendance à l'auto-allumage.

Un mélange d’air et de vapeur d’iso-octane va difficilement s'enflammer spontanément, ce sera donc bien la bougie qui provoquera l'allumage et créera au moment prévu une déflagration, c'est-à-dire une flamme de pré-mélange qui se propage dans le mélange à une vitesse inférieure à la vitesse du son.

Au contraire, avec l’heptane, l'auto-allumage est facile : pour des taux de compression élevés, l'allumage aura lieu en volume dans le cylindre avant que la bougie ne fonctionne. Ce phénomène caractéristique des moteurs à allumage commandé s'appelle le cliquetis et provoque la formation d'ondes de choc dans le cylindre, d'où le bruit caractéristique. Dans le pire des cas, il peut y avoir création d'une détonation qui peut aller jusqu'à faire fondre le piston, le front de flamme se déplaçant plus vite que le son en se couplant à l'onde de choc. Il est donc assez courant, notamment dans la littérature anglo-saxonne, de parler improprement de détonation quand on parle en réalité seulement de cliquetis.

En l'état actuel des technologies un moteur à détonation aurait une durée de vie très courte par rapport aux moteurs à combustion interne actuels. Le terme populaire en France de moteur à explosion est peu précis, car les déflagrations tout comme les détonations sont toutes les deux des explosions. Il vaudrait mieux employer le terme de moteur à combustion interne.

Les carburants « premium » contiennent en plus des additifs spécifiques à chaque compagnie pétrolière : détergents, inhibiteurs de corrosion, modificateurs de friction, antimousses, antioxydants, désémulsifiants, réodorants, etc.

Les tendances à l'auto-allumage des mélanges d’iso-octane (l'isomère de référence de l'octane) et d’heptane sont différentes. Elles servent de référence pour déterminer l’indice d'octane d’un carburant à tester. Si, par exemple, le taux de compression nécessaire à l'apparition du cliquetis d’un mélange d’air et de ce carburant dans un moteur de référence est le même 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’iso-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, etc.

Ancienne réclame © DR

Un carburant dont l’indice d’octane est trop faible a tendance à provoquer une combustion trop brutale, mais présente aussi 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 existent :

• l’indice d’octane « recherche » (RON, Research Octane Number) caractérise le comportement d’un carburant à bas régime ou lors des accélérations ;
• l’indice d’octane « moteur » (MON, Motor Octane Number) évalue la résistance d’un carburant au cliquetis à haut régime.

Trois différents types d'essences automobiles disponibles en France en 2010 existent :

• le supercarburant sans plomb 95 ou SP95 (RON 95, MON 85) ;
• le supercarburant sans plomb 98 ou SP98 (RON 98, MON 87) ;
• le supercarburant sans plomb 95-E10 ou SP95-E10 (RON 95, MON 85).

La commercialisation du supercarburant dit « Super 97 » (RON 97, MON 86) a pris fin au cours du second semestre 2006. Depuis janvier 2000, il ne contenait plus de plomb mais du potassium (pour la protection des sièges de soupapes).

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) ; c'est encore pire pour l’essence SP95-E10 qui ne doit absolument pas être utilisé dans les moteurs anciens sous peine d’avarie grave. Ces carburants 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 ou de dégraissage

Tout comme l'essence, le gazole (du mot anglais gas oil) est issu de la distillation du pétrole.

L'alcane principal du gazole est le cétane (C₁₆H₃₄), plus lourd que l'heptane ou l'octane contenus dans l'essence.

Le cétane n'est pas aussi détonnant que l'heptane ou l'octane, ce qui fait que le gazole n'est pas explosif et qu'il est nécessaire de le comprimer plus fortement pour le faire exploser dans le cylindre.

Le gazole est gras ou huileux et contient, malgré un raffinage poussé, des quantités non négligeables de soufre. Il dégage de plus grandes quantités de particules cancérigènes que l'essence.