LUBRIFICATION
Maintenance Magazine 153 – septembre 2021
Une approche ciblée permet de réduire sensiblement le processus d’oxydation. (Photo SKF)
Une approche ciblée permet de réduire sensiblement le processus d’oxydation. (Photo SKF)
Un système bien conçu et doté comme ici de joints d’étanchéité étudiés empêche tout contact avec l’air. (Photo SKF)
Le processus d’oxydation s’accompagne entre autres de la formation de mousse. (Photo GF)
Les effets conjugués de la chaleur, de l’oxygène, de la pression, de la lumière UV et des particules métalliques favorisent la formation et l’extension redoutées de l’oxydation au sein de nos systèmes. Hélas, nous ne maîtrisons pas tous les facteurs de prévention de l’oxydation, mais il est possible de ralentir ce processus en s’y attaquant au moment propice.
Sammy Soetaert
Dans le cadre d’un processus industriel, les lubrifiants peuvent être victime de plusieurs influences nocives. Des variations de température extrêmes, la présence d’oxygène, la formation de vapeurs, l’existence de points chauds et l’exécution ou l’inexécution d’opérations de maintenance erronées ou non exercent une influence néfaste sur le pouvoir lubrifiant. Cette dégradation se traduit à son tour par une baisse d’efficacité des processus concernés. C’est pourquoi bon nombre de producteurs enrichissent leurs lubrifiants de toutes sortes d’additifs dans le souci de développer les performances de leurs produits. Ils s’efforcent ce faisant d’améliorer plusieurs facteurs :
• Dégradation moins rapide ;
• Comportement plus satisfaisant en présence de pressions extrêmes ;
• Protection contre la corrosion ;
• Meilleure distribution du lubrifiant ;
• Stabilité thermique ;
• Et enfin, diminution de l’oxydation sur laquelle nous allons nous pencher plus avant aujourd’hui.
Pour être à même de résoudre les problèmes d’oxydation, il nous faut d’abord mettre en lumière le déroulement de ce processus. Dans un premier temps, l’oxygène réagit avec le lubrifiant en formant des radicaux alkyles. Dans un second temps, ces radicaux réagissent à leur tour avec l’oxygène et le lubrifiant. Ces réactions entraînent à leur tour la formation de radicaux peroxydes et d’hydroperoxydes qui s’accumulent dans l’huile. En d’autres termes, on assiste à une accélération du processus d’oxydation, laquelle va en s’accroissant. Enfin, les hydroperoxydes se décomposent en nombre de composés riches en oxygène et de radicaux très divers sous l’influence de la température et/ou en raison de la présence de particules métalliques. Lors de cette phase, on observe la formation d’alcools, d’aldéhydes, de cétones et d’acides carboxyliques. Ces substances peuvent à leur tour conduire à la formation de nouvelles substances dont certaines accélèrent encore le processus d’oxydation. Il est possible de ralentir l’oxydation au cours de ces deux phases.
Diverses études ont montré que la vitesse d’oxydation évoluait en fonction de la température, au point de doubler en cas d’augmentation voisine de 10 °C. La présence d’eau, d’UV et de métaux d’usure est un facteur contributif. Si l’on ne parvient pas à maîtriser l’oxydation, la dégradation du lubrifiant ne manquera pas d’en favoriser l’épaississement et d’entraîner la formation de boues, vernis, résines et acides corrosifs. En outre, le degré d’urgence de l’intervention dépend surtout de l’application et du rôle de la lubrification dans ce contexte. S’agissant des huiles pour compresseurs à piston, un faible degré d’oxydation peut être considéré comme l’une des propriétés les plus importantes parce ces huiles sont exposées, au sein du système d’évacuation de l’air, à des conditions d’oxydation et d’évaporation sérieuses, lesquelles sont susceptibles d’engendrer la formation de dépôts. Le film ou les gouttes d’huile entrent directement en contact avec l’air comprimé ; de plus, la présence de surfaces métalliques et d’une température élevée joue un rôle non négligeable. Dès lors, la viscosité de l’huile risque de devenir problématique. En outre, on ne peut exclure la formation de cokes (résidus carbonés). De même, certains fluides hydrauliques constituent hélas un milieu idéal pour la dégradation thermique et oxydative des huiles. L’oxydation entraîne la formation de boues et d’acides nocifs, lesquels risquent à terme de provoquer des défaillances et des fuites imputables à une lubrification insuffisante des joints d’étanchéité. À cet égard, il est important de souligner qu’un point chaud local suffit à influer sur le processus d’oxydation. Au sein des boîtiers réducteurs, la fréquence élevée des contacts métal sur métal à grande vitesse constitue un terrain idéal. Dans ce cas particulier, l’élévation de la température peut aussi favoriser la formation de boues et de dépôts. La dégradation de l’huile entraîne également une augmentation de la viscosité. Les boues et dépôts contrarient la circulation de l’huile, entravent la dissipation thermique et anéantissent rapidement l’efficacité des additifs. Ainsi, une oxydation prononcée est susceptible de réduire sensiblement la durée de vie des huiles et équipements lubrifiés.
On peut emprunter plusieurs voies pour évaluer la stabilité à l’oxydation d’une huile :
• Évaluation de l’évolution des caractéristiques du liquide : viscosité, acidité, déplétion des additifs, concentration en métaux des catalyseurs ;
• Vérification de l’acidité ;
• Évaluation de la corrosion des surfaces métalliques ;
• Formation et quantification de substances non solubles provenant de l’oxydation (dépôts, boues, vernis) ;
• Mesure de la baisse de pression indicatrice du temps d’induction.
La composition d’une huile standard repose sur plusieurs composés chimiques, lesquels, outre leurs propriétés spécifiques, se caractérisent aussi par l’exercice d’une certaine influence mutuelle. En conséquence, chaque huile obéit à un modèle de comportement particulier. Les propriétés physicochimiques suivantes comptent au nombre de celles qui en déterminent le comportement : viscosité et indice de viscosité (relation entre la température et la viscosité), poids spécifique, volatilité, résidus, biodégradabilité, désémulsion et point d’éclair. Dans le souci de clarifier la situation pour les utilisateurs, l’API (American Petroleum Institute) classe les différents types d’huile dans cinq catégories majeures définies en fonction de la teneur en soufre, de la concentration de saturation et de l’indice de viscosité. Il convient d’observer que ces catégories n’obéissent à aucune hiérarchie logique pour ce qui concerne leurs propriétés d’oxydation. Le groupe I accueille des huiles dont la teneur en soufre est supérieure à 0,03% et dont la saturation est inférieure ou égale à 90%. Les huiles de ce type présentent un indice de viscosité compris entre 80 et 120. En revanche, les huiles appartenant aux groupes II et III se distinguent par une teneur en soufre inférieure ou égale à 0,03% et en acides gras dont la saturation est égale ou supérieure à 90%. Ces huiles diffèrent toutefois par leur indice de viscosité. L’indice de viscosité des huiles du groupe II se situe entre 80 et 120, tandis que celui des huiles du groupe III est égal ou supérieur à 120. En règle générale, les huiles des groupes II, III et IV sont pauvres en huiles aromatiques insaturées. C’est la raison pour laquelle ces huiles s’oxydent plus lentement que les huiles du groupe I dont la concentration est supérieure. De telles compositions se caractérisent par la formation plus probable d’hydroperoxydes et de radicaux peroxydes durant la phase d’extension du processus d’oxydation. Les huiles synthétiques de base (huiles du groupe V) présentent des vitesses d’oxydation qui varient sensiblement parce que leurs compositions respectives sont d’une grande diversité. À titre d’exemple, les aromates d’alkyle s’oxydent plus rapidement que les oligomères d’oléfines (PAO) qui appartiennent au groupe IV. Pareillement, certaines huiles végétales s’oxydent vite en raison de la présence d’acides insaturés, même si de nouvelles huiles biosynthétiques complètement saturées sont moins sensibles à l’oxydation.
Une analyse du processus suffit à confirmer que la chaleur n’est pas une cause, mais un facilitateur. En revanche, l’air est bel et bien une cause. En d’autres termes, si nous parvenons à limiter la teneur en oxygène tout en maîtrisant la température, nous aurons parcouru un chemin appréciable. S’agissant de l’air, il faut pourvoir les systèmes de lubrification par circulation de raccords et d’accessoires de qualité, le montage de paliers de qualité munis de joints d’étanchéité adéquats s’impose, les réservoirs doivent être soumis à une surpression pour demeurer étanches à l’air, l’utilisation correcte de filtres est une nécessité … Les mesures précises dépendent naturellement du système considéré, mais il est évident qu’une structure de qualité visant à prévenir tout contact avec l’air constitue une exigence fondamentale absolue. En ce qui concerne la chaleur, il suffit de se pencher sur les points chauds : à quelle niveau observe-t-on un contact métal sur métal et quelles sont les mesures à prendre pour améliorer la situation ? Le système est-il le siège de vibrations ou de bruits anormaux ? L’ajout d’additifs au lubrifiant constitue une bonne solution pour lutter contre la dissémination de radicaux libres durant la phase de propagation. Les antioxydants ajoutés sont pour la plupart des substances polaires qui adhèrent aux surfaces métalliques. Le film mince d’huile qui en résulte recouvre à long terme la surface métallique. Comme ce film suffit à prévenir tout contact avec l’eau, l’oxygène et les acides, le potentiel antioxydant qui résulte de son application est excellent. Cette méthode permet de contenir le processus d’oxydation, bien qu’une élimination complète s’avère impossible dans la plupart des cas. Dès lors, il faut continuer à suivre l’évolution du lubrifiant parce que les additifs perdront en efficacité au fil du temps.
