Indice d'octane

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L'indice d'octane[1] mesure la résistance d'un carburant utilisé dans un moteur à allumage commandé à l'auto-allumage (allumage sans intervention de la bougie). Ce carburant est très généralement l'essence. On parle assez souvent improprement de capacité antidétonante du carburant pour un carburant d'indice d'octane élevé, un carburant ayant tendance à l'auto-allumage pouvant dans certains cas transiter à la détonation.

On dit qu'un carburant a un indice d'octane de 95 par exemple, lorsque celui-ci se comporte, au point de vue auto-allumage, comme un mélange de 95 % d'iso-octane qui est résistant à l'auto-inflammation (son indice est de 100 par définition) et de 5 % de n-heptane, qui lui s'auto-enflamme facilement (son indice est de 0 par définition).

Pour mesurer l'indice d'octane, on se sert d'un moteur monocylindrique spécial (moteur CFR ou Cooperative Fuel Research). On mesure l'indice d'octane du produit à étudier et, par comparaison avec les valeurs obtenues dans la mesure des produits de référence, on connaît l'indice d'octane du produit.

Le moteur CFR est alimenté, tour à tour, avec le carburant à étudier et des carburants de référence dont les pourcentages respectifs d'iso-octane et d'heptane sont connus.

Échelle[modifier | modifier le code]

L'Isooctane (en haut) correspond à l'indice d'octane 100 alors que le n-heptane (en bas) a un indice de zéro
Une pompe a essence américaine (États-Unis) offrant à l'automobiliste 5 indices d'octane différents

Dans le cas des hydrocarbures, l'indice d'octane augmente dans l’ordre suivant (entre parenthèses la nomenclature désuète provenant de l'industrie du pétrole) : alcanes linéaires (paraffines) à chaîne longue < alcanes linéaires (paraffines) à chaîne courte < alcènes (oléfines) et cycloalcanes (naphtènes) < alcanes ramifiés (isoparaffines) (ex. iso-octane, indice d'octane = 100) et hydrocarbures aromatiques (ex. toluène, indice d'octane = 120) .

Amélioration des indices d'octane des essences[modifier | modifier le code]

En cas d'utilisation d'un carburant à indice d'octane trop faible (par rapport aux caractéristique du moteur), le combustible risque de s'enflammer spontanément lors de la compression dans le cylindre. Ce phénomène fatigue l'embiellage et le vilebrequin et est source d'un bruit dit cliquetis[2].

Pour y remédier, depuis 1923, et afin d'alimenter des moteurs toujours plus puissants, les fabricants de carburant ont du introduire dans l'essence des additifs chimiques anti-détonants permettant son utilisation dans des moteurs à plus haut taux de compression, et donc potentiellement à plus haut rendement (l'additif le plus utilisé est un organométallique, le tétraéthyle de plomb. Il est maintenant interdit dans la législation environnementale des pays riches en raison de son caractère toxique et très polluant, mais il est encore très utilisé dans les pays en développement, parfois avec des taux de plomb supérieur à ce qu'ils étaient autrefois aux États-Unis)[3], en y posant de graves problèmes de santé environnementale (par exemple au Venezuela, au Mexique[4], au Nigeria[4] et au Congo[5]. Là environ 63 % des nouveaux-nés et des moins de six ans sont atteints de saturnisme (plombémie > 100 µg/L), contaminés in utero, par le plomb passé dans lait maternel ou issu de l'environnement (poussières...) [3] ; De plus, utilisé seul cet additif plombé encrasse le moteur en y déposant du plomb (un procédé breveté a même été inventé pour « déplomber l'essence » afin de pouvoir la réutiliser dans certains moteurs à bas taux de compression, dans des installations de réfrigération par exemple[6]). On lui a donc adjoint deux autres additifs (le 1,2-Dibromoéthane et le 1,2-Dichloroéthane dits « lead scavengers » , c'est-à-dire qui empêchent que le plomb et l’oxyde de plomb formé dans la réaction de combustion n'endommage le moteur en s’y déposant ; il le fait en conservant le plomb sous forme de deux composés très volatile (mais hautement toxiques) : le bromure de plomb(II) et le Chlorure de plomb(II) évacués dans l'atmosphère sous forme de vapeur dans le gaz d'échappement.

Un carburant à haut indice d'octane n'est pas en soi un carburant à haute teneur en énergie, il rend simplement le moteur pour lequel il est conçu thermodynamiquement plus efficace. Utiliser un carburant à plus haut indice d'octane que celui pour lequel le moteur est conçu n'en augmente pas le rendement : chaque moteur nécessite le carburant ayant l'indice d'octane correspondant à son fonctionnement optimal. La consommation ou longévité du moteur n'en seront pas améliorées, sauf si ce dernier possède un calculateur ayant pour fonction de gérer l'avance à l'allumage à la limite du cliquetis, en exploitant l'information fournie par un capteur de cliquetis (le plus souvent un accéléromètre solidaire du bloc-cylindre).

Au Québec, la raffinerie Ultramar produit des essences aux taux d'octane de 87 à 91 seulement (celui-ci étant cependant calculé d'une manière différente qui engendre une baisse de l'indice affiché, mais pour des proportions similaires aux indices européens[7]).

En 2014, le tétraéthyle de plomb est encore vendu et massivement utilisé dans certains pays où il est source de graves problèmes de santé environnementale. Dans les pays riches qui l'ont interdit dans l'essence automobile grand-public, il reste toléré pour d'autres usages, pour lesquels - selon les fabricants - il n'existe pas d'alternatives crédibles : les essences aviation et de voitures de course ou de certains bateaux à moteur. C'est une source de saturnisme diffus et parfois aigu et ce produit est le principal responsable d'une pollution de toutes les zones urbaines et routières de la planète par le plomb depuis les années 1920 [8]. La couleur rouge donnée à l'essence par l'additif (« rouge cerise brillant »[9]) permet théoriquement que l'essence plombée ne soit pas accidentellement confondue avec l'essence sans plomb. Il est produit principalement (depuis 1923) par la compagnie américaine Ethyl Gasoline Corp. (initialement propriété à part égale d'Exxon et de General Motors) ou par certaines de ses filiales.

Outre ce Tétraéthylplomb, les fabricant d'essence ajoutent du Méthylcyclopentadiényle tricarbonyle de manganèse (ou MTM, également inventé et principalement produit par Ethyl Corp.) et d'autres additifs de plus en plus utilisés dans les pays développés et quelques autres pour augmenter l'indice d'octane ; ce sont des « substances oxygénées », moins toxiques que les organométalliques à base de plomb ou de manganèse, et pour certaines pouvant être facilement produites à partir de filières agricoles (colza, betterave, canne à sucre...) et être directement introduite comme agrocarburant :

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Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Dictionnaire des mots de la combustion : indice d'octane
  2. Dictionnaire des mots de la combustion : cliquetis
  3. a et b Kitman JL (2000). The secret history of lead. Article du journal Nation New-York date du 20 mars 2000, 270(11), 11-11.
  4. a et b Rachel's Environment & Health Weekly #541 ciré par Cela.ca
  5. Tuakuilca J. & al. (2010) Blood lead levels in the Kinshasa population: a pilot study ; Arch Public Health. 2010; 68(1): 30–41. ; doi:10.1186/0778-7367-68-1-30 ; PMCID:PMC3436702 (résumé)
  6. Morgan, J. D., Merley, S. R., & Smith, W. E. (1949). U.S. Patent No. 2,470,634. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
  7. Il existe deux valeurs d'indice d'octane : le RON (« indice d'octane recherche ») et le MON (« indice d'octane moteur ») (abréviations provenant de l'anglais). Le RON correspond à une simulation à bas régime et le MON est une à régime plus élevé. À la pompe en Europe, c'est l'indice RON qui est indiqué. Aux États-Unis, c'est la moyenne des deux indices.
  8. Needleman, H. L. (1999, February). History of lead poisoning in the world. In International Conference on lead Poisoning Prevention and Treatment, Bangalore
  9. voir p 36 du bulletin "Oil News" de 1924, Vol. 12, publié par Shaw Publishing Company : « Ethyl fluid is a bright cherry red color »

Voir aussi[modifier | modifier le code]