Essence (hydrocarbure)

RIDER 08

L’essence utilisée comme carburant 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. En cas de pénurie de pétrole, il a aussi été fait 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.

Rôles particuliers des composants :

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’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 prémélange 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 explosion actuels. Ce terme de moteur à explosion est cependant 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.

Indice d'octane :

Les tendances à l'auto-allumage des mélanges d’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’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 présente aussi une fâcheuse tendance à l’auto-inflammation lors de la compression dans les cylindres du moteur et aux 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 (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, disponible en Italie seulement dans quelques stations, et rendu moins polluant),
* 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 .

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 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.

**Le carburant 95 E10 est traité dans un autre post**