Taux d’oxydation d’échantillons d’huile usagée pour moteur à gaz

L’intervalle de vidange de l’huile des moteurs à gaz stationnaires diffère d’un moteur à l’autre. L’analyse des échantillons d’huile permet de déterminer l’intervalle de vidange. Le taux d’oxydation est l’un des paramètres qui influence sur l’intervalle de vidange. Cet article présente une description des différentes méthodes d’évaluation du taux d’oxydation d’échantillons d’huile usagée pour moteurs à gaz.

S’agissant de l’exploitation des moteurs à gaz stationnaires, l’intervalle de vidange d’huile dépend de la qualité du gaz, du fonctionnement du moteur et du lubrifiant employé. L’exécution d’une analyse d’ huile  de type  QRAS (Q8Routine Analysis System) contribue à déterminer l’intervalle de vidange optimum.

Les deux propriétés majeures mises à contribution pour déterminer l’intervalle de vidange d’huile sont les suivantes :

  • Diminution de l’indice de basicité (TBN)
  • Augmentation du taux d’oxydation

Diversité des méthodes d’évaluation du taux d’oxydation

À l’instar de l’évaluation de l’indice de basicité, la plupart des procédures d’essai sont prescrites par des normes ASTM, DIN ou ISO. Plusieurs méthodes d’essai permettent de déterminer le taux d’oxydation. Ces méthodes reposent toutes sur la spectroscopie infrarouge, mais les résultats obtenus concernant le taux d’oxydation sont susceptibles de fluctuer en raison des divergences existantes entre les méthodes de calcul.

La figure 1 illustre les spectres infrarouges d’une huile usagée et d’une huile fraîche Q8 Mahler HA pour moteur à gaz. Bien que les spectres en tant que tels soient comparables quelle que soit la méthode d’essai utilisée, le taux d’oxydation calculé est susceptible de différer.

Figure 1 : spectres infrarouges d’absorption d’une huile usagée et d’une huile fraîche Q8 Mahler HA
Figure 1 : spectres infrarouges d’absorption d’une huile usagée et d’une huile fraîche Q8 Mahler HA

Pour déterminer le taux d’oxydation d’une huile, les constructeurs de moteurs à gaz se référaient uniquement à la spectroscopie infrarouge en général, au lieu de préciser la méthode d’essai effectivement employée. Aujourd’hui, ils s’appuient de plus en plus sur la norme DIN 51453. À l’institut Q8Research, des chercheurs ont également mis au point plusieurs méthodes internes (telles que la KPI 99) d’évaluation du degré d’oxydation.

Méthode d’évaluation de l’oxydation conforme à la norme DIN 51453

La norme DIN 51453 énonce que le calcul du taux d’oxydation doit se fonder sur la distance que présente le spectre infrarouge d’absorption différentielle (spectre IRhuile usagée – spectre IRhuile fraîche) entre la hauteur du pic à 1 710 cm-1 et la ligne de base. La ligne de base est une ligne droite tracée sur le spectre différentiel entre les points correspondant à la longueur  d’onde 580 cm-1 et 1 970 cm-1.

La figure 2 rend compte de ce principe général dans la procédure prescrite par la norme DIN 51453.

Figure 2: oxidation rating DIN 51453 procedure
Figure 2 : procédure DIN 51453 d’évaluation du taux d’oxydation

Méthode interne d’évaluation du taux d’oxydation mise au point par Q8 Research

La méthode interne KPI 99 énonce que le calcul du taux d’oxydation doit se fonder sur la hauteur du pic le plus élevé entre la longueur d’onde 1 670 cm-1 et 1 760 cm-1 (au lieu de 1 710 cm-1). L’écart que présentent les spectres infrarouges d’absorption entre la hauteur du pic et la ligne de base rend compte du taux d’absorption. Dans le cadre de la procédure KRAS, la ligne de base est une ligne horizontale qui traverse le spectre infrarouge de l’huile fraîche étudiée à 1 960 cm-1.

La figure 3 rend compte de ce principe général dans la procédure KPI 99.

Figure 3: oxidation rating KPI 99 procedure
Figure 3 : procédure KPI 99 d’évaluation du taux d’oxydation

Aimeriez-vous savoir plus sur notre méthode interne d’évaluation du taux d’oxydation ?

Écart entre les procédures DIN 51453 et KPI 99

Se basant sur les spectres infrarouges de l’huile pour moteur à gaz Q8 Mahler HA illustrés par la figure 1, les résultats sont les suivants :

  • Taux d’oxydation conforme à la norme DIN 51453 = 18,9 abs/cm
  • Taux d’oxydation conforme à la norme KPI 99 = 19,4 abs/cm

Dans cet exemple, l’écart s’élève à 0,5 abs/cm. Bien que dans d’autres cas, l’écart puisse être supérieur.

Nécessité d’un spectre de référence

Pour garantir un calcul correct du taux d’oxydation, il faut systématiquement disposer d’un spectre de référence de l’huile fraîche étudiée.

Si l’on calcule le degré d’oxydation en se fondant sur un spectre de référence erroné, la valeur obtenue risque d’être erronément trop élevée (ou trop faible). La figure 4 permet de se faire une idée plus précise de l’impact d’une telle erreur.

Figure 4 : taux d’oxydation en cas d’utilisation d’un spectre de référence incorrect.
Figure 4 : taux d’oxydation en cas d’utilisation d’un spectre de référence incorrect.

Cet aspect est particulièrement important pour les huiles de moteur à gaz dans la mesure où leur qualité est habituellement déterminée par un contrôle de qualité (p. ex. degrés d’oxydation) lors d’essais pratiques.

La norme DIN 51453 est en passe de devenir la norme de référence industrielle

La norme DIN 51453 est en train de s’affirmer comme une référence industrielle quant à la détermination du degré d’oxydation des huiles usagées pour moteur à gaz.

Lorsque l’on fait appel à d’autres labos externes, la méthode d’essai est susceptible de différer. Nous recommandons aux intéressés de réclamer une copie de la méthode d’essai pour interpréter au mieux les résultats obtenus.

Conclusion

S’agissant des huiles pour moteur à gaz, le taux d’oxydation est l’une des propriétés utilisées pour déterminer l’intervalle de vidange d’huile et par conséquent, la qualité de l’huile utilisée.

Pour déterminer le degré d’oxydation, il faut prendre en considération les aspects suivants :

  • L’application des différentes méthodes de calcul disponibles risque d’entraîner l’obtention de degrés d’oxydation distincts pour la même huile usagée.
  • Pour garantir le calcul de degrés d’oxydation fiables, il faut impérativement recourir à l’utilisation du spectre de référence approprié.
Joris van der List

De notre expert Joris van der List

Aprés 8 ans de service à notre institut de recherche Q8, Joris van der List a rejoint la division lubrifiants (Q8Oils) en 2011 pour devenir notre expert technique dans le marché de l'Energie (avec un cursus d'ingénieur mécanique).

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