Lubrification et graissage : Fonctionnement

Lubrification et graissage : Principe de fonctionnement

La lubrification est un procédé par lequel la friction entre deux pièces en mouvement est réduite. Cela est réalisé par l’introduction d’un fluide permettant de séparer les deux surfaces de contact. Le terme « graissage » correspond lorsque la graisse est utilisée comme base lubrifiante.

 

Quelles sont les fonctions de la lubrification ?

Plusieurs fonctions sont réalisées grâce à la lubrification :

  • Réduire la friction (frottement ou déformation),
  • Réduire l’usure des pièces,
  • Absorber / atténuer les chocs,
  • Réduire / contrôler la température,
  • Protéger de la corrosion,
  • Isoler les composantes de la contamination,
  • Nettoyer / enlever les contaminants.

 

Quels sont les types et les caractéristiques des lubrifiants existants ?

Les lubrifiants ont pour rôle de diminuer les frottements entre pièces en mouvement et de diminuer la résistance passive de pièces fixes. Ils sont obtenus par raffinage des fractions lourdes du pétrole brut (parties du pétrole raffinées non-utilisées pour les hydrocarbures type essence/fioul/kérosène). Les lubrifiants peuvent être fluides ou liquides (huiles), consistants (graisses, gel de silicone) ou solides (Téflon, graphite).

Les  caractéristiques et performances diffèrent d'un lubrifiant à l'autre, mais il faut savoir qu'ils possèdent tous un même constituant principal appelé « base lubrifiante », représentant 75 à 85% du lubrifiant et qui peut être d'origine minérale ou synthétique.

 

Les bases lubrifiantes 

Il existe deux types de bases lubrifiantes :

Les bases minérales sont fabriquées à partir du pétrole brut. Ce sont de très loin les bases plus utilisées, aussi bien dans les applications industrielles qu’automobiles. Elles s'obtiennent grâce à des mélanges d’hydrocarbures ayant subi de nombreuses opérations de raffinage.

Les bases de synthèse sont obtenues par réaction chimique de plusieurs composants. Deux types de produits sont utilisées pour la formulation des lubrifiants : les hydrocarbures de synthèse et les esters. Ces produits présentent une viscosité remarquablement stable, quelle que soit la température. Cette propriété est un point fort majeur sur les bases minérales qui nécessitent l'adjonction d'additifs améliorants de viscosité en quantité importante. Leur résistance à l'oxydation est également accrue, d'où une plus grande longévité de l'huile, ce qui permet un espacement entre les vidanges plus important. A noter qu'il existe des huiles dites "de semi-synthèse", qui s'obtiennent à partir d'un mélange des deux bases précédentes (généralement 20 à 30 % d'huile de synthèse et 70 à 80% d'huile minérale).

 

Les huiles

Les huiles sont composées d'une base lubrifiante et d'additifs.

Les additifs sont présents entre 15% et 25 % dans les huiles finies pour deux raisons :

  • Soit pour renforcer certaines propriétés de l'huile de base
  • Soit pour apporter à l'huile de base des propriétés qu'elle ne possède pas naturellement

Les améliorants de viscosité : ils permettent à l'huile d'être suffisamment fluide, à chaud comme à froid, afin d’éviter le contact des pièces en mouvement. Ce sont des polymères introduits dans une base lubrifiante. Une huile contenant ces additifs est dite huile multigrade. Les polymères à longue chaîne se contractent à basse température et n'offrent donc qu'une résistance négligeable au mouvement des molécules d'huile mais, à haute température, ils se déroulent et s'opposent à la fluidification du mélange.

Les additifs anti-usure : ils renforcent l'action anti-usure qu'exerce un lubrifiant vis-à-vis des organes qu'il lubrifie. Ils agissent en formant un film protecteur, en réagissant directement ou par l'intermédiaire de leur produit de réaction avec les surfaces métalliques.

Les additifs anti-oxydants : ils ralentissent les phénomènes d'oxydation du lubrifiant et contribuent à l'espacement des vidanges grâce à une meilleure tenue aux hautes températures.

Les additifs détergents : ils évitent la formation de vernis ou de dépôts sur les parties les plus chaudes du moteur telles que les gorges des pistons. Ils exercent une action détergente, en particulier à l'intérieur des moteurs où ils empêchent que les composés oxydés ou les résidus charbonneux de combustion ne forment des gommes ou des dépôts sur les surfaces métalliques. Les additifs les plus récents sont des polymères de composés basiques azotés ne laissant pas de cendres. Les huiles dites détergentes doivent être utilisées avec précaution dans les moteurs anciens car leur capacité à nettoyer les dépôts déjà sédimentés dans les carters (par exemple la calamine) peut entraîner l'obturation des canaux de circulation du lubrifiant.

Les additifs dispersants : ils permettent de maintenir en suspension toutes les impuretés solides formées au cours du fonctionnement du moteur : imbrûlés, gommes, boues, suies, dépôts nettoyés par les détergents. Ils empêchent les résidus solides de s'agglomérer et ainsi limitent le risque de dépôt (boues) dans les parties froides du moteur (en particulier les carters).

Les additifs de basicité : ils neutralisent les résidus acides de combustion des carburants, principalement sur les moteurs diesel, progressivement lors de leur formation.

Les additifs anti-corrosion : ils empêchent l'attaque des métaux ferreux, due à l'action conjuguée de l’eau, de l'oxygène de l'air et de certains oxydes formés lors de la combustion. Ils forment un film protecteur ou une passivité de la surface à protéger.

Les additifs anti-congélation : ils permettent au lubrifiant de conserver une bonne fluidité à basse température (de -10°C à -45°C).

Les additifs anti-mousse : le moussage de l'huile peut être dû à la présence d'autre additifs (les additifs détergents agissent dans l'huile à l'instar du savon dans l’eau : ils nettoient le moteur mais ont tendance à mousser) ou au dessin du circuit de graissage qui provoque des turbulences lors de l'écoulement du lubrifiant, facilitant ainsi le brassage air huile et la formation des bulles. Ces additifs ont pour but de restreindre la dispersion d'un grand volume d'air dans l'huile.

Les additifs d'extrême pression : le but de ces additifs est de réduire les couples de frottement et par conséquent économiser l'énergie et de protéger les surfaces des fortes charges. Ils apportent au lubrifiant des propriétés de glissement spécifiques, en particulier aux organes équipés d'engrenages ou de garnitures de friction travaillant dans l'huile (ponts autobloquants, boîtes de vitesse automatiques ou manuelles, freins immergés, etc.).

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Les graisses

Les graisses sont composées de :

  • 70 à 95 % d'huile de base (minérale, synthétique ou végétale)
  • 0 à 10 % d'additifs identiques à ceux cités précédemment
  • 3 à 20 % d'un agent épaississant ou gélifiant ayant pour rôle de donner la consistance au lubrifiant (fluide, semi-fluide, dur ou mou) et d'emprisonner l'huile de base et les additifs afin qu'ils ne s'écoulent pas.

Les graisses se distinguent par leur adhérence aux surfaces à lubrifier, leur résistance au cisaillement, leur insolubilité à l'eau et leur durée de vie. En règle générale, une graisse ne peut dépasser une température supérieure à 300°C (température à partir de laquelle l'huile de base se sépare de l'épaississant). Au-delà, on parle plutôt de pâtes ou vernis à base de cuivre ou d'aluminium.

En plus de son rôle de lubrifiant (réduction de l'usure mécanique et des pertes d'énergie dues aux frottements), la graisse crée une barrière d'étanchéité vis-à-vis des éléments extérieurs (poussières, solvants, eau, chaleur, etc.).

  • Les graisses silicones : les silicones sont des polymères à base de composés organiques du silicium, remarquables pour leur stabilité thermique, leur caractère d'isolant électrique et leur grande inertie chimique. Les silicones sont très résistantes vis-à-vis de la chaleur, des rayons ultraviolets et de l'oxydation. Les silicones peuvent se présenter sous forme d'huiles, de résines ou d'élastomères.
  • Les graisses alimentaires : ces graisses sont spécialement conçues pour un contact fortuit avec les aliments. Les lubrifiants, gélifiants et additifs qu'elles contiennent doivent être conformes aux prescriptions du CNERNA (Centre National d'Etude et de Recherche sur la Nutrition et l'Alimentation) ; unique organisme reconnu à ce jour en Europe pour le référencement des matières premières utilisables en contact fortuit avec les aliments.

 

Les lubrifiantes solides

Le bisulfure de molybdène et le graphite constituent les deux lubrifiants solides utilisés dans les conditions extrêmes (températures trop hautes ou trop basses, vide poussé). Le graphite peut être utilisé jusqu'à une température de 400°C en présence d'air et 1900°C en atmosphère inerte. Le bisulfure de molybdène peut être utilisé jusqu'à une température de 450°C, au-delà il devient abrasif. Aux basses températures il est préconisé d’utiliser les Téflons, nylons et divers polyamides.

 

Les huiles de coupe

Pour de nombreuses opérations de coupe, des liquides sont utilisés pour lubirifier et refroidir. Le refroidissement améliore la longévité des outils et facilite l'obtention de cotes conformes sur les pièces finies. La lubrification diminue les frottements, ce qui réduit la chaleur dégagée et la puissance nécessaire pour une coupe donnée. Ces huiles sont des solutions aqueuses, des liquides de synthèse ou des huiles chimiquement inactives. Grâce à la GMAO de l'industrie 4.0 Mobility Work, vous pouvez enregistrer les données du lubrifiant utilisé en sauvegardant sa fiche de sécurité grâce à l’outil de gestion de documents.

 

Choix des lubrifiants

Le choix d’un lubrifiant doit prendre en compte les conditions fonctionnelles du mécanisme à lubrifier et en particulier sa température de fonctionnement, les efforts de pression, les vitesses relatives de déplacement, les conditions d’environnement. Les fabricants d’huiles et de graisses sont les mieux placés pour déterminer le type de lubrifiant à utiliser en fonction du mécanisme à lubrifier.

Cependant, les concepteurs et fabricants de machine sont amenés à proposer les lubrifiants à utiliser sur leurs équipements, et à proposer un timing concernant le changement de lubrifiant. La GMAO de l'industrie 4.0 Mobility Work s’inscrit dans cette phase où vous avez la possibilité de définir vos plannings de maintenance (concernant les vidanges et autre changement de lubrifiant) en utilisant le module de plan de maintenance.

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