Du 25/10/2010 au 29/10/2010 Animé par :M. Makrem Garbâa Les huiles industrielles.

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1 Du 25/10/2010 au 29/10/2010 Animé par :M. Makrem Garbâa Les huiles industrielles

2 Compositions d‘une huile huile Compositions d‘une huile huile Les huiles industrielles

3 PROPRIÉTÉS & CARACTÉRISTIQUES DES HUILES PROPRIÉTÉS & CARACTÉRISTIQUES DES HUILES Les huiles industrielles

4 Saviez-vous que... Les problèmes de lubrification En industrie, 80 % des problèmes de lubrification sont causés par le mauvais choix de la VISCOSITE d’un lubrifiant. Les huiles industrielles

5 Qu’est-ce que la viscosité ? Les huiles industrielles La viscosité d’un fluide est la résistance qu’il oppose au glissement interne de ses molécules au cours de son écoulement. C’est son aptitude à pouvoir s’écouler plus ou moins facilement.

6 Qu’est-ce que la viscosité ?  Viscosité = Résistance à l’écoulement  Temps d’écoulement au travers d’un tube capillaire  Mesurable à l’aide d’un viscosimètre  Unité:le centistoke (cSt) le millimètre carré par seconde (mm 2 /s) 1 cSt = 1mm 2 /s … La propriété la plus importante d ’un lubrifiant... Les huiles industrielles

7 Illustration du Viscosimètre Les huiles industrielles

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9 … Norme ISO (ISO-3448-1975)  La classification de la norme n’est vérifiée qu’à 40°C, à l’aide d ’un viscosimètre… ... selon la méthode ASTM D 445 (American Society for Testing and Materials)  Vérification à 40°C Cette norme est adoptée par tous les fabricants d’huile. on parle aussi de : grade de viscosité ISO Les huiles industrielles

10 Classification de la viscosité cinématique selon la norme ISO Exemple : Pour que le lubrifiant soit classifié ISO VG 220, il faut que sa viscosité cinématique se situe entre 198 et 242 cSt (valeur minimale et maximale) à 40°C; sinon le lubrifiant est rejeté (±10 %) Les huiles industrielles

11 Ce qui s’interprète comme suit... Un grade de viscosité élevé correspond à un temps d’écoulement très long et un grade de viscosité bas, à un temps d ’écoulement très court Plus le chiffre est élevé (ISO VG 1500),plus le lubrifiant est épais Plus le chiffre est bas (ISO VG 2),plus le lubrifiant est fluide (comme de l ’eau) on parle aussi de : grade de viscosité ISO Les huiles industrielles

12 La quelle de ces deux huiles est plus visqueuse!!! Les huiles industrielles

13 ISO VG 1500 viscosité cinématique=1500 mm 2 /s à 40°C ISO VG 2 viscosité cinématique= 2 mm 2 /s à 40°C ISO VG 1500 ISO VG 2 La quelle de ces deux huiles est plus visqueuse!!! Les huiles industrielles

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16 … Mais comment on choisit le lubrifiant d’un appareil ?… Les huiles industrielles

17 On choisit toujours le lubrifiant d’un appareil en consultant Le manuel d’entretien (Maintenance Instruction, Manuel shop, Repair, etc. …) fourni par le fabricant Les huiles industrielles

18 La viscosité cinématique est déterminée en mesurant, à une température donnée, la durée de l'écoulement d'un volume connu de liquide à travers un appareil comportant un orifice (tube calibré ou tube capillaire) de dimensions normalisées. Viscosité cinématique (υ ) Unites :m²/s ; Stoke (St) ou centistoke (cSt) 10000 St = 1 m².s -1 ; 1 cSt = 1 mm².s -1 ; Les huiles industrielles

19 La viscosité varie en fonction de la température. La fonction est du type exponentiel et les relations sont de la forme (équation de Walther) : a et b :constantes positives fonction de la nature de l'huile, T : température en kelvin υ : viscosité en cSt. Les huiles industrielles Relation viscosité - température

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21 Relation viscosité - température

22 La viscosité dynamique caractérise les couches de lubrifiant à frotter ou à glisser les unes sur les autres, c'est aussi le produit de la viscosité cinématique par la masse volumique du fluide : avec µ en Pa.s ; en m 2.s -1 ; ρ en kg.m -3 Unités légales (µ) : Pa.s (pascal.seconde) ou N.s/m² ; poise (P) et centipoise (cP) 1 poise = 1 P = 0,1 Pa.s 1000 centipoises = 10 3 cP = 1 Pa.s Viscosité dynamique (µ) Les huiles industrielles

23 Viscosité dynamique Viscosité cinématique   viscosité dynamique en Pa.s F  force de frottement en N S  section d’écoulement en m² L  longueur de l’écoulement en m V  vitesse de l’écoulement en m/s  viscosité cinématique en m/s²   viscosité dynamique en Pa.s   masse volumique du fluide en kg/m 3 La viscosité cinématique s’exprime aussi en Stockes (St) ou en centistokes (cSt) 1 St = 10 -4 m²/s 1 cSt = 10 -6 m²/s Les huiles industrielles

24 e : base des logarithmes népériens k : coefficient (k = 0,002 pour une huile ayant un IV = 95) On peut ainsi déterminer l'épaisseur d'un film lubrifiant entre deux surfaces en mouvement relatif, sous très fortes charges Remarque : la viscosité µ varie en fonction de la pression p. Les relations entre µ et p sont de la forme : Les huiles industrielles

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26 Index (ou indice) de viscosité (VI ou IV) L'index ou indice de viscosité (IV ou VI) caractérise la variation de la viscosité en fonction de la température et permet de juger la tenue à chaud et à froid des huiles. IV = 100 : indique une très faible variation de la viscosité IV = 0 : indique une très grande variation ou une grande sensibilité à la température. Les huiles industrielles

27 Indice de viscosité (VI) Les huiles industrielles

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29 Le point d'écoulement est la température la plus basse à laquelle l'huile peut encore couler. C'est une mesure surtout utile pour les machines qui doivent s'arrêter et repartir à basse température. Point d'écoulement, point de trouble Remarque : voir aussi la norme NF T 60-105 qui fixe le mode opératoire. Comme il est difficile d'avoir une grande précision, la norme spécifie que l'écart admissible en reproductibilité de l'essai peut atteindre 6°C. Les huiles industrielles

30 Pour une huile neuve, la couleur est une caractéristique d'identification (NF T 60-104). Si l'huile est usagée ou polluée, elle a tendance à foncer. Un trouble plus ou moins laiteux indique une présence d'eau en suspension. CouleurCouleur Les huiles industrielles

31 Certaines huiles contiennent des additifs de détergence-dispersivité dont la fonction est de maintenir finement dispersées les particules charbonneuses dans l'huile, à la fois pour éviter les dépôts (par exemple les huiles pour moteur diesel...), et pour en faciliter l'évacuation lors des vidanges. Détergence, dispersivité Les huiles industrielles

32 La désémulsibilité est l'aptitude (capacité) que possède une huile à se séparer de l'eau DésémulsibilitéDésémulsibilité Remarque : la séparation des deux fluides se produit lentement par décantation naturelle du fait des différences de densité. Les huiles industrielles

33 L'indice d'acide est le nombre de milligrammes de potasse nécessaire pour neutraliser toute l'acidité d'un gramme d'huile. Indice d'acide Remarques : l'acidité d'une huile minérale pure est pratiquement nulle, il n'en est pas de même des huiles avec additifs. Les huiles industrielles

34 L'indice de saponification (norme NF T 60-110) est le nombre de milligrammes de potasse nécessaires pour saponifier un gramme d'huile. L'indice de saponification indique dans quelle proportion une huile minérale a été composée (mélangée à une huile organique). Plus l'indice de saponification est élevé; plus l'huile contient des huiles organiques. Indice de saponification Le terme saponification vient du verbe saponifier qui signifie transformer en savon. Cela vient du fait que pour obtenir l'indice de saponification, on transforme les huiles organiques en savon. Les huiles industrielles

35 Dans le cas des huiles, la masse volumique ou la densité sont surtout utiles comme moyen d'identification ou de contrôle. Ils n'ont aucune relation avec la viscosité. Pour les huiles minérales, la densité est généralement indiquée à 15°C. Masse volumique (densité) La densité varie avec la pression et la température. Certains lubrifiants synthétiques, comme les polyglycols et les esters phosphoriques, ont une masse volumique supérieure à l'eau. Les huiles industrielles

36 Une huile se présente sous la forme de nombreuses bulles d'air entourées de fines couches d'huile. L'air entraîné peut être produit par effet mécanique ou par dégagement d'air dissous (par exemple suite à une diminution de la pression) et peut engendrer des phénomènes indésirables : cavitation des pompes, détérioration des huiles... MoussageMoussage La tendance au moussage peut être évaluée par essai (NF T 60-129). Les huiles industrielles

37 CavitationCavitation

38 L'onctuosité : elle caractérise l'aptitude d'une huile à adhérer aux surfaces sous la forme d'un épilamen (fine pellicule ou couche moléculaire). Cette propriété englobe tout un ensemble de phénomènes liés à la capillarité, la tension superficielle et à des propriétés de contact avec la matière à l'échelle des épilamens moléculaires. Adsorption chimique : certaines substances (graisses animales et végétales, acides gras et esters) d'un lubrifiant échangent des électrons avec l'oxyde qui recouvre le métal (phénomène de polarité) provoquant une fixation chimique en surface. De plus, il se produit une orientation privilégiée des molécules d'huile qui se dressent comme les poils d'une brosse et empêchent le contact métal sur métal. Onctuosité, tensions superficielles Les huiles industrielles

39 Tensions superficielles : elles agissent sur les surfaces de contact air-huile. Une faible tension superficielle favorise la dispersion d'une huile en fines gouttelettes. Tensions interfaciales : elles agissent sur les surfaces de contact de contact huile-eau. Une forte tension interfaciale s'oppose à l'émulsion de l'huile dans l'eau. Onctuosité, tensions superficielles Les huiles industrielles

40 Point d'éclair Le point d'éclair est la température à la quelle une huile dégage des vapeurs qui peuvent prendre feu si on les met en présence d'une flamme. Il faut noter qu'à cette température, la combustion ne dure qu'un nés courte instante. C'est une mesure qui est surtout reliée à la sécurité. Les huiles industrielles

41 Point d‘inflammation (Point de feu) Le point d'inflammation est la température à laquelle les vapeurs de l'huile sont produites en quantité suffisante pour qu'elles s'enflamment et continuent à brûler si on les expose à une flamme. Pour les produits courants, le point d'inflammation est d'environ 30°C plus haut que le point d'éclair. Les huiles industrielles

42 Il ne faut pas confondre le point d'inflammation avec le point d'auto inflammation qui est la température à laquelle l'huile prend feu sans la présence d'une flamme. Les huiles industrielles

43 La température d'auto-inflammation des huiles est nettement supérieure à celle du point d'éclair. C'est la température à laquelle se produit une inflammation spontanée (ou oxydation) d'une l'huile dans l'air lorsqu'elle est chauffée dans des conditions bien précises et normalisées. Température d'auto-inflammation Les huiles industrielles

44 Le point d'aniline est la température à laquelle une solution obtenue à chaud d'aniline (10 cm 3 ) et d'huile (10 cm 3 ) prend, lors du refroidissement, un aspect trouble par cristallisation de l'aniline. Ce point permet de préjuger du comportement d'une huile avec certains élastomères. Point d'aniline Une huile ayant un bas point d'aniline aura tendance à gonfler les joints, Une huile avec un haut point d'aniline aura tendance à les durcir. Les huiles industrielles

45 Remarques : La présence d'impuretés, eau notamment, a une grande influence sur la rigidité électrique. Les huiles isolantes sont utilisées et recommandées dans le cas des interrupteurs et disjoncteurs à coupure dans l'huile, des condensateurs pour réseaux de distribution, des transformateurs de puissance, etc. Rigidité électrique, résistivité la rigidité électrique, ou diélectrique (ou tension disruptive), permet d'apprécier le pouvoir isolant d'une huile. Elle renseigne sur la résistance au "claquage" sous des tensions élevées. Cette résistivité est mesurée dans des conditions bien précises et normalisées, Norme NF C 27-221. Les huiles industrielles

46 La température de floculation est la température à partir de laquelle, sous l'effet d'un refroidissement, un mélange huile- fluide frigorigène (fréon...) se dissocie partiellement, donnant lieu à une précipitation. Température de floculation Les huiles industrielles

47 La teneur en cendres (NF T 60-111) : sa mesure permet de repérer la présence d'additifs à base de savons métalliques, d'impuretés éventuelles, etc. Remarque : la teneur en cendres des huiles minérales pures varie de 0,001 à 0,05%. Carbone résiduel : il peut être apprécié à partir du résidu Conradson exprimant le pourcentage en poids des dépôts de carbone formés dans des conditions très particulières (avec appareil de Conradson et mode opératoire spécifique...) après décomposition à haute température des huiles. Les additifs augmentent en général la valeur du résidu Conradson. Teneur en cendres, carbone résiduel Les huiles industrielles

48 Applicables aux huiles industrielles, elle classe les huiles à partir de leur viscosité. Désignation : lettres ISO VG suivi du nombre précisant la viscosité cinématique à 40°C en centistoke. Exemple : une huile ISO-VG 22 a pour limites de viscosité 19,8 et 24,2 cSt, 22 représentant la viscosité moyenne la plus probable. PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES 1.Classification ISO Les huiles industrielles

49 Elle est essentiellement utilisée dans l'automobile et les véhicules industriels pour les moteurs et les transmissions. Elle classe aussi les huiles selon leur viscosité, mais définit des tranches ou des intervalles continus de viscosité avec un minimum et un maximum. 2.Classification SAE PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES Les huiles industrielles

50 PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES Les huiles industrielles

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52 PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES

53 La classification SAE 0W, SAE 5W... (avec W = winter) utilise la viscosité des huiles à -18°C (0ºF). et correspond aux huiles monogrades dites pour "basses" températures ou"hiver". 2.Classification SAE La classification SAE 20, SAE 30... utilise la viscosité des huiles à 100°C (210ºF) et correspond aux huiles monogrades dites pour "hautes" températures. PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES Les huiles industrielles

54 Dans la plage de régime chaude, la viscosité est déterminée, pour les huiles moteurs et les huiles à engrenages, de façon homogène pour toutes les classes SAE à 100°. Ceci n'est pas suffisamment pratique pour les huiles moteurs. Pour cette raison, on définit dans le cas présent en supplément la viscosité HTHS (High Temperature High Shear) pour 150°et un gradient de cisaillement de 10 6 s -1. 2.Classification SAE PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES Les huiles industrielles

55 2.Classification SAE Les huiles industrielles

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57 Les huiles multigrades présentent deux viscosités caractéristiques. Une huile SAE 10W-40 a même viscosité qu'une huile monograde SAE 40 à100°C et même viscosité qu'une huile monograde SAE 10W à -18°C (0ºF). meilleur indice de viscosité (VI) que les huiles monogrades correspondantes (leur viscosité varie moins avec la température). elles couvrent trois classes de viscosité (contre une classe pour les monogrades) assurent une bonne lubrification à haute et basse température. 2.Classification SAE Les huiles industrielles PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES

58 2.Classification SAE PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES Les huiles industrielles

59 Les "huiles multifonctionnelles" sont en général des huiles multigrades utilisables en toute saison, permettant de simplifier l'utilisation et la maintenance. 2.Classification SAE Exemple : huile utilisable à la fois pour le moteur, la boîte, le pont et l'hydraulique sur certains matériels destinés à l'agriculture. PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES Les huiles industrielles

60 2.Classification SAE PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES Les huiles industrielles

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62 PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES Les huiles industrielles

63 Classification complémentaire API/ASTM/SAE* concernant les huiles pour moteurs Moteurs essenceMoteurs diesels SASBSCSDSESFCACBCCCDCECF Les classifications SA, SB... et CA, CB... (sévérité croissante en allant de SA à SF et de CA à CF) tiennent compte des conditions de service. * SAE = Society of Automotive engineers; API = American Petroleum Insitute; ASTM = American Society for Testing and Materials Les huiles industrielles

64 PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES Les huiles industrielles

65 PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES La norme ACEA (Association des Constructeurs Européens d’Automobiles) reprend en partie les séquences imposées dans les classifications américaines, mais intègre également des essais liés à des exigences typiquement européennes.

66 PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES

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68 Elles doivent assurer le bon fonctionnement des organes commandés quelle que soit la température ambiante. PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES Classifications des huiles pour l'hydraulique Elles sont utilisées dans les travaux publics (engins...), la manutention, les presses, la sidérurgie, cimenterie, transformation des plastiques, machines-outils, production d'énergie...

69 Pour les huiles minérales on utilise les classes de base HH, HL, HM, HV, HG, ayant chacune plusieurs grades possibles identifiés par un nombre de 15 à 220. Ce nombre correspond à la viscosité cinématique moyenne à 40°C en centistokes (mm 2.s -1 ). Les huiles HM et HV sont les plus utilisées. Classifications des huiles pour l'hydraulique a) Huiles minérales : classification ISO/AFNOR

70 Classifications des huiles pour l'hydraulique a) Huiles minérales : classification ISO/AFNOR

71 Elles ont une classification particulière (voir tableau). Ces huiles, dites "haute sécurité", sont utilisées lorsqu'il y a risque d'incendie. Elles exigent certaines précautions d'emploi à cause de leur action éventuelle sur les joints, les peintures, de leur miscibilité aux autres huiles, etc. Classifications des huiles pour l'hydraulique b) Huiles difficilement inflammables Applications : presses, machines à forger, laminoirs, foreuses, excavatrices, pompes à béton...

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73 Equivalences (un peu de Lexique) SSU = Secondes Saybolt Universelles SUS = Saybolt Universal Second SFS = Saybolt Furol Second (pour les huiles très visqueuses) R (Rust) & O (Oxydation) EP signifie « Extreme Pressure » Les huiles pour engrenages

74 PRINCIPALES CLASSIFICATIONS DES HUILES Les huiles pour engrenages Huiles R et O : huiles pour engrenages sous faible charge dopées pour améliorer la résistance à l'oxydation et les propriétés anticorrosion. Non utilisables avec les engrenages hypoïdes et les vis sans fin. Huiles minérales EP (extrême pression) : avec addition de soufre/phosphore, elles résistent jusqu'à 120°C (pour la génération précédente il y avait addition de soufre/plomb, l'huile résistait jusqu'à 90°C).

75 Huiles synthétiques : les produits synthétiques ont une meilleure résistance à l'oxydation à des températures de bain élevées. Elles résistent mieux notamment que les huiles minérales qui sont limitées à 120°C avec des additifs EP.Huiles CB et CC (extrême pression) : pour engrenages sous carter, ce sont des huiles minérales, des huiles minérales compoundées ou des huiles de synthèse. Ces huiles contiennent des additifs anticorrosion, antioxydation et extrême pression ; les viscosités ISO vont de 32 à 1000. Remarques : les classifications SAE et API pour transmissions sont employées dans le domaine des transports. Pour l'industrie, il existe diverses classifications dont l'AGMA. Les huiles pour engrenages

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78 Ce qui donne pour les huiles industrielles pour boîtes d ’engrenage Les huiles pour engrenages

79 Il existe un grand nombre d'huiles destinées à des applications diverses avec désignations, classifications et symboles éventuels. Autres classifications ou classes d'huiles Exemples : huiles pour mouvements, huiles pour matériels électriques, huiles isolantes, huiles de coupe...

80 Autres classifications ou classes d'huiles

81 Les additifs ont pour rôles d’améliorer les propriétés naturelles des lubrifiants Les additifs les plus usuels sont les : antioxydants, antirouille, antimousse, antiusure et extrême pression (EP). LES ADDITIFS

82 Les antioxydants Les hautes températures et le contact avec l'air amènent une oxydation des huiles pouvant altérer la viscosité et provoquer la corrosion. Les antioxydants multiplient par 10 ou plus la résistance de l'huile à l'oxydation en s'opposant à la formation des peroxydes et des acides organiques qui épaississent l'huile et attaquent les surfaces métalliques. Exemples d'antioxydants : phénols, amines, dithiophosphates de zinc...

83 Les inhibiteurs de corrosion ou antirouilles Ils améliorent les propriétés antirouille en formant un film hydrophobe sur les surfaces métalliques. Deux types d'additifs offrent une protection contre la corrosion : LES ADDITIFS les additifs solubles dans l'eau (nitrite de sodium...) et les additifs solubles dans l'huile (agents à base de zinc, sulfonates, esters sabitan, produits gras, phosphates aminés...).

84 LES ADDITIFS Les additifs antiusure Les additifs anti-usure ou Anti-Wear (AW) forment une couche en surface qui protège contre l'usure et permettent d'éviter le contact direct (métal sur métal) entre les surfaces en contact. Ce sont en général des composés soufrés, chlorés, phosphorés qui forment des dépôts superficiels autolubrifiants facilement cisaillables (sulfures, chlorures, phosphates métalliques...) protégeant ainsi les surfaces et évitant l'usure adhésive.

85 Les additifs extrême pression (EP) Les additifs extrême pression (EP) les plus courants contiennent des composés phosphorés, chlorés et soufrés qui se combinent chimiquement avec le métal à lubrifier en formant une couche protectrice. D'autres se présentent sous forme de savons organiques de métaux divers.... LES ADDITIFS Exemples : dithiophosphate de zinc, MoS2 ou bisulfure de molybdène

86 Remarques : Certains additifs peuvent être agressifs et attaquer les métaux (roulements...), un grand soin doit donc être apporté à leur choix. D'autres sont nocifs pour l'environnement (composés organiques de plomb...) et sont peu à peu abandonnés. Certains agents extrême pression sont très corrosifs et peuvent endommager les pièces en cuivre ou alliage. LES ADDITIFS Exemples d'utilisation : huiles de coupe soufrées ou chlorées utilisées en usinage, huiles pour engrenages (ponts hypoïdes...), etc.

87 LES ADDITIFS

88 Les additifs détergents : dans le cas des huiles pour moteur, ils maintiennent les surfaces propres. Ce sont des organo-sels de métaux alcalino-terreux (calcium, magnésium, baryum...). LES ADDITIFS

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90 Les antimoussage : Lorsqu 'une huile est brassée ou qu 'elle contient des dispersants ou des détergents, il peut se former une mousse à la surface de l'huile. Cette mousse peut occasionner des problèmes de pompage et nuire aux qualités lubrifiantes de l'huile. Les agents anti-mousse brisent les bulles d'air prévenant ainsi la formation de mousse. LES ADDITIFS Exemples : l'addition de silicones en très faible quantité supprime ou limite le phénomène de moussage.

91 Les additifs dispersants : ils maintiennent en suspension dans l'huile les résidus de combustion qui seront plus facilement éliminés au moment des vidanges. LES ADDITIFS

92 Additifs à effet polaire, corps polaires, onctuosité : les graisses animales et végétales, les acides gras et les esters ont un effet polaire, ce qui signifie que les molécules s'orientent perpendiculairement à la surface métallique sur laquelle elles adhèrent. LES ADDITIFS Remarque : la polarité est la propriété des composants à adhérer aux surfaces métalliques. Les molécules sont absorbées (phénomène d'adsorption chimique) par la surface métallique à cause de leur nature dipolaire.

93 LES ADDITIFS AMÉLIORANTS D'INDICE DE VISCOSITÉ Les améliorants d'indice de viscosité sont des substances qui diminuent la tendance d'une huile à perdre sa viscosité à haute température.

94 LES ADDITIFS

95 ABAÎSSEURS DE POINT D'ÉCOULEMENT Ces additifs diminuent la viscosité de l'huile à basse température (ils rendent l'huile plus liquide). Cela a pour effet d'abaisser le point d'écoulement et de rendre l'huile utilisable à des températures plus basses. LES ADDITIFS

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