memoire pour l’obtention du diplome d’ingenieur de l
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
ETUDE DE L’EMISSION DE GAZ ET DES PERFORMANCES D’UN MOTEUR DIESEL FONCTIONNANT AUX HUILES VEGETALES
CONDITIONNEES À L’ADDITIF ADERCO
MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME
D’INGENIEUR DE L’EQUIPEMENT RURAL
Présenté et soutenu publiquement le 2 juillet 2008 par
Djivénou Yaovi TOMETY
Travaux dirigés par : Dr. Yao AZOUMAH
Enseignant-chercheur
UTER-GEI
Dr. Joël BLIN
Enseignant-chercheur
UTER-GEI
Jury d’évaluation du stage :
Président : M .Yezouma COULIBALY
Membres et correcteurs : M. Yao AZOUMAH
M. Joël BLIN
M. Francis SEMPORE
Promotion 2007-2008
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
II
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Remerciements
Les travaux faisant l’objet de ce mémoire ont été réalisés au Laboratoire Biomasse Energie et
Biocarburant (LBEB) à Ouagadougou (Burkina Faso) en collaboration avec les laboratoires
de la SONABHY à Ouagadougou (Burkina Faso) et du CIRAD de Montpellier (France).
Je ne saurais présenter ce travail sans commencer par remercier ceux là même qui ont bien
voulu me témoigner de leur confiance en me confiant cette étude et qui ont été d’un concours
indispensable dans son aboutissement. Je tiens à exprimer toute ma gratitude en particulier à :
L’équipe du laboratoire LBEB et plus particulièrement à mes directeurs de mémoire M. Yao
AZOUMAH et M. Joël BLIN pour les conseils qu’ils m’ont prodigués, la confiance qu’ils
m’ont témoigné tout au long de ce travail et le temps qu’ils ont consacré pour le bon
déroulement de cette étude;
Toute l’équipe du laboratoire de la SONABHY et en particulier M. Alfa Aliou DIALLO pour
l’appui technique et les précieux conseils qu’il a bien voulu m’apporter ;
M. Augustin SAMADOULOUGOU de la société ORAIDA-Consulting pour avoir mis à ma
disposition l’additif ADERCO 5000 ;
M. Tizane DAHO de l’Université de Ouagadougou d’avoir mis à ma disposition la
documentation et une partie du matériel d’essai ;
M. Philippe GIRARD et M. Sayon SIDIBE pour leur soutien matériel qu’ils m’ont apporté en
favorisant les essais dans le laboratoire de CIRAD à Montpellier.
Je tiens également à remercier M. Arthur TOMETY, M. Jérôme AMEGNAGLO et Mlle
Beresse DAKUYO pour le soutien moral et financier qu’ils m’ont apporté tout au long de ce
travail.
Ces remerciements vont aussi à mes parents et amis pour le soutien, les encouragements et les
conseils ; ainsi qu’à tous ceux qui de prêt ou de loin ont, d’une manière ou d’une autre,
contribué au bon déroulement de cette étude.
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
III
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Liste des abréviations AAN : Anlangen-und Antriebstechnik Nordhausen CIRAD : Centre de coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement Csp : Consommation spécifique η : Efficacité énergétique HAP : Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques HVP : Huiles Végétales Pures LBEB : Laboratoire Biomasse Energie et Biocarburant ORAIDA-Consulting : Office de Recherche et d’Appui aux Initiatives de développemnt en Afrique Consulting PCI : Pouvoir Calorifique Inférieur SN Citec : Société Nouvelle huilerie et savonnerie Citec SONABHY : Société Nationale Burkinabè des Hydrocarbures
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
IV
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Sommaire
Introduction ............................................................................................................................... 4
Chapitre 1 : Les huiles végétales carburant et l’additif ADERCO 5000................................. 6 1.1 Les huiles végétales Pures1 : Une perspective pour l’Afrique .......................................... 6 1.2 Les caractéristiques physico-chimiques des huiles végétales ........................................... 8
1.2.1 Les caractéristiques physiques des huiles végétales........................................................................ 8 1.2.1.1 La viscosité ........................................................................................................................... 9 1.2.1.2 La densité.............................................................................................................................. 9 1.2.1.3 Le point éclair ..................................................................................................................... 10 1.2.1.4 Le point d’inflammation ..................................................................................................... 11 1.2.1.5 Le point d'auto-inflammation.............................................................................................. 11 1.2.1.6 Le pouvoir calorifique ........................................................................................................ 11 1.2.1.7 Le point trouble................................................................................................................... 12 1.2.1.8 Le point d’écoulement ........................................................................................................ 12 1.2.1.9 Le point d’ébullition ........................................................................................................... 12 1.2.1.10 Indice de cétane .................................................................................................................. 12
1.2.2 Caractéristiques chimiques............................................................................................................ 13 1.2.2.1 Indice d’iode ....................................................................................................................... 14 1.2.2.2 Indice d’acide ..................................................................................................................... 14 1.2.2.3 Indice de peroxyde.............................................................................................................. 14 1.2.2.4 Indice de saponification...................................................................................................... 15
1.3 La combustion des huiles végétales dans les moteurs diesel .......................................... 15 1.3.1 Les moteurs à injection directe...................................................................................................... 15 1.3.2 Les moteurs à injection indirecte................................................................................................... 16
1.4 Les problèmes rencontrés dans l’utilisation des huiles végétales dans les moteurs diesel 17 1.5 Quelques remèdes apportés dans l’utilisation des biocarburants dans les moteurs diesel 18 1.6 Additif ADERCO 5000 ...................................................................................................... 19
1.6.1 Action d’ADERCO 5000 sur les carburants ................................................................................. 20 1.6.2 Les caractéristiques physiques d’ADERCO 5000......................................................................... 20
Chapitre 2 : Caractéristiques physico-chimiques des huiles de coton et de palme mélangées à l’additif ADERCO ................................................................................................................ 21
2.1 Rappel des objectifs ........................................................................................................... 21 2.2 Echantillonnage.................................................................................................................. 21 2.3 Résultats des mesures ........................................................................................................ 22
2.3.1 La masse volumique...................................................................................................................... 22 2.3.2 La viscosité.................................................................................................................................... 23 2.3.3 Le point de trouble et le point d’écoulement................................................................................. 24 2.3.4 La couleur...................................................................................................................................... 26 2.3.5 Le point éclair ............................................................................................................................... 27 2.3.6 Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) .......................................................................................... 28 2.3.7 Détermination des caractéristiques physiques de l’additif ADERCO 5000 .................................. 30
2.4 Discussion et analyses des résultats .................................................................................. 30 2.4.1 La masse volumique...................................................................................................................... 31 2.4.2 La viscosité.................................................................................................................................... 31 2.4.3 Le point trouble et le point d’écoulement...................................................................................... 31 2.4.4 La couleur...................................................................................................................................... 32 2.4.5 Le point éclair ............................................................................................................................... 32 2.4.6 Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) .......................................................................................... 33
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
2.5 Conclusion .......................................................................................................................... 33 Chapitre 3 : Emissions de gaz et performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles de coton et de palme mélangées à l’additif ADERCO ........................................................... 34
3.1 Rappel des objectifs ........................................................................................................... 34 3.2 Description du matériel et des méthodes ......................................................................... 34
3.2.1 Description du matériel ................................................................................................................. 34 3.2.2 Les conditions expérimentales et méthodes .................................................................................. 37
3.3 Les résultats........................................................................................................................ 38 3.3.1 Les émissions de gaz issues de la combustion des huiles de coton et de palme pures comparés aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO 5000. ............................................................................... 38 3.3.2 Performance du moteur diesel fonctionnant aux huiles de palme et de coton comparée aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO 5000 ................................................................................ 40
3.3.2.1 La consommation spécifique .............................................................................................. 40 3.3.2.2 La température des gaz d’échappement.............................................................................. 42 3.3.2.3 L’efficacité énergétique ...................................................................................................... 43
3.4 Discussions et analyses....................................................................................................... 45 3.4.1 Les émissions des gaz .................................................................................................................. 45
3.4.1.1 Les émissions de NO .......................................................................................................... 45 3.4.1.2 Les émissions de CO2 ......................................................................................................... 45
3.4.2 La performance du moteur diesel .................................................................................................. 46 3.4.2.1 La consommation spécifique .............................................................................................. 46 3.4.2.2 La température des gaz d’échappement.............................................................................. 47 3.4.2.3 L’efficacité énergétique ...................................................................................................... 49
3.5 Conclusion .......................................................................................................................... 50 Conclusion générale................................................................................................................ 51
Perspectives de recherche ....................................................................................................... 53
Bibliographie ........................................................................................................................... 54
Annexes.................................................................................................................................... 58
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Liste des tableaux Tableau 1 : Propriétés physiques des huiles végétales comparées à celles du gazole [5] ....................................... 8 Tableau 2: Composition approximative de quelques huiles végétales ou animales (% masse pour chaque
groupement) [8] ........................................................................................................................................... 13 Tableau 3: Masse volumique à 25°C et à 15°C des huiles de palme et de coton mélangées à l'additif ADERCO
5000............................................................................................................................................................. 23 Tableau 4: Couleur des huiles de palme et de coton mélangées à l'additif ADERCO 5000 par la méthode ASTM
D 1500 ......................................................................................................................................................... 27 Tableau 5: Evolution du PCI des huiles de coton et de palme en fonction de la concentration de l’additif
ADERCO 5000............................................................................................................................................ 29 Tableau 6: Caractéristiques physiques de l'additif ADERCO 5000 ...................................................................... 30 Tableau 7: Spécifications du groupe électrogène.................................................................................................. 36 Tableau 8: Caractéristiques techniques de l'analyseur de gaz TESTO 350........................................................... 36 Tableau 9: Les produits industriels du laboratoire ADERCO............................................................................... 68
Liste des figures Figure 1:Viscosité des huiles de palme et de coton en fonction de la concentration de leur mélange à l’additif
ADERCO 5000............................................................................................................................................ 24 Figure 2: Point de trouble et point d’écoulement de l’huile de coton en fonction de la concentration de l’additif
ADERCO 5000............................................................................................................................................ 25 Figure 3: Point de trouble et point d’écoulement de l’huile de palme en fonction de la concentration de l’additif
ADERCO 5000............................................................................................................................................ 26 Figure 4: Evolution du point éclair des huiles de coton et de palme en fonction de la concentration de l’additif
ADERCO 5000............................................................................................................................................ 28 Figure 5 : Schéma du dispositif expérimental ....................................................................................................... 35 Figure 6 : Emission du CO2 issue de la combustion de l’huile de coton pure comparée aux mélanges d’huiles de
coton-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge ............................................................................... 38 Figure 7: Emission du CO2 issue de la combustion de l’huile de palme pure comparée aux mélanges d’huiles de
palme-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge .............................................................................. 39 Figure 8 : Emission du NO issue de la combustion de l’huile de coton pure comparée aux mélanges d’huiles de
coton-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge ............................................................................... 39 Figure 9 : Emission du NO issue de la combustion de l’huile de palme pure comparée aux mélanges d’huiles de
palme-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge .............................................................................. 40 Figure 10 : Consommation spécifique de l’huile de coton conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée à
huile de coton pure ...................................................................................................................................... 41 Figure 11 : Consommation spécifique de l’huile de palme conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée
celle à huile de palme pure .......................................................................................................................... 41 Figure 12 : Température des gaz d’échappement issue de la combustion de l’huile de coton conditionnée à
l’additif ADERCO 5000 comparée celle de l’huile de coton pure. ............................................................. 42 Figure 13 : Température des gaz d’échappement issue de la combustion de l’huile de palme conditionnée à
l’additif ADERCO 5000 comparée celle de l’huile de palme pure ............................................................. 43 Figure 14 : Efficacité énergétique de l’huile de coton conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle de
l’huile de coton pure.................................................................................................................................... 44 Figure 15 : Efficacité énergétique de l’huile de palme conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle
de l’huile de palme pure .............................................................................................................................. 44 Figure 16 : Phénomène de micro-explosion dans l’émulsion de l’additif ADERCO 5000/huile de coton ........... 48 Figure 17: Mécanisme de distillation séquentielle dans l'émulsion de l'additif ADERCO 5000/huile de palme.. 48Figure 18 : Courbe de combustion [18] ................................................................................................................ 64 Figure 19 : Injection directe [18]........................................................................................................................... 65 Figure 20: Injection indirecte avec préchambre [18] Figure 21: Injection indirecte avec chambre de turbulence
[18] .............................................................................................................................................................. 66
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Introduction
La consommation d’énergie fossile est de plus en plus importante du fait de la
croissance démographique du monde et des besoins multiples auxquels sont confrontées les
industries.
Le monde se voit donc dans l’obligation de trouver d’autres alternatives pour substituer cette
énergie. Les biocarburants sont l’une des solutions énergétiques importantes pour un «après
pétrole» puisqu’ils s’intègrent bien dans le dynamisme de la protection de l’environnement
avec l’avantage qu’ils ne rejettent pas de CO2 fossile dans la nature.
Bien que controversé par certains auteurs quand à son utilisation à grande échelle, les
biocarburants demeurent néanmoins une des sources d’énergie que pourront développer les
pays pauvres en vue d’être plus indépendants sur le plan énergétique.
L’utilisation directe des huiles végétales comme carburant dans les moteurs posent
souvent des problèmes de dépôt, de mauvaise combustion… [1]. Ces problèmes sont
essentiellement dus à la viscosité élevée des huiles végétales et à leur point éclair très élevé
par rapport au gazole.
Depuis un certain temps, des recherches se font pour rapprocher les caractéristiques
des huiles végétales pures aux combustibles classiques soit en les mélangeant à faible dose
avec le gazole, soit en faisant leur estérification pour obtenir le biodiesel, soit en les
préchauffant à l’aide des gaz d’échappements…De grands efforts ont permis de modifier des
moteurs dans le but d’utilisation directe de ces huiles végétales en dotant par exemple les
moteurs d’un système de bicarburation (gazole et huile végétale).
Actuellement, le laboratoire canadien ADERCO, dans sa vision d’accompagner le
monde dans la réduction de la crise énergétique et environnementale, a mis au point un additif
du nom de ADERCO 5000 susceptible :
• d’améliorer la combustion des carburants ;
• de réduire les émissions de gaz
• de réduire la consommation de combustibles dans les moteurs…
Bien que certains tests aient été effectués sur ce produit confirmant ainsi la réduction
de la consommation de combustibles classiques dans certaines conditions spécifiées, il
n’existe pas d’étude pour cet additif vis-à-vis des biocarburants, particulièrement sur la
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
réduction des émissions de gaz et la performance des moteurs (utilisant des huiles végétales
dosées à cet additif).
Le laboratoire biomasse, énergie et biocarburant (LBEB) du 2iE, en collaboration avec
la société ORAIDA-Consulting, basé à Ouagadougou, promoteur de l’additif ADERCO en
Afrique de l’ouest et avec l’appui des laboratoires de la SONABHY à Ouagadougou et de
CIRAD à Montpellier, voudraient contribuer à la connaissance plus approfondie de ce
produit.
L’absence de recherches effectuées sur ces aspects justifie les études menées par notre
équipe à travers les trois chapitres suivants :
Le premier chapitre présente une synthèse des connaissances actuelles sur les caractéristiques
physico-chimiques des huiles végétales et des paramètres moteurs lors de leur combustion
suivi d’une présentation de l’additif ADERCO 5000.
Le deuxième chapitre présente l’étude de l’impact de l’additif ADERCO 5000 sur les
propriétés physico-chimiques (la viscosité, le point éclair, le pouvoir calorifique inférieur, le
point trouble…) des huiles locales. Les huiles retenues sont des huiles de coton et de palme.
Enfin le troisième chapitre aborde les études des émissions de gaz et des performances d’un
moteur diesel fonctionnant aux mélanges huiles végétales et l’additif ADERCO.
Cette troisième partie permet de comparer :
o les émissions de gaz d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales pures et
aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO ;
o les performances en termes de consommation spécifique et de l’efficacité énergétique
du moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales pures et aux mélanges de ces
huiles avec l’additif ADERCO.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Chapitre 1 : Les huiles végétales carburant et l’additif ADERCO 5000
Ce premier chapitre rappelle quelques généralités sur les connaissances actuelles des
caractéristiques physico-chimiques des huiles végétales.
1.1 Les huiles végétales Pures1 : Une perspective pour l’Afrique
Les huiles végétales sont une alternative de substitution de l’énergie fossile et surtout pour des
applications en « circuits-courts» (production locale d’électricité, pompage…) des pays en
voie de développement mais elles posent certains problèmes de disponibilité de terres
agricoles.
En effet, certains pays comme le Cameroun et la Côte d’ivoire ont une très forte
production en huile de palme. La culture du palmier à huile s’est fortement accentuée à partir
des années 60 au Cameroun par des sociétés agro-industrielles qui ont mis en place des
plantations de palmiers sélectionnés à hauts rendements.
L’huile de coton, peu connue des européens, se situe en cinquième position de la
production mondiale devant l’huile d’arachide avec 5 millions de tonnes par an sur un total de
128 millions de tonnes.
Le Burkina Faso, à travers la SN Citec, devrait produire 7000 tonnes de biodiesel [2] à partir
de l’huile de coton tout en préservant les débouchés alimentaires afin d’écrêter les prix très
élevés de l’électricité.
La compétitivité alimentaire que défendent certains auteurs face à leur utilisation
comme biocarburant serait évitée en cultivant les algues et le jatropha, par exemple.
1 Le terme anglais Pure Vegetable Oil se traduit mal en français par «Huiles Végétales Pure». En effet le mot «pure» signifie« utilisée seule» alors que le sens désigne ici une huile végétale non modifiée chimiquement soit une huile végétale «naturelle »
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Peu de contraintes d'entretien, poussant sous les climats les plus hostiles ou sur des terrains
arides, espèce non appétée par les animaux, riche en huile (35% d’huile non comestible), le
Jatropha présente tous les critères de la «plante miracle». La culture de jatropha a un avantage
principal de l’emploi de son huile comme biocarburant puisqu’elle ne compromet pas la base
de nutrition des petits exploitants. Cette plante n’est pas comestible. Elle échappe ainsi au
conflit «alimentaire/énergétique » et permet aussi d’accroitre le revenu des paysans qui la
cultivent.
Afin d’arriver au stade prospère de l’utilisation des biocarburants, il faut mobiliser un
gisement plus important en biomasse lignocellulosique en levant toute sorte de contraintes
techniques, environnementales, législatives, économiques et informatives [3].
Les huiles végétales pures sont de véritables biocarburants qui peuvent être utilisés
dans les moteurs diesel sous certaines conditions (mélange huile/gazole, adaptation des
moteurs, préchauffage des huiles végétales pures, bicarburation…). Notons que les huiles
végétales sont aussi de véritables combustibles biodégradables. Elles peuvent provenir d’une
multitude de sources. Certaines comportent toutefois des qualités supérieures à d’autres. Il est
certain que la viscosité de l’huile est un des éléments qui détermine sa qualité pour une
application de biocombustible.
Du point de vue qualité de combustion que ce soit :
Par ordre de temps total d’évaporation croissant ;
Par ordre de grandeur croissant des délais d’inflammation ;
Par ordre décroissant de l’indice de cétane ;
Les huiles peuvent être classées du meilleur au moins bon [4, 5] :
- Huile de coprah ;
- Huile de palme ;
- Huile de coton ;
- Huile de tournesol ;
- Huile d’arachide ;
- Huile de Soja ;
- Huile de colza ;
- Huile de lin.
Il est indispensable de caractériser des HVP pour mieux connaître les propriétés physico-
chimiques et trouver de procédés de production fiable et reproductibles pour usage carburant.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
1.2 Les caractéristiques physico-chimiques des huiles végétales
Les caractéristiques physico-chimiques permettent de bien connaître les huiles
végétales afin d’étudier leurs comportements pour diverses utilisations.
1.2.1 Les caractéristiques physiques des huiles végétales Tableau 1 : Propriétés physiques des huiles végétales comparées à celles du gazole [5]
Densité
20 oC
Viscosité
20 oC
(mm2/s)
Point
écoulement
(oC)
Point de
trouble
(oC)
Point
éclair
(oC)
Indice
de
cétane
Pouvoir
calorifique
(PCI)
MJ/kg
Combustible
Diesel 0,836 3 à 7,5 –18 < – 5 93 50 43,8
Ester
méthylique
de colza 0,880 7 – 12 – 4 183 52 41
Ester
méthylique
de coton 0,870 7 1 2 178 54 40
Copra 0,915 30a 23/26 28 230 43 37,1
Palme 0,945 60a 23/40 31 280 39 36,9
Coton 0,921 73 – 2 – 1 243 34 36,8
Pourghère 0,920 77 – 3 2 236 35 38,8
arachide 0,914 85 –1 9 258 34 39,3
Colza 0,920 78 – 2 – 11 285 36 37,4
Soja 0,920 61 – 4 – 4 330 31 37,3
Tournesol 0,925 58 – 6 – 5 316 36 37,8 aviscosité à 40 °C.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
1.2.1.1 La viscosité
La viscosité, définie comme la capacité d’un fluide à s’écouler, est une des propriétés
physiques les plus importantes à analyser dans le cas des huiles végétales carburant. Le
tableau 1 montre que les huiles végétales ont une viscosité très élevée que celle du gazole
(entre 5 à 15 fois plus importante).Elle varie suivant l’origine de l’huile. La viscosité peut
s’exprimer de deux manières différentes :
• Viscosité dynamique : elle s’exprime en centipoise (cPo), (1Po= 10-1 Pa.s).
• Viscosité cinématique : elle est la viscosité dynamique divisée par la masse
volumique. Elle s’exprime en centistokes (cSt) ou en mm²/s (1cSt=1mm²/s).
La viscosité dynamique est la propriété qu’a tout fluide d’opposer une résistance aux forces
qui tendent à déplacer les unes par rapport aux autres les particules qui le constituent. La
mesure de cette viscosité est très complexe. La viscosité cinématique fait intervenir un
paramètre additionnel qu’est la masse volumique du liquide. La gravité est utilisée comme
force entrainant le liquide à travers le capillaire lors de sa mesure par des viscosimètres
capillaires. Elle est facilement mesurable.
Nous nous intéresserons à la viscosité cinématique des huiles. Nous désignerons, pour la
suite, viscosité par la viscosité cinématique. Cette viscosité varie en fonction de la
température.
La viscosité est importante pour savoir comment se comporte l’huile sous forme
liquide, ce qui va permettre d’évaluer le potentiel d’une huile comme carburant. La viscosité,
en effet détermine la fluidité au pompage et la distribution sur les buses d’injection d’entrée et
le comportement en cas de démarrage à froid et à chaud. Plus la valeur est élevée, plus la
substance est visqueuse.
1.2.1.2 La densité
La densité de toutes les huiles est supérieure à 0,9. Cette densité est plus élevée que
celle du gazole (0,836). Elle sert surtout pour tester la pureté du combustible.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
1.2.1.3 Le point éclair
Le point éclair est la température la plus basse à laquelle le liquide considéré fournit
suffisamment de vapeurs pour former, avec l'air ambiant, un mélange gazeux qui s'enflamme
sous l'effet d'une source d'énergie calorifique telle qu'une flamme pilote ou une étincelle, mais
pas suffisamment pour que la combustion s'entretienne d'elle-même (pour ceci, il faut
atteindre le point d’inflammation). Si l'inflammation ne nécessite pas de flamme pilote, on
parle alors d’auto-inflammation.
La mesure de la valeur du point éclair dépend non seulement de l'appareillage mais également
de la bonne vue de l'opérateur qui doit déceler le début d'inflammation. Il faut donc toujours
préciser l’appareil qui a été utilisé quand on fournit une valeur de point éclair.
La réglementation européenne différencie les liquides en :
• Extrêmement inflammables - point éclair inférieur à 0°C et point d’ébullition < 35°C
(Exemple : point d'éclair de l’essence < -40°C);
• Facilement inflammables - point éclair inférieur à 21°C et point d'ébullition supérieur
à 35 °C. (Exemple : point éclair du méthanol = 11°C; de l'acétone = -18°C); Notez le
point éclair négatif pour l'acétone, qui doit son classement facilement inflammable
uniquement à sa température d'ébullition de 56 °C.
• Inflammables - point éclair compris entre 21 et 55°C.
Un liquide dont le point éclair est supérieur à 55°C est considéré comme combustible
(Exemple du gazole dont le point éclair est 93°C et de l’huile de palme dont le point
éclair est 280°C);
Le point éclair de l’huile de palme et de l’huile de coton sont respectivement 280°C et
243°C contre 93°C pour le gazole. Ce qui rend les huiles végétales difficilement
inflammables. Un dépôt s’observe sur les “ nez” des injecteurs et dans la chambre de
combustion lors de la combustion de ces huiles dans les moteurs diesel [5]. Ce
problème est dû justement à ce point éclair très élevé.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
1.2.1.4 Le point d’inflammation
Le point d’inflammation est la température la plus basse à laquelle un liquide émet
suffisamment de vapeurs pour former avec l'air ambiant un mélange inflammable dont la
combustion une fois débutée puisse s'entretenir d'elle-même après retrait de la source
d'allumage. Il est supérieur au point éclair de quelques degrés. Entre le point éclair et le point
d'inflammation, les vapeurs s'enflamment mais ne peuvent continuer à brûler sans apport
extérieur d'énergie.
1.2.1.5 Le point d'auto-inflammation
Le point d'auto-inflammation (ou d'auto-ignition) est la température à partir de laquelle
un gaz ou une vapeur s’enflamme spontanément en l’absence de flamme pilote ou d’une
étincelle.
1.2.1.6 Le pouvoir calorifique
Pour apprécier un combustible comme fournisseur de la chaleur, la quantité de chaleur
dégagée lors de la combustion d’une unité quantitative ou volumique est importante. Les
pouvoirs calorifiques massiques des HVP sont évidemment plus faibles que ceux des
hydrocarbures classiques, compte tenue de la présence d’oxygène dans leurs structures
chimiques. Les écarts par rapport au gazole sont de l’ordre de 15%. Nonobstant, en raison de
la masse volumique élevée des huiles, le pouvoir calorifique inférieur volumique est en
moyenne supérieur à celui du gazole de 5 à 6%. Outre le pouvoir calorifique volumique, on
distingue le pouvoir calorifique supérieur (PCS) et le pouvoir calorifique inférieur (PCI). Ils
sont mesurés en MJ/Kg.
• Le pouvoir calorifique supérieur (PCS)
C’est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète de 1 m3 de combustible,
lorsque les produits de la combustion sont refroidis à la température de départ (température de
référence 25°C) et l’eau issue de la combustion est à l’état liquide.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
• Le pouvoir calorifique inférieur (PCI)
C’est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète de 1 m3 de combustible,
lorsque les produits de la combustion sont refroidis à la température de départ (température de
référence 25°C) et l’eau issue de la combustion est à l’état gazeux.
Le PCS et le PCI sont liés par la relation suivante :
PCS = PCI + Chaleur latente de vaporisation (1)
1.2.1.7 Le point trouble
Le point trouble est la température à laquelle un produit liquide devient trouble par
l’apparition de cristaux lorsque le produit est refroidi dans les conditions normalisées.
1.2.1.8 Le point d’écoulement
Le point d’écoulement est la température la plus basse à laquelle un produit liquide
peut encore couler lorsqu’il est refroidi dans les conditions prescrites.
1.2.1.9 Le point d’ébullition
Le point d’ébullition est la température la plus élevée que peut atteindre un corps avant
de s’évaporer sous forme gazeuse à la pression atmosphérique.
Le point d’ébullition est une constante reproductible qui permet de vérifier la pureté du
liquide distillé. Il peut également apporter des informations sur la structure d’un composé.
1.2.1.10 Indice de cétane
Les indices de cétane varient de 30 à 40, selon les types d’huiles et leur degré de
pureté. Les huiles saturées (palme, coprah) présentent des indices de cétane plus élevés
que les huiles fortement insaturées (lin). D’une manière générale, ils expriment la qualité
d’auto-inflammation d’un combustible. Plus l’indice de cétane d’un carburant est élevé,
plus son délai d’inflammation est court [5]. Ces indices sont certes faibles mais suffisants
pour obtenir une combustion de type diesel acceptable dans certaines conditions.
Certains procédés chimiques tels que l’estérification et la transestérification permettent
de synthétiser l’huile végétale brute pour avoir des esters qui ont des propriétés très
proches du gazole. Dans le tableau 1, l’ester méthylique de colza et l’ester méthylique de
coton ont bien leurs propriétés physiques semblables au combustible diesel.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
1.2.2 Caractéristiques chimiques
Les huiles végétales, dans la plupart des cas, comprennent un mélange de 95% de
triglycérides et 5% d’acide gras libres, de stérols, carotène, cires et impuretés.
Le tableau 2 montre la composition approximative de quelques huiles et la position des
doubles liaisons qui montrent la saturation des huiles. Les huiles peuvent être subdivisées
en quatre grands groupes [6]:
- Les huiles dites saturées : Coprah, palme…
- Les huiles mono insaturées (semi-siccatives) : olive, arachide, colza…
- Les huiles di-insaturées (semi-siccatives) : coton, tournesol, maïs, …
- Les huiles tri-insaturées (siccatives) : lin Tableau 2: Composition approximative de quelques huiles végétales ou animales (% masse pour chaque groupement) [8]
Groupe C4 C6 C8 C10 C12 C14 C16 C18 C20 C22 C24 C16 C18 C18 C18 C20 C22
Position
double
liaison C7 C9
C6
C9
C3
C6
C9 C9 C9
Coprah 1.2 9.7 6.3 45.4 18.2 8.7 1.8 6.9 1.8
Palmiste 4.0 3.0 47.0 16.0 8.0 3.0 16.0 3.6
Palme 1.5 47.1 5.2 0.5 35.7 9.3 0.5 0.2
Olive 11.5 2.8 0.5 0.8 75.1 8.5 0.8
Arachide 0.3 9.6 3.7 1.8 3.5 1.6 0.1 55.0 23.0 1.4
Colza 4.8 1.5 60.3 21.5 7.6 2.0 2.3
Coton 0.8 23.1 2.2 0.3 0.6 17.8 55.0 0.2
Maïs 12.0 2.1 0.6 0.2 30.0 53.6 1.5
Tournesol 6.5 3.8 0.6 0.8 0.1 28.0 59.5 0.3
Soja 0.1 10.5 3.9 0.7 0.4 0.1 22.0 53.3 9.0
Lin 5.0 3.5 0.2 0.1 13.0 17.5 60.5 0.2
Suif 0.2 4.0 32.4 22.4 0.5 3.5 38.6 1.6 0.4
Saindoux 0.5 29.6 12.0 3.0 46.3 8.5 0.7
L’huile de palme est constituée en majorité de l’acide palmitique (47.1% des
groupements C16 saturés) et en quantité relativement importante de l’acide oléique (35.7%
des groupements C18 mono insaturés).
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
L’huile de coton est constituée en majorité de l’acide linoléique (55% des groupements
C18 di-insaturés) et en quantité relativement importante de l’acide palmitique (23.1% des
groupements C16 saturés).
Chimiquement, les huiles sont caractérisées par certain nombres d’indice.
1.2.2.1 Indice d’iode
L’indice d’iode est caractéristique pour chaque huile. C’est la masse d’iode (en
gramme) absorbée par 100 grammes d’échantillon par réaction d’addition. Il est en rapport
direct avec le degré d’insaturation d’un corps gras. L’insaturation peut entraîner la
formation de dépôts et des problèmes de stabilité des HVP entreposées.
Plus une huile est insaturée, plus l’indice d’iode est élevé. Du point de vue qualité
carburant, une huile saturée est meilleure qu’une huile insaturée [6].
Le tableau 2 montre que sur la base de l’indice d’iode, l’huile de palme (saturée) est
meilleure que l’huile de coton (insaturée). En revanche, les huiles saturées ont des
températures de solidification élevées ce qui posent ainsi des problèmes pratiques
d’utilisation dans les pays tempérés. Ces problèmes ne se posent pas, en général, dans les
pays tropicaux.
1.2.2.2 Indice d’acide
L’indice d’acide est le nombre de milligrammes de potasse nécessaire pour neutraliser
les acides gras libres d’un gramme de corps gras. Les corps gras en s’altérant
naturellement donnent naissance par hydrolyse des acides gras libres et du glycérol. La
mesure de l’acidité libre de ces corps gras permet de déterminer l’altération de l’huile.
1.2.2.3 Indice de peroxyde
En présence de l'oxygène de l'air, les acides gras insaturés entrant dans la composition
des corps gras s'oxydent en donnant des peroxydes. Ce phénomène a lieu au cours du long
stockage des corps gras, pendant leur rancissement2. La détermination de la quantité des
peroxydes d'un corps gras montre son altération par oxydation.
On définit l'indice de peroxyde comme étant le nombre de milliéquivalent d'oxygène par
kilogramme de corps gras.
2 Rancissement : Oxydation des huiles dégradant l’odeur et le gout de l’huile
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
1.2.2.4 Indice de saponification
L’indice de saponification correspond à la masse de potasse en milligramme
nécessaire pour neutraliser les acides gras libres et pour saponifier les acide gras combinés
dans un gramme de corps gras.
La quantité de la potasse utilisée varie en fonction de la masse molaire des acides gras.
Plus la masse molaire est élevée, plus l’indice de saponification est faible : l’indice de
saponification est donc une mesure indirecte de la masse molaire des acides gras.
1.3 La combustion des huiles végétales dans les moteurs diesel
La combustion est la décomposition d’une substance carbonée par la chaleur et
l’inflammation des gaz émanant de cette décomposition pour produire la chaleur (Voir
annexe 2). Outre les propriétés physico-chimiques des huiles végétales rendant la
combustion insatisfaite, la variation de la pression, le gradient négatif de température de la
chambre de combustion, l’hétérogénéité chimique du milieu réactionnel et le phénomène
d’oxydation influent sur le bon déroulement de la combustion entrainant parfois la
formation des particules, des suies et des HAP pour le gazole[7].
Nous n’allons pas faire de la théorie sur la combustion et de la flamme produite dans
les moteurs mais nous verrons quelques impacts de l’utilisation des huiles végétales sur la
combustion des moteurs diesel.
Selon la forme de la chambre de combustion, on distingue deux types de moteur diesel :
• les moteurs à injection directe
• les moteurs à injection indirecte
1.3.1 Les moteurs à injection directe
Ils équipent les tracteurs agricoles et routiers. La technique d’injection directe donne un
rendement très important et est adaptée pour la gamme de puissance moyenne et élevée
[8]. La température de la chambre de combustion avoisine 200 - 220°C or la température
du point éclair des huiles végétales est nettement supérieure à celle de fuel et de la
chambre de combustion (280°C pour l’huile de palme contre 93°C pour le gazole), ce qui
entraine la formation de gouttelettes d’huile non brulées sur la paroi.
L’utilisation des huiles végétales dans ces moteurs n’est possible que s’ils ont subit de
modification pour accroitre la température en fin de combustion (annexe 2 : figure 18)
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
afin d’améliorer la combustion. D’autres paramètres liés aux propriétés physico-
chimiques des huiles végétales (viscosité, composition riche en acide gras…) rentrent
aussi en ligne de compte pour cette modification.
Les problèmes fréquemment rencontrés sur les moteurs à injection directe sont listés ci-
après :
• dépôts au nez des injecteurs ;
• encrassement des chambres de combustion ;
• polymérisation.
Ce dernier problème généralement peu évoqué se rencontre avec les huiles semi-siccatives ou
siccatives dans certaines pompes d’injection [9] ou dans les réservoirs de stockage. L’huile en
se polymérisant sous l’effet de la température et d’un incitateur (oxygène), peut provoquer des
phénomènes d’obstruction des orifices des têtes d’injecteur entrainant ainsi une mauvaise
distribution des gouttelettes de l’huile dans la chambre de combustion.
Plusieurs techniques ont été mises au point [10] (avance sur injection, recyclage des gaz par le
système EGR3, Chauffage des parois de la chambre de combustion…) pour palier en partie ou
totalement à certains de ces problèmes.
1.3.2 Les moteurs à injection indirecte
Les moteurs à injection indirecte équipent les véhicules automobiles, certains gros moteurs
industriels et une très grande gamme de petits moteurs industriels. Ces moteurs sont
minoritaires sur le marché car leur consommation de carburant est très élevée par rapport à
celle des moteurs à injection directe. La température de la chambre de combustion atteint
rapidement 500- 600°C.
Les huiles végétales, dans ces conditions de combustion, brulent totalement.
Elles peuvent être directement utilisées dans ces moteurs à condition que ces huiles soient
filtrées efficacement.
3 EGR est la recirculation d’une fraction des gaz d’échappement dans la turbine d’admission afin de diluer le
mélange air-combustible avec les gaz neutres.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
1.4 Les problèmes rencontrés dans l’utilisation des huiles végétales dans les moteurs diesel
Les HVP utilisées dans les moteurs diesel entrainent quelques problèmes liés à leurs
natures physique et chimique.
Les propriétés physiques des huiles végétales pures sources de problèmes dans leur
utilisation comme biocombustible :
• Le point éclair très élevé par rapport aux fuels et au gazole ;
• La viscosité nettement supérieure à celle du gazole. A une même température, la
viscosité est 5 à 15 fois supérieure à celle du gazole. Elle entraine le colmatage des
filtres à carburant. Elle crée également des pertes de charges très élevées par les
filtres à carburant classique qui peut provoquer une sous alimentation des organes
d’injection ;
• Le pouvoir calorifique relativement plus faible de 10% que celui du gazole ;
• La densité relativement élevée ;
• Le point trouble et le point d’écoulement : dans nos climats tropicaux, cela ne
cause pas tellement un problème mais dans les climats tempérés, les filtres
chauffants et lignes d’alimentation calorifugées sont nécessaires pour toujours
faire circuler l’huile dans le moteur diesel à l’état liquide.
Les problèmes liés à la nature chimique des huiles végétales pures :
• Les réactions chimiques : la polymérisation et l’oxydation des huiles ;
• Les dépôts aux nez des injecteurs ;
• Encrassement dans les chambres de combustion.
Les principales différences entre les huiles et le gazole sont une viscosité plus
importante pour l’huile surtout lorsque la température diminue.
L’huile ne contient pas d’azote, pas de soufre (responsable des pluies acides), pas de
métaux lourds et pas de benzène. La qualité de l'huile utilisée pour la carburation doit être
filtrée efficacement.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
1.5 Quelques remèdes apportés dans l’utilisation des biocarburants dans les moteurs diesel
Des travaux antérieurs effectués ont permis de citer ci après certains remèdes permettant une
utilisation facile de l’huile végétale comme carburant dans les moteurs diesel [7-11] :
• Emulsion de l’huile avec l’eau afin de rendre plus fines les gouttelettes d’huiles
au moment de la combustion. En effet, l’eau contenue dans l’huile :
o réduit la température dans la chambre de combustion par absorption de la
chaleur lors de l’évaporation de l’eau ;
o augmente la quantité de vapeur dans le cylindre et avec la pression
intérieure du cylindre tout en réduisant les pertes d’énergie dans
l’échappement ;
o améliore la qualité de la combustion et réduit sa durée grâce aux
phénomènes de micro-explosions permettant d’obtenir des gouttelettes
d’huiles beaucoup plus petites et donc des conditions plus favorables pour
la combustion.
• Un retard de l’avance à injection de 5 à 8 degrés Vilebrequin par rapport au
réglage du diesel permet d’augmenter la température des gaz d’échappement
de 40°C. Ce qui prouve que la température de la chambre de combustion a
également augmenté. La combustion est alors plus complète. Cette élévation
est adaptée au moteur à injection indirecte du fait de la présence de la
préchambre.
• Chauffage de la paroi de la chambre de combustion pour diminuer l’effet du
gradient négatif de température dans la chambre.
• Chauffage de l’air de combustion.
• Modification de la tête du piston. Les ingénieurs d’AAN (Anlangen-und
Antriebstechnik Nordhausen) situé à Nordhausen en Allemagne, ont mis au
point un matériau spécial du non de ferrotherm. C’est un matériau plus
résistant qui permet de garder la température élevée en fin de combustion dans
la chambre d’injection afin de favoriser la vaporisation rapide et complète des
huiles. Cette technique est utilisée pour les moteurs à injection directe.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
• Préchauffage de l’huile à une température de 80 - 90°C. A cette température la
viscosité de l’huile diminue. Il est fort déconseillé de franchir la température de
110°C par crainte de phénomène d’oxydation conduisant à la polymérisation.
• Utilisation des filtres de diamètre 27 micromètres pour les huiles au lieu de 5
micromètres pour le gazole afin de réduire les risques du colmatage. Cette
dimension provient des dimensions standards américaines ou anglaises
disponibles sur le marché.
• Filtrage efficace de l’huile avant son utilisation dans les moteurs.
• Définir les normes de standardisation labélisées de production de biocarburant
afin de garantir sa reproductibilité pour finalement aboutir à un consensus
formalisé par un texte pour développer le marché du biocarburant.
• Doter le moteur d’un système de bicarburation. Le démarrage du moteur diesel
est effectué avec du gazole pour permettre à la chambre de combustion
d’atteindre les températures élevées avant le basculement en fonctionnement
huile végétale. L’arrêt du moteur se fait aussi en mode gazole. L’étude
détaillée de l’automatisation du groupe électrogène fait l’objet d’autres travaux
de recherche (Mémoire d’ingénieur de Miafo SOBGUI 2iE/Ouagadougou-
2008). Ces travaux permettront d’automatiser ce basculement qui jusqu’alors
se faisait manuellement.
Toutes ces solutions sont proposées mais les résultats ne sont pas efficacement satisfaisants.
Les recherches continuent dans cette même voie.
L’additif ADERCO serait t-il un des moyens pour améliorer la combustion de l’huile végétale
dans les moteurs diesel ?
1.6 Additif ADERCO 5000
ADERCO est une société canadienne qui a développé en 1970, un additif qui ne servait
que dans le transport maritime. Cette société est devenue, par la suite, le leader mondial en
technologie des additifs pour tous types de carburants.
ADERCO commercialise, selon les domaines d’utilisation (chaudière d’usine électrique,
chaudière électrique ou fourneaux, transport maritime et terrestre), plusieurs types
d’additif :
• Organo métallique ;
• Suspension métallique ;
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19
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
• Hybrides ;
• Agent tensio-actif.
ADERCO 5000, se trouvant dans le dernier type d’additif (transport terrestre), ferra l’objet de
notre étude.
(Voir annexe 3 pour la description des autres types d’additif et leurs actions sur le carburant)
1.6.1 Action d’ADERCO 5000 sur les carburants
ADERCO 5000 est un additif qui n’a qu’une action physique sur le carburant. Un agent 100%
organique, détergent, auto dispersant, ADERCO 5000 (annexe 10 : photo 1) agit sur le
carburant en brisant toutes les agglomérations en particules très petites tout en les maintenant
en suspension afin de les disperser d’une manière homogène dans le carburant.
La vaporisation du carburant est améliorée grâce à son action sur la combustion dans le
moteur, ce qui lui confère sa qualité d’agent tensio-actif.
Les statistiques ont prouvé que l’utilisation de l’additif entraine une réduction de la
consommation du fuel de 3,5% à 4% et réduit les émissions de particules issues de la
combustion de 50% [12].
1.6.2 Les caractéristiques physiques d’ADERCO 5000
ADERCO 5000 possède certaines propriétés physiques à savoir :
• Couleur : jaune - vert
• Le point éclair : 151°C
• Il est uniquement soluble dans les carburants (essence, diesel,…)
• pH=9,9
• Point d’ébullition > 250°C
• Densité : 0,884 à 20°C
Selon [13-14] cet additif serait reconnu comme un produit pouvant:
- améliorer la combustion des carburants (carburants classiques) ;
- réduire les émissions polluantes, fumées, suies… ;
- réduire la consommation de combustibles (essence, gazole…) dans les moteurs ;
- permettre une maintenance réduite.
Nous verrons plus loin l’action de l’additif ADERCO 5000 sur les huiles de coton et de
palme.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Chapitre 2 : Caractéristiques physico-chimiques des huiles de coton et de palme mélangées à l’additif ADERCO
2.1 Rappel des objectifs
Ce chapitre traite des propriétés physico-chimiques des huiles de coton et de palme dosées à
divers concentration de l’additif ADERCO 5000. Les travaux effectués ont consisté à faire
ressortir l’action de l’additif sur les propriétés physiques des huiles de coton et de palme :
• la viscosité ;
• le point éclair ;
• la densité ;
• le point trouble ;
• le point d’écoulement ;
• le pouvoir calorifique inférieur.
2.2 Echantillonnage
Les échantillons sont préparés en ajoutant :
0,2 ml de produit ADERCO 5000 par litre d’huile végétale (200 ppm) ;
0,4 ml de produit ADERCO 5000 par litre d’huile végétale (400 ppm) ;
0,6 ml de produit ADERCO 5000 par litre d’huile végétale (600 ppm) ;
0,8 ml de produit ADERCO 5000 par litre d’huile végétale (800 ppm).
Les essais sont réalisés sur les échantillons suivants (annexe 10 : photo 2) :
C000 : Huile de coton sans additif
C200 : Huile de coton dosée à l’additif ADERCO (200 ppm)
C400 : Huile de coton dosée à l’additif ADERCO (400 ppm)
C600 : Huile de coton dosée à l’additif ADERCO (600 ppm)
C800 : Huile de coton dosée à l’additif ADERCO (800 ppm)
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
P000 : Huile de palme sans additif
P200 : Huile de palme dosée à l’additif ADERCO (200 ppm)
P400 : Huile de palme dosée à l’additif ADERCO (400 ppm)
P600 : Huile de palme dosée à l’additif ADERCO (600 ppm)
P800 : Huile de palme dosée à l’additif ADERCO (800 ppm)
Les huiles de coton et de palme utilisées sont des huiles raffinées commercialisées
respectivement par les sociétés SN- Citec du Burkina Faso et Cosmivoire de la Côte d’ivoire.
L’additif ADERCO 5000 a été fourni par l’ORAIDA-Consulting, promoteur du produit
ADERCO au Burkina Faso.
Un prélèvement de chaque échantillon a été effectué pour les tests sur les propriétés physico-
chimiques dans le laboratoire de la SONABHY. Les tests sur le pouvoir calorifique inférieur
ont été réalisés dans le laboratoire de CIRAD à Montpellier en France.
2.3 Résultats des mesures
2.3.1 La masse volumique
La mesure de la masse volumique est effectuée suivant la norme NF EN ISO 12185
(description de la norme en annexe 4).
Le dispositif expérimental est un système électronique (annexe10 :photo3).
Principe
La masse volumique est mesurée à une température constante par la méthode du tube en U
oscillant reposant sur le phénomène de changement de fréquence d’oscillation en fonction du
changement de masse et sur un étalonnage à air et à eau. Le dispositif de mesure ramène dans
notre cas la température du produit à 25°C avant d’afficher sa valeur sur l’écran. En pratique,
cette valeur est convertie à l’aide de la table AMST pour avoir la masse volumique à 15°C,
température à laquelle est exprimée la masse volumique des produits pétroliers.
Les différentes valeurs de la masse volumique sont consignées dans le tableau 3.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Tableau 3: Masse volumique à 25°C et à 15°C des huiles de palme et de coton mélangées à l'additif ADERCO 5000
Echantillons Masse volumique à 25°C (g/cm3) Masse volumique à 15°C (g/cm3)
C000 0.914 0.919 C200 0.914 0.919 C400 0.914 0.919 C600 0.914 0.919 C800 0.914 0.919
P000 0.908 0.914 P200 0.908 0.914 P400 0.908 0.914 P600 0.908 0.914 P800 0.908 0.914
Le tableau 3 montre que l’ajout de l’additif n’a pas d’influence ni sur la masse volumique de
l’huile de palme ni sur celle de l’huile de coton.
2.3.2 La viscosité
La mesure de la viscosité est effectuée suivant la norme ISO 3105 :1994(description de la
norme en annexe 5).Le dispositif expérimental est un viscosimètre Ubbelohde baignant dans
un bain thermostatique (annexe 10 : photo 4).
Principe
Le viscosimètre contenant de l’huile est placé dans un bain d’huile à température constante.
Dans notre cas la température de mesure est 40°C. L’huile coule suivant la gravité entre les
deux traits du viscosimètre. La viscosité est proportionnelle au temps d’écoulement. La
constante de proportionnalité est la constante du viscosimètre.
Elle se détermine donc par la formule suivante :
ν = C*T (2)
Avec :
ν : viscosité cinématique en centistokes (cSt).
C : constante du viscosimètre.
T : Temps d’écoulement en seconde(s).
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Les résultats de mesure de la viscosité sont représentés sur la figure 1.
30
32
34
36
38
40
42
44
0 200 400 600 800 1000Concentration (ppm)
Visc
osité
à 4
0°C
(cSt
)
Huile de coton
Huile de palme
Figure 1:Viscosité des huiles de palme et de coton en fonction de la concentration de leur mélange à l’additif ADERCO 5000
La figure 1 montre que la viscosité de l’huile de palme et les mélanges d’huiles de palme-
additif sont quasiment identiques. La même observation est faite pour l’huile de coton et les
mélanges huile de coton-additif.
2.3.3 Le point de trouble et le point d’écoulement
Les mesures du point de trouble et le point d’écoulement sont effectuées respectivement
suivant les normes NF EN 23015 et NF T60 105 (la description de ces normes en annexes 6
et 7).
Le dispositif expérimental est un bain réfrigérant comportant plusieurs bains à températures
différentes (annexe 10 : photo 5).
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Principe
Point de trouble : L’huile végétale est refroidie à une vitesse déterminée et est observée à des
intervalles de température de 1°C. La température à laquelle est observée la première
apparition d’un trouble au fond du tube à essai est notée : elle correspond au point de trouble.
Point d’écoulement : L’huile végétale est refroidie à une vitesse bien déterminée, et ses
caractéristiques d’écoulement sont observées à des intervalles de température de 3°C. La
température la plus basse à laquelle l’huile coule encore est notée, elle correspond au point
d’écoulement, lequel est exprimé sous forme de nombre entier positif, négatif ou nul, multiple
de trois.
Les résultats de la mesure du point de trouble et du point d’écoulement sont représentés sur
les figures 2 et 3.
-5
-4.5
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
00 200 400 600 800 1000
Concentration (ppm)
Tem
péra
ture
(°C
)
Point de trouble del'huile de cotonPoint d'écoulement del'huile de coton
Figure 2: Point de trouble et point d’écoulement de l’huile de coton en fonction de la concentration de l’additif ADERCO 5000
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
25
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
0
2
4
6
8
10
12
14
0 200 400 600 800 1000
Concentration (ppm)
Tem
péra
ture
(°C
)
Point de trouble del'huile de palmePoint d'écoulement del'huile de palme
Figure 3: Point de trouble et point d’écoulement de l’huile de palme en fonction de la concentration de l’additif ADERCO 5000
Comme l’on peut le remarquer sur les figures 2 et 3, les points de trouble et d’écoulement des
huiles de coton et de palme ne sont quasiment pas influencés par l’ajout de l’additif
ADERCO. Cependant, on note une légère décroissance du point de trouble de l’huile de
palme avec l’augmentation de la concentration du mélange.
2.3.4 La couleur
La détermination de la couleur est effectuée suivant la norme ASTM D 1500 (description de
la norme en annexe 8)
Le dispositif expérimental est une source lumineuse standard qui compare les couleurs
(annexe 10 : photo 6)
Principe
Une source lumineuse standard éclaire le disque de couleur gradué sur une échelle de 0.5 à
8.0 à travers un tube à essai contenant de l’eau. Lorsque la couleur du disque correspond à la
couleur de l’huile, on note la valeur correspondante sur l’échelle. C’est donc la couleur de
l’huile par la méthode ASTM D 1500.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Les résultats de la mesure sont consignés dans le tableau 4. Tableau 4: Couleur des huiles de palme et de coton mélangées à l'additif ADERCO 5000 par la méthode ASTM D 1500
Echantillons Couleur
C000 1.5 C200 1.5 C400 1.5 C600 1.5 C800 1.5
P000 L1.5 P200 L1.5 P400 L1.5 P600 L1.5 P800 L1.5
Le tableau 4 fait ressortir que les couleurs des huiles de palme et de coton sont restées
invariantes malgré l’ajout de l’additif ADERCO 5000 sur l’échelle ASTM. La lettre L devant
le nombre 1.5 signifie que la valeur de couleur de l’échantillon n’excède pas 1.5 mais reste
supérieure à 1.
2.3.5 Le point éclair
La mesure du point éclair est effectuée suivant la norme ASTM D 93(description de la norme
en annexe 9).Le dispositif expérimental est l’analyseur point éclair FP 93 5G2 en vase clos
(annexe 10 : photo 7).
Principe
Une prise d’essai de 75 ml d’huile est chauffée lentement à vitesse uniforme en vase clos avec
agitateur à vitesse constante. A la température de la première application de la flamme, une
petite flamme est présentée par l’ouverture d’un volet dans le couvercle (fermé à d’autres
moments). La flamme est abaissée jusqu’au dessus de la surface de l’huile où sont émises les
vapeurs d’huile. La flamme est ensuite appliquée à des intervalles réguliers de température
jusqu’à température la plus basse à laquelle l’application de la flamme test provoque
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
27
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
l’inflammation des vapeurs au dessus de l’huile. On estime que l’échantillon a atteint le point
éclair lorsqu’une flamme franche apparaît et se propage instantanément à la surface de l’huile.
La figure 4 rend compte de la variation du point éclair des huiles de coton et de palme en
fonction des concentrations de l’additif ADERCO 5000.
255
260
265
270
275
280
285
290
295
0 200 400 600 800 1000
Concentration (ppm)
Poin
t éc
lair
(° C
)
Huile de coton
Huile de palme
Figure 4: Evolution du point éclair des huiles de coton et de palme en fonction de la concentration de l’additif ADERCO 5000
Contrairement aux autres propriétés analysées plus haut, l’ajout de l’additif ADERCO
influence le point éclair des deux huiles. En effet, la figure 4 montre une décroissance du
point éclair des deux huiles avec l’augmentation de la concentration de leur mélange à
l’additif. On note pour l’huile de palme un minimum à 600 ppm. Nous n’avons pas eu le
temps de confirmer cette observation en faisant des mesures à 1000 ppm par exemple.
2.3.6 Le pouvoir calorifique inférieur (PCI)
Le dispositif expérimental est une bombe calorimétrique d’une capacité de 250 à 350 ml
plongée dans un vase calorimétrique lui-même entouré d’une jaquette isolante.
Principe
La combustion d’une prise d’essai de masse déterminée est réalisée en présence d’oxygène
dans une bombe calorimétrique plongée dans un volume d’eau connu.
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28
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Le pouvoir calorifique supérieur déterminé dans ces conditions, c’est-à-dire à volume
constant, se calcule à partir de la mesure de l’élévation de température constatée de l’eau.
Le pouvoir calorifique inférieur est déterminé par calcul à partir du pouvoir calorifique
supérieur et de la connaissance de la taxe d’hydrogène dans le combustible.
L’équivalent en eau du calorimètre est déterminé préalablement à l’aide d’un étalon.
Parallèlement, on doit procéder à une détermination de la quantité d’eau présente dans
l’échantillon par la méthode de titration Karl Fisher.
Les tests du PCI sont effectués sur les huiles de coton pure et de palme pure ainsi que sur
l’additif ADERCO. Les PCI des mélanges sont déterminés à partir de la loi des mélanges
suivante :
PCIm = Σ (Xi*PCIi) (3)
Avec :
PCIm : pouvoir calorifique inférieur du mélange
PCIi : pouvoir calorifique inférieur du mélange du constituant i
Xi : fraction massique du constituant i
Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau 5.
Tableau 5: Evolution du PCI des huiles de coton et de palme en fonction de la concentration de l’additif ADERCO 5000
Echantillons PCI (kJ/kg)
C000 37362 C200 37362.58 C400 37363.16 C600 37363.73 C800 37364.31 P000 37393 P200 37393.57 P400 37394.15 P600 37394.72 P800 37395.3
Les valeurs du tableau 5 font ressortir une invariance du PCI des huiles de coton et de palme
avec l’ajout de l’additif. Cela est prévisible puisque la fraction massique de l’additif est très
faible par rapport à celle de l’huile.
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29
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
2.3.7 Détermination des caractéristiques physiques de l’additif ADERCO 5000
La détermination des caractéristiques physiques de l’additif est effectuée suivant les mêmes
normes utilisées pour les huiles végétales.
Les résultats sont consignés dans le tableau 6.
Tableau 6: Caractéristiques physiques de l'additif ADERCO 5000
Echantillon Viscosité à 40°C
(cSt) Densité à 15°C
Point de trouble
(°C)
Point d’écoulement
(°C)
Point éclair (°C)
Pouvoir calorifique inférieur (kJ/kg)
ADERCO 5000
7.56
0.886
-
< -20
139.2
40359
Le tableau 6 présente les caractéristiques physiques de l’additif ADERCO 5000. La viscosité,
la densité et le point éclair sont faibles par rapport à ceux observés sur les huiles. Notons
également que la viscosité de l’additif est très faible par rapport à celle des huiles de coton et
de palme (environ 5 fois plus faible). Le point éclair est environ deux fois plus faible que
celui des huiles de coton et de palme. Par ailleurs, la densité de l’additif est proche de celle du
gazole. Il coule toujours à la température de -20°C.
2.4 Discussions et analyses des résultats
L’analyse des résultats obtenus se fera au regard de la fidélité de la méthode définie par les
normes pétrolières [20-21]. Cette fidélité implique deux notions : La répétabilité4 et la
reproductibilité5.
La répétabilité serait dans notre cas plus significative puisqu’il s’agit des essais réalisés par le
même opérateur, le même appareillage et dans les mêmes conditions expérimentales.
4 La répétabilité : La différence entre deux résultats d’essais successifs, obtenus par le même opérateur, avec le même appareillage, dans les conditions opératoires identiques et sur le même produit ne doit, au cours d’une série d’essais effectués en appliquant normalement et correctement la méthode d’essai, dépasser les valeurs fixées par la norme. 5 La reproductibilité : La différence entre deux résultats uniques et indépendants, obtenus par différents opérateurs travaillant dans des laboratoires différents, sur un même produit, ne doit, au cours d’une longue série d’essais effectués en appliquant normalement et correctement la méthode d’essai, dépasser la valeur fixée par la norme.
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30
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
2.4.1 La masse volumique
La fidélité de la méthode utilisée prenant en compte la répétabilité et la reproductibilité,
respectivement égal à 0.4 kg/m3 et 1.5 kg/ m3 permet de conclure que tous les résultats
obtenus sur les masses volumiques des mélanges sont dans l’intervalle défini par la méthode.
Les résultats obtenus, consignés dans le tableau 3, montrent donc que l’additif ADERCO
5000 n’a pas d’influence sur la masse volumique des huiles coton et de palme.
En effet, l’additif ADERCO en faible proportion (200 ppm à 800 ppm) dans les huiles
explique les résultats obtenus puisque la masse volumique du mélange (huile de coton-additif,
huile de palme-additif) dépend du pourcentage volumétrique et des masses volumiques de
chaque constituant du mélange.
2.4.2 La viscosité
Les variations de la mesure de viscosité obtenues entre chaque type d’échantillons ne sont pas
significatives au regard de la fidélité de la méthode.
Les écarts maxima observés (figure 1) entre les mélanges huile de palme-additif et huile de
coton-additif sont respectivement 0.15% et 0.2%. Les écarts seraient considérables s’ils
étaient supérieurs à 0.35% pour la répétabilité et 0.70% pour la reproductibilité selon la
méthode.
En effet, la viscosité du mélange, dépendant en partie des proportions volumétriques de
chaque constituant du mélange, explique donc ces résultats du fait de la faible proportion de
l’additif ADERCO dans les huiles de palme et de coton. L’additif ADERCO 5000 n’a donc
pas d’incidence sur la viscosité des huiles de palme et de coton.
2.4.3 Le point trouble et le point d’écoulement
Le point trouble des mélanges d’huile de palme-additif varie peu (figure 3) mais cette
variation n’est pas significative pour conclure sur l’incidence de l’additif sur les huiles
puisqu’il reste inférieur à la marge de fidélité exigée par la méthode qui est de +2 pour la
répétabilité et de +4 pour la reproductibilité. Le point de trouble des mélanges d’huile de
coton-additif ne varie pas (figure 2).
Les figures 2 et 3 montrent que le point d’écoulement des mélanges d’huile de palme-additif
et huile de coton-additif sont invariables.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
L’additif ADERCO n’a donc pas d’incidence sur le point de trouble et le point d’écoulement
des huiles de palme et de coton.
2.4.4 La couleur
Il ressort du tableau 4 que les résultats obtenus pour la couleur ne varient pas. Tous ces
résultats sont dans la marge de fidélité de la méthode utilisée qui est 0.5 pour la répétabilité et
+1 pour la reproductibilité.
La couleur de l’additif ADERCO 5000 n’influe pas sur la couleur des huiles de palme et de
coton puisqu’il est utilisé à très faible proportion dans ces huiles.
2.4.5 Le point éclair
Les résultats obtenus montrent une influence de l’additif ADERCO sur le point éclair des
huiles de palme et de coton. Le plus grand écart du point éclair, observé sur la figure 4, entre
deux concentrations consécutives de l’additif ADERCO 5000 sur l’huile de palme est de 20°C
et celui sur l’huile de coton est de 17°C. Les écarts dépassent largement la marge de fidélité
de la méthode qui est de +5 pour la répétabilité et de +10 pour la reproductibilité. Le point
éclair diminue au fur et à mesure que la concentration de l’additif augmente (figure 4).
En effet, le point éclair de l’additif étant faible par rapport aux huiles de palme et de coton, il
en ressort que les vapeurs issues des mélanges d’huile de palme-additif et huile de coton-
additif s’enflamment plus rapidement quand la concentration de l’additif augmente dans le
mélange. La figure 4 montre la décroissance observée du point éclair.
Ainsi, le point éclair, qui décroit en fonction des dosages de l’additif, contribuerait à une
vaporisation rapide des mélanges des huiles de palme et de coton avec l’additif. Cet additif
réduirait donc le phénomène d’encrassement des huiles dans la chambre de combustion et
probablement les dépôts aux nez des injecteurs. Il contribuera à résoudre le problème du point
éclair élevé des huiles, un des indicateurs les plus importants pour les huiles végétales
carburant.
Par conséquent, l’ajout de l’additif ADERCO sur les huiles de palme et de coton améliorerait
la combustion de ces huiles dans les moteurs diesel réduisant ainsi les émissions des
imbrulées.
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32
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
2.4.6 Le pouvoir calorifique inférieur (PCI)
Les pouvoirs calorifiques inférieurs des huiles de coton et de palme sont respectivement
36362 kJ/Kg et 36393 kJ/Kg. Les pouvoirs calorifiques inférieurs des deux huiles sont
voisins. Le tableau 5 montre que le PCI des mélanges de chacune de ces huiles à l’additif
ADERCO ne varie pas. En effet, Le PCI du mélange est fonction du PCI de chaque
constituant du mélange et de leur proportion massique dans le mélange. Le PCI de l’additif
(40359 kJ/Kg) est certes relativement supérieur à ceux des deux huiles mais additionné en
faible proportion n’apporte pas assez de carbone pour faire varier le PCI de ces mélanges.
L’additif ADERCO n’a donc pas d’influence sur le PCI des huiles de coton et de palme.
2.5 Conclusion
Les tests réalisés sur les échantillons énoncés, utilisés dans les proportions de concentration et
des conditions d’expérimentation ci-dessus indiquées ne permettent pas de conclure quant à
l’influence de l’additif ADERCO sur la masse volumique, la viscosité, la couleur, le pouvoir
calorifique inférieur, le point trouble et le point d’écoulement des huiles de coton et de palme.
Cependant le point éclair décroit avec la forte concentration de l’additif dans les huiles. Cette
décroissance du point éclair des huiles de palme et de coton due à l’additif ADERCO 5000
améliorerait la combustion réduisant ainsi le dépôt dans la chambre de combustion et les
émissions des imbrulées.
La valeur minimale atteinte par cette décroissance du point éclair des mélanges d’huile de
palme-additif et huile de coton-additif est supérieure au point éclair de l’additif ADERCO qui
est de 139.2°C déterminé dans les conditions expérimentales ci-dessus mentionnées.
Hormis l’influence significative de l’additif ADERCO 5000 sur le point éclair des huiles de
palme et de coton, cet additif n’a pas d’impact sur les autres propriétés physico-chimiques
étudiées et ne dégrade non plus la qualité de ces huiles.
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33
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Chapitre 3 : Emissions de gaz et performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles de coton et de palme mélangées à l’additif
ADERCO
3.1 Rappel des objectifs
Ce chapitre traite de deux volets particuliers qui permettront de comparer :
• Les émissions de gaz d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales pures et
aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO.
• Les performances en termes de consommation spécifique et de l’efficacité énergétique
du moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales pures et aux mélanges de ces huiles
avec l’additif ADERCO.
Ces travaux ont été effectués au laboratoire LBEB du 2iE.
3.2 Description du matériel et des méthodes
3.2.1 Description du matériel
Les essais ont été réalisés sur un groupe électrogène comportant un système de
bicarburation (annexe 10 : photo 8).
Les caractéristiques techniques du groupe sont indiquées dans le tableau 7. Deux bancs de
charges résistives de puissance maximale 4 kW chacun sont utilisés comme charge à la sortie
de l’alternateur pour simuler l’exploitation du groupe. Le schéma du dispositif expérimental
est indiqué à la figure 5.
Le circuit de carburation comporte deux circuits séparés avec une partie commune. Le
gazole passe du réservoir au filtre à gazole par gravité puis passe par une électrovanne avant
son arrivée dans la pompe d’injection. Le gazole est ensuite injecté dans la chambre de
combustion. Le retour du gazole au niveau de la pompe d’injection passe à travers
l’électrovanne avant sa collecte dans le conduit de collecte du retour au niveau des injecteurs.
L’ensemble du gazole collecté passe ensuite dans le réservoir de gazole.
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
34
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Le circuit d’huile végétale est un circuit similaire à celui du gazole dans le principe.
Cependant, il comporte en plus de celui-ci, une pompe de pré-gavage située après le réservoir
d’huile végétale, du fait de la viscosité élevée de celle-ci. La partie commune des deux
circuits se situe entre l’électrovanne et la pompe d’injection (aller et retour du carburant entre
l’électrovanne et la pompe d’injection).
L’électrovanne permet le passage d’un carburant à l’autre tout en évitant leur mélange à
l’exception de la partie commune. Un compteur volumétrique, placé alternativement sur le
circuit du gazole et sur celui de l’huile végétale permet la mesure de la consommation du
carburant. Un dispositif de commande de l’électrovanne et de la pompe de pré-gavage permet
le passage d’un circuit à l’autre.
L'analyse des émissions des gaz à l'échappement (O2, CO2, NO, NO2) est réalisée à
l'aide d'un analyseur de gaz TESTO 350. Les caractéristiques techniques de celui-ci sont
indiquées dans le tableau 8. Un thermocouple de type K permet la mesure de la température
des gaz d’échappement.
Vegetable oil circuit
Neat diesel circuit
Vegetable oil/Neat diesel circuit
Neat dieseltank
Vegetable oil tank
Pump+Filter
Diesel engine A.C. Alternator
135689563
Exhaustgasanalyser
Load bank
Flow counter + Filter
Pump+Filter
Solenoidcontrol valve
Figure 5 : Schéma du dispositif expérimental
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35
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Tableau 7: Spécifications du groupe électrogène
Caractéristique Spécification
Type Lombardini 9LD 561-2/L, quatre temps,
refroidissement à air
Combustion Injection directe
Nombre de cylindres 2
Alésage 90 mm
Course 88 mm
Cylindrée 1120 cm3
Puissance maximale
(constructeur)
12 kW à 2200 tr/min
Moteur
Taux de compression 17,5 :1
Type Genelec
Puissance 8kVA à
Génératrice
Cosϕ 0,8
RPM 1500
Tableau 8: Caractéristiques techniques de l'analyseur de gaz TESTO 350 Gaz Détecteur Résolution Echelle Précision
CO2 Calcul à partir de O2 0,1% 0-CO2max -
O2 Cellule
électrochimique
0,1% 0-21% 0,2%
NO Cellule
électrochimique
1 ppm 0-3000 ppm ± 5 ppm (<100 ppm)
± 5% v.m (<2000 ppm)
± 10% v.m (<3000 ppm)
NO2 Cellule
électrochimique
1 ppm 0-500 ppm ± 10 ppm (<100 ppm)
± 5% v.m (<200 ppm)
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
36
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
3.2.2 Les conditions expérimentales et méthodes
Les paramètres d’entrée sont les types d’huiles à diverses concentrations d’ADERCO
5000 et la charge. Les paramètres de sortie sont la consommation de carburant, la température
d’échappement et les émissions de CO2, O2, NO, NO2.
Les essais sont effectués à une température ambiante d’environ 36 °C. Après une période de
fonctionnement du groupe électrogène au gazole à vide (0% de charge) pendant 15 min, la
charge du moteur est portée à une charge voisine de la pleine charge (90% de la pleine
charge) à l’aide du banc de charges résistives. Le moteur fonctionne ensuite pendant 5 min au
gazole pour permettre l’établissement d’un régime permanent où la température moyenne des
gaz d’échappement est voisine de 500 °C.
Pour un essai à l’huile végétale pure ou aux mélanges huile végétale et l’additif, après
l’établissement du régime permanent à 90% de la pleine charge au gazole, le passage à l’huile
végétale ou aux mélanges est effectué grâce à la commande de l’électrovanne. Le
basculement doit s’effectuer nécessairement après une période de stabilisation du moteur à
forte charge pour éviter la formation des dépôts dans le moteur. En effet, dans un moteur
diesel à injection directe, les conditions de température relativement basse dans la chambre de
combustion à faible charge sont telles que la combustion de l’huile conduit à la formation de
dépôts. La température moyenne de la chambre est inférieure à 200°C lorsque le moteur
délivre jusqu’à la moitié de sa puissance nominale [19]. A cette température, l’huile subit une
polymérisation conduisant à la formation des dépôts et l’émission des composés tels
l’acroléine en quantité notable [1]. Ainsi, le fonctionnement à l’huile végétale ou aux
mélanges à 90% de la pleine charge s’effectue pendant 10 à 15 min après le fonctionnement à
cette même charge au gazole (5 min) avant le relevé des paramètres de sortie. Les travaux
antérieurs réalisés sur le même groupe électrogène ont montré que son fonctionnement
optimal est autour de 70% de sa charge maximale [22]. Ainsi, les charges sont ensuite portées
successivement à 80%, 70%, 60% de la charge maximale afin d’encadrer la zone optimale de
fonctionnement du moteur. A chaque point de fonctionnement (vitesse constante de 1500
tr/min, charge), les paramètres de sortie sont relevés.
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
37
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
3.3 Les résultats
Les résultats sont présentés en deux parties :
Une première partie présentant l’analyse de gaz émis et une deuxième partie portant sur la
performance du moteur diesel.
3.3.1 Les émissions de gaz issues de la combustion des huiles de coton et de palme pures comparés aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO 5000.
Les figures 6, 7, 8, 9 ci-dessous présentent les émissions de gaz mesurées lors des essais sur le
moteur diesel :
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
50 60 70 80 90 100Charge(%)
CO
2(%
)
C000 C200
C400 C600C800
Figure 6 : Emission du CO2 issue de la combustion de l’huile de coton pure comparée aux mélanges d’huiles de coton-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge
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38
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
50 60 70 80 90 100Charge (%)
CO
2 (%
)
P000 P200P400 P600P800
Figure 7: Emission du CO2 issue de la combustion de l’huile de palme pure comparée aux mélanges d’huiles de palme-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge
400
500
600
700
800
900
1000
50 60 70 80 90 100Charge(%)
NO
(ppm
)
C000 C200C400 C600C800
Figure 8 : Emission du NO issue de la combustion de l’huile de coton pure comparée aux mélanges d’huiles de coton-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge
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39
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
50 60 70 80 90 100Charge (%)
NO
(ppm
)
P000 P200P400 P600P800
Figure 9 : Emission du NO issue de la combustion de l’huile de palme pure comparée aux mélanges d’huiles de palme-additif ADERCO 5000 en fonction de la charge
Les figures 6, 7, 8 et 9 montrent que les émissions de gaz issues de la combustion des huiles
de palme et de coton et leur mélange à l’additif ADERCO ont le même comportement. En
effet, les émissions de NO et de CO2 issues de la combustion de ces huiles ainsi que de leur
mélange à l’additif augmentent pratiquement de la même manière avec la charge.
3.3.2 Performance du moteur diesel fonctionnant aux huiles de palme et de coton
comparée aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO 5000
3.3.2.1 La consommation spécifique
La consommation spécifique dépend de plusieurs paramètres :
• La masse volumique du combustible ;
• La consommation volumétrique du moteur ;
• La charge appliquée.
Elle s’exprime en g/kWh.
Les figures 10 et 11 montrent les consommations spécifiques des huiles de coton et de palme
dosées à diverses concentrations de l’additif ADERCO.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
300
320
340
360
380
400
420
50 60 70 80 90 100Charge (%)
Con
som
mat
ion
spéc
ifiqu
e (g
/kW
h) C000 C200
C400 C600C800
Figure 10 : Consommation spécifique de l’huile de coton conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée à huile de coton pure
300
305
310
315
320
325
330
335
340
50 60 70 80 90 100Charge (%)
Cons
omm
atio
n sp
écifi
que
(g/k
Wh) P000 P200
P400 P600
P800
Figure 11 : Consommation spécifique de l’huile de palme conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle à huile de palme pure .
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41
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Les figures 10 et 11 font remarquer que les huiles de palme et de coton et leur mélange à
l’additif ADERCO ont le même comportement vis-à-vis de leur consommation spécifique. En
effet, cette consommation spécifique diminue quand la charge croit pour les huiles de palme
et de coton ainsi que pour leur mélange à l’additif ADERCO.
3.3.2.2 La température des gaz d’échappement
Les températures de gaz d’échappement sont représentées en fonction de la charge sur les
figures 12 et 13.
300
350
400
450
500
550
50 60 70 80 90 100Charge (% )
Tem
péra
ture
des
gaz
d'é
chap
pem
ent (
°C)
C000 C200C400 C600C800
Figure 12 : Température des gaz d’échappement issue de la combustion de l’huile de coton conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle de l’huile de coton pure.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
50 60 70 80 90 100Charge (% )
Tem
péra
ture
des
gaz
d'é
chap
pem
ent(°
C)
P000 P200P400 P600P800
Figure 13 : Température des gaz d’échappement issue de la combustion de l’huile de palme conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle de l’huile de palme pure .
Les températures des gaz d’échappement des huiles de palme et de coton et de leur mélange à
l’additif ADERCO croissent avec la charge comme le montrent les figures 12 et 13.
3.3.2.3 L’efficacité énergétique
L’efficacité énergétique dépend de plusieurs paramètres :
• le pouvoir calorifique du combustible ;
• le débit massique du combustible ;
• la charge appliquée.
Les résultats obtenus sont représentés sur les figures 14 et 15.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
0.2
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
0.32
50 60 70 80 90 100Charge (%)
Effic
acité
éne
rgét
ique
C000 C200C400 C600C800
Figure 14 : Efficacité énergétique de l’huile de coton conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle de l’huile de coton pure
0.2
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
0.32
0.34
50 60 70 80 90 100Charge (%)
Effic
acité
éne
rgét
ique
P000 P200P400 P600P800
Figure 15 : Efficacité énergétique de l’huile de palme conditionnée à l’additif ADERCO 5000 comparée celle de l’huile de palme pure
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
L’efficacité énergétique croit avec la charge (figures 14 et 15). Nous observons que les huiles
de coton dosées à 600 ppm et 800 ppm ont une efficacité énergétique d’environ 15 % plus
grande que les huiles de coton dosées à 200 ppm et 400 ppm ainsi que l’huile de coton pure
(figure 14). Nous ne remarquons pas une variation notable pour l’huile de palme comparée
aux mélanges huile de palme-additif (figure 15).
3.4 Discussions et analyses
3.4.1 Les émissions des gaz
3.4.1.1 Les émissions de NO
L’émission du NO évolue avec la charge pour l’ensemble des huiles de palme et de coton
ainsi que leur mélange à l’additif ADERCO 5000 (figures 8 et 9). Ceci est dû à la
prédominance du mécanisme de NO « thermique » dans les moteurs diesel. L’injection d’une
masse importante des huiles entrainant ainsi les pics de températures observés à forte charge
expliquent l’abondance de l’émission de NO à forte charge.
Cependant, on observe une réduction de l’émission de NO pour les concentrations de 600
ppm et de 800 ppm des mélanges d’huile de coton-additif. Cette réduction est d’environ 20%
pour C600 et de 8% pour C800 (figure 8).
La figure 9 ne permet pas de conclure quant à une réduction ou une augmentation des
émissions du NO pour les mélanges d’huile de palme-additif.
L’effet observé pourrait s’expliquer par le fait que le mélange du milieu réactionnel est plus
homogène pour les mélanges des huiles de coton-additif en améliorant ainsi la pénétration de
l’huile de coton dans la masse d’air surtout à la concentration de 600 ppm de l’additif.
3.4.1.2 Les émissions de CO2
L’émission du CO2 augmente avec la charge pour l’ensemble des huiles de palme et de coton
ainsi que leur mélange à l’additif ADERCO 5000 (figure 6 et 7). Cette augmentation est due
à l’injection d’une masse plus importante des huiles dans la chambre de combustion.
Pour toute charge, on observe une réduction de l’émission de CO2 pour l’huile de coton pour
des concentrations en additif ADERCO de 600 ppm et 800 ppm d’environ 11% par rapport à
l’huile de coton pure. Cette réduction de CO2 serait due à la vaporisation plus rapide des
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
mélanges d’huiles de coton-additif (600 ppm et 800 ppm) favorisée par l’abaissement du
point éclair de l’huile de coton par l’additif ADERCO 5000 donc un meilleur
rendement/efficacité, d’où la consommation de carburant est plus faible (combustion de
moins d’huile) pour même production d’énergie. Par conséquent, le CO2 émis à ces
concentrations de l’additif est en faible quantité.
L’observation n’est pas pareille sur les huiles de palme. Pour des concentrations de 200 ppm
et 400 ppm, on observe une légère réduction du rejet de CO2 d’environ 1.5% par rapport à
l’huile de palme pure à très forte charge (80% à 90% de la charge maximale), par contre une
augmentation du CO2 d’environ 5% s’observe, à ces mêmes charges, pour les concentrations
de 600 ppm et de 800 ppm. Le phénomène inverse se produit à moyenne charge (60% à 70%
de la charge maximale). Ce phénomène pourrait être dû aux comportements du point éclair
des mélanges des huiles de palme-additif. Nous ne saurons expliquer d’avantage ce
phénomène sans faire d’autres études complémentaires.
Les émissions de CO2, si elles permettent d’apprécier le comportement comparé des
différentes huiles ainsi qu’à leur mélange à l’additif, elles ne suffisent pas pour évaluer la
qualité de la combustion de celles-ci. Une mesure de l’émission du CO pourrait compléter
cette étude.
3.4.2 La performance du moteur diesel
3.4.2.1 La consommation spécifique
Les figures 10 et 11 montrent le même comportement quant à la consommation spécifique des
huiles de palme et de coton et aux mélanges de ces huiles avec l’additif ADERCO. Elle est
élevée à faible charge et diminue au fur et à mesure que la charge augmente.
Les huiles de palme dosées à 600 ppm et à 800 ppm ont une consommation spécifique élevée
respectivement d’environ 3% et 2 % par rapport à celle de l’huile de palme pure. Par contre
les huiles de palme dosées à 200 ppm et à 400 ppm ont une consommation spécifique
semblable à celle de l’huile de palme pure. En effet, cette augmentation serait due à une
instabilité du régime moteur entrainant ainsi une injection d’une masse plus importante de
l’huile de palme. Le couple moteur délivré aurait augmenté suite aux inégalités locales de
richesse et des échanges thermiques aux parois.
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46
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Pour l’huile de coton, les consommations spécifiques ont diminué de 13% pour les huiles
dosées à 600 ppm et à 800 ppm par rapport à celle de l’huile de coton pure. A concentration
de 200 ppm et 400 ppm de l’huile de coton, nous n’observons pas une influence de l’additif
ADERCO 5000 sur la consommation spécifique.
Cette baisse de consommation spécifique de l’huile de coton à forte concentration de l’additif
peut s’expliquer par le fait que le point éclair a baissé considérablement d’une part et d’autre
part, le rapport r
PCI (r est la richesse du mélange) a augmenté, ce qui serait dû à l’excès d’air
du mélange qui probablement serait plus important .Le mélange global présenterait un excès
d'air très important proche de la richesse moyenne de l'ordre de 0,4, ce qui permettrait une
augmentation du rendement de combustion du moteur et une diminution des pertes par
pompage donc la réduction de la consommation spécifique. Les PCI des huiles étant presque
voisins, la variation de la consommation spécifique utilisée comme un des critères de
comparaison de la performance du moteur ne peut que provenir de la variation de la richesse
du mélange. Notons cependant que la plage d'utilisation de ce mode de combustion est
physiquement limitée par le remplissage maximum en air des cylindres associés à la pression
maximum en pleine charge de l’air.
3.4.2.2 La température des gaz d’échappement
Les températures des gaz d’échappement augmentent avec la charge (figures 12 et 13).
Nous notons une baisse de température de 15% pour les huiles de coton dosées à 600 ppm et
800 ppm de l’additif ADERCO 5000 par rapport à celle de l’huile de coton pure. Les
températures obtenues pour C200 et C400 sont très proches de celles de l’huile de coton pure.
En effet, l’additif ADERCO 5000 réduit la température de la chambre de combustion par
absorption de la chaleur lors de son évaporation améliorant ainsi la qualité de la combustion
par le phénomène de micro-explosion dans l’émulsion additif/huile (figure 16).
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47
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Figure 16 : Phénomène de micro-explosion dans l’émulsion de l’additif ADERCO 5000/huile de coton .
La température des gaz d’échappement lors de la combustion d’huile de coton pure est
légèrement supérieure de celle obtenue pour l’huile de palme.
Le phénomène contraire s’observe pour les huiles de palme dosées à 600 ppm et 800
ppm. Une augmentation de 12% des températures de ces huiles par rapport à celle de l’huile
de palme pure. Nous émettons l’hypothèse selon laquelle cette contradiction observée serait
liée au mécanisme de la distillation séquentielle (figure 17).
Figure 17: Mécanisme de distillation séquentielle dans l'émulsion de l'additif ADERCO 5000/huile de palme
En effet, la température et la composition du mélange sont constamment homogénéisées
spatialement de manière à ce qu’elles ne varient qu’en fonction du temps. Le processus de
vaporisation suit alors le mécanisme de distillation séquentielle : c'est-à-dire qu’à chaque
instant le corps le plus volatile possède le taux de vaporisation le plus élevé, relativement à sa
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48
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
concentration. Ce phénomène apparaît préférentiellement dans les situations où les vitesses de
circulation interne de l’additif ADERCO sont plus importantes dans la goutte du mélange
huile de palme-additif. Cette vitesse de circulation interne élevée amène le plus rapidement
possible l’additif à la surface de la goutte du mélange huile de palme-additif. Les phénomènes
de micro-explosions ne peuvent apparaître lors d’une distillation séquentielle où la
température instantanée est contrôlée par le corps le plus volatile. La température de
vaporisation est donc contrôlée premièrement par l’additif ADERCO (corps plus volatile que
l’huile de palme) puis après par l’huile de palme. Une vaporisation plus lente et un temps de
combustion plus longue pourraient s’observer entrainant ainsi cette augmentation de la
température du mélange huile de palme-additif à concentration de 600 ppm et de 800 ppm
dans la chambre de combustion.
Le phénomène de micro-explosion dépend de la taille de la goutte. Une goutte plus
grosse est propice au phénomène de micro-explosion. La viscosité des huiles de palme et de
coton étant très voisine, la taille des gouttes des huiles de palme et de coton ainsi que de leur
mélange à l’additif formée serait semblable. La vitesse de circulation interne de l’additif dans
les mélanges huile-additif serait à l’origine des deux phénomènes observés. La vitesse de
circulation interne est faible dans le cas de micro-explosion et plus importante dans le
mécanisme de distillation séquentielle.
3.4.2.3 L’efficacité énergétique
Bien que toutes les huiles aient le même comportement au regard de l’efficacité énergétique,
nous observons une augmentation de 15 % de cette efficacité pour les huiles de coton dosées
à 600 ppm et à 800 ppm (figure 14). L’huile de palme et les mélanges huile de palme-additif
ne présentent pas une variation significative (figure 15).
La consommation spécifique est l’image de l’efficacité énergétique (rendement global). Cette
efficacité est inversement proportionnelle à la consommation spécifique et fait intervenir un
paramètre de plus qu’est le PCI. Elle est donnée par la formule suivante :
PCICsp *1
=η (4)
Le PCI étant invariant pour tous les échantillons, alors la consommation spécifique est bien
l’image de l’efficacité énergétique. Cette augmentation du rendement global observée pour
l’huile de coton (600 ppm et 800 ppm) serait donc due au rapport r
PCI expliqué dans le
paragraphe 3.4.2.1.
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49
Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
3.5 Conclusion
Les tests sur moteur effectués dans les conditions expérimentales ci-dessus indiqués
permettent de conclure ce qui suit :
• La concentration optimale de l’additif ADERCO pour les huiles carburant étudiées est
de 600 ppm contre la concentration de 200 ppm recommandée pour les produits pétroliers
blancs (essence et gazole).
• Une réduction des émissions de 20 % de NO et de 11% de CO2 à concentration de 600
ppm pour l’huile de coton.
Par contre, l’additif ADERCO 5000 n’a pas d’influence sur l’huile de palme quant aux
émissions de NO. Il augmente les émissions de CO2 issues de la combustion de l’huile de
palme de 5 % à concentration de 600 ppm de l’additif ADERCO 5000. Une mesure de
CO est nécessaire pour conclure plus efficacement quant à une complète combustion dans
la chambre de combustion.
• La consommation spécifique du mélange huile de coton-additif a diminué de 13 % à
concentration de 600 ppm mais elle a augmenté de 2% pour l’huile de palme à cette même
concentration.
• L’additif favoriserait en outre une meilleure combustion par une homogénéisation des
fines particules d’huile issues du phénomène de micro-explosion des émulsions
additif/huile dans le milieu réactionnel.
Ce mémoire nous a permis d’étudier l’influence de l’additif ADECO sur les huiles
végétales pures (coton et palme). Deux types d’expériences ont été faites :
1- La caractérisation des propriétés physico-chimiques des huiles végétales mélangées à
l’additif ADERCO 5000.
2- La performance du moteur diesel et l’analyse des gaz émis.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Conclusion générale
Le point éclair des mélanges d’huile de coton-additif et huile de palme-additif diminue
en fonction de la concentration de l’additif ADERCO 5000. Cette diminution permettrait la
vaporisation beaucoup plus rapide de ces mélanges. On pourrait donc envisager un démarrage
à froid des moteurs diesel à injection indirecte sans modification préalable de ces moteurs car
la température de la chambre de combustion atteint rapidement 500°C. Les mélanges d’huile-
additif pourraient évaporer plus vite à une température plus basse que celle des huiles
végétales pures.
Les tests effectués sur la masse volumique, la viscosité, la couleur, le point de trouble
et le point d’écoulement des mélanges d’huile de coton et de palme ne permettent pas de
conclure quant à une influence de l’additif ADERCO 5000 sur ces huiles végétales.
L’étude de l’émission de gaz, de la température des gaz d’échappement, la
consommation spécifique et l’efficacité énergétique a permis de conclure que tous les
mélanges d’huiles de coton-additif et de palme-additif ainsi que les huiles de coton et de
palme pures ont une communauté de comportement en tant que carburant. En effet, tous les
échantillons testés se comportent de la même manière pour chaque paramètre étudié.
Contrairement à la prescription donnée par le promoteur de la concentration de
l’additif ADERCO 5000 dans les produits pétroliers (200 ppm), notre étude montre que
l’additif n’influe sur la consommation spécifique et la température des gaz d’échappement des
huiles de coton qu’à partir de la concentration de 600 ppm.
A cette concentration, l’émulsion formée par l’additif et les huiles a permis d’atomiser les
gouttes d’huile par le phénomène de micro-explosion favorisant ainsi une meilleure
homogénéisation du milieu réactionnel. Par conséquent la combustion devient meilleure.
L’additif a donc un effet significatif quand à la réduction des émissions de NO (20%
pour C600) et l’amélioration de la combustion sur l’huile de coton que sur l’huile de palme.
Nous notons également une réduction de 11% de CO2 pour l’huile de coton mais une
augmentation de 5% est observée pour l’huile de palme. Le comportement des émissions de
NO issue de la combustion du mélange d’huile de palme-additif ne permet pas de conclure
quant à un impact de l’additif sur l’huile de palme.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
La consommation spécifique est réduite de 13% pour l’huile de palme à la
concentration de 600 ppm de l’additif ADERCO 5000. Cependant, nous observons une
augmentation de 3% de la consommation spécifique de l’huile de palme. Cette augmentation
serait due à l’instabilité du régime du moteur injectant ainsi une masse de quantité plus
importante de l’huile de palme dans la chambre de combustion.
Ce présent rapport de fin de formation d’ingénieur servira de base support pour
explorer d’autres aspects non abordés dans ce document.
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Perspectives de recherche
Les résultats et interprétations doivent être appuyés par d’autres études. Il s’avère donc
nécessaire d’explorer les points suivants :
Etudier le délai d’inflammation des huiles végétales mélangées à l’additif ADERCO
5000. Ce qui permettrait d’approfondir les effets de la variation du point éclair
observé.
La détermination de l’énergie d’explosion des gouttes de l’additif ADERCO 5000 afin
de pourvoir évaluer la teneur optimale à appliquer à cet additif dans les autres types
d’huiles végétales carburants.
Etudier les émissions du CO et de l’opacité des fumées afin d’en tirer une plus
judicieuse conclusion quant à une complète combustion des huiles et des rejets des
imbrulées.
Connaître la formule chimique de l’additif ADERCO 5000 pour l’explication de son
influence dans le processus de la combustion des carburants.
En effet, l’additif ADERCO 5000, étant déclaré comme agent 100 % organique,
contiendrait de l’oxygène, or les carburants oxygénés réduisent les émissions de NOx,
il s’avère donc de comprendre son influence au début, au cours et à la fin de la
combustion des combustibles afin de bien expliquer les phénomènes de nucléation qui
se déroulent lors de la combustion.
Afin d’avoir une idée sur l’action selon laquelle l’additif prolonge la durée de vie du
moteur, il serait donc judicieux d’analyser l’huile moteur utilisée lors du
fonctionnement du moteur diesel utilisant les huiles végétales et les mélanges de ces
huiles avec l’additif ADERCO 5000. Si le lubrifiant contient après utilisation dans le
moteur des espèces métalliques qu’il ne contenait pas au départ, alors celles-ci ne
peuvent provenir que d’une usure du moteur.
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Bibliographie
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Références bibliographiques
Ouvrages et articles :
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développement. IFP Publications, Edition technip, Paris, France.
[4] VAÏTILINGOM G. (2007), Conférence internationale enjeux et perspectives des
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[8] GUIBET J.-C. (1987), Carburants et moteurs tome 1 et 2, publication de l’Institut
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l’utilisation d’huile de coton comme carburant. Travaux effectués pour la Compagnie
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[10] DE THEUX Barthelemy (2003-2004), Rapport de fin d’étude : Utilisation de l’huile
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[11] HIGELIN P. (1992), Huiles végétales – biocombustibles diesel : influence des aspects
thermiques liés au type de moteur sur la combustion, thèse de doctorat, Université d’Orléans,
France.
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[13] SANOGO O. (Juillet 2006), Rapport de test de consommation de carburant
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Technical report, Lubricity of low sulfur diesel, Environment Technologies Division CRIQ
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L’injection diesel haute pression à rampe commune ; Edition 2001.
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Site web :
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[24] http://www.cirad.fr/fr/regard_sur/alimentation/pdf/10fiche.pdf
[25] www.aderco.com
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Annexes
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Sommaire des annexes
Annexe1 : Aperçus de quelques huiles végétales pures .............................................................. 60
Annexe2 : La combustion dans les moteurs diesel ....................................................................... 63
Annexe 3 : Actions des produits industriels ADERCO sur les carburants................................ 68
Annexe 4 : Description de la norme NF EN ISO 12185 :1996..................................................... 71
Annexe 5 : Description de la norme ISO 3105 :1994 ................................................................... 72
Annexe 6 : Description de la norme NF EN 23015 :1994 ............................................................ 74
Annexe 7 : Description de la norme NF T60 105.......................................................................... 75
Annexe 8 : Description de la norme D 1500................................................................................. 76
Annexe 9 : Description de la norme NF EN ISO 2719................................................................. 77
Annexe 10 : Matériels utilisés en photo......................................................................................... 78
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Annexe1 : Aperçus de quelques huiles végétales pures
1. Huile de coprah
L’huile de coprah est une huile fabriquée à partir de noix de coco. Elle est très riche en
acide gras. L'huile de coprah représente 4% de la production mondiale d'huile végétale.
Elle occupe la 7ème position de production des huiles végétale dans le monde [23].
2. Huile de palme
L’huile de palme est une huile extraite par pression à chaud du mésocarpe charnu du
fruit du palmier à huile. L’huile de palme brute est le produit végétal le plus riche en β-
carotène, ce qui lui donne une teinte jaune orangé à rouge selon sa concentration en
caroténoïdes.
Le Cameroun et la cote d’ivoire sont deux pays les plus producteurs de l’huile de
palme respectivement en Afrique centrale et occidentale [24].
Ces deux pays pouvaient donner un souffle au développement de biodiesel à partir d’huile
de palme en Afrique occidentale et centrale.
3. Huile de coton
L’huile de coton dont la production à l’hectare varie de 100 à 300 litres selon les
endroits représente un fort potentiel en biocarburant pour les pays producteurs de coton
puisqu’elle présente les mêmes comportements en tant que biocarburant que les huiles de
colza ou de tournesol utilisées de plus en plus massivement en Europe [19].
Notons, cependant que, l’huile de coton est un co-produit de la fibre de coton. La culture
du coton génère non seulement des ressources alimentaires et énergétiques à travers
l’extraction de l’huile dans ses graines mais aussi des ressources textiles issues de la
transformation de sa fibre [23].
4. Huile de jatropha
Le jatropha est un petit arbuste de 4 à 5m de hauteur qu’il atteint au bout de 3 à 4 ans
seulement. Il a une durée de vie d’environ 30 à 35 ans. C’est une plante prometteuse pour
le développement du biocarburant puisqu’elle ne rentre pas en conflit avec l’alimentation.
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5. Huile d’arachide
Les arachides constituent une importante culture ainsi qu'une récolte vivrière
principale dans une grande partie des pays en voie de développement, particulièrement en
Afrique occidentale et dans les régions plus sèches de l'Inde et de l'Amérique latine. Le
rendement moyen des cacahuètes dans les pays en voie de développement varie entre 500
et 900 kg/hectare de production de cacahuètes non écalées, comparé à une moyenne aux
U.S.A. de 2.700 kg/ha, basée sur les données FAO de 1977. L’huile d’arachide est
relativement riche en acide gras saturé et pauvre en acide gras essentiel. L’huile
d’arachide de deuxième extraction est utilisée en savonnerie.
6. Huile de tournesol
Le tournesol est une plante originaire de l’Amérique du nord.
L'huile extraite des graines de la plante de tournesol est classée dans les huiles hautement
polyinsaturées. L'huile de tournesol et l'huile de tournesol oléique présentent des profils en
acides gras diversifiés et, toutes deux, bénéficient d'une excellente qualité de composés
mineurs. Le tournesol trouve aussi son importance dans la réduction de CO2 car elle un
capteur photosynthétique pouvant absorber plusieurs tonnes de CO2 à l’hectare. Il s’agit
d’une plante qui croît sous beaucoup de climats différents et nécessite peu d’eau et peu
d’intrants (traitements chimiques).
7. Huile de Soja
L'huile de soja est une huile polyinsaturée. Le soja est une plante grimpante dont la
hauteur atteint en moyenne 80 centimètres à 1 mètre. Le fruit est une gousse de couleur
jaune brunâtre contenant deux à trois graines qui contiennent 17 à 20 % d'huile. L'huile de
soja est extraite des pois par broyage ou par extraction chimique
Cette huile est une huile facilement utilisable du fait de sa pauvreté en acide gras.
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8. Huile de colza
Le colza est une culture largement répandue dans le monde, principalement dans les
zones tempérées fraîches. Il est utilisé pour l'alimentation animale, pour la production
d’huile alimentaire, et plus récemment pour la production de biocarburant. La production
mondiale de colza s'est élevée à 36 millions de tonnes en 2003.Ces graines donnent 38 à
40% d'huile.
Le colza est aujourd’hui cultivé un peu partout sous des climats tempérés.
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Annexe2 : La combustion dans les moteurs diesel
1. La combustion dans les moteurs diesel
La combustion est la décomposition d’une substance carbonée par la chaleur et
l’inflammation d’une flamme dont la taille grandit, passe par un maximum et décroit. Selon la
volatilité du carburant utilisé, elle peut :
• présenter un caractère de flamme mixte (pré mélange et diffusion) à fronts
multiples en phase gazeuse qui ne se développe qu’après totale évaporation du
carburant et formation d’un mélange stratifié en richesse ;
• être de diffusion seule, la phase gazeuse coexistant avec la phase liquide
initiale du combustible et donnant lieu à la formation d’une phase carbonée
solide à combustion lente en surface [15].
Le mécanisme de la combustion est le suivant :
l’air enfermé dans le cylindre, et comprimé par le piston, aux environs de 20 degrés
Vilebrequin avant le point mort haut, un jet de combustible (gazole ou huile végétale) est
injecté dans le cylindre (injection directe). Ce jet de liquide est pulvérisé en très fines
gouttelettes qui se dispersent et se mélangent avec l’air dans un panache allongé. Les
gouttelettes commencent à se vaporiser à cause de la très haute température dans la chambre
de combustion et les vapeurs s’enflamment avec l’air.
Un point très important à considérer dans le phénomène de la combustion est
l’inflammation.
En effet, le carburant injecté dans la chambre de combustion d’un moteur diesel doit s’auto
enflammer sous l’effet de la forte température résultant de la forte compression de l’air. Il
s’écoule un certain temps entre le début de l’injection et le début de la combustion. Cet
intervalle de temps correspond au délai d’inflammation ou délai d’allumage (figure 18). Ce
délai est en général de l’ordre de 3 à 10 degrés de rotation de vilebrequin et dépend de
plusieurs phénomènes tels que l’échauffement du carburant au contact de l’air, vaporisation,
formation du mélange homogène auto inflammable [16].
La combustion se poursuit tant que l’injection continue.
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La phase de combustion n’est pas instantanée et dure environ l’équivalent de 40 degrés de
rotation du vilebrequin. La flamme observée a une structure de flamme de diffusion. Il se
produit alors un cœur très concentré en combustible et la périphérie riche en air [17]. Le
résultat de cette situation est que le moteur diesel fume plus, en général, qu’un moteur à
allumage commandé. Il libère donc plus de suies dans les gaz d’échappement. Certains
composés organiques volatiles, constitués d’hydrocarbures et dérivées partiellement oxydées
(aldéhydes), rejetés par les moteurs, proviennent des coincements de la flamme dans les
espaces morts de faibles dimensions (zone de garde du segment de feu).
En fonction de la géométrie de la chambre de combustion, il existe deux types de moteur
diesel : Le moteur à injection directe et les moteurs à chambre divisée (injection indirecte).
Figure 18 : Courbe de combustion [18]
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2. Les moteurs à injection directe
Comme son nom l’indique, le carburant est pulvérisé directement dans la chambre
principale de combustion par les injecteurs. La chambre de combustion est constituée d’une
cavité située dans la tête du piston. Il y a donc injection directe lorsque l’injecteur débouche
dans le cylindre (figure 19).
Figure 19 : Injection directe [18]
Le moteur à injection directe s’impose pour son rendement supérieur à ceux des moteurs à
injection indirecte. En effet, le rapport entre la surface et le volume de la chambre de
combustion est nettement plus faible pour un moteur à chambre à espace mort unique
(injection directe) que pour un moteur à préchambre (injection indirecte). La durée de
combustion est plus courte dans un moteur à injection directe.
Le taux de compression est de l’ordre de 14/1 à 17/1. La pression d’injection varie de 180
à 400 bars [16].
Malgré cette performance, la variation de pression d’injecteur rend difficile une maitrise
totale de la combustion [18].
3. Les moteurs à injection indirecte
L’injection ne débouche pas directement dans la chambre de combustion principale.
Selon les techniques, les moteurs à injection indirecte se présentent sous deux formes : les
préchambres et les chambres de turbulence (figure 20, 21).
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La combustion se déroule dans deux volumes séparés : une première chambre
relativement petite qui reçoit l’injection du carburant et où s’amorce la combustion, et une
chambre principale dans laquelle elle s’achève.
La concentration de carburant dans un volume plus faible (première chambre) favorise
l’inflammation à faible charge et haut régime à condition d’adopter un taux de
compression comprise entre 18/1 et 23/1 [16].
Figure 20: Injection indirecte avec préchambre [18] Figure 21: Injection indirecte avec chambre de turbulence [18]
4. Critiques du moteur diesel
4.1 Les avantages
Le moteur diesel possède des avantages multiples :
• Le rendement thermique est plus élevé car le taux de compression est plus élevé.
La chaleur convertie en travail est importante. Le rendement thermique varie de
0,35 à 0,38 en version atmosphérique, et vaut 0,40 en version suralimentée. La
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consommation spécifique est de 200g/kWh en moyenne au lieu de 330g/kWh en
essence.
• Le couple moteur est plus important et sensiblement constant aux bas régimes.
• Le combustible est moins cher.
• Les risques d’incendie sont moindres car le point d’inflammation du gazole est
plus élevé que celui de l’essence. Ces risques d’incendie sont encore moindres en
utilisant l’huile végétale
4.2 Les inconvénients
• Le moteur doit être plus solide, avec des organes plus dimensionnés.
• L’étanchéité entre le cylindre et le piston est plus difficile à réaliser.
• Le démarrage à froid est plus ou moins délicat.
• Le refroidissement est plus élaboré pour la tenue des métaux
• Le graissage est plus délicat (hautes températures et charges plus élevées des
organes mobiles.)
• Le prix du moteur est élevé (pompe d’injection et injecteurs sont des organes
de précision)
• Les problèmes de viscosité du carburant aux basses températures
• Le moteur est plus bruyant
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Annexe 3 : Actions des produits industriels ADERCO sur les carburants
Les produits industriels du laboratoire ADERCO sont nombreux. Le tableau 8 illustre ces
produits suivant divers domaines d’utilisation. Tableau 9: Les produits industriels du laboratoire ADERCO
1. agents tensio-actifs
Les agents tensio-actifs de ADERCO sont des détergents/dispersants totalement
organiques. Comme ces additifs sont libres de métaux, ils peuvent être utilisés sans aucun
danger dans toute sorte de moteurs et de chaudières. Leurs fonctions premières sont
d’homogénéiser le fuel, d’améliorer l’atomisation et de procurer une combustion plus
complète [25]. On distingue essentiellement trois agents tensio actifs :
• Aderco 2050
• Aderco A25
• Aderco 5000
2. organo métalliques
2.1 M16K
Cet additif est un composé de magnésium spécialement synthétisé pour maximiser le
contenu de magnésium. Sa fonction première est d’éliminer la corrosion à haute et à basse
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température dans les chaudières [25]. Comparativement à une suspension de magnésium, ce
produit offre une plus grande flexibilité d’utilisation (il peut être ajouté au réservoir de fuel
directement, évitant ainsi l’utilisation d’un système d’injection coûteux) et réduit l`entretien
(car il n`obstrue pas les filtres et n`est pas abrasif pour le système d`injection). De plus, étant
donné que le magnésium est à l`état moléculaire, il procure une plus grande efficacité que les
suspensions car moins de magnésium est requis par ppm de vanadium.
2.2 F1820
Cet additif est un composé de fer spécialement synthétisé pour maximiser le contenu
de fer. Sa fonction première est d`agir comme catalyseur afin d’améliorer la combustion et
ainsi réduire les émissions de particules et la fumée visible [25]. Comme cet additif est un
composé de fer soluble, il peut être ajouté directement au réservoir de fuel et ainsi éviter les
systèmes d’injection couteux.
3. suspensions métalliques
Comme ces produits sont de fines particules métalliques dispersées dans un produit
pétrolier, leur utilisation nécessite un système d’agitation pour conserver la suspension
homogène. De plus, un système d’injection avec pompe doseuse est nécessaire afin de
l’ajouter au fuel
3.1 M5500
Ce produit est une suspension de magnésie en poudre fine dispersée dans une base de
produit pétrolier. Sa fonction première est d’éliminer la corrosion à haute et à basse
température [25].
3.2 MA4500
Ce produit est une suspension de magnésie et d’alumina en poudre fine dispersée dans
une base de produit pétrolier. Sa fonction première est d’éliminer la corrosion à haute et à
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basse température, tout en conservant les dépôts qui se sont accumulés à l`intérieur de la
chaudière, friables et faciles à enlever [25].
4. hybrides
Ces produits sont des mélanges d'agents tensio-actifs et d'organo-métalliques. Ils sont
spécialement synthétisés afin de profiter de la synergie des deux composés.
4.1 HF8K
Un additif hybride pour le fioul lourd composé de deux produits actifs :
* Un organo-métallique basé sur le fer. Ce composé qui agit suivant le mécanisme III réduit
sensiblement la quantité de suie produite,
* Un agent tensio-actif qui brise les agglomérations d'asphaltènes, homogénise le fioul
lourd, améliore l'atomisation et procure une combustion plus complète.
4.2 HMXK
Ce produit hybride est constitué de deux ingrédients actifs :
* Un organo-métallique base de magnésium pour prévenir la corrosion à haute et à basse
température dans les chaudières,
* Un agent tensio-actif qui disperse les asphaltènes, homogénise le fioul, améliore
l'atomisation et procure une combustion plus complète.
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Annexe 4 : Description de la norme NF EN ISO 12185 :1996
Détermination de la masse volumique par la méthode du tube en U oscillant.
La masse volumique déterminée est ramenée à la température de référence qui est de 15°C ou
20°C.
Principe
Une petite fraction (normalement inférieure à 1 ml) de l’échantillon d’essai est introduite dans
une cellule pour échantillon à température contrôlée. La fréquence d’oscillation est notée et la
masse volumique de l’échantillon d’essai est calculée en se servant des constantes de la
cellule préalablement déterminées par mesurage des fréquences d’oscillation quand la cellule
est remplie de fluides d’étalonnage de masse volumique connue.
Mode opératoire
Une fraction de l’échantillon d’essai est introduite dans la cellule en utilisant une seringue
appropriée ou un échantillonneur automatique et en remplissant la cellule conformément aux
instructions du fabricant.
L’injection de l’échantillon est manuelle, il est nécessaire d’éclairage la cellule avant
d’injecter afin de vérifier qu’il n’y a pas de bulles dans la cellule. Si des bulles sont repérées,
la cellule est vidée et remplie de nouveau afin de ne plus avoir les bulles.
L’éclairage est coupé immédiatement après avoir examiné la cellule, car la chaleur irradiée
par l’éclairage affecte la température de la cellule.
La valeur de la masse volumique s’affiche à l’écran.
Fidélité
Répétabilité r :
Distillats moyens transparents : r = 0.2kg/m3
Pétroles bruts et autres produits pétroliers : r = 0.4 kg/m3
Reproductibilité R :
Distillats moyens transparents : R = 0.5 kg/m3
Pétroles bruts et autres produits pétroliers : R = 1.5 kg/m3
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Annexe 5 : Description de la norme ISO 3105 :1994
Détermination de la viscosité cinématique.
Description du dispositif.
Le viscosimètre utilisé est le viscosimètre à niveau suspendu Ubbelohde. Le liquide est
suspendu dans le tube capillaire du viscosimètre qu’il remplit complètement. Cette suspension
assure une pression hydrostatique uniforme, indépendante de la quantité d’échantillon
introduite dans le viscosimètre, rendant la constante du viscosimètre indépendante de la
température.
Principe
Le viscosimètre contenant de l’huile est placé dans un bain d’huile à température constante.
L’huile coule suivant la gravité entre les deux repères de mesurage du viscosimètre. La
viscosité est proportionnelle au temps d’écoulement. La constante de proportionnalité est la
constante du viscosimètre.
La viscosité cinématique se calcule donc par formule suivant :
ν = C*T (2)
Avec :
ν : viscosité cinématique en centistokes (cSt).
C : constante du viscosimètre.
T : Temps d’écoulement en seconde(s).
Mode opératoire
L’échantillon est filtré à travers un papier filtre pour le débarrasser des corps étrangers avant
d’être introduit dans le viscosimètre jusqu’au milieu des deux repères de remplissage. Le
viscosimètre est introduit dans un bain thermostatique dans lequel il est maintenu pendant un
temps suffisamment long pour permettre à l’échantillon d’atteindre la température d’essai.
L’échantillon est aspiré à travers le tube capillaire jusqu’à huit millimètre au dessus du second
repère de mesurage. Ensuite le liquide descend d’une manière gravitaire et on mesure le temps
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qui s’écoule entre les deux repères de mesurage. Le temps écoulé doit être compris entre 200
secondes et 1000 secondes.
Fidélité
Répétabilité r = 0.35 % de la moyenne des valeurs des différentes viscosités mesurées.
Reproductibilité R = 0.35 % de la moyenne des valeurs des différentes viscosités mesurées
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Annexe 6 : Description de la norme NF EN 23015 :1994
Détermination du point de trouble
Point de trouble : Température à laquelle un produit liquide limpide devient trouble par
l’apparition de cristaux de paraffine lorsque le produit est refroidi dans les conditions
prescrites.
Principe
L’échantillon est refroidi à une vitesse déterminée et est examiné périodiquement. La
température à laquelle est observée la première apparition d’un trouble au fond du tube à
essai est notée : c’est le point trouble du produit.
Mode opératoire
Le tube à essai contenant de l’échantillon, dans lequel est introduit un thermomètre, est
fermé hermétiquement puis placé dans la jaquette du bain réfrigérant. Le thermomètre est
placé de telle manière que son réservoir touche le fond du tube.
Chaque fois que la température indiquée par le thermomètre descend de 1°C, on retire le
tube à essai de la jaquette sans remuer le liquide pour l’examiner. Si le liquide ne se trouble
pas dans le premier bain alors on change de bain qui a une température plus basse que le
précédent.
Dès qu’un trouble est visible au fond du tube, le point de trouble est donc noté à 1°C près.
Fidélité
Répétabilité r = 2°C
Reproductibilité R = 4°C
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Annexe 7 : Description de la norme NF T60 105
Détermination du point d’écoulement
Point d'écoulement : Température la plus basse à laquelle un produit pétrolier peut encore
couler lorsqu'il est refroidi dans des conditions normalisées
Principe
L'échantillon préalablement chauffé est refroidi à une vitesse déterminée, et ses
caractéristiques d'écoulement sont observées à des intervalles de 3°C. La température la
plus basse à laquelle il coule encore est notée, elle correspond au point d'écoulement, lequel
est exprimé sous forme d'un nombre entier, positif ou négatif ou nul, multiple de trois.
Mode opératoire
Le tube à essai contenant de l’échantillon, dans lequel est introduit un thermomètre, est
fermé hermétiquement puis placé dans la jaquette du bain réfrigérant. Le thermomètre est
placé de telle manière que son réservoir touche la surface du liquide contenu dans le tube.
Chaque fois que la température indiquée par le thermomètre est un multiple de 3°C en
dessous de la dernière température observée, sortir avec précaution le tube à essai du bain
ou de la jaquette, selon le cas, et l'incliner juste assez pour se rendre compte s'il y a encore
un mouvement de l'échantillon dans le tube.
Les observations se poursuivent chaque fois que la température indiquée par le thermomètre
est un multiple de 3°C en dessous de la dernière température observée.
On veillera à ne pas remuer l'échantillon ni à laisser bouger le thermomètre une fois que des
cristaux de paraffines ont commencé à apparaître dans l'huile, car toute perturbation du
réseau de cristaux de paraffines conduirait à un résultat erroné.
Fidélité
Répétabilité r = 3°C
Reproductibilité R = 6°C
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Annexe 8 : Description de la norme D 1500
Détermination de la couleur
La couleur est déterminée sur l’échelle ASTM.
Principe
Une prise d’essai du produit est observée sous une lumière du jour artificielle. Sa couleur est
comparée à celle de verres étalons de couleur. L’étalon de couleur correspondant, ou celle
dont la couleur est juste supérieure, est pris comme la valeur de couleur. Si la couleur du
produit est supérieure à celle de l’étalon le plus foncé, on peut diluer la prise d’essai avec un
solvant spécifié.
Mode opératoire
Une éprouvette remplie d’eau sur une hauteur d’au moins 50 mm, est placée dans le
compartiment du calorimètre à travers lequel les verres étalons de couleur seront observés.
L’éprouvette contenant la prise d’essai est placée dans l’autre compartiment. L’ensemble des
éprouvettes est couvert par un cache pour les mettre à l’abri de toute lumière extérieure.
La source de lumière est allumée et on compare la couleur de la prise d’essai avec celle des
verres étalons. Le disque de verre dont la couleur correspond au mieux à celle de l’échantillon
est sélectionné et on note la valeur correspondante sur l’échelle ASTM.
Fidélité
Répétabilité r = 0.5
Reproductibilité R = 1
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Annexe 9 : Description de la norme NF EN ISO 2719
Détermination du point éclair
Le point éclair est déterminé par l’appareil de Pensky-Martens en vase clos.
Principe
La prise d'essai est placée dans le vase d'un appareil Pensky-Martens, puis chauffée de
manière à produire un accroissement constant de sa température, ceci sous agitation continue.
Une source d'inflammation est dirigée à travers une ouverture du couvercle du vase d'essai à
des intervalles de température réguliers avec interruption simultanée de l'agitation. La
température la plus basse à laquelle l'application de la source d'inflammation provoque
l'inflammation des vapeurs émises par la prise d'essai avec propagation de la flamme sur toute
l'étendue de la surface du liquide est notée comme étant le point d'éclair à la pression
barométrique ambiante.
Mode opératoire
Le vase d'essai est rempli de la prise d'essai jusqu'au niveau indiqué par la marque de
remplissage. La détermination du point éclair se fait en vase clos. Le couvercle est muni d’une
sonde de température et d’un agitateur qui agite à vitesse constante l’échantillon qui
s’échauffe dans le vase. A une quinzaine de température du point éclair présumé de
l’échantillon, le flash test est entamé. Le test se fait à un intervalle régulier de température de
1°C. Une fois que la température du point éclair est détectée l’appareil affiche cette valeur à
l’écran.
Fidélité
Répétabilité r = 5°C pour produit hautement visqueux.
Reproductibilité R = 10 °C pour produit hautement visqueux.
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Annexe 10 : Matériels utilisés en photo
Photo 1 : Additif ADERCO 5000 Photo 2 : Echantillons d’huiles de palme
et de coton dosés à divers concentration
de l’additif ADERCO 5000.
Photo 3 : Densimètre électronique Photo 4 : Viscosimètres Ubbelohde baignant
Dans un bain thermostatique
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Etude de l’émission de gaz et des performances d’un moteur diesel fonctionnant aux huiles végétales conditionnées à l’additif ADERCO
Photo 5 : Bains réfrigérants servant à Photo 6 : Colorimètre
déterminer le point trouble et le point
d’écoulement
Photo 7 : Appareil de Pensky-Martens Photo 8 : Moteur diesel Lombardini
servant à déterminer le point éclair
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Résumé
Les huiles végétales sont de véritables combustibles de substitution du pétrole dans l’avenir mais elles posent certains problèmes de combustion dus à leur viscosité et point éclair très élevés…. Plusieurs études ont été menées pour palier à ces problèmes parmi lesquelles se trouve l’ajout de l’additif ADERCO 5000 dans les huiles végétales pures pour améliorer leur combustion. L’étude consiste à connaître d’avantage l’impact de cet additif sur les huiles de palme et de coton. Les tests effectués au laboratoire ont permis de mesurer l’impact de l’additif ADERCO sur les propriétés physico-chimiques des huiles de coton et de palme. Les résultats obtenus montrent que cet additif fait baisser le point éclair des mélanges d’huiles de coton-additif et de palme-additif. En revanche, cet additif n’a pas d’influence sur la densité, la viscosité, le point trouble et le point d’écoulement des huiles de coton et de palme. Les tests sur moteur diesel ont permis d’étudier les émissions de gaz et des performances du moteur fonctionnant aux mélanges de ces huiles végétales et l’additif ADERCO. Les résultats obtenus montrent que, pour chaque paramètre étudié (température des gaz d’échappement, la consommation spécifique, l’efficacité énergétique, les émissions du CO2 et de NO), tous les mélanges d’huiles de coton-additif et de palme-additif se comporte de la même manière. Mots clés:
1- huiles végétales, 2-ADERCO 5000, 3- émission de gaz, 4- Consommation spécifique, 5-caractéristiques physico-chimiques. Abstract
Vegetable oils are genuine fuels of substitution of fossil fuels in the future but they pose some problems of combustion due to their high viscosity and high flash point… Several studies were performed to improve their combustion. Here, we propose to investigate how ADERCO 5000 impact on the combustion of pure vegetable oils (cotton seed oil and palm oil) The tests were carried out at the laboratory and enabled to measure the impact of additive ADERCO on the physical and chemical specifications of the palm oil and cotton seed oil. The results obtained show that this additive cause a drop in the point flash for both the mixtures of cotton seed oil-additive and palm seed oil-additive. On the other hand, this additive does not have any influence on the density, viscosity, the lower calorific value, the turbid point and the point of flow of the palm and cotton seed oils. The tests on diesel engine allowed study the gas emissions and performances of this engine ruling with the mixtures of these vegetable oils and the additive ADERCO. The results show that, for each studied parameter (temperature of exhaust gas, brake specific fuel consumption, energy efficiency, emissions of CO2 and NO), all the mixtures of cotton seed oil-additive and palm seed oil-additive behave in the same manner. Key words: 1-vegetable oil 2- ADERCO 5000 3- gas emission, 4 - brake specific fuel consumption, 5-physico-chemical characteristics.
Djivénou Yaovi TOMETY Juin 2008
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