Comment et pourquoi les lubrifiants vieillissent-ils ?

La stabilité oxydative comme facteur clé de la stabilité

L’oxydation d’un lubrifiant est un processus chimique qui entraîne des modifications irréversibles de sa structure, provoquant la perte de ses propriétés physico-chimiques essentielles. Les conséquences de l’oxydation incluent une augmentation de la viscosité due à la polymérisation des molécules oxydées, la formation d’acides organiques, de vernis et de dépôts, ainsi que l’épuisement de la plupart des additifs améliorant les performances, ce qui nécessite des vidanges plus fréquentes. Sous sa forme dégradée, le lubrifiant provoque une usure prématurée des composants mécaniques . La dégradation de l’huile commence par la décomposition des antioxydants qu’elle contient. Ce n’est qu’après leur épuisement complet que le processus de vieillissement rapide de l’huile de base se produit. Il est important de noter que certaines huiles de base synthétiques présentent naturellement une stabilité à l’oxydation supérieure à celle des huiles minérales. Cependant, il convient de rappeler que des facteurs tels que l’humidité, les températures élevées, la présence de particules métalliques (catalyseurs), les rayonnements UV et une exposition constante à l’oxygène accélèrent considérablement ces phénomènes. Lire : Différences entre les huiles minérales et les huiles synthétiques .

Oxydation des lubrifiants

L’oxydation destructive des huiles et des graisses se déroule selon un cycle d’initiation, de propagation, de ramification et d’arrêt. Ce cycle débute par la phase d’initiation , lorsqu’une molécule perd un ou plusieurs électrons et forme des radicaux libres réactifs et des peroxydes. Ce phénomène est provoqué par l’influence d’énergies externes, généralement des températures élevées, des rayonnements UV ou un cisaillement mécanique . Lors de la propagation, ces radicaux réagissent avec l’oxygène et se multiplient, entraînant d’autres modifications chimiques de la graisse. Au fur et à mesure de la ramification , le nombre d’espèces réactives augmente, accélérant l’épaississement et la formation de dépôts jusqu’à ce que le lubrifiant ne puisse plus protéger les composants. À ce stade, un processus de vieillissement rapide se produit . L’oxydation se poursuit jusqu’à ce que l’huile ou la graisse devienne pratiquement inutilisable.

Comment prévenir le vieillissement des graisses ?

Le processus d’oxydation peut être contrôlé en intervenant à ses étapes chimiques clés. Une protection efficace repose principalement sur la limitation de l’initiation (isolation de l’oxygène et des hautes températures) et l’interruption de la propagation (blocage de la réaction en chaîne). Les inhibiteurs d’oxydation (antioxydants) sont un outil essentiel pour lutter contre le vieillissement des huiles . Ce sont des additifs qui augmentent la résistance de l’huile de base à l’oxydation, prolongeant ainsi la durée de vie du lubrifiant. Leur action consiste en :

• Convertir les radicaux libres agressifs en formes stables – stopper la réaction en chaîne d’oxydation,
• Protection du lubrifiant – les antioxydants réagissent beaucoup plus rapidement avec l’oxygène que l’huile de base, préservant ainsi ses propriétés.
• Interaction avec d’autres composants – dans les formulations de lubrifiants, les inhibiteurs d’oxydation agissent en conjonction avec d’autres additifs (par exemple AW ou EP).

Quels sont les différents types d’antioxydants ?

Pour assurer une protection complète du lubrifiant contre le vieillissement, on utilise l’action synergique de deux types d’inhibiteurs d’oxydation : les antioxydants primaires et secondaires.

• antioxydants primaires

Les antioxydants primaires – souvent des amines aromatiques ou des phénols – agissent comme des piégeurs de radicaux. Ils capturent les radicaux libres pendant la phase de propagation et les neutralisent. Ils cèdent un atome d’hydrogène au radical, le convertissant en une molécule stable. Ce faisant, ils ralentissent le processus de dégradation et contribuent à limiter la réaction en chaîne conduisant à la formation de dépôts et de vernis.

• Antioxydants secondaires

Les antioxydants secondaires (par exemple, les phosphites ou les composés soufrés) jouent un rôle de soutien et sont essentiels à la stabilité à long terme de la formulation. Ils réagissent avec les peroxydes instables, formés comme sous-produits de l’action des antioxydants primaires. Ils interrompent le cycle d’oxydation et empêchent la ramification, ce qui les rend indispensables à la stabilité à long terme de la formulation. De plus, dans les systèmes synergiques avancés, les antioxydants secondaires sont capables de « régénérer » les molécules d’antioxydants primaires, restaurant ainsi leur capacité à piéger les radicaux libres. Typiquement, dans les formulations de lubrifiants, ils agissent de concert tout au long du cycle d’oxydation. Ensemble, ils augmentent la résistance à l’oxydation de l’huile de base , permettant aux lubrifiants de fonctionner à des températures plus élevées et pendant des périodes plus longues . Pour favoriser la stabilité des lubrifiants, le groupe PCC propose la gamme Rostabil , par exemple Rostabil TDP . Les composés organophosphorés jouent un rôle clé dans ces produits. Les produits de cette gamme constituent une solution idéale non seulement pour les lubrifiants industriels , mais aussi pour les plastiques et les revêtements, où la stabilité thermique est un paramètre essentiel.

Test de résistance à l’oxydation des lubrifiants

Les tests de résistance à l’oxydation constituent un élément important de l’évaluation de la durabilité des lubrifiants. L’une des méthodes analytiques les plus reconnues dans ce domaine est le TOST ( Test de stabilité des huiles pour turbines ), réalisé conformément à la norme ASTM D943. Un échantillon d’huile est soumis à une accélération extrême du vieillissement par exposition à de l’oxygène pur, à une température élevée et en présence de catalyseurs métalliques. Au cours du test, le taux d’augmentation de l’indice d’acide est mesuré. Cette augmentation indique la dégradation chimique progressive des composants de l’huile et la formation de produits de décomposition acides résultant de l’oxydation. Cette méthode permet de déterminer la durée pendant laquelle un lubrifiant donné conservera ses propriétés protectrices.