Tests de carburants

L’indice antidétonant d’un carburant automobile à allumage commandé est déterminé par la moyenne entre l’indice d’octane moteur (IOM) et l’indice d’octane recherche (IOR). L’indice antidétonant d’un carburant est à peu près égal aux indices d’octanes affichés sur les pompes à essence aux États-Unis et au Canda et est indiqué dans les manuels des d’utilisation des véhicules.

Indice antidétonant = (IOR + IOM) /2

Ce test détermine la quantité de résidu de carbone formé après l’évaporation et la pyrolyse du carburant diesel. Il sert à indiquer sa tendance relative à former du coke. Cette méthode comporte plusieurs avantages, dont ceux d’offrir un meilleur contrôle des conditions d’analyses, de requérir des échantillons moins volumineux et de nécessiter une attention moins soutenue de la part du technicien qui effectue le test que son équivalente, la méthode D189. Les résultats sont équivalents à ceux du test de teneur en carbone Conradson.

L’indice de cétane mesure la qualité d’ignition du diesel. La formule de calcul de l’indice de cétane estime directement l’indice ASTM de cétane des carburants distillés à partir de la densité et du point d’ébullition médians de l’API (American Petroleum Institute). Pour plus d’information, voir Infolettres September, October, November and December 2013.

L’indice (nombre) de cétane mesure les caractéristiques d’ignition du carburant diesel dans les moteurs à allumage par compression. Cette méthode est utilisée comme principale mesure de jumelage des carburants et des moteurs.

Le point de trouble indique la température à laquelle des cristaux de paraffine commencent à se former dans un liquide, ce qui conduit à l’obstruction des systèmes de filtration. Le carburant est préparé spécifiquement pour avoir un point de trouble plus bas que la température ambiante de l’environnement dans lequel il sera utilisé.

Le test de densité aide à déterminer la composition du carburant et indique le ratio masse/volume du liquide, habituellement en Kilogrammes par litre (Kg/L). La densité du carburant est déterminée par le choix des huiles brutes dans le procédé de mélange et de raffinage. Une densité supérieure produit plus de puissance et d’économie de carburant.

Pour plus d’information, voir Infolettres Septembre, Octobre, Novembre and Décembre 2013.

Le test de titration d’eau de Karl Fischer est utilisé pour les composantes et les applications où la contamination par l’eau peut causer une détérioration sévère du carburant et où elle doit par conséquent être maintenue très basse. La méthode de titration Karl Fischer mesure et rapporte le contenu en eau en tant que pourcentage (e.g. 0.005% = 50 ppm).

Pour plus d’information, voir InfolettreJune 2011.

La distillation est un procédé de séparation des mélanges de produits pétroliers dont les températures d'ébullition sont différentes. Cette technique de détermination de la température d'ébullition permet d'évaluer l'indice de cétane du carburant diesel et par conséquent ses caractéristiquesd’auto inflammation (qualité d'allumage). On détermine la température d’ébullition à laquelle 95 % du carburant diesel est distillée par la méthode ASTM D 86. Réduire cette température diminue légèrement les émissions d’oxydes d’azote(NOx) mais augmente les émissions d’hydrocarbures et de monoxyde de carbone(CO).

La capacité du carburant à dissiper une charge générée au cours des opérations de pompage et de filtration est contrôlée par sa conductivité électrique. Si la conductivité est suffisamment élevée, les charges se dissipent assez vite pour prévenir leur accumulation et les potentiels dangereusement élevés dans le réservoir récepteur sont évités. Cette méthode couvre la détermination de la conductivité électrique des carburants d’aviation et les distillats de carburant qu’ils aient ou non un additif dissipateur d’électricité statique. Normalement, la méthode mesure la conductivité lorsque le carburant n’est pas chargé, c’est à dire (conductivité) au repos .

La méthode en coupelle fermée détermine le point d'éclair des huiles et liquides contenant des solides en suspension ou qui tendent à former un film en surface durant le test. Cette méthode est largement utilisée dans l'industrie du transport afin de détecter les contaminants volatiles et inflammables dans les lubrifiants et pour la caractérisation des déchets dangereux selon les règlements de sécurité du transport et de disposition des déchets dangereux.

Le test de chromatographie en phase gazeuse (FGCB) mesure le contenu en glycérine libre et total dans le biodiesel pur (B100). Un contenu élevé peut s’accumuler dans les réservoirs de carburant, obturer les systèmes de carburant, encrasser les injecteurs et se déposer sur les valves. La détermination des niveaux de glycérine au moyen de ce test permet de vérifier que les contenus en glycérine, mono, di, et triglycérides dans le B100 sont en deçà de la limite.

L’analyse élémentaire par ICP détecte jusqu’à 23 éléments qui peuvent être présents dans le carburant à cause de l’usure mécanique, la contamination ou la détérioration des additifs. L’analyse spectrométrique est une méthode efficace pour détecter les petites particules. Les particules d’usure sévères de plus de 6 microns ne peuvent être détectées avec précision par cette méthode.

Cette méthode évalue la lubricité des carburants diesel au moyen d’une plateforme d’essai alternative haute fréquence (high frequency reciprocating rig (HFRR). Elle est aussi applicable aux mélanges diesel - biodiesel. Les composantes d’injection du diesel dépendent en partie des propriétés lubrifiantes du carburant. On attribue parfois au manque de lubricité du carburant la diminution de la vie utile des composantes de moteur, telles les pompes à injection et les injecteurs. Le HFRR peut être utilisé pour évaluer l’efficacité relative du diesel dans la prévention de l’usure.

L’indice d’octane moteur indique la performance antidétonante des essences pour moteurs automobiles à explosion sous des conditions d’opération difficiles. L’IOM est utilisé comme outil de mesure pour le jumelage entre les carburants et les moteurs.

Les composés oxygénés sont des additifs de carburant contenant de l’oxygène, habituellement sous forme d’alcool ou d’éther. Les composés oxygénés peuvent augmenter la combustion de carburant et ainsi réduire les émissions d’échappement. Certains de ces composés augmentent aussi l’indice d’octane de l’essence. Aux États-Unis, le Clean Air Act prescrit l’utilisation d’essence oxygénée dans les régions où les niveaux de monoxyde de carbone dépassent les normes fédérales de qualité de l’air au cours de l’hiver. Sans l’utilisation d’essence oxygénée, les émissions de monoxyde de carbone des véhicules à essence tendent à augmenter par temps froid. Cette méthode est à la fois applicable au contrôle de la qualité de l’essence en cours de production et pour déterminer quelles sont les sources de contamination.

Comptage de particules - FPC - ISO 4406

L’indice d’octane recherche indique la performance antidétonante des essences pour moteurs automobiles à explosion sous des conditions d’opération normales. Il est utilisé comme outil de mesure pour le jumelage entre les essences et les moteurs. En conjonction avec l’indice d’octane moteur, l’indice d’octane recherche définit l’indice antidétonant des essences moteurs automobiles à explosion. L’indice antidétonant est affiché sur les pompes à essence aux États-Unis et au Canada et indiqué dans les manuels d’utilisation des véhicules.

Cette méthode détermine le pourcentage de cendres incombustibles après calcination complète de l’échantillon de carburant. La quantité de résidus incombustibles dans un échantillon indique si le carburant convient ou non à l’application pour laquelle il est utilisé, notamment les turbines à gaz. Les cendres sont généralement dues à la présence de composés métalliques solubles dans l’huile ou dans l’eau ou de solides provenant de l’extérieur tels la saleté et la rouille, lesquels sont considérés comme des contaminants ou des impuretés indésirables.

Ce test indique la quantité totale de soufre dans le diesel, le jet fuel, le kérosène, l’essence sans plomb, les mélanges d’essence et d’éthanol, le biodiesel, etc. Il permet de déterminer si la teneur en soufre d’un produit pétrolier rencontre ou non les spécifications ou les limites réglementaires.

La pression de vapeur détermine la volatilité de l’essence. La pression de vapeur de l’essence et des mélanges d’essences et de composés oxygénés est règlementée par l’EPA et Environnement Canada. Les limites de pression de vapeur sont fixées pour assurer que la performance de ces produits en termes de volatilité soit adéquate pour réduire les émissions de composés organiques volatiles (COV), lesquels sont des causes majeures de la présence d’ozone au niveau du sol (smog).

La viscosité mesure l'épaisseur ou la minceur du carburant. Ce test mesure le temps que prend un certain volume d'huile à s'écouler sous l'effet de la gravité, ce qui détermine ainsi sa viscosité cinétique à 40°C. Les fabricants d'équipements spécifient la viscosité du carburant à utiliser tout en précisant les limites de la machine, la capacité de charge et le taux d'évacuation de la chaleur. La viscosité doit être testée à la température d’opération de l’équipement, soit 40 °C.

Cette méthode mesure la quantité d’eau et de sédiments en suspension libre à l’état de brouillard, de nébulosité ou de gouttelettes dans les carburants de distillat moyen. Lorsqu’ils sont en quantité suffisantes, l’eau libre et les sédiments sont la cause de l’encrassement des installations de manutention du carburant et causent des problèmes au système de combustion du brûleur ou du moteur. L’accumulation de sédiments dans les réservoirs et sur les filtres peut obstruer l’écoulement de l’huile entre le réservoir et la chambre de combustion. L’eau à l’état libre peut causer la corrosion des réservoirs et des équipement, et en présence de détergent, l’eau peut causer des émulsions ou une apparence brumeuse. L’eau peut aussi supporter la croissance microbiologique aux interfaces carburant-eau dans les systèmes de carburant.

Cette méthode d’analyse détermine la couleur des produits pétroliers raffinés tels l’essence automobile, le carburant aviation, le jet fuel, le naphte et le kérosène, ainsi que celle des cires de pétrole et des huiles blanches de qualité pharmaceutique. La détermination de la couleur des produits pétroliers est surtout utilisée pour le contrôle de la production. La couleur est un important critère de qualité du fait qu’elle est immédiatement observable par l’utilisateur du produit. Dans certains cas, la couleur est une indication du niveau de raffinement du produit. Lorsque la gamme de couleurs d’un produit est connues, une variation à l’extérieur de la fourchette établie peut indiquer une possible contamination par un autre produit.

L’indice d’octane recherche indique la performance antidétonante des essences pour moteurs automobiles à explosion sous des conditions d’opération normales. Il est utilisé comme outil de mesure pour le jumelage entre les essences et les moteurs. En conjonction avec l’indice d’octane moteur, l’indice d’octane recherche définit l’indice antidétonant des essences moteurs automobiles à explosion. L’indice antidétonant est affiché sur les pompes à essence aux États-Unis et au Canada et indiqué dans les manuels d’utilisation des véhicules.

La mesure précise de la densité, de la densité relative (densité spécifique) ou de la densité API des produits pétroliers liquides transparents à basse viscosité est nécessaire pour convertir les volumes mesurés en volumes, masses, ou les deux aux températures de référence standard de 15 °C or 60 °F durant le transfert d’un endroit à un autre. La densité est un indicateur de qualité important pour les carburants automobiles, d’aviation et de marine, parce qu’elle affecte l’entreposage, la manutention et la combustion.

La chaleur dégagée par la combustion est une mesure de l’énergie disponible dans le carburant. La connaissance de cette valeur est essentielle en fonction du rendement thermique des équipements de production d’électricité ou de chaleur.

• L’ampleur de la masse de chaleur de combustion est particulièrement importante pour les appareils dont la charge utile est limitée comme les avions, les véhicules à effet de surface et les hydrofoils car la distance qu’ils peuvent franchir avec un certain poids est directement proportionnelle à la masse de chaleur de combustion du carburant et de sa densité.

• Contrairement à la masse de chaleur de combustion, le volume de chaleur dégagée de la combustion est important pour les appareils à volume limité tels les automobiles et les navires, car il est directement proportionnel à la distance franchissable entre les ravitaillements. Le volume de chaleur de combustion, c’est-à-dire la chaleur dégagée de la combustion par unité de volume du carburant, est calculée en multipliant la masse de chaleur de combustion par la densité du carburant (masse par unité de volume).

L’analyse CHON est utilisée pour détecter rapidement la concentration de Carbone, d’Hydrogène et d’Azote, déterminer la pureté de l’échantillon et ainsi préciser s’il est conforme ou non aux spécifications. Utilisé conjointement avec la spectroscopie, ce test peut servir à caractériser un mélange.

Le point d'écoulement d'un liquide correspond à la température à laquelle le carburant (ou l'huile) fige lorsqu'on l'incline à 90°. Il indique la fluidité à basse température. Le point d'écoulement est un facteur important pour faciliter les démarrages et le pompage de l'huile ou du carburant par temps froid.

Les bactéries peuvent bloquer les filtres à carburant, causer des problèmes de jaugeage et elles sont corrosives. Elles peuvent endommager les réservoirs de carburant et doivent être éliminées. Assurer la propreté des réservoirs est la condition numéro 1 pour éviter la contamination. Un programme périodique de surveillance et d’analyse de carburant permettra de minimiser les problèmes grâce au dépistage précoce de la croissance microbienne.

Content.

Parmi les critères de qualité, le carburant doit être clair et limpide et libre de toute particule de matière visible. Cette méthode couvre deux procédures pour évaluer la présence d’eau libre suspendue et la contamination particulaire solide dans les carburants distillés dont le point final de distillation est inférieur à 400°C et dont la couleur ASTM est de 5 ou moins. La procédure No 1 est une méthode rapide oui/non (pass/fail) d’évaluation de la contamination. La procédure No 2 émet une notation numérique brute quant à l’apparence brumeuse.

Le ratio vapeur-liquide d’un carburant indique sa tendance à se vaporiser dans les systèmes de carburant automobile. Les spécifications du carburant automobile précisent généralement des limites T (V/L = 20) pour assurer une volatilité appropriée. Cette méthode est applicable à l’essence tout comme aux mélanges d’essence et de produits oxygénés. Elle couvre la détermination de la température à laquelle la vapeur formée à partir d’un volume de produit pétrolier saturé d’air entre 0 °C et 1 °C (32 °F à 34 °F) produit une pression de 101.3 kPa (une atmosphère) par rapport au vide. Cette méthode est applicable aux échantillons à température entre 36 °C et 80 °C (97 °F et 176 °F) et dont le ratio vapeur liquide est entre 8 à 1 et 75 à 1.

Les tests de couleur, odeur, clarté, précipité et mousse peuvent indiquer le degré d'usure de l’huile, du carburant ou du liquide de refroidissement selon le cas. Le précipité est un solide qui se forme dans le liquide par contamination. La formation de mousse peut être le résultat d'une agitation excessive, de niveaux impropres de carburant, de fuites d'air, de la contamination ou de la cavitation.

Pour plus d’information, voir Infolettre Février 2015.

Cette méthode constitue un guide général pour l’application du test de titration volumétrique de l’eau de Karl Fischer (KF) pour déterminer le volume d’eau libre et d’hydratation dans la plupart des composés solides ou liquides organiques et inorganiques. Cette méthode à la capacité de mesurer un large éventail de concentrations d’eau, à partir de parties par millions jusqu’à l’eau pure.

Le biodiesel est principalement utilisé comme composant à valeur ajoutée dans le carburant diesel. Cette méthode d’analyse s’applique au contrôle de la qualité dans la production et la distribution de carburant diesel et de mélanges de biodiesel contenant des esters méthyliques d’acide gras (EMAG, ou fatty acid methyl esters (FAME). Cette méthode permet de déterminer le contenu en biodiesel EMAG (FAME) dans les carburants diesel. Elle est applicable aux concentrations entre 1.00% et 20% par volume. Cette procédure s’applique uniquement aux EMAG (FAME) et non pas au biodiesel sous forme d’esters éthyliques d’acides gras (fatty acid ethyl esters (FAEE).

L’analyse infrarouge est une méthode très efficace d’évaluation de la qualité et de la conformité réglementaire du carburant. Elle fournit un instantané des paramètres et de la composition de l’échantillon de carburant analysé. Elle permet d’analyser les propriétés du diesel et de l’essence, telles les indices de cétane et d’octane, de détecter la concentration du biodiesel (FAME - Fatty Acid Methyl Esters) dans le carburant diesel (d’importance primordiale dans les carburants maritime et d’aviation, où le biodiesel est prohibé), la teneur en benzène (qui est strictement réglementée dans l’essence) ainsi que d’autres paramètres et contaminants.

La détermination de la Stabilité à l’oxydation selon EN 14112 est un test d’oxydation accélérée. Les esters méthyliques d’acides gras (FAME) s’oxydent lentement au contact de l’oxygène atmosphérique. Les produits d’oxydation qui en résultent peuvent endommager les moteurs à combustion. La stabilité à l’oxydation constitue donc un critère de qualité de première importance pour les FAME. Selon ce test, les produits primaires d’oxydation des esters méthyliques d’acides gras (FAME) présents dans l’échantillon sont les peroxydes. Après un certain temps, les acides gras se décomposent complètement pour former les produits secondaires d’oxydation, lesquels sont constitués de composés organiques volatiles et d’acides organiques de faible masse moléculaire, acides formique et acide acétique principalement.

Cette méthode détermine le contenu en éthanol et méthanol dans les carburants contenant plus de 20% d’éthanol par la méthode de chromatographie en phase gazeuse. Ce test identifie et quantifie le méthanol mais ne prétend pas identifier chacun des composants (ex: l’eau) qui constituent le dénaturant.

Les biocides sont essentiels pour contrôler la contamination microbienne et prévenir la corrosion des réservoirs de carburant. Les traitements aux biocides demeurent efficaces pour un certain temps, après quoi leur concentration se dilue progressivement et ils perdent leur efficacité. Les tests de biocides sont faits pour détecter la quantité de biocides dans le carburant afin d’en déterminer l’efficacité et leur taux de dilution.

Cette méthode d’analyse mesure quantitativement l’acidité dans l’éthanol ou dans les mélanges d’essence et d’éthanol. L’éthanol dénaturé de qualité carburant peut contenir des additifs comme des inhibiteurs de corrosion et des détergents ainsi que des contaminants qui peuvent augmenter l’acidité du carburant à l’éthanol E85. Les solutions aqueuses très diluées d’acides organiques de faible masse moléculaire, l’acide acétique par exemple, sont extrêmement corrosives pour plusieurs métaux. Il est très important de maintenir ces acides à des niveaux très faibles.

Cette procédure mesure la force acide des carburants à fort contenu d’éthanol, dont l’éthanol, l’éthanol dénaturé de qualité carburant et l’éthanol carburant (Ed75-Ed85). Cette méthode est applicable aux carburants contenant un volume nominal d’éthanol de 70% ou plus. La valeur du pHe mesuré dépendra du mélange de carburant, de la vitesse d’agitation et du temps passé par l’électrode dans le carburant.

Cette méthode constitue un guide général pour l’application du test de titration volumétrique de l’eau de Karl Fischer (KF) pour déterminer le volume d’eau libre et d’hydratation dans la plupart des composés solides ou liquides organiques et inorganiques. Cette méthode à la capacité de mesurer un large éventail de concentrations d’eau, à partir de parties par millions jusqu’à l’eau pure.

Cette procédure mesure la force acide des carburants à fort contenu d’éthanol, dont l’éthanol, l’éthanol dénaturé de qualité carburant et l’éthanol carburant (Ed75-Ed85). Cette méthode est applicable aux carburants contenant un volume nominal d’éthanol de 70% ou plus. La valeur du pHe mesuré dépendra du mélange de carburant, de la vitesse d’agitation et du temps passé par l’électrode dans le carburant.

Certaines substances solubles ou paraissant comme telles dans le biodiesel (B100) à température ambiante, vont, lorsqu’elles se refroidissent au-dessus du point de nuage ou lorsqu’elles restent à température ambiante pour de longues périodes, s’échapper de la solution. Ce phénomène a été observé dans le B100 tout comme dans les mélanges BXX et ces substances peuvent obstruer les filtres. Cette méthode constitue un moyen accéléré de confirmer la présence de telles substances dans le B100 ainsi que leur propension à obstruer les filtres. Elle peut être utilisée pour contrôler les niveaux de composants obstructeurs de filtres mineurs dans le biodiesel et les mélanges contenant du biodiesel.

La densité d’un liquide de refroidissement aide à déterminer sa composition et décrit le ratio masse/volume du liquide habituellement en Kg/L.