Le carburant utilisé dans une voiture moderne, qu'il s'agisse d'essence, de diesel ou même de GPL (LiquidPetroleum Gas), doit répondre à des normes de pureté élevées pour que le moteur de la voiture fonctionne correctement.
Extraire du carburant du pétrole brut
Les carburants modernes doivent être suffisamment volatils pour s'enflammer rapidement, même dans des conditions défavorables, et ils doivent avoir le bon mélange d'hydrocarbures pour brûler suffisamment uniformément pour développer une puissance utile dans un moteur à combustion interne. Le carburant doit également avoir le bon indice d'octane pour éviter le cliquetis. (détonant trop tôt) qui peut endommager le moteur.
Les moteurs à combustion interne sont conçus pour fonctionner avec une qualité de carburant particulière et réglés pour fonctionner assez près des limites que ce carburant peut supporter, donc une qualité constante est importante dans les carburants modernes.
L'essence et le diesel sont dérivés du pétrole brut, qui est un mélange complexe de plusieurs centaines d'hydrocarbures différents ainsi que d'autres produits qui doivent être éliminés lors du raffinage. Les pétroles bruts varient d'une source à l'autre ; ils contiennent généralement des liquides volatils légers, de l'essence entre autres, ainsi que des constituants beaucoup plus lourds, presque solides, comme le bitume.
Séparer et purifier l'essence et le diesel du pétrole brut nécessite des processus complexes, qui sont effectués dans une raffinerie de pétrole.
L'huile est raffinée en ses constituants par un processus appelé distillation fractionnée. Cela sépare les différents constituants du pétrole brut en utilisant le fait qu'ils bouillent et se vaporisent à des températures différentes.
Le premier processus est réalisé dans une colonne de fractionnement, une haute tour cylindrique pouvant atteindre 75 m de haut, à l'intérieur de laquelle se trouvent entre 30 et 40 plateaux appelés plateaux de fractionnement, empilés les uns au-dessus des autres. Le bas de la colonne est maintenu très chaud mais la température baisse au fur et à mesure que l'on monte dans la colonne, de sorte que chaque plateau est légèrement plus frais que celui du dessous.
Le pétrole brut est préchauffé entre 315°C et 370°C afin que tous les constituants sauf les plus lourds se vaporisent. Il est ensuite introduit vers le bas de la colonne de fractionnement sous forme d'un mélange de gaz et de liquide. La vapeur d'huile monte dans la colonne à travers des dispositifs, tels que des calottes à bulles, dans les plateaux de fractionnement, qui la mélangent intimement avec le liquide déjà là. L'huile plus lourde et encore liquide descend vers le bas de la colonne.
Au fur et à mesure que la vapeur monte, elle se refroidit en fonction de la baisse de température des plateaux. Chaque fois que la vapeur monte et barbote dans un plateau contenant un liquide dont la température correspond au point d'ébullition de l'un des constituants de la vapeur, ce constituant se condense sur le plateau. Les autres vapeurs à point d'ébullition plus élevé remontent la colonne.
Ainsi, chaque constituant de la vapeur rencontre un plateau sur lequel il se condense. Le résultat est une série de constituants séparés, appelés fractions, qui peuvent être extraits de la colonne par des tuyaux.
Il existe six fractions principales. Le plus léger, qui est encore un gaz lorsqu'il atteint le sommet de la colonne, est appelé gaz de raffinerie et est utilisé comme combustible par la raffinerie elle-même.
Le reste est ensuite transformé dans une usine supplémentaire. Les fractions liquides les plus légères qui en résultent sont très volatiles et sont utilisées pour être mélangées à l'essence.
Viennent ensuite le naphta (utilisé pour une transformation ultérieure en produits pétrochimiques ou pour être mélangé à l'essence), le kérosène (qui est essentiellement de la paraffine), les huiles diesel et les huiles légères et lourdes utilisées pour la lubrification industrielle, puis la fraction la plus lourde, le bitume, qui reste comme résidu. /P>
Le processus de distillation fractionnée de base divise le pétrole brut en ses hydrocarbures chimiques purs. Mais certains de ces hydrocarbures ont plus de valeur que d'autres. En particulier, la demande d'essence est bien supérieure à celle de bitume, voire de diesel. Ainsi, certaines des fractions les plus lourdes sont converties à la raffinerie de pétrole en essence. Cela se fait par un processus appelé cracking.
Le craquage thermique utilise de la chaleur dans le processus, tandis que le craquage catalytique utilise un catalyseur chimique.
Dans le craquage thermique, les hydrocarbures sont chauffés entre 450°C et 540°Cat haute pression. Le résultat est un carburant de qualité inférieure qui est ensuite raffiné à nouveau à des températures et des pressions plus élevées pour produire une essence de qualité suffisante pour être utilisée dans les moteurs de voiture.
Le craquage catalytique est plus utile que le craquage thermique car il donne un rendement plus élevé en produits utiles. En ajoutant un catalyseur (généralement une poudre d'aluminium-silice) à l'huile pendant la phase de préchauffage, les fractions lourdes peuvent être fractionnées en un mélange de fractions plus légères, qui sont ensuite introduites dans une colonne de fractionnement pour être séparées.
Ces fractions légères subissent ensuite d'autres processus appelés processus de conversion pour produire le bon mélange d'hydrocarbures.
Ces conversions sont suivies d'étapes de traitement où les additifs appropriés sont introduits pour rendre l'essence mélangée adaptée à une utilisation hivernale ou estivale.
Pour être utile au fonctionnement des moteurs à combustion interne, l'essence doit avoir certaines propriétés. Il doit brûler en douceur dans le moteur sur une large plage de vitesses et de puissances sans détonation. Cela se manifeste par des "cognements" et, si on les laisse persister, cela peut entraîner de graves dommages au moteur.
L'essence doit avoir des constituants facilement volatils qui permettent au moteur de démarrer facilement par temps froid. Mais l'essence ne doit pas être si volatile qu'elle se vaporise trop facilement et provoque un blocage du circuit d'alimentation, voire un givrage du carburateur (voir marge, à droite).
La performance de l'essence se mesure principalement par son indice d'octane. Pour cela, l'essence est comparée à deux carburants standards aux performances connues appelés n-heptane et iso-octane, tous deux des hydrocarbures. Le N-heptane est un mauvais carburant pour les moteurs à combustion interne et provoque des cognements importants; il a un indice d'octane de 0. L'isooctane est à l'opposé, un carburant de très haute qualité, et a un indice d'octane de 100.
Si l'essence a un indice d'octane de 90, cela signifie qu'elle donne une performance équivalente à un mélange de 90 parties d'iso-octane pour 10 parties de nheptane. La plupart des moteurs de voiture nécessitent de l'essence avec un indice d'octane compris entre 90 et 100.
Comme autre mesure antidétonante, il est toujours d'usage d'ajouter une petite quantité de plomb tétraéthyle ou tétraméthyle à l'essence. Cependant, cela est régulièrement réduit en raison de la nature toxique du plomb.
La quantité maximale de plomb autorisée dans l'essence a été abaissée de 0,4 à 0,15 gramme par litre en 1986, et l'essence sans plomb commence à apparaître sur le marché européen. Il s'agit d'essence à laquelle aucun composé de plomb n'a été ajouté.
Le carburant diesel est plus visqueux et plus lourd que l'essence, il est moins volatil et sort de la colonne de fractionnement à un niveau inférieur.
Le carburant diesel n'est pas classé par indice d'octane comme l'essence; à la place, on lui attribue un indice de cétane. Ceci est dérivé en comparant le diesel avec deux autres hydrocarbures, le cétane et l'alpha-méthylnaphtalène.
Le carburant diesel de haute qualité utilisé dans les véhicules routiers a un indice de cétane d'environ 50, tandis que les moteurs plus lents tels que ceux utilisés dans les grands navires peuvent fonctionner avec du carburant avec un indice de cétane inférieur. Plus l'indice de cétane est élevé, plus le démarrage est facile, plus la combustion est fluide et plus le niveau de «cognement diesel» est faible.
Certains diesels de qualité inférieure (appelés gazole) utilisés pour les travaux stationnaires ou hors route sont teints pour l'identification et sont donc connus sous le nom de diesel rouge. Seul le diesel blanc, sur lequel la taxe routière a été payée, peut légalement être utilisé sur la route.
Le carburant diesel, comme l'essence, contient normalement d'importants additifs. Des agents antigel et anti-cirage doivent être ajoutés au carburant diesel utilisé par temps froid pour l'empêcher de se boucher dans les conduites de carburant et les injecteurs.
De la raffinerie de pétrole, l'essence et le diesel sont transportés vers leurs garages et stations-service par route ou par rail dans des camions-citernes spécialement conçus.
Les carburants sont généralement stockés dans des réservoirs souterrains sous le parvis du point de vente - la station-service. L'essence et le diesel sont stockés dans des réservoirs séparés, tout comme les différentes qualités d'essence, jusqu'à ce qu'ils soient soulevés au-dessus du niveau du sol et dosés pour être vendus par les pompes.
Les pompes à essence peuvent normalement puiser du carburant dans n'importe lequel des réservoirs souterrains et le mélanger pour fournir aux utilisateurs la qualité nécessaire. Cependant, l'essence avec et sans plomb ne doit pas être mélangée, ils ont donc besoin de réservoirs et de pompes séparés qui doivent être clairement marqués pour montrer ce qu'ils contiennent.
