Le taux de Compression et l'indice d'octane

Piston au point mort haut

Le taux de Compression

En mécanique, le taux de compression d'un moteur à pistons, aussi appelé rapport volumétrique, est un rapport théorique de comparaison entre le volume de la chambre de combustion lorsque le piston est au point mort haut et le volume du cylindre lorsque le piston est au point mort bas). 

Les moteurs modernes à allumage commandé ont un taux de compression souvent voisin de 10 et pouvant monter jusqu'à 13, et les Diesel ont un taux de compression allant en moyenne de 16 à 20 pour ceux à injection directe et 19 à 23 pour ceux à injection indirecte. Cette valeur est déterminée lors de la conception du moteur et reste invariable sur les moteurs conventionnels. Le rendement d'un moteur augmentant avec son taux de compression, on cherche à augmenter celui-ci.

Toutefois, sur les moteurs à allumage commandé, un taux de compression élevé favorise l'apparition du cliquetis, la compression plus élevée du mélange carburé pouvant provoquer un auto-allumage incontrôlé, nuisible au bon fonctionnement du moteur. C'est pourquoi dans le cas d'un moteur à allumage commandé ayant un taux de compression élevé, il faut utiliser un carburant ayant un indice d'octane suffisant. 

Piston au point mort bas

Un moteur Diesel, en revanche, fonctionne par auto-allumage du carburant et pour ce faire a besoin de fortes valeurs de compression, afin que l'air introduit dans le cylindre soit porté à une température élevée. La confusion est souvent faite entre taux de compression et pression de compression. Le taux de compression est une valeur invariable car déterminée d'après les volumes du cylindre et de la chambre de combustion à l'exclusion de toute autre donnée. 

La pression de compression est une valeur variant en permanence selon la charge demandée au moteur, la présence ou non d'un compresseur ou turbocompresseur, la température du moteur et son état mécanique. Ainsi un taux de compression de 11 ne signifie pas que la pression de compression doit être de 11 bars. Il est possible de mesurer la pression de compression d'un moteur à un régime donné (celui obtenu avec le démarreur du véhicule) au moyen d'une sonde de pression parfois appelée "compressiomètre" montée à la place de la bougie ou de l'injecteur. La pression de compression est mesurée dans chaque cylindre en l'absence de combustion. 

La valeur relevée doit se situer au-dessus d'un minimum précisé par le fabricant du moteur. Cette mesure des pressions de compression permet de déterminer l'état d'usure du moteur et la ou les causes de l'usure, alors que la seule connaissance du taux de compression n'est d'aucune utilité pour un tel diagnostic. De faibles pressions de compression peuvent être dues entre autres à un défaut d'étanchéité des segments, du joint de culasse, de l'état des soupapes et de leurs sièges. Une nouvelle génération de moteurs dont le taux de compression sera variable en faisant appel à diverses complications mécaniques tels que le prometteur Moteur MCE-5, permettront, en particulier pour les moteurs à essence lorsqu'il leur est demandé une faible charge, d'améliorer nettement le rendement. Il en résultera une importante baisse de la consommation et de la pollution. 

Indice d'octane 

Les tendances à l'auto-allumage des mélanges d’iso-octane (l'isomère de référence de l'octane) et d’heptane sont différentes. Elles servent de référence pour déterminer l’indice d'octane d’un carburant à tester. Si, par exemple, le taux de compression nécessaire à l'apparition du cliquetis d’un mélange d’air et de ce carburant dans un moteur de référence est le même que pour un mélange comportant 95 % d’iso-octane et 5 % d’heptane, alors on dit que ce carburant a un indice d’octane de 95. 

Naturellement, cette détermination doit se faire dans des conditions normalisées. On comprend par ailleurs que les mélanges composés exclusivement d’heptane et d’iso-octane auront tous des indices d’octane compris entre 0 et 100. 

Des mélanges avec d’autres produits permettent néanmoins d’avoir des indices d’octane supérieur à 100, il faut alors les définir par extrapolation : certaines essences de compétition, dites « essences aviation » atteignent environ 110. Pendant de très nombreuses années, on ajoutait à l’essence une certaine quantité de plomb tétraméthyle Pb(CH3)4 ou mieux de plomb tétraéthyle Pb(C2H5)4 afin de diminuer la tendance à la détonation d’essences contenant un fort pourcentage d’heptane. C’était une manière d’augmenter artificiellement l’indice d’octane (on gagnait 10 points avec 1 g·l-1 de PTE) et de favoriser la lubrification des moteurs mais cela conduisait à disperser dans l’environnement de fortes quantités de plomb, métal dont on connaît la toxicité. Les essences comportant du plomb sont désormais interdites. On connaît d’autres solutions, pas forcément exemptes d’inconvénients, par exemple utiliser davantage d’hydrocarbures aromatiques (beaucoup plus toxiques que les alcanes), ajouter des alcools (en provoquant des risques de corrosion des moteurs), etc. Plate-forme pétrolière dans le golfe du Mexique 

Un carburant dont l’indice d’octane est trop faible a tendance à provoquer une combustion trop brutale, mais présente aussi une fâcheuse tendance à l’auto-inflammation lors de la compression dans les cylindres du moteur et au cliquetis. Plus le taux de compression du moteur est élevé, plus la température atteinte lors de la compression des gaz est élevée et plus l’indice d’octane doit se rapprocher de 100. Comme on le sait par ailleurs, l’augmentation du taux de compression améliore, conformément aux lois de la thermodynamique, le rendement du moteur, en augmentant l’écart des températures de la source chaude et de la source froide. Un moteur conçu pour fonctionner avec un carburant ayant un certain indice d’octane peut sans problème être alimenté avec un autre carburant d’indice plus élevé, mais pas l’inverse. 

Deux valeurs de l’indice d’octane existent : 

• l’indice d’octane « recherche » (RON, Research Octane Number) caractérise le comportement d’un carburant à bas régime ou lors des accélérations ; 
• l’indice d’octane « moteur » (MON, Motor Octane Number) évalue la résistance d’un carburant au cliquetis à haut régime. 

Trois différents types d'essences automobiles disponibles en France en 2010 existent : 

• le supercarburant sans plomb 95 ou SP95 (RON 95, MON 85) ; 
• le supercarburant sans plomb 98 ou SP98 (RON 98, MON 87) ; 
• le supercarburant sans plomb 95-E10 ou SP95-E10 (RON 95, MON 85). 

La commercialisation du supercarburant dit « Super 97 » (RON 97, MON 86) a pris fin au cours du second semestre 2006. Depuis janvier 2000, il ne contenait plus de plomb mais du potassium (pour la protection des sièges de soupapes). L’essence sans plomb 98 est plus détergente que l’essence sans plomb 95 et se révèle plus corrosive, en particulier pour les pièces en élastomères (caoutchoucs). Ces deux carburants contiennent de fortes quantités de composants aromatiques qui sont très toxiques. Il faut donc éviter d’en respirer les vapeurs et ne pas s’en servir comme agent de nettoyage ou de dégraissage.

Source : Wikipédia

Voir aussi : Les différents types d'injections