Lubrifiants pour moteurs thermiques

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1 Lubrifiants pour moteurs thermiques Marché et consommation par Jean AYEL Professeur honoraire à l École nationale supérieure du pétrole et des moteurs 1. Quelques données statistiques sur les huiles pour moteurs... BM Marché français Union européenne Distribution Répartition des huiles moteurs selon leurs catégories Cas des huiles pour moteurs de véhicules légers Répartition en fonction du grade SAE de viscosité Répartition en fonction du niveau de performance ACEA Cas des huiles pour moteurs Diesel de véhicules utilitaires Répartition en fonction du grade SAE de viscosité Répartition en fonction du niveau de performance ACEA Consommations comparées d huiles moteurs et de carburant.. 7 Conclusion... 7 P our situer l importance économique des lubrifiants pour moteurs thermiques, il convient de préciser que la consommation mondiale annuelle des lubrifiants toutes catégories représente un peu plus de 1,1 % de la consommation mondiale de pétrole, soit quelque 38 ou 39 millions de tonnes. Le plus gros consommateur mondial reste les États-Unis avec environ 8,5 millions de tonnes à la fin des années 1990 et au début des années 2000, dont environ 4,3 millions de tonnes, soit 49 à 50 % du total, pour les seules huiles moteurs. L Union européenne se place en seconde position avec une consommation totale de près de 5 millions de tonnes dont 40 à 42 % sont des huiles pour moteurs. Au plan national, la consommation totale annuelle de lubrifiants se situait, durant la même période, entre et tonnes. Cet article présente essentiellement l aspect économique et commercial du marché intérieur français des huiles pour moteurs. Cette étude concernant les lubrifiants pour moteurs thermiques se compose de trois parties : [BM 2 750] Lubrifiants pour moteurs thermiques. Normes générales ; [BM 2 751] Lubrifiants pour moteurs thermiques. Spécifications des constructeurs ; [BM 2 752] Lubrifiants pour moteurs thermiques. Marché et consommation. Techniques de l Ingénieur, traité Génie mécanique BM

2 LUBRIFIANTS POUR MOTEURS THERMIQUES 1. Quelques données statistiques sur les huiles pour moteurs 1.1 Marché français Sur le marché français, les lubrifiants automobiles représentaient, en moyenne, entre 1998 et 2002, 53 % du total des lubrifiants (tableau 1). La plus grande partie (43 à 45 %) de l ensemble des lubrifiants est celle des huiles pour moteurs, y compris les huiles destinées aux moteurs industriels et aux moteurs d avions. Ayant atteint 60 % du total des lubrifiants au milieu des années 1960, la consommation française des huiles pour moteurs s est longtemps maintenue autour de 50 % de la consommation totale des lubrifiants. Depuis 1995, ce pourcentage diminue régulièrement pour se situer un peu au-dessous de 45 % à partir de 2000 (figure 1). Malgré l augmentation du trafic routier, cette chute est due à plusieurs raisons. Les unes sont liées aux progrès réalisés par les constructeurs de moteurs en matière de consommation d huile (segmentations et joints plus étanches, refroidissement de l huile...) et surtout d espacement de vidange. Les autres sont à mettre au compte des fournisseurs d huiles et d additifs pour lubrifiants qui mettent sur le marché des lubrifiants de moins en moins volatils, donc se consommant moins, et de plus en plus performants en tenue à l oxydation, en détergence, en dispersivité et en pouvoir antiusure, ce qui permet d allonger les intervalles de vidanges. Le tableau 1 montre l évolution de la consommation intérieure française des différentes catégories de lubrifiants automobiles et d huiles pour moteurs de 1998 à 2002 inclus. Les statistiques présentées, provenant du Centre professionnel des lubrifiants (CPL), excluent les lubrifiants exportés ainsi que ceux destinés à l avitaillement sur le territoire national des navires et avions se livrant au transport international. L ensemble des huiles pour moteurs se stabilise un peu au-dessous de 45 %. Les huiles pour moteurs automobiles représentent l essentiel du marché avec 43 à 44 % du total. Les moteurs d avions (moteurs à pistons et turbines à gaz) ne consomment qu en moyenne 0,13 % des lubrifiants alors que la consommation des huiles pour moteurs industriels fixes, autres que les moteurs Diesel, c est-à-dire essentiellement les moteurs à gaz, après une période de croissance, semble se stabiliser un peu au-dessus de 0,40 %. Tableau 1 Marché intérieur français des lubrifiants automobiles et des huiles pour moteurs (en %) (1) Tonnage tous lubrifiants...(kt) Total lubrifiants automobiles...(%) 54,44 53,79 52,04 53,00 53,55 Total huiles moteurs (automobiles + autres)...(%) 45,92 45,17 43,32 44,47 44,85 Lubrifiants automobiles Huiles pour autres moteurs Total huiles moteurs automobiles...(%) 45,55 44,67 42,79 43,89 44,31 pour moteurs de VT et VUL (1) (essence et Diesel)...(%) 24,14 24,71 24,26 24,98 25,71 pour moteurs à essence 4 temps et mixte essence-diesel...(%) 16,18 16,94 16,88 18,32 19,10 pour moteurs Diesel tourisme (2)...(%) 7,96 7,77 7,38 6,66 6,61 pour moteurs Diesel utilitaires...(%) 17,43 16,21 15,05 15,68 15,25 huiles multifonctionnelles (3)...(%) 2,91 2,72 2,52 2,35 2,47 (Total huiles pour moteurs Diesel (2))...(%) 28,30 26,70 24,95 24,69 24,33 pour moteurs 2 temps...(%) 1,07 1,03 0,96 0,88 0,88 Total lubrifiants de transmissions auto...(%) 6,98 7,25 7,52 7,35 7,50 Huiles pour boîtes et ponts...(%) 4,57 4,45 4,67 4,44 4,46 Huiles de boîtes de vitesses automatiques («ATF») (1)...(%) 2,41 2,80 2,85 2,91 3,04 Liquides amortisseurs...(%) 0,74 0,81 0,70 0,75 0,75 Graisses automobiles...(%) 1,17 1,06 1,03 1,01 0,99 Total autres huiles moteurs...(%) 0,37 0,50 0,53 0,58 0,54 Huiles pour moteurs d avions...(%) 0,13 0,14 0,11 0,17 0,10 Huiles pour moteurs industriels autres (à gaz, etc)...(%) 0,24 0,36 0,42 0,41 0,44 (1) VT : véhicules de tourisme ; VUL : véhicules utilitaires légers ; ATF : Automatic Transmission Fluid. (2) Les huiles mixtes «essence et Diesel» pour véhicules légers, dont l utilisation est croissante, sont comptabilisées avec les huiles pour moteurs à essence. (3) Les huiles multifonctionnelles sont les huiles uniques des moteurs Diesel, transmissions et circuits hydrauliques des tracteurs et matériels agricoles et des engins de génie civil. BM Techniques de l Ingénieur, traité Génie mécanique

3 LUBRIFIANTS POUR MOTEURS THERMIQUES Pourcentage du marché intérieur français Autres quailtés qualités Huiles moteurs Années Figure 1 Évolution de la part des huiles moteurs par rapport à la totalité du marché intérieur français des lubrifiants [Source : Centre professionnel des lubrifiants (CPL)] Si l on considère le détail des huiles pour moteurs automobiles, on constate que les véhicules légers (tourisme et utilitaires légers) consomment à peu près le quart du tonnage des lubrifiants toutes catégories. La répartition entre huiles pour véhicules à essence et huiles pour véhicules Diesel est de plus en plus difficile à faire car la presque totalité des constructeurs automobiles européens utilisent en premier plein et préconisent en service la même huile moteur «mixte» pour les deux types de véhicules. Cette pratique, assez récente, explique la remontée, après 2000, de la consommation de l ensemble des huiles «essence + mixte» et l érosion de celle des huiles «Diesel tourisme» proprement dites. Le marché des huiles pour moteurs Diesel de véhicules utilitaires, qui représentait environ 18 % durant la première moitié des années 1990, après une lente érosion due à l accroissement des intervalles de vidange, semble se stabiliser. Les huiles multifonctionnelles, dites encore «multiusages», destinées aux tracteurs et autres matériels agricoles ainsi qu à certains engins de travaux publics, possèdent trois fonctions. La première est celle d une huile pour moteurs Diesel suralimentés à injection directe. La seconde est celle d un fluide de transmission destiné à lubrifier une boîte de vitesses complexe, un pont arrière et, souvent, un pont avant, comportant des organes de friction (embrayages et freins) immergés dans l huile ainsi que des prises de force mécaniques. La troisième, enfin, est celle d un fluide hydraulique destiné aux circuits de relevage, à l assistance de freinage et aux prises de force hydrauliques. Ces huiles, désignées dans la pratique «STOU : Super Tractor Oil Universal», ont plafonné à 4,7 % du marché en 1990, se sont maintenues aux alentours de 4,4 à 4,5 % jusqu en 1994, puis ont fortement régressé ensuite (moins de 2,5 % à partir de 2001). Cette chute est due à plusieurs facteurs : la politique agricole avec de grandes surfaces laissées en jachères, les espacements de vidange et les moindres consommations d huiles du matériel moderne, l apparition de nouveaux tracteurs plus performants et plus sévères nécessitant une huile moteur de haut niveau de détergence et de dispersivité pour des moteurs Diesel de plus en plus chargés et une huile de transmissions plus extrême-pression pour satisfaire certaines chaînes cinématiques très sollicitées mécaniquement. Le compromis huile moteur-fluide de transmission est de plus en plus difficile à réaliser sur ces nouveaux matériels ; aussi assiste-t-on à un retour en arrière avec l adoption d une huile moteur bien typée «Diesel utilitaire» pour le moteur et un fluide spécifique désigné «UTTO : Universal Transmission Tractor Oil» pour la transmission et les circuits hydrauliques. De plus, les huiles multifonctionnelles n ont pas réussi de percée véritable sur les matériels de génie civil pour les mêmes raisons qu en agriculture et, notamment, à cause de graves défaillances mécaniques ayant affecté certaines transmissions très sévères d engins de chantier. L ensemble des huiles pour moteurs Diesel (tourisme + utilitaires + multifonctionnelles) qui culminait pratiquement au tiers (32,8 %) de la totalité des lubrifiants en 1995, ne représentait plus que le quart du total au début des années En vingt ans, la part des huiles pour moteurs 2 temps est passée de 2 % à moins de 0,9 %. Cette régression est, certes, due à la diminution de la teneur en huile des mélanges 2 temps pour des raisons environnementales (diminution des hydrocarbures imbrûlés rejetés à l échappement) et pour des raisons techniques (diminution des dépôts dans la chambre de combustion, dans les lumières de transfert et dans le système d échappement). En effet, durant la période citée, cette teneur a été divisée par deux pour les moteurs 2 temps terrestres, passant de 6 % à 3 ou 4 %. Elle est passée de 3 à 2 %, puis à 1 % pour les moteurs 2 temps de hors-bord. Ces réductions des teneurs en huile ont pu être obtenues par la formulation d huiles à plus haut pouvoir lubrifiant, à base synthétique notamment. Mais la chute de la consommation des huiles 2 temps, qui, d ailleurs, va se poursuivre dans le futur, est inéluctable car, sauf pour quelques applications particulières (tronçonneuses à bois, tondeuses à gazon pour terrains en forte pente, débroussailleuses, petits moteurs hors-bord, etc.), les petits moteurs 2 temps disparaîtront progressivement des véhicules à deux roues notamment, au profit des moteurs à 4 temps, essentiellement pour des raisons de réduction des émissions de polluants. 1.2 Union européenne Dans les autres pays de l Union européenne, le pourcentage de consommation d huiles pour moteurs dépend de facteurs tels que le niveau d industrialisation du pays, la densité de population, celles des voies de communication ainsi que les habitudes des utilisateurs de moteurs en matière de conduite et d espacement de vidange. L évolution de la consommation d huiles pour moteurs sur les marchés intérieurs des pays européens et des États-Unis, pour lesquels existent des statistiques détaillées, est montrée dans le tableau 2, entre 1998 et Les pays européens sont classés par ordre de consommation décroissante d huiles pour moteurs, ce qui place la France en tête de l Europe, devant l Allemagne, bien que celle-ci, avec une consommation moyenne annuelle de lubrifiants toutes catégories de kt, précède la France (878 kt) grâce à une plus forte consommation de lubrifiants industriels et d huiles de procédés. On constate que, durant la période considérée, les consommations annuelles d huiles pour moteurs de tous les pays avaient tendance à diminuer, non seulement en tonnage, mais aussi, souvent, en pourcentage par rapport à la consommation totale de lubrifiants. Cela peut s expliquer par un ralentissement de l économie à partir de 2000 mais, surtout, par la réduction de la consommation d huile des moteurs résultant des allongements des intervalles de vidange, des progrès technologiques apportés aux nouveaux moteurs en matière d étanchéité interne et externe et de la mise sur le marché d huiles moins volatiles à chaud et plus performantes en tenue à l oxydation, en détergence, dispersivité et propriétés antiusure. Durant la dernière période connue (2000 et 2001), le pourcentage de consommation d huiles pour moteurs se situait entre 55 et 60 % pour le Portugal et le Danemark, autour de 50 % pour l Espagne, les Pays-Bas et les États-Unis, vers 45 % pour la France et la Finlande, entre 35 et 40 % pour l Italie, la Belgique et la Suisse et à un gros tiers (34 à 36 %) pour l Allemagne, le Royaume-Uni et la Suède. Techniques de l Ingénieur, traité Génie mécanique BM

4 LUBRIFIANTS POUR MOTEURS THERMIQUES Tableau 2 Évolution de la consommation intérieure d huiles pour moteurs (1) dans différents pays européens et aux États-Unis (en kt et en % par rapport à la consommation totale de lubrifiants). Années Pays (2) Moyenne (kt) (%) (kt) (%) (kt) (%) (kt) (%) (kt) (%) France , , , , ,7 Allemagne , , , , ,4 Royaume-Uni , , , , ,6 Espagne , , , , ,4 Italie , , , , ,2 Pays-Bas , , , , ,2 Belgique , , , , ,0 Portugal , , , , ,9 Suède , , , , ,2 Danemark , , , , ,7 Finlande , , , , ,7 Suisse , , , , ,3 États-Unis , , , , ,6 (1) Total des huiles pour moteurs (automobiles, avions, bateaux, stationnaires et à gaz). (2) En 2003, à l exception de la France, les statistiques «Lubrifiants» des autres pays ne sont connues que jusqu en Distribution En France, au début des années 2000, les huiles pour moteurs sont fabriquées et/ou distribuées par une centaine de sociétés appartenant au CPL (Centre professionnel des lubrifiants) et regroupant : 6 groupes pétroliers membres de la Chambre syndicale de la distribution des produits pétroliers section lubrifiants (CSDPP) ; 70 à 80 fabricants et distributeurs adhérant à la Chambre syndicale nationale de l industrie des lubrifiants (CSNIL) ; une quinzaine d autres fabricants et importateurs n appartenant pas à la CSNIL. 2. Répartition des huiles moteurs selon leurs catégories Ce paragraphe concerne essentiellement le marché intérieur français. 2.1 Cas des huiles pour moteurs de véhicules légers Répartition en fonction du grade SAE de viscosité Le tableau 3, qui donne la répartition par grade de viscosité SAE, montre que la presque totalité des huiles pour véhicules légers sont des huiles multigrades. Les huiles de grade 15W-x (15W-40 essentiellement) à base d huiles minérales conventionnelles représentaient la part la plus importante jusqu en En constante régression, elles n occupaient plus que la seconde position en 2002, assez loin derrière les huiles 10W-x. A part une faible quantité d huiles 10W-30 à base minérale, ces dernières sont surtout des huiles 10W-40 à base d huiles partiellement synthétiques (mélange d huiles minérales et d huiles de synthèse) ou hydrotraitées. Le grade 10W-50 qui était celui des huiles de hautes performances pour moteurs à essence (à base 100 % synthétique ou partiellement synthétique) n est plus guère d actualité. Les huiles 20W-x (20W-40 et surtout 20W-50), visqueuses à froid, formulées avec des huiles à base minérale, sont des huiles «économiques», très souvent de conception ancienne, surtout celles de grade 20W-40. Leur part, en régression au cours des années 1990, se stabilise autour de 4 %. Il est à noter que les huiles 25W-x (x = 40, 50 ou même 60), destinées en principe aux pays à climat très chaud, ne sont pas commercialisées en Europe et restent marginales dans les autres continents. En revanche, les huiles fluides à froid, surtout de grades 5W-x, voient leur part de marché croître de manière significative. Cette tendance devrait se poursuivre et même s amplifier dans les années futures. Ce furent d abord (fin des années 1970 et début des années 1980) des huiles de très haut de gamme, de grade 5W-50 à base 100 % synthétique (association de poly-α-oléfines PAO et d esters), puis, pour des raisons d économie de carburant (réduction des pertes par frottement), elles furent formulées en grade 5W-40 (début des années 1990), toujours à base 100 % synthétique. Enfin, pour économiser un peu plus de carburant, dès la fin des années 1990 ou au début des années 2000, la plupart des constructeurs européens utilisèrent en première monte, ou préconisèrent en service, des huiles dites «éco» de grade 5W-30. Ces huiles peuvent être formulées soit avec des huiles de synthèse (PAO + ester), soit avec des huiles de base hydrocraquées à coupe étroite ou hydro-isomérisées (huiles «XHVI»), soit, encore, avec des mélanges d huiles de synthèse et d huiles hydrocraquées. La part des huiles 0W-x reste (en 2002/2003) marginale en France. Des huiles 0W-40 et, quelquefois 0W-30, à base 100 % synthétique, figurent bien aux catalogues des fournisseurs de lubri- BM Techniques de l Ingénieur, traité Génie mécanique

5 LUBRIFIANTS POUR MOTEURS THERMIQUES Tableau 3 Répartition (en %) sur le marché intérieur français des huiles moteurs pour véhicules légers (VT + VUL) en fonction du grade de viscosité SAE (1) Tonnage total...(kt) 214,0 216,2 215,6 214,6 216,3 Huiles monogrades... (%) 2,2 1,1 1,7 3,8 (2) Huiles multigrades (total)... (%) 97,8 98,9 98,3 96,2 93,8 (3) 0W-x/5W-x (viscosité HTHS < 3,5 mpa.s... (%) 1,6 5W-x 5,1 9,4 10,7 14,4 (viscosité HTHS b 3,5 mpa.s)... (%) 16,0 10W-x... (%) 30,7 34,3 37,2 36,9 43,2 15W-x... (%) 54,1 48,0 46,4 40,9 33,0 20W-x et plus... (%) 7,9 7,2 4,0 4,0 (2) Huiles 20W-x et monogrades... (%) 10,1 8,3 5,7 7,8 6,2 fiants depuis le milieu des années 1990, mais leurs ventes sont encore très faibles. La situation est différente dans d autres pays européens comme les pays scandinaves et surtout l Allemagne où les huiles 0W-30 ont fait une percée significative, sans doute parce que certains constructeurs allemands, dont Volkswagen-Audi, utilisent depuis 1999 ou 2000 des huiles 0W-30 en premier plein. Dans le futur, ce grade va se développer dans le reste de l Europe. Des constructeurs comme Ford ou les Japonais envisagent même l emploi d huiles de grades 5W-20 ou 0W-20 dans les prochaines années Répartition en fonction du niveau de performance ACEA 17,6 (1) VT : véhicules de tourisme ; VUL : véhicules utilitaires légers ; SAE : Society of Automotive Engineers (États-Unis). (2) À partir de 2002, les huiles monogrades sont comptabilisées avec les huiles multigrades visqueuses à froid 20W-x. (3) À partir de 2002, les huiles fluides à froid, de grades 0W-x et 5W-x, sont répertoriées en 2 catégories : les huiles 0W-x et 5W-x (x = 20 ou 30) permettant d économiser le carburant et possédant une viscosité HTHS (High Temperature High Shear = haute température, haut cisaillement) inférieure à 3,5 mpa.s et les huiles 5W-x (x = 40 et 50) ne possédant pas le label «économie de carburant» et possédant une viscosité HTHS 3,5 mpas. Le tableau 4 montre que la majorité des huiles pour moteurs de véhicules légers répondent aux spécifications ACEA A3 (moteurs à essence) ou B3 (moteurs Diesel) ou bien A3 + B3 (huiles mixtes) (cf. article [BM 2 570]). Ces huiles à bases non conventionnelles (synthétiques, partiellement synthétiques, minérales hydrocraquées ou hydro-isomérisées) sont les huiles 5W-40, 5W-50, 10W-40 et 10W-50 précédemment citées. Viennent ensuite les huiles A2 et B2, à base minérale classique, le plus souvent de grade 15W-40 et de qualité standard, qui représentaient un tiers du total jusqu en 2000 et qui sont tombées en 2001 à un quart de l ensemble des huiles pour moteurs de véhicules légers. Les huiles B4, apparues en 1998, sont des huiles de qualité standard spécialement adaptées à la lubrification des moteurs Diesel à injection directe. À partir de la spécification ACEA de 2002, les huiles B4 deviennent des huiles de qualité supérieure qui doivent satisfaire les exigences de graissage des nouveaux moteurs Diesel à injection directe (injection haute pression à rampe commune ou à injecteurs-pompes). En 2002, la part de ces huiles croît de manière importante pour dépasser 15 %. Enfin, les huiles «économiseuses» de carburant A1 et/ou B1 qui représentaient 3,1 % du marché à la fin des années 1990, présentent un net recul au début des années 2000 (moins de 1 % en 2002). Cela ne veut pas dire que ces huiles sont vouées à la disparition, bien au contraire, puisque, comme il a été vu précédemment, les constructeurs européens ont adopté des huiles de basse viscosité (grades SAE 5W-30 et même 0W-30) afin de réduire la consommation de carburant des véhicules pour des raisons écologiques (réduction des émissions de CO 2 pour lutter contre l effet de serre), techniques (démarrages à froid facilités et pompabilité améliorée) et économiques (gains de consommation pour l utilisateur, allègement des systèmes de démarrage tels que batterie, démarreur, etc.) pour le constructeur, et réponse à la concurrence en commercialisant un produit «phare» pour le fournisseur de lubrifiants). Ces huiles sont donc appelées à un bel avenir et la chute apparente de leur vente est due au fait que le test ACEA sur moteur (essai M111-FE) destiné à l évaluation de l économie de carburant apportée par l huile n a été introduit dans les spécifications ACEA A1 et B1 qu à partir de Or, le gain de consommation minimale de 2,5 % par rapport à celle d une huile de référence classique de grade 15 W-40 exigé par l ACEA pour ces huiles est très difficile à obtenir. Seules des huiles 5W-30 ou 0W-30 (et, a fortiori, des huiles 5W-20 et 0W-20) bien formulées et comportant des additifs réducteurs de frottement efficaces sont aptes à satisfaire la performance imposée. Avant la mise sur le marché d huiles A1/B1 satisfaisant la spécification ACEA de 1998, c est-à-dire, avant fin 1999, les huiles dites «économiseuses» de carburant étaient soit qualifiées par la spécification ACEA de 1996 au seul vu de la viscosité dynamique HTHS (High Temperature, High Shear Viscosity), mesurée à 150 o C et 10 6 s 1 de vitesse de déformation, et qui devait être comprise entre 2,9 et 3,5 mpa s, soit avoir passé avec succès l un des essais américains d économie de carburant ASTM Sequence VI avant 1996 ou Sequence VI-A après 1996 (cf. article [BM 2 570]). Des huiles 5W-40 synthétiques et même certaines huiles 10W-30 semi-synthétiques pouvaient alors satisfaire l une ou l autre de ces conditions moins contraignantes que celles des spécifications ACEA de 1998 et des années suivantes. Tableau 4 Répartition (en %) sur le marché intérieur français des huiles moteurs pour véhicules légers (VT + VUL) en fonction du niveau de performances ACEA (1) Tonnage total... (kt) 214,0 216,2 215,6 214,6 216,3 A1/B1 (économie de carburant)... (%) 3,1 3,1 1,3 1,0 0,8 A2/B2 (qualité standard)... (%) 32,7 32,6 32,1 24,9 26,1 A3/B3 (qualité supérieure) (%) 40,8 43,0 43,9 42,3 37,8 B4 (huiles Diesel injection directe)... (%) 1,1 3,0 4,7 6,8 15,3 A5/B5 (qualité supérieure, basse viscosité)... (%) 0,9 Haut de gamme spécifique de constructeurs (2)... (%) 0,8 Non ACEA... (%) 22,3 18,3 18,0 25,0 18,3 (1) ACEA : Association des constructeurs européens d automobiles. A = huiles pour moteurs à essence. B = huiles pour moteurs Diesel de véhicules légers. (2) Regroupe les spécifications MB page ; WV et ; BMW LL-01 ; BMW FE-01 et GM-LL-A 025. Techniques de l Ingénieur, traité Génie mécanique BM

6 LUBRIFIANTS POUR MOTEURS THERMIQUES 2.2 Cas des huiles pour moteurs Diesel de véhicules utilitaires Répartition en fonction du grade SAE de viscosité Sur le tableau 5, il apparaît que, si les huiles multigrades sont largement majoritaires, les huiles monogrades résistent bien et ont même eu tendance à croître légèrement au début des années Ces dernières huiles servent surtout à lubrifier les moteurs Diesel industriels utilisés pour la production d électricité, dans les groupes de pompage ou de compression, pour la traction ferroviaire, la propulsion des bateaux fluviaux, côtiers et de pêche, etc. Pour les huiles multigrades, ce sont les huiles 15W-x (x = pratiquement toujours 40 et très rarement 30) qui, avec près de 80 % du total, dominent le marché. Elles sont formulées à base d huiles minérales conventionnelles. Suivent ensuite, mais très loin, avec 8 % en 2002, les huiles 10W-x. Ce sont des huiles de grade 10W-40 à base partiellement synthétique ou hydrotraitée. Les huiles 20W-x, en régression, sont, la plupart du temps des huiles 20W-40 de conception ancienne. Représentant moins de 2 % du marché au début des années 2000, elles devraient disparaître plus ou moins rapidement. La part de marché des huiles fluides de grades 0W-x, 5W-x et 10W-30, destinées en principe à économiser le gazole, reste marginale, mais en faible croissance (2,4 % en 2002). Les conditions de fonctionnement des moteurs de camions poids lourds, de traction ferroviaire, de propulsion de bateaux ou des moteurs industriels stationnaires sont très différentes de celles des moteurs de véhicules légers. Les gros moteurs Diesel démarrent moins souvent et fonctionnent surtout à fortes charges et vitesses stabilisées. Dans ces conditions, il est assez difficile de mettre en évidence des gains de consommation de carburant significatifs et appréciables par l utilisateur. Cela explique que les huiles «économiseuses» de carburant sont encore très peu utilisées. Celles qui existent sont toutes des huiles 5W-30 ou 5W-40 synthétiques. Les grades 0W-x ne sont pas envisagés pour ces moteurs. Les huiles de grade 10W-30, très peu répandues, sont des huiles classiques à base minérale, utilisables à la place des huiles 15W-40 lorsque les conditions climatiques l exigent (engins de travaux publics fonctionnant à basse température, par exemple). Tableau 5 Répartition (en %) sur le marché intérieur français des huiles pour moteurs Diesel de véhicules utilitaires et pour moteurs industriels en fonction du grade de viscosité SAE (1) Tonnage total...(kt) 154,5 141,8 133,8 134,7 128,3 Huiles monogrades...(%) 10,9 10,1 11,9 13,8 11,4 Huiles multigrades (total)(%) 89,1 89,9 88,1 86,2 88,6 0W-x/5W-x/10W-30..(%) 1,0 0,9 1,1 1,5 2,4 10W-x autres...(%) 1,8 3,0 6,1 4,6 8,0 15W-x...(%) 81,7 82,8 79,6 78,7 76,3 20W-x et plus...(%) 4,6 3,2 1,3 1,4 1,9 (1) SAE : Society of Automotive Engineers (États-Unis) Répartition en fonction du niveau de performance ACEA Le tableau 6 montre que les huiles ACEA E1 de bas de gamme et de conception relativement ancienne restent au-dessous de 5 % du marché jusqu en 2001, hormis une légère remontée en 2000 puis chutent à 2,3 % en Elles sont formulées à base d huiles minérales et sont soit monogrades, soit 15W-40. Les huiles de qualité standard E2 (essentiellement de grade 15W-40) étaient les plus utilisées jusqu en 2001, elles ont même presque atteint la moitié du total des huiles pour moteurs Diesel de véhicules poids lourds et industriels en 2000, puis elles ont régressé à partir de 2001, avec seulement un tiers du marché en 2002, au profit des huiles E3 de qualité supérieure qui, partant du quart du tonnage en 1999 et 2000, en ont dépassé le tiers en Ces huiles E3, recommandées pour vidanges espacées de véhicules aux normes d émission Euro 1 et Euro 2 (cf. [Doc. BM 2 750] fonctionnant sous conditions sévères, sont aussi, la plupart du temps, des huiles de grade 15W-40 à base minérale. Les huiles E4, qui existent en grades 15W-40 à base minérale, 10W-40 à base partiellement synthétique ou hydrotraitée, 5W-40 à base synthétique et, plus rarement, en grade 5W-30 à base synthétique et/ou hydrotraitée, sont recommandées pour les moteurs à hautes performances aux normes d émissions Euro 1, Euro 2 et Euro 3 fonctionnant sous conditions très sévères et permettant des vidanges très espacées. Apparues en 1998, leur part de marché, faible mais croissante jusqu en 2001, a fortement chuté en 2002 suite à la mise sur le marché d une nouvelle catégorie ACEA d huiles désignées E5, une partie des utilisateurs d huiles E4 ont alors adopté les huiles E5 dont la part s élevait à 6,5 % en Il s agit d huiles pour vidanges très espacées dont les performances réalisent un compromis entre les exigences européennes de l ACEA E4 et celles, américaines, de l API CH-4 (cf. article [BM 2 750]). Elles sont moins détergentes à chaud mais plus dispersantes vis-à-vis des suies de combustion que les huiles E4. Il est à noter que la part de l ensemble des huiles de haut niveau E4 + E5, qui était de 10,4 % en 2002, devrait continuer à croître de manière significative. Enfin, le volume des huiles non ACEA, en diminution jusqu en 2000, a augmenté brutalement en 2001 pour redécroître ensuite. On retrouve dans cette catégorie une grande partie des huiles monogrades ainsi que certaines huiles multigrades répondant à des classifications de service API souvent anciennes ou bien à des spécifications européennes obsolètes comme celles du CCMC (Comité des constructeurs du marché commun, organisme ayant précédé l ACEA avant 1991) par exemple : les huiles CCMC D1, D2 ou D3. Ces huiles peuvent lubrifier des moteurs de véhicules utilitaires anciens mais sont principalement utilisées pour le graissage des moteurs industriels stationnaires, des moteurs de groupes électrogènes, de bateaux, de matériels ferroviaires et de certains matériels de génie civil. On constate, comme d ailleurs cela a été aussi constaté pour les véhicules légers, qu un certain nombre d utilisateurs de gros moteurs Diesel ont délaissé les huiles de qualité standard pour choisir des huiles moins onéreuses, mais de moindre qualité, préférant réduire les intervalles de vidange. Il est évident que cette attitude, que l on ne rencontre pas dans la plupart des pays européens, ne correspond absolument pas à une gestion optimale du matériel. Tableau 6 Répartition (en %) sur le marché intérieur français des huiles pour moteurs Diesel de véhicules utilitaires et pour moteurs industriels en fonction du niveau de performance ACEA (1) Tonnage total... (kt) 154,5 141,8 133,8 134,7 128,3 E1 (bas de gamme, obsolète en 2000)... (%) 4,8 4,5 6,7 4,6 2,3 E2 (qualité standard)... (%) 44,8 48,2 49,3 38,4 33,7 E3 (vidanges espacées). (%) 23,6 24,9 25,2 27,2 34,4 E4 (vidanges très espacées)... (%) 0,4 1,1 4,2 7,1 3,9 E5 (vidanges très espacées)... (%) 6,5 Non ACEA... (%) 26,0 21,3 14,6 22,7 19,2 (1) ACEA : Association des constructeurs européens d automobiles. BM Techniques de l Ingénieur, traité Génie mécanique

7 LUBRIFIANTS POUR MOTEURS THERMIQUES Litres d'huile/hectolitre de carburant (essence et gazole) Monogrades SAE 30 et 50 Multigrades Multigrades Multigrades essence 20W-40/20W-50 20W40/20W50 essence 15W-40 15W40 Diesel diesel (15W-40) (15W40) essence (10W-40 (10W40 Huile plus fluides, faible volatilité, bases spéciales 10W-40/5W-50 10W40/5W50 Huiles «éco» 5W-30 0W Années Figure 2 Évolution de la consommation d huiles moteurs comparée à la consommation de carburants pour les véhicules à essence et Diesel sur le marché intérieur français (source : Centre professionnel des lubrifiants) 3. Consommations comparées d huiles moteurs et de carburant Litres d'huile/hectolitre de carburant 1,5 0,5 Figure 3 Consommation d huiles pour moteurs à essence et Diesel comparée à la consommation de carburants sur le marché intérieur français entre 1987 et 2001 (source : Centre professionnel des lubrifiants) La figure 2 donne l évolution, entre 1955 et 2001, de la consommation moyenne d huiles moteurs comparée à la consommation correspondante de carburants automobiles (essence + gazole) pour le marché intérieur français. Les quantités d huiles moteurs consommées comprennent les premiers pleins, les vidanges, les appoints, les fuites et les pertes diverses. Malgré une diminution notable de la consommation en carburant des véhicules, la consommation relative d huiles a été divisée par 4 en 45 ans. Les gains obtenus sont dus, à la fois, aux améliorations technologiques apportées aux moteurs (métallurgie, géométrie, précision dimensionnelle, états de surface, etc.) et aux progrès réalisés en matière de formulation et de qualité rhéologique des lubrifiants pour moteurs. À ce propos les différentes ruptures de la courbe de la figure 2 correspondent à des évolutions sensibles de constitution ou de performances des huiles moteurs. Si l on considère maintenant les évolutions séparées des consommations d huiles des moteurs à essence et des moteurs Diesel sur une période plus courte, entre 1985 et 2001 (figure 3), on constate que, après une période de stabilité vers 0,7 litre d huile/hectolitre de carburant, la consommation des huiles pour moteurs à essence remonte sensiblement depuis 1996 pour se rapprocher de 1 litre/hectolitre en Cette remontée peut s expliquer par le fait que, d une part, les véhicules à essence sont majoritairement des véhicules de faible cylindrée consommant peu de carburant et qui, généralement, effectuent un faible kilométrage annuel (seconde voiture, voiture de ville...). Ils sont cependant vidangés en moyenne une fois par an. D autre part, comme il a été vu précédemment, les huiles mixtes essence-diesel sont comptabilisées dans les statistiques avec les huiles pour moteurs à essence. Or, une partie importante d entre elles servent à lubrifier les moteurs Diesel. Cela peut aussi expliquer la diminution importante du rapport entre la consommation d huile et la consommation de gazole des moteurs Diesel durant la même période. Celui-ci, en effet, parti de haut en 1985 avec 1,35 L/hL, n a cessé de décroître pour atteindre 0,6 litre d huile par hectolitre de carburant Diesel en Cette chute est également la conséquence des allongements très importants des intervalles de vidange de tous les véhicules Diesel ainsi que de la diminution sensible des consommations d huile des nouveaux moteurs Diesel. 4. Conclusion 1 0 Moteurs diesel Diesel Moteurs à à essence Moteurs à essence + diesel Diesel Années Dans tous les pays où existent des statistiques fiables concernant les lubrifiants, la part de la consommation d huiles pour moteurs est, de loin, la plus importante puisqu elle varie entre le tiers et plus de la moitié de l ensemble des lubrifiants. Cependant, dans les pays industrialisés d Europe occidentale et d Amérique du Nord, on a constaté que non seulement le tonnage mais aussi la part relative des huiles pour moteurs diminuaient depuis 1999, ce Techniques de l Ingénieur, traité Génie mécanique BM

8 LUBRIFIANTS POUR MOTEURS THERMIQUES que traduit le tableau 2. Cette évolution n est pas due à celle du parc automobile qui continue d augmenter, ni à celle des distances moyennes parcourues qui augmentent aussi, comme en témoigne l augmentation de la consommation de carburant. Elle est à mettre au compte des allongements considérables des intervalles de vidange des moteurs modernes ( à km sur véhicules de tourisme et jusqu à km, et quelquefois plus sur véhicules poids lourds) ainsi qu à la diminution de la consommation d huile des moteurs (segmentations et joints plus étanches, huiles moins volatiles ) en vue, notamment, de réduire les émissions de polluants dues au lubrifiant brûlé dans la chambre de combustion et de ne pas empoisonner le catalyseur de post-traitement des gaz d échappement par certains éléments contenus dans les huiles, comme le phosphore par exemple. Alors que, naguère, on admettait comme normale une consommation d huile de 0,5 à 1 litre aux kilomètres sur moteurs de véhicules légers, aujourd hui on ne fait pratiquement plus d appoint d huile entre les vidanges et l on n admet guère des consommations excédant 0,1 L/1 000 km. Pour les mêmes raisons, les constructeurs de gros moteurs Diesel visent à ne pas dépasser 0,1 g d huile par kwh, soit moins de 20 g d huile par heure pour un moteur développant 200 kw de puissance. Mais, si le tonnage des huiles pour moteurs décroît, la qualité s améliore sans cesse pour satisfaire les nouvelles technologies de moteurs, conserver leurs propriétés plus longtemps pour permettre des vidanges plus espacées, contribuer à la réduction des émissions de polluants et économiser un peu de carburant. La percée des huiles de synthèse et hydrotraitées ainsi que les progrès constants des additifs constituent la réponse des fournisseurs de lubrifiants à ces nouvelles exigences. Il est en effet constaté deux grandes tendances dans la formulation des huiles pour moteurs. La première, qui apparaît dans les tableaux 3 et 5 est l émergence d huiles plus fluides à froid et plutôt moins visqueuses à chaud (grades 5W-30 ou 40 et même 0W-30) ainsi que le glissement du grade classique 15W-40 vers le grade 10W-40). La deuxième évolution est l amélioration des performances des huiles en matière de tenue à l oxydation, de détergence, de pouvoir dispersif vis-à-vis des suies, de propriétés antiusure, de stabilité au cisaillement, de faible volatilité, etc., comme l imposent aux utilisateurs les constructeurs de moteurs au travers de leurs spécifications d huiles de premier plein et leurs préconisations d huiles de service. Ces évolutions vers des huiles plus fluides et plus performantes sont irréversibles. Si elles sont aujourd hui (en 2003) plus marquées dans les pays de l Europe du Nord, elles vont rapidement se développer dans tous les pays industrialisés et dans certains pays émergents (Europe centrale et de l Est, Sud-Est asiatique ) utilisateurs croissants de véhicules modernes. Dans les prochaines années, le marché des huiles moteurs sera de plus en plus réduit en tonnage mais portera sur des produits de plus en plus sophistiqués, par conséquent notablement plus chers. BM Techniques de l Ingénieur, traité Génie mécanique