Fonction
Déterminer les sources de défaillance ou le taux d’usure d’un système (moteur, boite de vitesse, …), par l’analyse de la composition de son huile de lubrification (présence de métaux d’usures, pollution). Éléments analysés La spectrométrie d’émission permet avec un petit échantillon d’huile, la mesure simultanée de la concentration d’une vingtaine d’éléments de type:
- métaux:Zinc (Zn), Aluminium (Al), Fer (Fe), Chrome (Cr), Molybdène (Mo), Cuivre (Cu), Plomb (Pb), Etain (Sn), Nickel (Ni), Argent (Ag), Titane (Ti), Antimoine (Sb), Vanadium (V),
- polluants & additifs:Silicium (Si), Sodium (Na), Potassium (K), Bore (B), Plomb (Pb), Calcium (Ca), Phosphore (P), Magnésium (Mg), Baryum (Ba), Soufre (S).
Éléments de diagnostique
- Si, K, Na, B, Pb, Ca (pollution interne et externe)
- Ni, Al, Fe, Cr, Mo, Cu, Pb, Sn, Al, Zn, Sb (Usure moteur: engrenage, roulements, paliers lisses, …)
- B, Ca , Zn, P, Mg, Ba, S, Mo, SI, Al (Lubrifiant et graisses)
Exemple d’analyse spectrométrique : Diagnostic:Le lubrifiant est très fortement pollué par des matières abrasives (silice), ainsi que du liquide de refroidissement (sodium + bore) et l’usure générale est inquiétante (bas moteur, haut moteur (Magnésium, aluminium, fer, chrome, cuivre, plomb). Définition de la spectrométrie d’émission Les atomes ou les molécules stimulés à de hauts niveaux d’énergie (à haute température) se désintègrent en émettant des radiations (émission de lumière ou luminescence). On parle d’émission atomique ou optique. La spectroscopie d’émission atomique (SEA) utilise une mesure quantitative de cette émission optique, pour déterminer la concentration de la substance à analyser. Fonctionnement (mise en condition, mesure)
- Préparation de l’échantillon:l’échantillon est introduit sous forme liquide et dilué dans un solvant (Kerdane) pour abaisser sa viscosité.
-
Mise en condition pour la mesure:l’échantillon est introduit dans un plasma: partie haute d’une torche, portée à très haute température (6000 à 10000 °K) par 2 moyens associés:
- inflammation (ionisation) d’un flux continu d’argon (torche) initiée par une étincelle
- création d’un champ magnétique en faisant passer un courant électrique à haute fréquence à travers une bobine.
- Principe de la mesure:les atomes de l’échantillon sont dissous, vaporisés et atomisés par le plasma. Le retour à l’état repos des atomes émet des rayonnements. Les éléments constituant l’échantillon et leur concentration sont évalués en étudiant les spectres (plages lumineuses) de la torche et en mesurant leur intensité. Une cellule photovoltaïque ou un capteur ccd (type capteur d’appareil photo numérique) permet cette mesure.
- Etalonnage de l’appareil:le calcul des résultats sera issu d’’une courbe de calibrage effectuée avec des solutions étalons synthétiques reconstituant au mieux le milieu échantillon.
Intérêt pédagogique Intégrer l’utilisation de cet appareil et l’exploitation des résultats dans le cycle de formation sur les huiles comprenant:
- TP: – viscosité – point éclair – dilution – essai à la tache – teneur en eau
- cours: les caractéristiques du lubrifiants, le diagnostic moteur à partir des résultats physico-chimique (dont la spectrométrie),
- conférence «Unil Opal» sur les lubrifiants.
Histoire du spectromètre Ce spectromètre a été cédé à la section par l’entreprise IESPM en octobre 2010 suite à son remplacement par un modèle de technologie plus récente, opportunité pour le lycée, vu le coût d’un tel appareil (70 000 euros). Il effectuait 1000 analyses d’échantillons d’huile par semaine pour des professionnels et des particuliers (analyse d’huile moteur, système de transmission et hydraulique). Après une Installation et une remise en service par la société SPECTRO, Il est opérationnel depuis janvier 2011. Une première utilisation par un professeur vient d’être effectuée pour la prise en main. Sa première utilisation par les étudiants de BTS MCI 2ème année se fera au cours de l’année scolaire 2012-2013.