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Propriétés physico-chimiques de l'HVP

L'HVP a des propriétés physico-chimiques différentes de celles du carburant diesel d’origine pétrolière. Ces particularités sont donc à connaître afin de prendre les précautions nécessaires en vue de l'utilisation de l'HVP comme carburant dans les moteurs. La pré-norme DIN 51605 récapitule les critères à respecter pour obtenir une huile végétale de qualité carburant ainsi que les paramètres et les méthodes d'analyse :

Les caractéristiques chimiques

Teneur en huile et profil en acides gras

Les huiles sont essentiellement (> 95 %) composées de triglycérides, dont la structure chimique comporte du glycérol estérifié par trois acides gras. Le solde est composé principalement de phosphatides, stérols et alcools qui peuvent influencer les caractéristiques de l’huile (odeur, couleur). C’est la composition d’une huile en acides gras qui lui confère ses qualités nutritionnelles, ses particularités et sa texture. On distingue plusieurs types d’acides gras. Les acides gras dits « saturés » n’ont pas de double liaison dans leur chaîne carbonée. Ils sont présents notamment dans les graisses animales et dans les graisses végétales. C’est la teneur et la position de ces acides gras qui détermine la texture de l’huile. Plus une huile sera riche en acides gras saturés, plus elle sera solide aux températures normales. Les acides gras insaturés quant à eux présentent une ou plusieurs doubles liaisons dans leur chaîne carbonée, on parle alors d’acides gras mono-insaturés ou poly-insaturés. On trouve ces acides gras insaturés plus souvent dans les huiles végétales. L’acide gras mono-insaturé le plus courant est l’acide oléique. Les deux principaux acides gras polyinsaturés des huiles sont l’acide linoléique et l’acide-linolénique.

Teneur en soufre

La teneur en soufre est importante à prendre en compte dans le cas de l’HVP carburant. En effet, le soufre contribue à l’émission de particules et de dioxyde de soufre par l’échappement ainsi qu’à la formation de dépôts acides dans l’huile lubrifiante. De plus, ce soufre réduit le fonctionnement des catalyseurs. Les teneurs mesurées sur l’huile produite à la ferme sont généralement faibles puisqu’elles se situent sous la barre des 20 ppm alors que les exigences de teneur en soufre des différents carburants sont de maximum 50 ppm pour 2005 et 10 ppm pour 2009.

Teneur en phosphore

La teneur en phosphore indique la présence de phospholipides. Ce paramètre est très important pour un usage carburant. En effet, ces phospholipides sont responsables d’encrassement des soupapes et de la chambre de combustion des cylindres lors de l’utilisation d’huile végétale carburant (phénomène de gommage). La graine de colza contient des teneurs importantes de phosphore. Cet élément peut se retrouver en plus ou moins grande quantité dans l’huile selon les conditions de trituration. Ainsi, une trituration à froid, autour de 50°C, offre l’avantage de produire une huile dont la teneur en phosphore est fortement réduite. Pour la fabrication de l’EMHV, les huiles obtenues par extraction industrielle, c'est-à-dire pression à chaud + extraction à l’hexane, ont des teneurs en phospholipides très largement supérieures, et peuvent atteindre les 500 ppm. Ces huiles issues d’une extraction industrielle nécessitent donc une étape de dégommage dans le processus de raffinage, pour une utilisation future comme carburant, ce qui diminue l’efficacité énergétique de cette filière.

Teneur en cendres

Les cendres ont un pouvoir abrasif qui doit être limité pour éviter des problèmes au niveau de la pompe d’injection, des injecteurs et des cylindres.

Teneur en eau

La présence d’eau dans le carburant, quel qu’il soit, pourra poser des problèmes tout au long du circuit de carburant (réservoir, filtre, etc.). Ce paramètre est donc à surveiller et dépendra de l’humidité de la graine et des conditions de stockage de l’huile.

L’acidité

L’huile contient naturellement des acides gras libres. La quantité d’acides gras sera d’autant plus grande que la graine sera altérée (par les conditions agro-climatiques de récolte, conditions de séchage et de stockage). Sous l’action d’une enzyme, la lipase, les triglycérides libèrent leurs acides gras, provoquant l’acidification de l’huile. Ce sont les lipases contenues dans des microorganismes associés aux graines qui sont responsables des accidents de conservation. Lorsque des graines s’acidifient, la quantité d’huile que l’on peut en tirer diminue. De plus, les traitements de fabrication deviennent plus délicats à mettre en oeuvre : difficultés de trituration, baisse du rendement en huile, pertes au raffinage accrues, risques de rancissement de l’huile raffinée. La teneur en acides gras libres, qui s’exprime par l’indice d’acide (ou l’acidité), est une bonne indication du niveau d’altération de la graine. Pour rappel, l’acidité oléique constitue un critère pour la réception de la récolte et ne peut dépasser une valeur de 2 % d’acidité oléique. D’après quelques expériences, il semblerait que le contact de l’air ait une influence plus importante sur l’acidification de l’huile que la lumière bien que les valeurs restent acceptables.

L’oxydation

L'oxydation est un phénomène fondamental dans toute l’industrie des corps gras. L'altération chimique des corps gras insaturés par l'oxygène de l'air débute par la formation d'un peroxyde et ensuite par la formation de “produits de scission”. Ces produits de scission résultent de la coupure de la chaîne grasse au niveau de la double liaison qui donne une série de composés à chaîne courte comme les aldéhydes et les cétones, responsables de l'odeur de corps gras rances. Cette réaction commence très lentement puis s'accélère de façon exponentielle. L'oxygène se fixe sur les chaînes grasses de façon différente suivant la température à laquelle a lieu l'oxydation. L'indice de peroxyde permet d’estimer le niveau d’oxydation de l’huile. Il s'exprime en nombre de milliéquivalents d'oxygène actif par kilogramme de corps gras. Pour ce paramètre également, on observe une plus forte influence de l’air que de la lumière. L’oxydation améliore l’indice de cétane, c'est-à-dire la capacité de l’huile à s’enflammer, ce qui est plutôt positif dans l‘utilisation de l’HVP carburant.

Propriétés physiques

Viscosité

La viscosité peut être définie comme une résistance à l’écoulement, à la déformation. Elle s’exprime en en centistokes. La viscosité des acides gras et des triglycérides est liée à leur structure, et en particulier à la longueur des chaînes et à leur insaturation :

  • l’augmentation du poids moléculaire entraîne une augmentation de la viscosité ;
  • l’augmentation de l’insaturation entraîne, à longueur de chaîne constante, une diminution de la viscosité.

La viscosité des huiles végétales est fonction de la nature des graines et est en général nettement plus élevée que la viscosité du diesel (entre 71 et 72 cts pour l’huile contre 4,5 pour le gazole). Cette viscosité élevée peut poser problème pour l’alimentation des moteurs en carburant (pression à la pompe à injection, diamètre des durites trop petit) et à l’injection (taille des gouttelettes trop grosse, à l’origine d’une mauvaise combustion et donc d’imbrûlés à l’échappement). Cependant, la viscosité de l’HVP est fortement dépendante de la température. Pour palier le problème de la viscosité de l’HVP, une des solutions est donc de la chauffer à environ 70-80°C pour obtenir une viscosité similaire à celle du gazole.

Densité

La densité peut être définie comme étant le poids de produit contenu dans un volume déterminé (un litre) dans des conditions déterminées. Ainsi, pour les carburants, la température de mesure est fixée à 15°C. La densité varie peu entre les différentes huiles végétales mais est supérieure à la densité du diesel. La densité de l’HVP trouve son intérêt pour l’utilisation de l’huile en mélange. La densité de l’HVP est voisine de celle du gazole ce qui signifie que le mélange HVP/gazole est homogène et que les deux carburants ne se séparent pas.

Point éclair

Le point éclair d’un liquide se définit comme la température la plus basse à laquelle la concentration de vapeurs émises est suffisante pour produire une déflagration au contact d’une flamme, d’une étincelle, d’un point chaud mais insuffisante pour produire la propagation de la combustion en l’absence de la “flamme pilote”. Les produits peuvent être classés en fonction de leur point-éclair :

  • < 0°C : extrêmement inflammables
  • de 0°C à 21°C : facilement inflammables
  • de 21°C à 55 °C : inflammables

Dans le cas de l’huile, le point éclair (PE) est beaucoup plus élevé que le gazole. Ceci présente à la fois un avantage et un inconvénient majeurs. La combustion de l’HVP est rendue plus difficile, notamment au démarrage, puisque la température nécessaire à la combustion est d’environ 275°C (environ 75°C pour le fioul). Cependant, une valeur élevée de ce point éclair est synonyme de sécurité pour le stockage et la manutention du produit.

Pouvoir Calorifique Inférieur

Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) se définit comme la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète d'une unité de combustible. Elle s’exprime en kJ/kg. Cette valeur permet de comparer différents produits de nature différente et permet de convertir l’ensemble des carburants sous forme de tep (tonne équivalent pétrole). Le pouvoir calorifique des différentes huiles végétales sont proches les unes des autres mais inférieures d’environ 10% au PCI du carburant diesel. Cependant, en raison de la légère différence de densité, le PCI des huiles végétales exprimé par unité de volume se rapproche de celui du diesel. C'est-à-dire qu’en termes énergétiques, un litre d’HVP permettra le même travail qu’un litre de fioul agricole.

Indice de cétane

L’indice de cétane (IC) traduit l'aptitude d'un combustible pour moteur diesel à s'enflammer. Cette caractéristique est particulièrement importante pour le diesel (ou les agrocarburants équivalents) où le carburant doit s'auto-enflammer sous l'effet de la compression de l'air enfermé dans le cylindre. Le zéro de l'échelle de cet indice est donné par la valeur du méthylnaphtalène qui a une forte résistance à l'inflammation et la valeur 100 est donnée par le cétane qui s'enflamme très facilement. Un indice IC trop bas provoque :

  • des difficultés de démarrage à froid
  • une augmentation du niveau de bruit.

Par contre, un indice trop élevé (> 60) :

  • réduit le bruit du moteur mais
  • présente un mauvais rendement thermodynamique.

Aucune méthode d’analyse satisfaisante n’existe actuellement pour pouvoir déterminer correctement l’indice de cétane des produits forts visqueux comme l’huile végétale car la méthode standardisée a été mise au point pour le carburant diesel. Si ce paramètre est déterminé avec les méthodes classiques, les résultats seront inférieurs aux valeurs disponibles pour le diesel (entre 38 et 42 pour l’HVP, entre 40 et 49 pour le fioul agricole). Il serait donc nécessaire de mettre au point une méthode d’analyse adaptée permettant de mesurer précisément l’IC des HVP.

Contamination

Ce paramètre est un des plus importants pour une utilisation carburant de l’huile. Cette mesure permet en effet de déterminer la pureté de l’huile ainsi que l’efficacité du processus de filtration de l’unité de production. Une contamination trop importante conduira à un colmatage prématuré des filtres des véhicules, à un encrassement du circuit de carburant et peut avoir un effet abrasif sur certains organes sensibles (pompe, injecteurs). Les résultats d’analyse faite sur de l’huile ayant subi une filtration à 10 μm conduisent à des valeurs très élevées, ce qui doit conduire à une réflexion sur la filtration mise en place : cartouches de filtration inadaptée pour la filtration d’huile ou nécessité de descendre à des niveaux de filtration plus bas (1-5μm).

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