Plomb tétraéthyle : la solution à un problème et la cause de nombreux nouveaux problèmes

Des années 1920 aux années 1970, la plupart des voitures à essence aux États-Unis utilisaient du carburant contenant du plomb. La raison en était de réduire l’effet de cognement du moteur dû à une combustion anormale dans les moteurs à combustion interne de l’époque. Bien que le plomb – sous forme de plomb tétraéthyle – soit efficace dans ce domaine, même les années 1920 ont vu à la fois l’existence d’agents antidétonants alternatifs et une prise de conscience inconfortable des implications sanitaires de l’exposition au plomb.

Nous examinerons ce qui a motivé l'adoption du plomb tétraéthyle et pourquoi il a été progressivement abandonné une fois que les problèmes liés à l'environnement et à la santé ont été pris en compte. Mais qu’en est-il de ses effets antidétonants ? Nous examinerons également les agents antidétonants alternatifs qui ont pris sa place et la manière dont ce problème de cognement du moteur est géré de nos jours.

Dans un moteur à combustion interne (ICE), idéalement, le mélange air-carburant injecté dans un cylindre s'enflammera au moment parfait où le front de flamme se déplacera vers l'extérieur à partir du point d'allumage, chaque parcelle du mélange air-carburant brûlant. complètement. Cela permettra une utilisation maximale de l'énergie contenue dans le mélange carburé, tout en provoquant une course propre du piston.

En réalité, cependant, les poches de ce mélange air-carburant s’enflammeront avant que le front de flamme ne les atteigne. Ces « flammes froides » se produisent en raison de la compression exercée par le piston combinée à de légères irrégularités dans le mélange, provoquant des ondes de pression supplémentaires dans le cylindre. Cela augmente la pression du cylindre et provoque le bruit de cliquetis métallique typique qui indique un cognement du moteur. Selon le nombre de ces poches qui s'enflamment à l'extérieur du front de flamme de la bougie, il peut en résulter une usure accrue des composants, voire leur destruction pure et simple.

L'indice d'octane du carburant est crucial, car il détermine essentiellement à quel niveau de compression le carburant s'enflammera (sans étincelle). Les carburants à indice d'octane élevé brûlent donc moins facilement, mais permettent des niveaux de compression beaucoup plus élevés, ce qui produit effectivement plus de puissance. En revanche, les moteurs diesel nécessitent des carburants à indice d'octane inférieur, car ils ne compriment que de l'air, le carburant étant injecté à la fin du cycle de compression, la chaleur de l'air comprimé enflammant le carburant.

Il existe heureusement plusieurs moyens d’éviter cet effet d’inflammation prématurée. Ceux-ci inclus:

Vous pouvez choisir le premier point en utilisant ce qu'on appelle un agent antidétonant, un produit chimique qui augmente l'indice d'octane du carburant en augmentant la température et la pression auxquelles se produit l'auto-inflammation. Le plomb tétraéthyle (TEL) est un exemple d'un tel agent. Sa formule chimique est (CH3CH2)4Pb.

À l'intérieur des cylindres du moteur, la fonction du TEL est d'éteindre les allumages spontanés qui se produisent à l'extérieur du front de flamme en traitant les radicaux pyrolisés qui autrement entretiendraient la réaction en chaîne de la flamme froide. Ici, le plomb est le véritable agent réactif, tandis que le reste du TEL sert à lui permettre de se dissoudre dans l'essence (grâce à ses groupes alkyles).

Lorsque le TEL est brûlé, il produit du dioxyde de carbone, de l'eau et du plomb :

Le plomb peut en outre réagir avec l'oxygène pour former de l'oxyde de plomb (II) :

Laissés seuls, le plomb et l’oxyde de plomb(II) s’accumuleraient à l’intérieur du moteur et le détruiraient. Pour éviter cela, des piégeurs de plomb tels que le 1,2-dibromoéthane et le 1,2-dichloroéthane sont ajoutés pour former respectivement du bromure de plomb (II) et du chlorure de plomb (II) (malheureusement, aucun des deux n'est aussi joli que l'iodure de plomb (II)). Ces composés sont facilement éliminés du moteur pendant le fonctionnement normal, d'où ils seraient rejetés dans l'environnement.

En plus du plomb, deux autres substances étaient connues pour augmenter l'indice d'octane de l'essence : l'éthanol (C2H6O) et le benzène (C6H6). Pour l'éthanol, cette propriété d'augmentation de l'indice d'octane est due au fait que l'éthanol convient comme remplacement complet (bien que plus coûteux) de l'essence. Comme l'éthanol a par défaut un indice d'octane plus élevé que la plupart des carburants essence, le mélange d'un pourcentage d'éthanol dans le carburant essence amène ce dernier à avoir un indice d'octane plus élevé, ce qui permet d'obtenir l'effet antidétonant souhaité.