L'essence est un carburant liquide dérivé du pétrole, utilisé principalement dans les moteurs à combustion interne, comme ceux des automobiles.
Ce composé, qui fait partie de notre quotidien, est en réalité un mélange complexe d'hydrocarbures, qui sont des molécules composées uniquement d'hydrogène et de carbone.
L'essence a été spécialement conçue pour être un carburant efficace adapté aux moteurs hautes performances, ce qui signifie que ses propriétés physiques et chimiques ont été ajustées et contrôlées grâce à des processus raffinés.
Tout au long de cet article, nous explorerons les propriétés physiques et chimiques de l’essence, notamment sa volatilité, son point d’éclair et sa capacité à libérer de l’énergie lors de la combustion.
Pour bien comprendre ses caractéristiques, il faut d’abord revoir sa composition puis détailler chacune des propriétés pertinentes.
Composition de l'essence
L'essence est composée d' hydrocarbures qui varient entre des chaînes de cinq à douze atomes de carbone. Certains de ces hydrocarbures courants sont l'heptane, l'octane et divers composés aromatiques tels que le benzène, le toluène et le xylène.
La combinaison de ces composants donne naissance à un mélange qui peut varier d'un type d'essence à l'autre. Les essences ayant un indice d'octane plus élevé, par exemple, contiennent une proportion plus élevée d'hydrocarbures ramifiés et de composés aromatiques, qui améliorent leur capacité à résister à la détonation dans les moteurs.
Le mélange d'hydrocarbures peut également être modifié avec certains additifs , qui servent à optimiser les performances du carburant et à réduire les émissions polluantes.
Certains de ces additifs contiennent des composés oxygénés, comme l'éthanol, qui peuvent améliorer la combustion de l'essence et diminuer la formation de polluants comme le monoxyde de carbone.
Propriétés physiques de l'essence
1. Densité
La densité de l'essence est un aspect essentiel pour son stockage et pour estimer ses performances dans les moteurs. Cette densité varie selon sa composition, mais est généralement comprise entre 0,71 et 0,77 g/cm³.
Contrairement à l’eau, l’essence est moins dense, ce qui explique pourquoi elle flotterait si les deux substances étaient mélangées dans un récipient.
La densité influence également la quantité d’énergie qu’un volume donné d’essence peut stocker, appelée densité énergétique.
L'essence à plus haute densité peut généralement stocker plus d'énergie dans le même volume, ce qui peut être avantageux en termes d'autonomie en carburant d'un véhicule.
2. Volatilité
La volatilité est l’une des propriétés les plus importantes de l’essence, car elle décrit sa capacité à se convertir à l’état gazeux.
L'essence est très volatile, ce qui est favorable à son fonctionnement dans les moteurs à combustion interne. Cette volatilité lui permet de se vaporiser facilement aux températures de fonctionnement du moteur, ce qui facilite son mélange avec l'air du carburateur ou du système d'injection de carburant.
Cependant, une volatilité excessive peut également être problématique, en particulier dans les climats chauds, où l'essence peut s'évaporer rapidement, ce qui peut entraîner des problèmes de pression dans les systèmes de stockage de carburant et une perte d'efficacité.
3. Point d'éclair
Le point d'éclair est la température minimale à laquelle les vapeurs d'essence peuvent s'enflammer en présence d'une source d'inflammation.
Ce point se situe entre -40 °C et -45 °C, ce qui indique que l'essence est extrêmement inflammable même à basse température. Cette fonctionnalité est essentielle pour une utilisation dans les moteurs, où un allumage rapide et contrôlé du mélange air-carburant est essentiel au fonctionnement du moteur.
4. Viscosité
L'essence a une faible viscosité, ce qui signifie que c'est un liquide assez fluide.
Ce faible niveau de viscosité permet à l'essence d'être facilement pompée à travers les passages du système de carburant d'un moteur. De plus, la faible viscosité facilite l’atomisation de l’essence lors de son injection dans le moteur, ce qui est important pour une combustion efficace.
Propriétés chimiques de l'essence
1. Comportement de combustion
La combustion de l’essence est une réaction exothermique, c’est-à-dire qu’elle libère une grande quantité d’énergie sous forme de chaleur. L'équation simplifiée de la combustion des hydrocarbures dans l'essence est la suivante :
C 8 H 18 +O 2 →CO 2 +H 2 O+énergie
Dans des conditions idéales, une combustion complète produit du dioxyde de carbone (CO₂) et de l'eau (H₂O). Cependant, dans la pratique, la combustion n'est jamais complètement efficace et peut donner naissance à des sous-produits tels que du monoxyde de carbone (CO), des hydrocarbures imbrûlés et des oxydes d'azote (NOₓ), en particulier dans les moteurs plus anciens ou mal réglés.
L'efficacité et la qualité de la combustion dépendent du rapport air-carburant dans le moteur. Lorsque le mélange est correct, l'essence brûle efficacement, générant une puissance maximale et réduisant les contaminants.
2. Indice d'octane
L'indice d'octane est une mesure de la résistance de l'essence à la détonation du moteur ou au « cognement », qui se produit lorsque le mélange air-essence s'enflamme spontanément avant l'étincelle d'allumage.
Plus l'indice d'octane est élevé, plus la résistance du carburant à la détonation est grande. L'essence ordinaire a généralement un indice d'octane d'environ 87, tandis que l'essence haute performance peut atteindre un indice d'octane de 91 ou plus.
Ce nombre est important car il permet aux moteurs à haute compression de fonctionner sans risque de détonation prématurée, ce qui est essentiel pour les performances des moteurs de grande puissance ou de voitures de sport.
3. Réactivité et stabilité
L'essence est relativement stable à température ambiante, mais peut réagir avec l'oxygène de l'air au fil du temps, en particulier lorsqu'elle est exposée au soleil ou à la chaleur.
Cette exposition peut provoquer la formation de gommes et de résines dans l'essence, ce que l'on appelle le « vieillissement » du carburant. Pour réduire ce risque, des antioxydants sont ajoutés à l’essence, ce qui contribue à préserver sa stabilité pendant le stockage.
De plus, l'essence peut réagir avec certains matériaux, tels que certains plastiques et caoutchoucs, ce qui peut provoquer une dégradation des composants du système d'alimentation en carburant s'ils ne sont pas spécifiquement conçus pour résister à leur contact.
Impact des additifs sur les propriétés de l'essence
Les additifs sont des composants supplémentaires mélangés à l'essence pour améliorer ses propriétés de combustion, sa stabilité et sa propreté. Certains des additifs les plus courants comprennent :
- Additifs d'oxygène : comme l'éthanol ou le MTBE, qui contribuent à réduire la formation de contaminants et à améliorer l'efficacité de la combustion.
- Détergents – Ajoutés pour empêcher l’accumulation de dépôts sur les injecteurs de carburant et les vannes.
- Stabilisants de stockage : comme les antioxydants, qui empêchent la formation de gommes et de résines.
Ces additifs peuvent légèrement modifier les propriétés physiques de l'essence, telles que sa densité ou sa volatilité, bien que l'impact global soit généralement mineur par rapport aux avantages en termes de performances et de réduction des émissions.