Lubrifiant (mécanique)

Les trois principales familles de lubrifiants sont[1] :

• les lubrifiants solides :
  • graphite, disulfure de molybdène, biséléniures, cires ;
  • polymères : fluoropolymères, polyamides ;
• les lubrifiants liquides :
  • huiles de lubrification : voir paragraphe ci-dessous : « Fluides lubrifiants » ;
  • polyglycols à faible masse moléculaire : polyéthers glycols (comme le polyéthylène glycol (PEG)), polyesters glycols ;
  • silicones ;
• les lubrifiants pâteux :
  • graisses de lubrification : graisses à base d'huile de pétrole, lanoline, suif, brais ;
  • polyglycols à masse moléculaire moyenne : polyéthers glycols (comme le polyéthylène glycol), polyesters glycols ;
  • silicones (graisse de silicone).

Les lubrifiants d'éléments mécaniques sont presque tous améliorés par des additifs qui apportent tout ou partie des fonctions suivantes[2] :

• anti-oxydation ;
• anti-corrosion (effet obtenu par dépôt d'une fine couche dure et protectrice produire par des éléments adsorbés sur le métal à protéger) ;
• émulsifiant ;
• détergent ;
• anti-mousse ;
• anti-usure et extreme pression.

Jusqu'à la révolution industrielle, les premiers lubrifiants mécaniques étaient des huiles végétales, ou des graisses animales (suif déposés sur les lieux de frottements de cordages, les axes de poulies ou d'engrenages (dans les rouages de moulins à vent et à eau dans la marine).

Les rouages et essieux des anciennes automobiles étaient lubrifiés avec une graisse à base de résine de bois, produite par « décomposition par les alcalis de l'huile pyrogénée de résine »[3]. Cette graisse faisait au milieu du XIX^e siècle l'objet d'un commerce considérable[3].

Au début du XXI^e siècle, Certains imaginent que les lubrifiants du futur pourraient être des liquides ioniques[4] - [5] - [6] - [7], dont dans le domaine des nanotechnologies[8], mais ces produits sont souvent intrinsèquement toxiques et polluants, et leurs produits de dégradation peuvent l'être plus encore.

Alors que les lubrifiants sont considérés comme une source significative de pollution de l'eau, des sols et sédiments, on cherche à produire des lubrifiants alternatifs « verts » (biolubrifiants, non toxiques, biosourcés et biodégradables)[9] - [10] - [11], dont en se basant sur une analyse du cycle de vie et l'empreinte carbone[12].

Historiquement, les premiers grands fabricants de lubrifiants mécaniques sont issus de la pétrochimie ou plus généralement de la carbochimie. Au début des années 2000, ce sont notamment :

Depuis peu, les bioraffineries, plus proches des filières agroalimentaires et agrochimiques, proposent des lubrifiants verts, biodégradables, qui pourraient peu à peu prendre le relais d'un nombre croissant de lubrifiants pétroliers, dans le cadre de la décarbonisation de l'économie, afin de diminuer la participation de l'industrie au réchauffement climatique via ses émissions de gaz à effet de serre.

Utilisés exclusivement pour l'évacuation des calories :

• l'air soufflé est le plus simple des réfrigérants, utilisé pour certains meulages ;
• l'eau, employée pour l'affûtage à la meule, plus rarement sur les machines-outils pour des raisons d'oxydation, mais peut être additionnée de 2 à 3 % de soude pour pallier ce problème (voir chapitre : « Les résines »).

Ce sont pour l'essentiel des huiles :

• Huile animale : comme le suif qui est un produit résiduel obtenu par la fonte de la graisse de mouton ou de bœuf.
• Huile végétale : utilisée quelquefois comme huile de coupe (colza, lin), mais devient rance à l'usage. En France en forêt, dans les zones naturelles sensibles, les intervenants doivent respecter la réglementation prise en application de l'article 44 de la Loi d'orientation agricole du 5 janvier 2006 et utiliser un biolubrifiant (lubrifiant biodégradable ou répondant à l'écolabel européen pour les scies à chaîne, y compris pour les têtes d'abatteuses.
• Huile minérale : plus stable et qui ne s'oxyde pas à l'air, son pouvoir mouillant et lubrifiant est amélioré par l'incorporation d'une petite quantité de soufre (1 à 3 %) ou de graphite.
• Huile de synthèse : correspond à la qualité maximale pour la lubrification des moteurs.
• Huile de coupe : elle doit posséder à la fois un pouvoir mouillant élevé et un pouvoir lubrifiant qui assure, malgré des pressions importantes, l'existence d'une pellicule d'huile entre le copeau et la surface d'attaque de l'outil (filmo-résistance de l'huile).
• Pétrole lampant : permet l'usinage aisé de certaines matières comme l'aluminium qui auraient tendance à coller sur la face d'attaque de l'outil.
• Eau savonneuse : utilisée pour lubrifier des chaines de distribution à basse vitesse, dans certains types d'entrepôts.

Depuis quelques années apparaissent des lubrifiants d'une nouvelle génération à base de nanoparticules, et augmentant sensiblement les performances, pouvant aller jusqu'à une diminution de 20 % du coefficient de frottement, et une diminution de 55 % de l'usure des pièces. Et la recherche n'est pas terminée, laissant présager une nette amélioration de la longévité des pièces d'usure, et un meilleur rendement des moteurs.

Le travail de coupe provoque un fort dégagement de chaleur qui a pour causes :

• l'effort de rupture du métal ;
• le frottement du copeau sur la face d'attaque de l'outil.

Ces effets dus à l'échauffement provoquent la destruction de l'arête de coupe par dépassement de la température limite jusqu'à laquelle l'outil conserve sa dureté, ainsi que la déformation de la pièce par suite de dilatation. Cette dilatation entraîne :

• des erreurs de lecture de cotation ; la température des instruments de mesure (pied à coulisse, palmer, calibre) étant à une température inférieure à celle de la pièce ;
• un allongement de la pièce qui peut être néfaste à son maintien sur la machine ;
• un mauvais état de surface.

• Le suif, en petite quantité sur les outils (taraud, filière…).
• Les huiles de coupe, à la fois réfrigérantes et lubrifiantes (huile végétale, animale ou minérale).

De par la nature des hydrocarbures qui les composent, mais aussi en raison de la toxicité intrinsèque de certains de leurs additifs, les lubrifiants minéraux sont souvent irritants, toxiques et parfois cancérogènes effets du raffinage, de l'hydrotraitement et du mélange des solvants[15]. Ces éléments doivent être décrits dans leurs fiches de sécurité.