Approche expérimentale originale pour l'évaluation des transports Stabilité carburant

La dégradation des carburants et la formation de dépôts sont des enjeux clés pour le développement des carburants futurs et des biocarburants. Ce protocole permet d'étudier l'oxydation des carburants dans des conditions contrôlées, et peut s'avérer utile pour élaborer de nouvelles formulations ainsi que des stratégies préventives. Cette méthode peut aider à répondre à des questions essentielles dans le domaine de la qualité des carburants, telles que l'impact de la composition du carburant et des conditions de fonctionnement sur les mécanismes d'oxydation et les produits formés.

L'avantage principal de cette technique réside dans l'utilisation de réacteurs disponibles dans le commerce, couplés à des méthodes analytiques puissantes permettant d'effectuer une oxydation contrôlée et de suivre l'évolution des produits d'oxydation. Cette méthode peut fournir des informations sur le mécanisme de dégradation des carburants diesel et biodiesel, et a été appliquée avec succès pour étudier le pouvoir oxydant de ces carburants ainsi que des lubrifiants. Les personnes novices dans cette méthode pourront éprouver des difficultés, car l'interprétation des résultats de GC-MS peut s'avérer délicate.

Les formes d'oxydation produisent plusieurs produits, et le chromatogramme peut présenter plusieurs pics. Pour commencer cette procédure, retirez la poussière ou les contaminants des récipients réactionnels à l’aide d’air comprimé. Remplissez les récipients réactionnels du Bloc A avec sept millilitres d’un échantillon frais de carburant de méthyle d'oléate à l’aide d’une pipette.

Ensuite, fixez le tube d'air sur le couvercle du récipient réactionnel et placez-le sur le récipient réactionnel. Pour configurer le test, réglez la température de consigne du bloc A à 110 degrés Celsius. Réglez ensuite le débit d'air à faire barboter à travers l'échantillon à 10 litres par heure.

Définissez les critères d'arrêt sur un seuil de conductivité de 400 microsiemens par centimètre ou sur une période d'induction déterminée par le logiciel. Saisissez ensuite le nom et la référence de chacun des échantillons du Bloc A dans le logiciel. Placez les récipients réactionnels dans le Bloc de chauffage A. Lancez le test en appuyant sur le bouton de démarrage dans l'interface utilisateur du réacteur 1, puis vérifiez le bon fonctionnement du réacteur en observant les bulles d'air.

Une fois le test terminé, retirez les récipients de réaction du bloc chauffant. À l’aide d’une pipette, aspirez soigneusement le contenu de chaque récipient de réaction et transférez chaque échantillon prélevé dans un flacon en verre de 10 millilitres. Ensuite, placez les flacons verticalement au réfrigérateur.

Déterminez la période d'induction moyenne à partir des quatre échantillons par la méthode de l'intersection des tangentes. Répétez les étapes précédentes en utilisant le bloc B, en modifiant le critère d'arrêt en indiquant une durée de fin égale à quatre fois la période d'induction moyenne. Une fois l'essai terminé, extrayez manuellement le premier récipient réactionnel du bloc chauffant, à 0,5 fois la période d'induction.

Le deuxième récipient réactionnel à la période d'induction. Le troisième récipient réactionnel à deux fois la période d'induction. Et le quatrième récipient réactionnel à quatre fois la période d'induction.

Ensuite, transférez le contenu de chaque récipient de réaction dans un flacon en verre de 10 millilitres. Après avoir étiqueté chaque échantillon, placez-les verticalement au réfrigérateur. Pour déterminer le TAN du méthyle oléate prélevé à des stades d'oxydation croissants, rincez d'abord tous les récipients et pièces en contact avec l'échantillon à l'eau ultra-pure, puis à l'isopropanol.

Placez ensuite deux grammes de l'échantillon dans le récipient de mesure. Diluez l'échantillon avec 10 grammes d'isopropanol. Insérez maintenant une électrode en verre et ajoutez progressivement une solution de 0,1 mol/L d'hydroxyde de potassium diluée dans l'isopropanol jusqu'au point d'équivalence.

Indiquez la teneur en nombre d'acide (TAN) de l'échantillon en milligrammes d'hydroxyde de potassium par gramme de carburant. Pour analyser l'oléate de méthyle prélevé à des stades d'oxydation croissants, injectez un microlitre de l'échantillon dans un appareil de GC-MS équipé d'une colonne FFAP en utilisant un rapport de division de 1 à 75. Pour effectuer le premier cycle d'oxydation dans le réacteur 2, réglez la température de chauffage à 150 degrés Celsius dans le logiciel.

Régler la pression dans la cellule de test à sept bars, puis définir le critère d'arrêt. Préparer la cellule de test en éliminant la poussière ou les contaminants à l’aide d’un papier de laboratoire imprégné d’acétone. Après avoir remplacé le joint d’étanchéité, remplir la cellule de test avec cinq millilitres de l’échantillon de carburant à l’aide d’une pipette.

Fermez la cellule de test avec un bouchon à vis, suivi d'un couvercle de protection verrouillé. Ensuite, lancez le test en appuyant sur le bouton de démarrage dans l'interface utilisateur du Réacteur 2, et observez la courbe de la période d'induction dans le logiciel. Après la dépressurisation automatique de la cellule, ouvrez le couvercle de protection verrouillé puis le bouchon à vis.

Pour effectuer x cycles d'oxydation successifs, répéter les étapes précédentes le nombre de fois souhaité. À la fin des x tests, transférer tout le carburant oxydé restant dans la cellule dans un flacon en verre de cinq millilitres, puis placer le flacon verticalement au réfrigérateur. Nettoyer la cellule à l’aide d’un papier de laboratoire imprégné d’acétone.

Pour analyser les échantillons générés par FTIR-ATR, nettoyez d'abord la cellule ATR en diamant à l'aide d'un papier de laboratoire imbibé d'éthanol. Ensuite, réglez sur 100 balayages pour construire le spectre FTIR, fixez la résolution à quatre centimètres inverses et définissez la plage spectrale de 600 à 4 000 centimètres inverses. Après avoir sorti l'échantillon de carburant du réfrigérateur, agitez-le soigneusement afin d'homogénéiser la composition du carburant.

À l’aide d’une pipette, prélevez 10 microlitres de carburant à partir du flacon et déposez la goutte sur une cellule ATR en diamant horizontale à température ambiante. Enfin, démarrez l’analyse. Les résultats de l’analyse de la TAN suggèrent que la formation d’espèces acides est lente pendant la phase initiale d’oxydation et devient significative lors des stades intermédiaire et avancé de l’oxydation.

On observe une augmentation de l'intensité pour plusieurs pics dans les chromatogrammes du méthyl oléate, passant de zéro IP à quatre IP, et certaines espèces initialement absentes se forment à des niveaux d'oxydation moyens à élevés avec des intensités croissantes. Le méthyl 6-hepténoate est produit au cours du processus d'oxydation. De plus, plusieurs molécules à chaîne courte sont formées par clivage moléculaire.

Des aldéhydes et des esters méthyliques sont formés par la réaction de l'oxygène moléculaire avec des radicaux alcool ou des hydroperoxydes. La couleur du carburant change durant l'oxydation, passant d'une teinte transparente à jaunâtre, puis brunâtre, en raison de la formation de composés polaires. La masse moléculaire de ces produits augmente parallèlement au degré d'oxydation.

Les échantillons B0 oxydés montrent la formation d'une phase sombre et visqueuse composée de produits polaires de haut poids moléculaire. Le pic carbonyle dans les spectres FTIR des échantillons B0 augmente avec le degré d'oxydation et est attribué aux aldéhydes, cétones et acides. Le pic dans la région R3 indique la formation de groupes hydroxyles, révélant la présence d'alcools et d'acides.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en quelques heures, selon la nature du carburant, sa réactivité et les conditions d'essai, ce qui est bien inférieur à la durée des essais de stockage standards, qui s'étalent sur plusieurs mois, et représente la méthode la plus rapide pour obtenir des informations sur le mécanisme d'oxydation. Lors de la mise en œuvre de cette procédure, il est important de bien conserver l'échantillon oxydé dans des conditions appropriées et de s'assurer que le volume analysé par spectroscopie infrarouge, chromatographie en phase gazeuse ou dosage de l'indice d'acidité totale (TAN) est homogène et représentatif de l'échantillon oxydé. D'autres méthodes peuvent être appliquées pour caractériser les propriétés des dépôts, comme l'analyse thermogravimétrique, qui met en évidence la présence de produits de plusieurs masses moléculaires.

Également la microscopie électronique à balayage, qui fournit des informations sur la morphologie et la composition chimique des dépôts. Ces informations permettent de valider les tendances mesurées obtenues par FTIR et GCMS. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment réaliser une oxydation accélérée du carburant et comment analyser les échantillons par spectroscopie infrarouge, GCMS et TAN, afin d'identifier les produits d'oxydation.

N'oubliez pas que manipuler des combustibles dans un solvant peut être extrêmement dangereux, et des précautions telles que l'utilisation d'équipements de protection, y compris des gants, des blouses de laboratoire et des lunettes de sécurité, doivent toujours être prises lors de l'exécution de cette procédure.