Rapport De Stage

Rapport De Stage
HEBBACHE A NISS M OUNDHIR
janvier 2017
2
Remerciements
En premier lieu je remercie le bon DIEU le tout puissant de nous avoir facilité le
chemin, et donner la persévérance pour réaliser ce modeste travail.
Nos remerciements les plus respectueux et les plus profonds vont au personnel de NAFTAL la branche carburants :
Mr Y. BELAHBIB Chef département formation ;
Mr HASSAN BENAMOUR Chef du service analyse au niveau du laboratoire central ;
Et toute l’équipe du laboratoire central pour leur aide, leur disponibilité, leur compréhension et leur patience tout le long de notre stage.
On tient aussi a remercier tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation
de ce humble travail.
i
ii
Abréviations
AFNOR :
API :
ASTM :
JFTOT :
ISO :
MSEP :
Association Française de Normalisation.
American Petroleum Institute.
American society for testing and materials.
Jet fuel thermo oxydation test.
Internationnal organisation for standarization.
Microséparateur.
iii
iv
Liste des tableaux
2.1
Les analyses effectuées au niveau du laboratoire Central . . . . . . . . . . . .
13
4.1
Composition élémentaire du fioul
26
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
v
LISTE DES TABLEAUX
vi
Table des figures
1.1
Carte de l’implantation de la société de Branche Carburants NAFTAL . . . . .
5
2.1
2.2
Laboratoire central de la branche carburant . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Plan de travail au sein du laboratoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
12
3.1
Schéma simplifié du procédé de raffinage du pétrole . . . . . . . . . . . . . . .
19
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
Appareil de conductimètre MAIHAK MLA 900 . . . . . . . . .
Appareil de distillation automatique NDI 450 . . . . . . . . . .
Appareil de point eclair PENSKY MARTENS . . . . . . . . . .
Appareil de point eclair CLEVELAND . . . . . . . . . . . . .
Appareil de spectrométrie rayon X type OXFORD LAB X-3500
Appareil MSEP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bain d’huile de viscosité et viscosimètre . . . . . . . . . . . . .
Appareil de bain de corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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31
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TABLE DES FIGURES
viii
Sommaire
Remerciements
i
Abréviations
iii
Liste des tableaux
v
Liste des figures
vii
INTRODUCTION GÉNÉRALE
3
1
5
5
6
2
Présentation de la branche carburant
1.1 Localisation géographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Missions principales de la Branche Carburants . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1 Les missions de directions opérationnelles de la branche carburant dans
ses activités d’aviation et marine sont : . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2 Les missions des directions opérationnelles de la branche carburant
dans ses activités gestion de stockage des infrastructures sont : . . . . .
1.3 Produits commercialisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.1 Pour activité aviation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.2 pour activité marine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3 Pour l’activité terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4 Normes et Spécifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.1 Qu’est ce que les spécifications ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.2 Qu’est ce que les normes ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5 Les organismes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Laboratoire central de la branche carburant
2.1 Conditions de réception d’un échantillon . . . . . . . . . . . .
2.2 Contrôle de qualité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Les différents types d’analyses effectuées au Laboratoire Central
2.4 Sécurité au laboratoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5 Plan général de travail dans le laboratoire . . . . . . . . . . . .
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PARTIE THÉORIQUE
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7
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7
8
8
9
9
10
10
11
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17
Généralités sur le pétrole
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Le pétrole . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Composition du pétrole . . . . . .
3.3 Procédés de raffinage du pétrole . . . . .
3.3.1 Les différentes coupes pétrolières
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17
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SOMMAIRE
3.3.2
4
Types de produits finis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Les carburants
4.1 Définition . . . . . . . . . . . . .
4.2 Les principaux types de carburants
4.2.1 Les essences . . . . . . .
4.2.2 Le gazole . . . . . . . . .
4.2.3 Kérosène JET A1 . . . . .
4.2.4 Fiouls . . . . . . . . . . .
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PARTIE EXPÉRIMENTALE
5
19
21
21
21
21
21
23
25
29
Les analyses effectuées sur kérosène, gazole et fioul
5.1 Aspect visuel . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.2 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Conductibilité électrique . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2 Domaine d’application . . . . . . . . . .
5.3 Densité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.2 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.3 Calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4 Distillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5 Point éclaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.2 But de l’essai . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.3 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6 Point d’écoulement . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.2 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.3 Mode opératoire . . . . . . . . . . . . .
5.7 Teneur en soufre totale . . . . . . . . . . . . . .
5.7.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.7.2 Domaine d’application . . . . . . . . . .
5.7.3 Mode opératoire . . . . . . . . . . . . .
5.8 Analyse MSEP . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8.2 Mode opératoire . . . . . . . . . . . . .
5.9 Viscosité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.9.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.9.2 Mode opératoire . . . . . . . . . . . . .
5.10 Acidité toltale . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.10.1 principe . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.10.2 Mode opératoire . . . . . . . . . . . . .
5.11 Corrosion sur lame de cuivre . . . . . . . . . . .
5.11.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.11.2 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.11.3 Mode opératoire . . . . . . . . . . . . .
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37
37
37
Sommaire
CONCLUSION GÉNÉRALE
41
ANNEXES
45
BIBLIOGRAPHIE
47
xi
SOMMAIRE
xii
INTRODUCTION GÉNÉRALE
1
De nos jours, le domaine pétrolier est très demandé, pour certains il représente une
source de développement et pour d’autre une source d’énergie irremplaçable du point de vue
qualité et quantité, et ce domaine n’a été exploité qu’au milieu du dix-neuvième siècle.
Tous les moyens de transport que ce soit terrestre, maritime ou aéronautique utilisent
principalement les carburants fossiles, Le pétrole constitue la principale source de ces carburants malgré les débats et les recherches envisagés, les moteurs thermiques (essence ou diesel)
ou bien à flux continu (réacteurs d’avion) resteront les systèmes les plus utilisés pour les années
à venir.
Face à l’évolution des normes qui sont devenues de plus en plus sévères au fil des
années, il est important de caractériser les carburants. En effet, les carburants possèdent des caractéristiques physico-chimique et énergétiques très différentes, ces paramètres sont importants
lors de l’injection et la vaporisation des carburants et puis dans la réaction de combustion dans
les cylindres.
Pour l’Algérie, le secteur du raffinage et l’exploitation des hydrocarbures est un domaine crucial car il représente la partie essentielle de ses revenus.
L’objectif de ce stage est d’assister au processus de contrôle de qualité des produits
dont le but est de certifier la conformité de ces derniers afin qu’ils soient utilisés en toute sécurité et d’entirer le maximum d’efficacité. Le contrôle de qualité à pour buts :
• La protection de la qualité qui a pour objectif d’éviter toute contamination et détérioration de la qualité et la réalisation du degré de pureté requis ;
• La vérification de la conformité du produit à ses spécifications et normes de pureté
et de déceler toutes contaminations du produit avant sa livraison au consommateur.
Le premier et le deuxième chapitres consistent à présenter la Branche Carburants et
les différentes missions qui existent au niveau de NAFTAL et le Laboratoire Central ainsi que
les analyses effectuées suivant des nouvelles recommandations.
Le toisième et le quatrième chapitres donnent un aperçu bibliographique sur les carburants de transports (essence, gazole, Jet A-1 et fioul maritime), dans cette partie nous avons
donné des définitions et des propriétés physiques et chimiques des carburants et le domaine
d’application.
Le cinquième chapitre est consacré aux analyses effectuées sur les carburants ainsi que
les normes, les principes des tests, les modes opératoires et les resultats obtenus.
SOMMAIRE
4
Chapitre 1
Présentation de la branche carburant
NAFTAL est une société par actions filiale de SONATRACH, ayant pour missions la
commercialisation et la distribution des produits pétroliers. La Branche Carburants est l’une des
trois branches de NAFTAL. Elle est chargée des activités d’approvisionnement, de stockage et
de livraison des carburantes aviations, marine et terre (carburants, fuel oïl, methmix, essence
super, normal et sans plomb, AVGAZ, jet, gazole, A72, white spirit) ainsi que les lubrifiantes et
graisses aviation et marine [1].
Son principal objectif consiste à la satisfaction des besoins, en produits aviation et marine, des clients nationaux et internationaux ( compagnies étrangères), la gestion des risques en
matière de santé et de sécurité au travail, la prise en charge des aspects environnementaux, la
reconnaissance de la compétence du laboratoire et la contribution au développement durable
par un comportement responsable.
La branche carburant NAFTAL a pour mission : transporter des produits pétroliers,
distribuer, stocker et commercialiser des carburants, appliquer des mesures de protection de
l’environnement et le respect des normes et établir des bulletins d’analyse des produits contrôlés
[1].
1.1
Localisation géographique
La branche carburants est située dans la wilaya d’Alger et plus précisément dans la
circonscription administrative de DAR EL-BEIDA à 300 mètres de l’aéroport HOUARI BOUMEDIENE.
F IGURE 1.1: Carte de l’implantation de la société de Branche Carburants NAFTAL
5
CHAPITRE 1. PRÉSENTATION DE LA BRANCHE CARBURANT
1.2
Missions principales de la Branche Carburants
1.2.1
Les missions de directions opérationnelles de la branche carburant
dans ses activités d’aviation et marine sont :
• Superviser, coordonner et contrôler les activités d’approvisionnement, stockage,
ravitaillement, livraison et transport de carburant de l’aviation et marine, sur l’aéroport et ports ou le BC /AVM est présent ;
• Assurer la préservation de la conformité du produit depuis son approvisionnement
jusqu’à sa livraison ;
• Assurer la maintenance des installations et des moyens de distribution ;
• Assurer une qualité de service répondant aux attentes de la clientèle et veiller au
maintien de l’image de l’entreprise.
1.2.2
Les missions des directions opérationnelles de la branche carburant
dans ses activités gestion de stockage des infrastructures sont :
• Superviser, coordonner et contrôler les activités approvisionnement, stockage, ravitaillement, livraison et transport de la carburant terre au niveau des dépots primaires
et secondaires ;
• Assurer la préservation de la conformité du produite depuis son approvisionnement jusqu’à sa livraison ou son ravitaillement conformément aux exigences du
client (branche commercialisation) ;
• Assurer la maintenance des installations de stockage et des moyens de distribution ;
• Assurer une qualité de service répondant aux attentes de la branche commercialisation et veiller au maintien de l’image de marque de l’entreprise ;
• Assurer la livraison des carburants terres au niveau des différents districts.
1.3
Produits commercialisés
1.3.1
Pour activité aviation
• Le carburéacteur jet A1 destine aux avions turboréacteur ;
• L’essence Avgaz destine aux moteurs d’avions à piston (à hélices) ;
• Les lubrifiantes aviations ;
• Les produites spéciaux (methmix et autres).
6
1.4. Normes et Spécifications
1.3.2
pour activité marine
• Les fuel-oils bunker C de haute viscosité (HS, LS), issus des importations et destines aux navires de gros tonnages (moteurs lentes) ;
• Les fuel-oils BTS (basse teneur en soufre), issus du pétrole algérien et provenant
des raffineries algériennes destiné aux moteurs semi rapides ;
• Les inters fuel-oils de différent viscosités issus de mélanges de fuel–oil (bunker C
et /ou BTS) et de gazole ;
• Le gazole ;
• Les inters fuel-oils de différent viscosités issus de mélanges de fuel–oil (bunker C
et /ou BTS) et de gazole ;
1.3.3
Pour l’activité terre
• Le gazole utilisé dans les véhicules, engins et machines à moteurs Diesel ainsi que
les besoins domestiques (éclairage, chauffage. . . ) ;
• Les essences utilisées dans les véhicules et engins à moteurs thermiques ou les moteurs à combustion interne à allumage commandé.
Les activités des carburants terre présentent la plus grande part avec 64.6% par rapport
à l’ensemble des activités de NAFTAL [1].
1.4
Normes et Spécifications
1.4.1
Qu’est ce que les spécifications ?
Les spécifications d’un produit pétrolier est l’ensemble des caractéristiques qu’a fixé
une administration officielle pour autoriser l’emploi ou la vente de ce produit.
Niveaux de spécification
Douanier : Elles classent tous les produits selon des propriétés physiques aisément
mesurable. Elles ont une signification fiscale et servent au calcul de la taxe.
Administratif : Elles définissent pour chaque produit et en fonction de son type d’utilisation un certain nombre de qualité. Ces spécifications sont soumises à des contrôles
par le service des répressions des fraudes.
Intersyndical : Elles n’ont pas des valeurs juridiques. C’est un accord entre la direction des hydrocarbures et les représentants des utilisateurs pour respecter les
critères de qualité fixé par eux.
Interne : Consignes fournies au raffinage pour l’obtention d’une caractéristique précise sur un produit particulier.
7
CHAPITRE 1. PRÉSENTATION DE LA BRANCHE CARBURANT
1.4.2
Qu’est ce que les normes ?
Les normes donnent également les caractéristiques d’un matériel ou d’un produit. C’est
le résultat d’un consensus entre les productions et les consommations en premier lieu et ensuite
d’un accord avec l’administration.
1.5
Les organismes
• Les organismes officielles :
ISO, AFNOR(France), DIN(Allemagne), ANSI(E.U), BSI(G.B)
• Les organismes profissionnelles :
GFC(France), ASTM, API (E.U)
8
Chapitre 2
Laboratoire central de la branche
carburant
La direction aviation et marine est chargée de la commercialisation des produits aviation, marine au niveau des ports et aéroports. Pour bien accomplir sa mission, elle a crée plusieurs installations et elle dispose d’un laboratoire de contrôle de qualité.
F IGURE 2.1: Laboratoire central de la branche carburant
2.1
Conditions de réception d’un échantillon
Le produit doit être bien échantillonné et bien identifié avant l’analyse au laboratoire.
Echantillonnage : des échantillons sont prélevés à différents niveaux :
• Echantillon haut ;
• Echantillon milieu ;
• Echantillon bas.
Etiquetage : l’échantillon doit être mis dans un récipient étiqueté dont l’étiquète contient :
• Date et heure de prélèvement ;
• Nom de l’opérateur ;
9
CHAPITRE 2. LABORATOIRE CENTRAL DE LA BRANCHE CARBURANT
• Numéro du lot ;
• Type de l’échantillon(moyen,composite,purge).
2.2
Contrôle de qualité
Le contrôle qualité est une opération destinée à déterminer, avec des moyens appropriés, si le produit contrôlé est conforme ou non à ses spécifications ou exigences préétablies et
incluant une décision d’acceptation, de rejet ou de retouche.
2.3
Les différents types d’analyses effectuées au Laboratoire
Central
Pour chaque produit pétrolier (Avgas, jet A-1, gazole, fioul et huile), il existe différents
types d’analyses suivant la norme utilisée pour cela plusieurs tests à faire.
Analyse complète : Elle recouvre la totalité des caractéristiques définies par spécification en vigueur du produit, elle s’applique pour les produits prélevés des bacs
des raffineries et cabotage.
Analyse de recertification (bacs, cuves camion, avion, futs) :
1er cas : Ce type d’analyse a pour but de vérifier la qualité des produits, après son
transport par système non spécialisé (pipe multiproduit).
2ème cas : Cette analyse a pour but de vérifier la qualité des produits, suite a
sa réception par système de transport spécialisé (pipe utilisé uniquement pour le
transport du jet A1) ainsi que le transport par camion.
Analyse périodique (bacs, cuves) : Cette analyse est effectuée pour certifier que le
produit en stockage depuis un certain temps est conforme à la spécification (fréquence d’échantillonnage).
10
2.4. Sécurité au laboratoire
Les tests
Analyse
complète
Analyse de recertification(1er cas)
Analyse
périodique
X
X
Analyse de recertification(2 ème
cas)
X
X
Aspect
Couleur
SAYBOLT
Conductibilité
électrique
Densité à 15◦ C
Point de congélation
Distillation
ASTM
Acidité totale
Viscosité
à
−20◦ C
Point de fumée
Corrosion lame
de cuivre
Teneur en gomme
actuelle
Réaction à l’eau
Point d’Aniline
Teneur en souffre
totale
Teneur en souffre
mercaptan
Doctor test
JFTOT
Microséparomètre
Pouvoir calorifique
Teneur en Plomb
TVR
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
TABLE 2.1: Les analyses effectuées au niveau du laboratoire Central
2.4
Sécurité au laboratoire
La sécurité du travail est un problème très délicat à résoudre surtout dans le laboratoire
puisque la majorité des dangers est due à la nature des échantillons à analyser et aux produits
chimiques ainsi que les appareils utilisés. Donc, il est important de respecter certaines normes
de sécurités et être attentif pendant la manipulation pour minimiser maximum les accidents. La
présence des produits chimiques dangereux, le degré d’inflammation ainsi que autres risques
doivent être pris en considération, par les cadres techniques avant d’être mis en service, du moment que les conditions de travail demandent trop de précaution. En fait il faut :
• Des équipements de protection (lunettes, gants, masques, souliers) ;
• Des douches de sécurité et des laves yeux ;
• Un étiquetage des appareils et de verrerie pour éviter des erreurs éventuelles (des
11
CHAPITRE 2. LABORATOIRE CENTRAL DE LA BRANCHE CARBURANT
explosions, des feux, des courts circuits.
12
2.5. Plan général de travail dans le laboratoire
2.5
Plan général de travail dans le laboratoire
F IGURE 2.2: Plan de travail au sein du laboratoire
13
CHAPITRE 2. LABORATOIRE CENTRAL DE LA BRANCHE CARBURANT
14
PARTIE THÉORIQUE
15
Chapitre 3
Généralités sur le pétrole
3.1
Introduction
L’objectif de ce chapitre consiste à présenter une étude bibliographique portant sur le
pétrole brut ainsi que le raffinage du pétrole brut. Ce dernier conduit à des produits finis livrés
à la consommation à savoir : les essences, le gazole et le kérosène . nous avons présenté aussi,
les propriétés physico-chimiques des carburants telles que : les propriétés massiques et les propriétés thermiques.
Le raffinage du pétrole désigne l’ensemble des traitements et transformations visant à
tirer du pétrole le maximum de produits à haute valeur commerciale. Selon l’objectif visé, en
général, ces procédés sont réunis dans une raffinerie. La raffinerie est l’endroit où l’on traite le
pétrole pour extraire les fractions commercialisables.
3.2
Le pétrole
Le terme pétrole vient du mot « Pétra » roche et du latin « Oléum », huile qui signifie
huile de pierre. C’est une huile visqueuse, sa couleur varie du jaune à la couleur noire. il est
à l’origine de la décomposition des végétaux et d’organismes marins, accumulés en absence
de l’oxygène sous la surface de la terre, ce qui fait cette matière organique s’est enrichie en
carbone et en hydrogène. On le trouve généralement emprisonné sous une couverture de roche
imperméable dans les vides de roches poreuses appelées réservoirs [2].
Il est à souligner que la transformation en hydrocarbure commence vers une température de 60◦ C, ce qui correspond à un enfouissement de 2 km. Si la distance de l’enfouissement
est supérieure de 4 km et la température est supérieure à 150◦ C on aura que le méthane. Ces
transformations sont très lentes et nécessitent plusieurs millions d’années. Une fois formés, le
pétrole est moins dense et est piégé dans la roche qui l’entoure. Par l’effet combiné de la pression et de la capillarité, Il peut donc migrer à travers les strates rocheuses. Cette migration est
stoppée par les roches imperméables et facilite sa concentration. Ces pièges sont à l’origine de
la plupart des réservoirs actuels du pétrole.
3.2.1
Composition du pétrole
La composition du pétrole brut varie selon les origines géographiques. Il contient essentiellement des atomes de carbone et d’hydrogène, associés dans des composés chimiques
appelés hydrocarbures. D’autres éléments comme le souffre, l’azote, l’oxygène et certains métaux existent également à l’état de traces [3].
17
CHAPITRE 3. GÉNÉRALITÉS SUR LE PÉTROLE
Ces éléments se trouvent dans de nombreuses structures chimiques présentant un grand
nombre d’isomèries possibles. La composition du pétrole n’est exprimée qu’à travers la définition de fractions regroupant un certain nombre de molécules qui présentent des similitudes.
Le brut sorti des puits ne peut être utilisé tel qu’il est, car c’est un mélange assez complexe de toutes sortes de constituants hydrocarbonés. Pour être utilisable dans les différentes
branches de l’industrie et des moteurs à combustion, il est donc indispensable d’utiliser différents processus de traitements et de transformation afin de tirer le maximum de produits à haute
valeur commerciale. L’ensemble de ces traitements et de ces transformations constitue « le raffinage du pétrole » [2].
Le pétrole, mélange de différents produits hydrocarbonés, doit subir une série de traitements divers pour être utilisable dans les moteurs à combustion et dans les différentes branches
de l’industrie. Très souvent, la qualité d’un brut dépend largement de son origine. Selon son
origine, sa couleur, sa viscosité, sa teneur en soufre, son point d’écoulement, ou sa teneur en
minéraux varient. Ainsi, les raffineries tiennent compte de ces facteurs [3].
Dans presque tous les cas, les carburants sont des liquides, ce qui constitue un grand
avantage sur le plan de la compacité, de la facilité de mise en œuvre et de la sécurité. Toutefois, l’utilisation de carburants gazeux, et principalement de gaz naturel dont les réserves sont
importants. Les carburants classiques proviennent essentiellement du pétrole. Celui-ci subit des
opérations de raffinage très poussées pour obtenir plusieurs types de produits (essences, gazole,
carburéacteur, carburants lourds) destinés à alimenter des véhicules très différents, depuis les
voitures particulières jusqu’aux avions et navires.
3.3
Procédés de raffinage du pétrole
Le raffinage du pétrole est un procédé industriel qui permet de transformer le pétrole
brut en différents produits finis tels que l’essence, le fioul lourd ou le naphta. Le pétrole brut
est un mélange hétérogène d’hydrocarbures divers (molécules composées d’atomes de carbone
et d’hydrogène), inutilisable en cet état. Ses composants doivent être séparés afin d’obtenir des
produits finaux exploitables directement. On en distingue en général deux grands types :
• les produits énergétiques, tels que l’essence, le diesel (gazole) ou le fioul ;
• les produits non-énergétiques, tels que les lubrifiants, le bitume et les naphtas utilisés en pétrochimie.
Le raffinage ne se limite plus aujourd’hui à la séparation des différents hydrocarbures. Des procédés chimiques complexes sont également mis en œuvre afin d’optimiser les produits finaux.
Les différentes coupes pétrolières peuvent ainsi subir des transformations, des améliorations et
des mélanges pour obtenir des produits commercialisables qui répondent aux normes environnementales.
3.3.1
Les différentes coupes pétrolières
Les différentes coupes de distillation prélevées le long de la colonne sont :
• En tête de la colonne, on récupère les produits les plus volatiles (entre C1 et C4 ) ;
• Le naphta (entre C5 et C10 qui permettra de produire les essences ordinaires et
super) ;
18
3.3. Procédés de raffinage du pétrole
• Le kérosène (entre C10 et C13), matières premières pour le carburéacteur ;
• Le gazole (entre C13 et C20), un carburant pour les moteurs Diesel ;
• En bas de la colonne, ( C supérieure à 20), se trouve les fiouls lourds et doméstiques appelés « résidus atmosphériques » et possèdent le point d’ébullition le plus
élevé [4].
F IGURE 3.1: Schéma simplifié du procédé de raffinage du pétrole
3.3.2
Types de produits finis
Les produits légers : Essence, gaz de pétrole liquifié (propane,butane) et naphta.
Les produits moyens : Gazole, kérosène et fioul domestique.
Les produits lourds : Fiouls lourds, bitumes, lubrifiants, coke de pétrole [4].
19
CHAPITRE 3. GÉNÉRALITÉS SUR LE PÉTROLE
20
Chapitre 4
Les carburants
4.1
Définition
Nous appelons « carburants » l’ensemble des produits, souvent liquides, dont la combustion en présence de l’air permet le fonctionnement des moteurs thermiques à piston ou à flux
continu.
Les caractéristiques des carburants ne sont pas rigoureusement constantes d’un échantillon à un autre, mais doivent se situer dans un intervalle de tolérance décrit par des spécifications officielles afin d’obtenir à la fois des performances satisfaisantes du moteur et des faibles
émissions des polluants [3].
4.2
Les principaux types de carburants
4.2.1
Les essences
Le terme « essence » désigne l’ensemble des carburants injectés dans les moteurs à allumage commandé. Ce sont des hydrocarbures légers dont la température d’ébullition varie de
30◦ C à 200◦ C et composés de 4 à 10 atomes de carbone. Les essences commerciales contiennent
20 à 50% d’aromatiques , 30 à 40% d’hydrocarbures saturés et 2.5 à 15% d’alcènes [5].
On peut classer les essences selon leurs indice d’octane, dans ce cas, on peut distinguer
les essences ordinaires « normales » , les supercarburants et les essences sans plomb.
les critères particuliers pris en compte pour ces produits alimentant les moteurs à allumage commandé sont : la pression de vapeur, les indices d’octane et la teneur en plomb.
4.2.2
Le gazole
Le gazole est un mélange d’hydrocarbures issus directement de la distillation atmosphérique de brut d’où il fait partie des distillats moyens. Son intervalle d’ébullition s’étale de
125 ◦C à 328◦ C. Le nombre d’atomes de carbone oscillent entre C14 et C20. Toutes les propriétés demandées au gazole se justifient par les caractéristiques spécifiques du moteur Diesel.
Celui-ci aspire non pas un mélange air-carburant, comme dans le cas du moteur à essence, mais
de l’air seul et le comprime fortement, provoquant ainsi son échauffement. À la fin de la phase
de compression, le gazole, dosé par la pompe d’injection, est pulvérisé sous très haute pression
(plus de 100 MPa) dans la chambre de combustion ; là, il est vaporisé et mélangé à l’air comprimé. La combustion naît par auto-inflammation dans une ou plusieurs zones de la chambre où
sont réunies les conditions de température et de pression ainsi que les concentrations nécessaires
au déclenchement du processus [5].
21
CHAPITRE 4. LES CARBURANTS
Propriétés physiques
Elles diffèrent selon la zone d’utilisation en fonction des conditions climatiques. On
distingue en effet les pays à climat tempéré comme la France, et ceux à climat « arctique » qui,
en fait, englobent toutes les régions scandinaves.
La masse volumique du gazole doit être comprise entre 0,820 et 0,845 kg/l à 15◦ C dans
les pays tempérés, entre 0,800 et 0,845 kg/l dans les pays arctiques.
La fixation d’une valeur minimale de masse volumique se justifie par le souci d’obtenir une puissance suffisante pour le moteur, au moyen d’une pompe d’injection dont le réglage
de débit s’effectue en volume ; plus la masse volumique du gazole est élevée, plus la quantité
d’énergie délivrée à pleine puissance est importante. Par ailleurs, on impose une limite maximale à la masse volumique, afin de réduire les émissions de certains polluants et d’éviter la
formation de fumées noires, à pleine puissance.
Tout comme l’essence, le gazole doit respecter des critères de volatilité minimale et
maximale. Ainsi, en France, la fraction évaporée à 250◦ C doit être inférieure à 65%(volume)
et les fractions évaporées à 350◦ C et 370◦ C supérieures respectivement à 85% et 95% (volume). Le gazole présente une volatilité très inférieure à celle des essences et, de ce fait, ne
subit pratiquement pas de perte par évaporation, ce qui constitue un sérieux avantage sur le plan
environnemental [5].
L’extrême précision mécanique de la pompe d’injection des moteurs Diesel implique
également, pour le gazole, des caractéristiques bien spécifiques de viscosité. Celle-ci doit être
comprise entre 2 et 4,5 m2 /s, à 40◦ C, dans les pays à climat tempéré ; des valeurs plus basses
entre 1,2 et 4 m m s−1 sont admises dans les régions scandinaves. Le gazole doit traverser un
filtre à mailles très fines quelques micromètres avant de pénétrer dans la pompe d’injection
dont le fonctionnement risquerait d’être perturbé par des impuretés et des particules solides en
suspension dans le liquide [5].
Propriétés chimiques : l’indice de cétane
Dans le moteur Diesel, il est nécessaire que le gazole présente une structure chimique
favorable à L’auto-inflammation. Cette qualité s’exprime par l’indice de cétane.
Le comportement du gazole est comparé à celui de deux hydrocarbures choisis comme
références : le n-cétane, très auto-inflammable auquel on attribue l’indice de cétane 100, et le
α-méthylnaphtalène, très résistant à l’auto-inflammation et qui reçoit l’indice 0. Un gazole présente un indice de cétane X s’il se comporte comme un mélange de X % de n-cétane et de
(100-X) % de α-méthylnaphtalène. La mesure normalisée de l’indice de cétane s’effectue sur
un moteur CFR proche de celui qui est utilisé pour la détermination des indices d’octane, mais
présentant évidemment une chambre de combustion du type Diesel. On ajuste, pour le gazole
testé, le taux de compression du moteur de sorte que l’auto-inflammation se déclenche pour
une position bien précise du piston. Le taux de compression ainsi enregistré est comparé à deux
valeurs obtenues avec deux mélanges connus de n-cétane et de α- méthylnaphtalène [6].
Les spécifications européennes imposent, pour les zones à climat tempéré, un indice
de cétane minimal de 51. Dans les régions plus septentrionales, celui-ci est plus faible (descendant jusqu’à 47), une bonne aptitude à l’auto-inflammation allant rarement de pair avec un
comportement au froid satisfaisant. L’indice de cétane ne joue pas le même rôle essentiel que
les indices d’octane dans l’optimisation moteur-carburant ; en particulier, il exerce une influence
plus faible sur le rendement du moteur. Cependant, un indice de cétane élevé contribue à amé22
4.2. Les principaux types de carburants
liorer de nombreuses qualités d’utilisation : démarrage aisé, bruit moins intense, notamment au
ralenti à froid, émissions moins élevées de fumées blanches et noires, rejets moindres de polluants gazeux (monoxyde de carbone, hydrocarbures).
Formulation du gazole
Il faut d’abord noter que, sous l’angle du raffinage, le gazole présente globalement des
caractéristiques physiques et une composition chimique proches de celles du fuel domestique
utilisé pour le chauffage et pour l’alimentation de certains moteurs Diesel rustiques (tracteurs,
engins de travaux publics, etc.).
Toutefois, le gazole se distingue du fuel domestique par la présence en son sein de
plusieurs additifs spécifiques, par un meilleur indice de cétane et par une désulfuration plus
profonde.
Tout comme l’essence, le gazole est obtenu par mélange de plusieurs produits de raffinerie :
• Des composés issus directement de la distillation du pétrole brut ;
• Des effluents issus de la conversion des fractions lourdes en fractions moyennes
(craquage catalytique, viscoréduction, cokéfaction, hydrocraquage...) ;
• Des composés de synthèse provenant du gaz naturel via le mélange CO + H2.
De façon générale, la fabrication du gazole fait intervenir deux grands types de réactions chimiques : la désulfuration et l’hydrogénation. La première permet d’atteindre de très bas niveaux
de teneur en soufre maintenant spécifiés par les réglementations antipollution (10 ppm maximum en 2009) ; la seconde conduit à obtenir un niveau suffisant de l’indice de cétane et à une
réduction des teneurs en aromatiques (limites spécifiées à 8 % en masse dès janvier 2009). Parfois, l’objectif ne peut être réalisé que grâce à l’adjonction d’additifs « pro-cétane » ; on utilise
alors des produits fournisseurs d’oxygène libre, du type nitrates d’alkyle, qui favorisent le déclenchement de l’auto-inflammation. Dans les gazoles classiques, les doses d’additif pro-cétane
sont habituellement comprises entre 300 et 1 000 ppm [6].
4.2.3
Kérosène JET A1
Le kérosène ou pétrole lampant est un mélange d’hydrocarbures distillant entre 140◦ C
et 300◦ C , dont les principaux constituants sont des hydrocarbures de C9 à C16, des hydrocarbures n-aliphatiques et iso-aliphatiques (paraffiniques et isoparaffiniques), des hydrocarbures
cycloaliphatiques (cycloparaffiniques ou naphténiques) et des hydrocarbures aromatiques (environ 15 a 20 % et ≤ 5 % si des aromatisés). Le benzène est en général absent de ces coupes.
L’utilisation de ce produit pour l’éclairage est en voie de disparition, son emploi en chauffage
reste limité [6].
Dans le langage courant, on utilise indifféremment les termes carburéacteur et kérosène ; en réalité, le kérosène désigne un produit de raffinage destiné à plusieurs usages différents
(alimentation des avions à réaction, emploi comme combustible de chauffage ou pour l’éclairage et la cuisine). Tous les avions à réaction utilisent du carburéacteur. Seuls les petits avions
de tourisme à hélice utilisent un carburant appelé « essence avion » , assez peu différent des
essences classiques destinées au transport routier [3].
23
CHAPITRE 4. LES CARBURANTS
Les deux types de carburéacteur les plus utilisés dans le monde sont désignés par les
sigles Jet A et Jet A1, le second se différencie du premier uniquement par la tenue au froid, un
peu plus performante (−47◦ C au lieu de −40◦ C)[3].
Caractéristiques exigées
Pour que la combustion s’accomplisse de façon satisfaisante, le carburéacteur doit se
vaporiser rapidement et se mélanger intimement à l’air. Cela justifie la fixation de spécifications
relatives à la masse volumique (entre 0,775 et 0,840 kg l−1 à 15◦ C), à l’intervalle de distillation
(plus de 10 % distillés à 204◦ C, point final inférieur à 300◦ C), et à la viscosité (inférieure à 8
m m s−1 à −20◦ C ).
Afin de maintenir un rendement énergétique élevé et d’assurer la longévité des matériaux constituant la chambre de combustion, la turbine et la tuyère, il est nécessaire d’obtenir
une flamme claire, minimisant les échanges de chaleur par rayonnement et limitant la formation
de dépôts de carbone. Ces qualités sont exprimées par le point de fumée. Celui-ci correspond,
pour une lampe à mèche normalisée, à la hauteur maximale possible de la flamme, sans apparition de fumée noire. Selon les spécifications, le carburéacteur doit présenter un point de fumée
au moins égal à 25 millimètres ; un abaissement jusqu’à 19 millimètres est toléré à condition
que, simultanément, la teneur en naphtalène (précurseur bien connu de fumée) reste inférieure
à 3 % (volume). Par ailleurs, la concentration totale en hydrocarbures aromatiques ne doit pas
dépasser 22 % ; en pratique, elle est souvent proche de 15 %. Le respect d’une bonne tenue au
froid (limpidité totale jusqu’à la température −47◦ C) peut être rendu difficile par la présence de
faibles quantités d’eau dissoutes dans le carburéacteur. En effet, lorsque la température décroît,
l’eau libre devient moins soluble et se dépose sous forme de gouttelettes qui commencent à
geler, dès que la température atteint 0◦ C. Pour éviter cet inconvénient, on ajoute des produits
antigel qui passent en solution dans l’eau libre et abaissent le point de congélation. Ce traitement est souvent réservé à des applications militaires. En régime de croisière, notamment lors
de vols supersoniques, le carburéacteur, qui circule dans certaines zones chaudes de l’avion,
peut atteindre des températures élevées, d’autant plus qu’il est utilisé comme fluide caloporteur
pour le lubrifiant, le liquide hydraulique ou l’air conditionné. Il est donc nécessaire de contrôler
sa stabilité thermique. Celle-ci est déterminée par des méthodes normalisées où un échantillon
de carburéacteur circule sous une forte pression dans un tube en aluminium chauffé à 260◦ C. La
coloration du tube, exprimée par une cotation visuelle, et la perte de charge au travers d’un filtre
constituent des modes d’expression de la stabilité thermique et font l’objet de spécifications [7].
Le pouvoir calorifique du carburéacteur est une caractéristique importante, car elle influe sur les conditions de vol (masse au décollage, encombrement du réservoir, rayon d’action).
Rappelons à ce sujet qu’un Airbus long-courrier emporte au décollage plus de 200 000 litres de
carburant, soit environ 160 tonnes ; le coût d’un seul avitaillement peut atteindre 50 000 euros.
Il est donc souhaitable, pour l’utilisateur, de disposer d’un produit possédant un haut pouvoir
calorifique. Les spécifications fixent pour le Jet A1 une valeur minimale de 42,8 MJ kg−1 qui
est, en pratique, fréquemment dépassée. Enfin, on s’intéresse à la conductivité électrique du carburéacteur. Si celle-ci est trop faible, il peut exister des risques d’explosion, lors des opérations
de transfert et de remplissage, en raison de l’accumulation d’électricité statique. C’est pourquoi
les spécifications stipulent que la conductivité électrique du Jet A1 doit être comprise entre 50
et 600 pS m−1 . Ce niveau est généralement obtenu au moyen d’additifs dits antistatiques qui, à
des doses comprises entre 3 et 8 ppm, agissent en dissipant les charges électriques accumulées
[7].
24
4.2. Les principaux types de carburants
Formulation du carburéacteur
Les produits utilisés pour la fabrication du carburéacteur proviennent fréquemment de
la distillation directe du pétrole brut. La fraction distillant entre 140◦ C - 150◦ C (point initial) et
240◦ C - 250◦ C (point final) convient le plus souvent, et ne nécessite qu’un simple traitement de
finition (désulfuration, élimination de constituants corrosifs). Ainsi, on peut hydrotraiter cette
fraction afin d’améliorer simultanément le point de fumée, la teneur en aromatiques et la teneur
en soufre [6] .
Le raffineur dispose donc de tous les moyens nécessaires pour produire des carburéacteurs conformes aux spécifications. Toutefois, ces produits utilisent des coupes qui peuvent être
communes, soit avec les essences, soit avec le gazole, ce qui entraîne parfois des contraintes en
matière de quantités. Ainsi, aux États-Unis, il faut assurer simultanément une forte demande en
essence et en carburéacteur ; en Europe, au contraire, ce sont le gazole et le carburéacteur qui
entre en concurrence pour la coupe 150◦ C - 250◦ C [6].
4.2.4
Fiouls
Les fiouls lourds sont des produits issus de diverses fractions de raffinerie, en général
les plus lourdes. Leur composition est complexe et varie selon la provenance du pétrole brut.
Les fiouls lourds sont constitués de produits d’origine paraffinique, naphténique et aromatique.
Ils peuvent contenir des dérives de soufre et des acides organiques. Les fiouls lourds sont classés
selon leur teneur en soufre.
Les fiouls lourds sont des produits denses, obtenus par distillation du pétrole. Selon la
nature du brut raffiné, on extrait de 10 à 20% de fioul lourd. Il existe plusieurs catégories de
fiouls : HTS, BTS, TBTS ; les différentes qualités de ces produits se distinguent essentiellement
par la viscosité : ≥ 110 m m s−1 pour le HTS et par la teneur en soufre variable de 4% masse
pour le HTS à le TBTS.
Caractéristiques des fiouls
Le fioul est issu du raffinage du pétrole et ses caractéristiques sont proches de celles
du gazole. Il est issu des coupes ou fractions moyennes de pétrole d’où sont extraits notamment
le kérosène, le gazole mais aussi le fioul domestique qui servira in fine à chauffer les habitations.
La composition moléculaire du fioul est très variée et dépend de l’origine du pétrole
dont il est issu. Toutefois, la composition élémentaire varie peu (voir tableau I.1). Son pouvoir
calorifique inférieur (PCI) est d’environ 12 kWh/kg, c’est-à-dire qu’un kilogramme de fioul
procure au mieux 12 kilowatt heures d’énergie en brûlant compte tenu des pertes dues à la
vaporisation de l’eau dans les fumées. Son pouvoir calorifique supérieur (PCS) est d’environ
12.8 kWh/kg.
Le fioul domestique est vendu au litre. Avec une densité de 0,84 à 10◦ C, cela donne, à
11.86 kWh/kg, un pouvoir calorifique théorique de 9.96 kWh/L. Le rendement PCI des chaudières variant entre 75 et 95%, l’énergie récupérée est de 7.5 kWh/L à 9.462 kWh/L.
Domaine d’application
Le fioul peut être utilisé dans des moteurs Diesel et dans des chaudières. Les différents
types de chaudières utilisées pour la combustion du fioul sont notamment la chaudière fioul
basse température et la chaudière fioul à condensation ; cette dernière diffère de la première de
25
CHAPITRE 4. LES CARBURANTS
Carbone
Hydrogène
Souffre
Azote
Oxygène
fraction massique %
86.5
13.3
< 0.2
50-400 ppm
Traces
TABLE 4.1: Composition élémentaire du fioul
par son fonctionnement, elle récupère l’énergie de condensation de la vapeur d’eau dégagée lors
de la combustion du fioul. La vapeur d’eau contenue dans les fumées libère de la chaleur lors de
sa condensation pour chauffer l’eau de retour du circuit de chauffage. Il distingue fioul domestique et fioul lourds ; fioul domestique est un combustible vendu pour les usages domestiques
chauffage ou divers engins. Le fioul lourd , qui est un produit d’une plus grande viscosité et
peut être plus ou moins dé-soufré. Il est utilisé pour les chaudières industrielles ainsi que pour
les moteurs des navires.
Les caractéristiques du fioul sont très proches de celles du gazole font que ces deux
produits peuvent techniquement être utilisés par les mêmes dispositifs.
26
PARTIE EXPÉRIMENTALE
27
Chapitre 5
Les analyses effectuées sur kérosène,
gazole et fioul
5.1
Aspect visuel
5.1.1
Définition
On examine l’aspect d’un échantillon visuellement afin de déterminer s’il est clair et
limpide ou il y a présence d’eau ou bien des particules solides selon la norme D4176-04.
5.1.2
Principe
Environ 900 ml d’échantillon est versé dans une éprouvette de 1litre, cet échantillon
est agité de manière à former un tourbillon et examiner la présence des sédiments ou l’eau [8] .
5.2
Conductibilité électrique
5.2.1
Définition
La mesure de la conductibilité se fait par un appareil appelé « conductimètre électrique »en plongeant le bras dans le produit mis dans une éprouvette, bien immerger et puis lire
directement la conductibilité électrique et elle doit être comprise entre 50 et 600 pS/m pour le
kérosène selon la norme ASTM D 2624 [9] .
5.2.2
Domaine d’application
La présente instruction spécifie une méthode pour la détermination de la conductibilité
du fuel de l’aviation qui contient ou pas une dissipatrice électricité statique et dont la conductibilité ne peut atteindre les 2000 pS/m.
5.3
Densité
5.3.1
Définition
C’est le rapport du poids d’un certain volume de produit à une température T en ◦ C au
poids d’un même volume d’eau à 4◦ C, c’est une caractéristique importante et elle est déterminée
pour tous les produits vendables.
29
CHAPITRE 5. LES ANALYSES EFFECTUÉES SUR KÉROSÈNE, GAZOLE ET FIOUL
F IGURE 5.1: Appareil de conductimètre MAIHAK MLA 900
5.3.2
Principe
On immerge un densimètre dans notre échantillon, la lecture est donnée par la coïncidence du niveau du liquide (ménisque inférieure) avec la graduation portée sur l’instrument de
la mesure.
5.3.3
Calcul
A partir d’un tableau des facteurs de correction, on effectue le calcul de la densité à
une température de 15◦ C par la relation suivante [10] :
D 15 =D lue +a.(T lue -15)
avec :
a : Constante de correction
T lue : Température lue
D lue : Densité lue
5.4
Distillation
5.4.1
Définition
Cette méthode d’essai couvre la distillation atmosphérique de produits pétroliers tels
que : essence naturelle et minérale, essence de moteur et d’aviation, carburant de turbine d’aviation, alcool à point d’ébullition spécifique, naphtas, white spirit, kérosène, gasoil, distillat de
mazout. L’avantage de cet appareil, c’est qu’il permet une comparaison des résultats et des
analyses effectuées par une lecture directe sur un grand écran.
30
5.5. Point éclaire
F IGURE 5.2: Appareil de distillation automatique NDI 450
5.5
Point éclaire
5.5.1
Définition
Le point d’éclair est défini comme étant la température la plus basse ou la concentration
des vapeurs émises est suffisante pour produire une déflagration au contact d’une flamme ou
d’un point chaud, mais insuffisante pour produire la propagation de la combustion en l’absence
de la flamme.
5.5.2
But de l’essai
Le point éclair et le point de feu donnent une indication sur la capacité d’un produit à
constituer un mélange inflammable avec l’air dans les conditions contrôlées ainsi que sa capacité
à maintenir la combustion, donc ce sont deux des propriétés qui contribuent à l’évaluation de
l’inflammabilité et l’incombustibilité d’un matériau.
5.5.3
Principe
Méthode PENSKY MARTINS
La prise d’essai est versée dans le vase d’un appareil PENSKY MARTENS et chauffée
lentement avec une vitesse de chauffe uniforme. On dirige la flamme d’une veilleuse dans le
vase à des intervalles réguliers, on note comme point d’éclair la température la plus basse pour
laquelle l’application de cette flamme provoque l’inflammation de la vapeur au dessus de la
prise d’essai [11].
Méthode CLEVELAND à vase ouvert
Le vase d’essai est rempli par la prise d’essai jusqu’au trait de jauge. On place le vase
et on augmente la température de façon rapide, puis de manière plus lente lorsque les vapeurs
commencent à apparaitre jusqu’à l’apparition d’une petite flamme au dessus du vase d’essai et
on note la température [11].
31
CHAPITRE 5. LES ANALYSES EFFECTUÉES SUR KÉROSÈNE, GAZOLE ET FIOUL
F IGURE 5.3: Appareil de point eclair PENSKY MARTENS
F IGURE 5.4: Appareil de point eclair CLEVELAND
5.6
Point d’écoulement
5.6.1
Définition
Le point d’écoulement d’un produit est la température minimale à laquelle le produit
s’écoule encore. On mesure souvent le point d’écoulement d’un brut, d’un gazole, d’un fioul ou
d’un lubrifiant pour définir la faisabilité du pompage et d’injection.
5.6.2
Principe
L’échantillon préalablement chauffé est refroidi à une vitesse déterminée et ses caractéristiques d’écoulement sont observées à des intervalles de 3◦ C. A la fin de l’essai on ajoute
3◦ C à la température observée et reporter le résultat comme étant le point d’écoulement.
5.6.3
Mode opératoire
• Verser l’échantillon dans le tube à essai jusqu’au trait de jauge et chauffer légèrement si nécessaire pour permettre son écoulement dans le tube à essai ;
32
5.7. Teneur en soufre totale
• Fermer le tube avec son bouchon équipé d’un thermomètre approprié en fonction
du point d’écoulement estimé et ajuster les positions du bouchon et du thermomètre
pour que le tube soit fermer hermétiquement ;
• Le thermomètre et le tube soient coaxiaux et le début du capillaire du thermomètre
se trouve à 3mm en dessous de la surface de l’échantillon ;
• Chauffer sans agiter à 50◦ C dans un bain puis laisser le refroidir à l’air ambiant ;
• Quand la température de l’échantillon est à 9◦ C en dessous du point présumé on
commence les mesures comme suit : tous les 3◦ C on retire le tube du bain et on
l’incline pour observer s’il y a encore mouvement de l’échantillon ;
• Dès que l’échantillon ne coule plus quand on incline le tube,on note latempérature
observée et on lui ajoute 3◦ C [12].
5.7
Teneur en soufre totale
5.7.1
Principe
Cette méthode d’essai consiste à derterminer le taux de soufre dans les carburant par
spectrométrie rayon X selon la norme ASTM D2622.
5.7.2
Domaine d’application
Cette méthode d’essai couvre la détermination du soufre total dans le pétrole et produits pétroliers qui sont liquides aux conditions ambiantes, liquéfiables par un chauffage modéré
ou solubles dans des dissolvants d’hydrocarbure. Ces produits peuvent inclure le carburant diesel, le carburant pour réacteur, les huiles résiduelles,les lubrifiants, le pétrole brut et l’essence.
5.7.3
Mode opératoire
• Aller au menu principal, appuyer sur analyse ;
• Une fenêtre apparait indiquant le choix de la courbe à utiliser(BTS, MTS ou HTS) ;
• En appuyant sur analyse, une fenêtre apparait pour identifier l’échantillon ;
• Lorsque le nom et les informations additionnelles sur l’échantillon ont été saisis,
la fenêtre chargement d’échantillon s’affiche et demande d’introduire l’échantillon
dans la chambre d’analyse.
• Placer l’échantillon à analyser dans la chambre, fermer le couvercle et cliquer sur
YES pour démarrer l’analyse [13].
33
CHAPITRE 5. LES ANALYSES EFFECTUÉES SUR KÉROSÈNE, GAZOLE ET FIOUL
F IGURE 5.5: Appareil de spectrométrie rayon X type OXFORD LAB X-3500
5.8
Analyse MSEP
5.8.1
Principe
Cette méthode a pour but d’évaluer la capacité d’un carburéacteur à se séparer de l’eau
lorsqu’il passe à travers un filtre coalescent en fibre de verre selon la morme ASTM 3948 [14].
5.8.2
Mode opératoire
• Verser 50ml d’échantillon dans la seringue et la placer dans le mixeur ;
• Remplir le tube à essai à moitié avec l’échantillon ;
• Faire le premier lavage de la seringue et vider son contenu ;
• Remplir de nouveau la seringue avec l’échantillon à l’aide d’une micropipette et
ajouter 50 µL d’eau distillée et la placer dans le mixeur ;
• Après l’arrêt du mixeur enlever la seringue et insérer le piston dans la seringue ;
• Maintenir la seringue verticalement et enlever le bouchon ;
• Placer le filtre sur le bout de la seringue ;
• Placer la seringue dans le bras de l’appareil, qui va pousser le piston dans la seringue ;
• Placer le tube à essai dans le turbidimètre après le bip sonore ;
• Après deux bips sonores, mentionner le resultat afficher sur l’écran digital.
34
5.9. Viscosité
F IGURE 5.6: Appareil MSEP
5.9
Viscosité
5.9.1
Définition
La viscosité est une grandeur physique qui mesure la résistance à l’écoulement d’un
fluide, cette résistance est due aux frottements et à la difficulté de déplacement des molécules.
Elle est très utilisée dans l’industrie du raffinage ou elle caractérise la capacité des huiles à assurer leurs fonctions de lubrifiants.Sa détermination est faite en mesurant le temps d’écoulement
d’un produit à travers un capillaire calibré suivant la relation :
µ = C.t
5.9.2
Mode opératoire
Charger le viscosimètre avec le produit à analyser d’une manière appropriée à sa
conception, mette le dans un bain environ 30 min et s’assurer qu’il est bien vertical, après
enlever le bouchon et laisser couler librement et mesurer en seconde 0.1s prés le temps qu’il
faut au ménisque pour passer du 1ér au 2éme trait de jauge de la boule [15].
F IGURE 5.7: Bain d’huile de viscosité et viscosimètre
35
CHAPITRE 5. LES ANALYSES EFFECTUÉES SUR KÉROSÈNE, GAZOLE ET FIOUL
5.10 Acidité toltale
5.10.1
principe
Le produit à analyser est dissout dans un mélange de toluène et d’alcool isopropyle
contenant une petite quantité d’eau. La solution résultante est barbotée avec un flux gazeux
d’azote pur, et titrée avec de l’hydroxyde de potassium. Le point final de titration est indiqué par
le changement de couleur de l’indicateur coloré p-naphtalobenzein (orange dans les solutions
acides et vert dans les solutions basiques).
5.10.2
Mode opératoire
• Introduire 100 g d’échantillon dans un flacon de Erlenmeyer de 500mL, ajouter
100ml de solution solvant et 0.1ml d’indicateur coloré p-naphtalobenzein ;
• Introduire un flux d’azote de 600 à 800 mL/min pour barboter la solution pendant
3 min ;
• Titrer la solution avec du KOH 0.01N en y versant progressivement jusqu’à atteindre un point final correspondant à une couleur verte qui persiste au moins 15s ;
• Faire un titrage à blanc sur 100mL de solvant ( toluène + alcool isopropylique) [16].
Acidité = [(A-B)[KOH].MKOH)]/méchantillon
avec :
A : Volume du KOH utilisé pour la titration de l’echantion.
B : Volume du KOH utilisé pour la titration à blanc.
Remarque : Acidité est exprimée en mgKOH/g et elle doit être inférieure à 0.015 mgKOH/g
5.11 Corrosion sur lame de cuivre
5.11.1
Définition
La corrosion est un phénomène altérant les propriétés mécaniques et physiques des
matériaux,c’est une conséquence d’une réaction chimique hétérogènes souvent très complexes
entre le matériau métallique (phase solide), et le milieu agressive (phase liquide ou gaz).
5.11.2
Principe
Une lame de cuivre polie est immergée dans une quantité donnée de prise d’essai que
l’on chauffe à une température donnée et pendant une durée bien déterminée dépendant du
produit à examiner,la lame de cuivre et ensuite retirée, rincée et séchée puis comparer avec la
bonde de la série type.
36
5.11. Corrosion sur lame de cuivre
5.11.3
Mode opératoire
• Éliminer toutes les taches superficielles sur les 6 cotés de la lame de cuivre en utilisant un papier abrasif en carbure de silicium ;
• Immerger la lame de cuivre dans un solvant de nettoyage pour éliminer toutes les
taches restantes ;
• Introduire une prise d’essai de 30ml absolument limpide et exempte de toute eau
dans un tube d’essai sec et propre. Dans la minute qui suit l’achèvement du polissage final et faire glisser la lame de cuivre dans le tube ;
• Introduire doucement le tube d’essai dans la bombe et visser hermétiquement le
couvercle ;
• Plonger la bombe dans un bain à 1000C, l’immersion étant de deux heures, pour le
carburéacteur Jet A1 ;
• Retirer la bombe du bain liquide et l’immerger pendant quelques minutes dans
l’eau froide puis ouvrir la bombe, retirer le tube d’essai et examiner la lame ;
• Comparer la lame examinée avec la série type de lame [17].
F IGURE 5.8: Appareil de bain de corrosion
37
CHAPITRE 5. LES ANALYSES EFFECTUÉES SUR KÉROSÈNE, GAZOLE ET FIOUL
38
CONCLUSION GÉNÉRALE
39
Dans la plupart des cas, les carburants sont raffinés de façon que leurs caractéristiques
puissent satisfaire une certaine marge les limites minimum et maximum des spécifications. La
distribution pétrolière exige des normes en termes de qualité, sécurité et respect de l’environnement et NAFTAL fait partie de ces entreprises là qui veille au respect de ces normes.
Le présent travail nous a permis de déterminer les caractéristiques physico-chimiques
du carburéacteur type JET A1 et d’autres produits distribués par la société NAFTAL comme le
gazole et le carburant marin, de vérifier leurs conformités aux normes et spécifications en vigueur, ainsi que d’étudier les effets de la contamination des carburants sur ses caractéristiques,
pour cela diverses méthodes ont été ainsi mise en œuvre : distillation automatique, conductibilité éléctrique, MSEP, teneur en soufre, ...etc.
Les résultats obtenus au cours de ce présent travail, nous ont permis de conclure que :
• Les carburants distribués par la société NAFTAL sont conformes aux normes ;
• Le carburant algérien est caractérisé par sa faible teneur en soufre surtout pour les
essences ce qui rend son exploitation facile ;
• Toute contamination du carburant peut altérer de façon notable ces propriétés physicochimiques.
La contamination du JET A1 est un grand problème, car elle touche les propriétés les plus
importantes de ce carburant, pour cela on est obligé à conserver une pipe spécifique pour le
kérosène, car ce carburant est très fagile et nécessite de nombreux contrôles de qualité, non
seulement au moment de sa fabrication mais tout le long de sa chaine de transport, depuis la
raffinerie jusqu’aux cuves de stockage.
ANNEXES
43
BIBLIOGRAPHIE
45
[1] Document de NAFTAL publié sur internet sous-titre « Manuel Qualité » branche
carburant 2010.
[2] A.Beghin, Apport de mesure rhéologique et de pelage à l’analyse de la rupture de
liants bitumeux, thèse de doctorat, Université Pierre et Marie Curie, Paris, 2003.
[3] J.C. GUIBET & E.FAURE, Carburants et moteurs : technologies, energies et environnement. Tome1 .
[4] P.WUITHIER, le pétrole, raffinage et génie chimique, Tome1, Edition Technip.
[5] M.Tat, J.Van Gerpen, The specific gravity of biodiesel and its blends with diesel
fuel,Journal of American Oil Chemist Society.
[6] J.Claude GUIBET, carburants liquides (caractéristiques et principes généraux).
[7] Jean.Pierre WAUQUIER Le raffinage du pétrole :Pétrole brut, produits pétroliers,
schémas de fabrication, Edition Technip.
[8] Instruction aspect visuel, ASTM D 4176-04, laboratoire NAFTAL, 2011.
[9] Instruction de détermination de la conductibilité électrique, ASTM D 2624, laboratoire NAFTAL, 2011.
[10] Instruction de détermination de la masse volumique méthode à l’aréomètre, ASTM
D 1298, laboratoire NAFTAL, 2011.
[11]Instruction de détermination du point éclaire, ASTM D93, IP 34, laboratoire NAFTAL 2013.
[12] Instruction de détermination du point d’écoulement, ASTM D2500-IP219, laboratoire NAFTAL .
[13] Instruction de détermination de la teneur en soufre par spéctrométrie rayon x,
ASTM D2622, laboratoire NAFTAL, 2014 .
[14] Instruction de détermination du taux MSEP, ASTM D 3948, laboratoire NAFTAL,
2014.
[15] Instruction de détermination de la viscosité cinématique, ASTM D 445, laboratoir
NAFTAL, 2011.
[16] Instruction de détermination de l’acidité totale dans le fuel aviation, ASTM 3242,
laboratoire NAFTAL ? 2014 .
[17] Instruction action corrosive sur lame de cuivre, ASTM D 130, laboratoire NAFTAL, 2012.