Essence (hydrocarbure) - Définition
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Introduction
| Essence (hydrocarbure) | |||
|---|---|---|---|
| Général | |||
| No CAS | |||
| No EINECS | |||
| Apparence | liquide mobile. | ||
| Propriétés chimiques | |||
| Formule brute | paraffines, cycloparaffines, hydrocarbures oléfiniques et aromatiques. >C3 | ||
| Propriétés physiques | |||
| T° fusion | < -60 °C | ||
| T° ébullition | 20 à 200 °C | ||
| Solubilité | 100 à 250 mg·l-1 dans l'eau | ||
| Masse volumique | 680 à 790 kg·m-3 à (15 °C) | ||
| T° d’auto-inflammation | environ 250 °C | ||
| Point d’éclair | -40 °C | ||
| Limites d’explosivité dans l’air | 1,3–7,1 %vol | ||
| Pression de vapeur saturante | 350 à 900 hPa (37,8 °C) | ||
| Précautions | |||
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| Phrases R : 45, 46, 65, | |||
| Phrases S : 45, 53, | |||
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| Danger | |||
| Écotoxicologie | |||
| DL | 92 000 mg·kg-1 | ||
| Seuil de l’odorat | bas : 0,12 ppm haut : 0,15 ppm | ||
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L’essence (gaz au Québec) est utilisée comme carburant dans les moteurs thermiques ou les moteurs à combustion interne à allumage commandé. C'est un mélange d’hydrocarbures, auxquels sont parfois ajoutés d’autres produits combustibles ou adjuvants. On y trouve en moyenne :
- 20 % à 30 % d’alcanes, hydrocarbures saturés de formule CnH2n+2,
- 5 % de cycloalcanes, hydrocarbures saturés cycliques,
- 30 % à 45 % d’alcènes, hydrocarbures non saturés,
- 30 % à 45 % d’hydrocarbures aromatiques, de la famille du benzène.
Ces produits sont, pour l’essentiel, issus de la distillation du pétrole. En cas de pénurie de pétrole, il a aussi été fait appel à la distillation des schistes bitumineux, comme cela s’est pratiqué il y a quelques décennies dans l’exploitation de la mine des Télots, à Autun.
Rôles particuliers des composants
Parmi les alcanes, deux jouent un rôle particulier : l’octane C8H18 et l’heptane C7H16.
En effet, ces deux alcanes possèdent des propriétés radicalement différentes du point de vue de leur tendance à l'auto-allumage.
- Un mélange d’air et de vapeur d’octane va difficilement s'enflammer spontanément, ce sera donc bien la bougie qui provoquera l'allumage et créera au moment prévu une déflagration, c'est-à-dire une flamme de pré-mélange qui se propage dans le mélange à une vitesse inférieure à la vitesse du son.
- Au contraire, avec l’heptane, l'auto-allumage est facile : pour des taux de compression élevés, l'allumage aura lieu en volume dans le cylindre avant que la bougie ne fonctionne. Ce phénomène caractéristique des moteurs à allumage commandé s'appelle le cliquetis et provoque la formation d'ondes de choc dans le cylindre, d'où le bruit caractéristique. Dans le pire des cas, il peut y avoir création d'une détonation qui peut aller jusqu'à faire fondre le piston, le front de flamme se déplaçant plus vite que le son en se couplant à l'onde de choc. Il est donc assez courant, notamment dans la littérature anglo-saxonne, de parler improprement de détonation quand on parle en réalité seulement de cliquetis.
En l'état actuel des technologies un moteur à détonation aurait une durée de vie très courte par rapport aux moteurs à combustion interne actuels. Le terme populaire en France de moteur à explosion est peu précis, car les déflagrations tout comme les détonations sont toutes les deux des explosions. Il vaudrait mieux employer le terme de moteur à combustion interne.
Les carburants « premium » contiennent en plus des additifs spécifiques à chaque compagnie pétrolière : détergents, inhibiteurs de corrososion, modificateurs de friction, antimousses, antioxydants, désémulsifiants, réodorants, etc..
Indice d'octane
Les tendances à l'auto-allumage des mélanges d’octane et d’heptane sont différentes. Elles servent de référence pour déterminer l’indice d'octane d’un carburant à tester. Si, par exemple, le taux de compression nécessaire à l'apparition du cliquetis d’un mélange d’air et de ce carburant dans un moteur de référence est le même que pour un mélange comportant 95 % d’iso-octane et 5 % d’heptane, alors on dit que ce carburant a un indice d’octane de 95. Naturellement, cette détermination doit se faire dans des conditions normalisées. On comprend par ailleurs que les mélanges composés exclusivement d’heptane et d’octane auront tous des indices d’octane compris entre 0 et 100.
Des mélanges avec d’autres produits permettent néanmoins d’avoir des indices d’octane supérieur à 100, il faut alors les définir par extrapolation : certaines essences de compétition, dites « essences aviation » atteignent environ 110. Pendant de très nombreuses années, on ajoutait à l’essence une certaine quantité de plomb tétraméthyle Pb(CH3)4 ou mieux de plomb tétraéthyle Pb(C2H5)4 afin de diminuer la tendance à la détonation d’essences contenant un fort pourcentage d’heptane. C’était une manière d’augmenter artificiellement l’indice d’octane (on gagnait 10 points avec 1 g·l-1 de PTE) et de favoriser la lubrification des moteurs mais cela conduisait à disperser dans l’environnement de fortes quantités de plomb, métal dont on connaît la toxicité. Les essences comportant du plomb sont désormais interdites. On connaît d’autres solutions, pas forcément exemptes d’inconvénients, par exemple utiliser davantage d’hydrocarbures aromatiques (beaucoup plus toxiques que les alcanes), ajouter des alcools (en provoquant des risques de corrosion des moteurs), etc.
Un carburant dont l’indice d’octane est trop faible a tendance à provoquer une combustion trop brutale, mais présente aussi une fâcheuse tendance à l’auto-inflammation lors de la compression dans les cylindres du moteur et au cliquetis. Plus le taux de compression du moteur est élevé, plus la température atteinte lors de la compression des gaz est élevée et plus l’indice d’octane doit se rapprocher de 100. Comme on le sait par ailleurs, l’augmentation du taux de compression améliore, conformément aux lois de la thermodynamique, le rendement du moteur, en augmentant l’écart des températures de la source chaude et de la source froide. Un moteur conçu pour fonctionner avec un carburant ayant un certain indice d’octane peut sans problème être alimenté avec un autre carburant d’indice plus élevé, mais pas l’inverse.
Deux valeurs de l’indice d’octane existent :
- l’indice d’octane recherche (research octane number, RON) caractérise le comportement d’un carburant à bas régime ou lors des accélérations ;
- l’indice d’octane moteur (motor octane number, MON) évalue la résistance d’un carburant au cliquetis à haut régime.
Les divers types d’essences actuellement disponibles sont :
- l’essence sans plomb 95 ou « Eurocarburant » (indice d’octane 95),
- l’essence sans plomb 98 (indice d’octane 98 rendu moins polluant),
- le « super » (indice 98, en voie de disparition). Il ne contient plus de plomb mais du potassium pour l'« anti-récession des soupapes » et pose de ce fait des problèmes de fonctionnement.
L’essence sans plomb 98 est plus détergente que l’essence sans plomb 95 et se révèle plus corrosive, en particulier pour les pièces en élastomères (caoutchoucs). Ces deux carburants contiennent de fortes quantités de composants aromatiques qui sont très toxiques. Il faut donc éviter d’en respirer les vapeurs et ne pas s’en servir comme agent de nettoyage ou de dégraissage.
Essence aviation
C'est un carburant spécifique utilisée dans les moteurs d'avions à pistons. Elle est à très haut indice d'octane et traitée de façon à être moins volatile que l'essence ordinaire en particulier pour le vol en altitude. La plus utilisée en aviation légère est l'AVGAS 100LL (Low Lead). Elle est de couleur bleue.
Cette essence contient toujours du plomb tétraéthyle bien qu'il soit supprimé pour les automobiles. Compte tenu du prix atteint par ce carburant pour l'aviation légère, un certain nombre de tentatives sont faites pour développer des moteurs aviation diesel. Mais de nombreux moteurs à allumage commandé utilisant des essences automobiles sont utilisés, p. ex. les moteurs Rotax et Jabiru. On les trouve notamment pour les faibles puissances et les ULM.
Cependant, pour les avions à réaction, c'est le kérosène qui est à la base du carburant. Obtenu directement par la distillation du pétrole brut, il sert entre autres à la production du carburant, JET-A et JET-B.
Autres essences
On trouve en droguerie l’essence C, l’essence F, le white spirit, l'essence G (éther de pétrole), etc. qui sont des mélanges d’hydrocarbures plus ou moins volatils et peu toxiques. Ce sont évidemment des produits très inflammables qu’il convient de manipuler loin de toute source de chaleur et dans des lieux bien aérés.
Outre le remplissage des briquets qui représente un usage très marginal (on parlait jadis d’essence à briquets), les essences de pétrole sont surtout des solvants qui servent à éliminer les taches de corps gras ou de diluants pour les peintures.
Prix des carburants
En raison d'une importante dépendance de nombreux pays occidentaux auprès des pays de l'OPEP, les hydrocarbures sont fortement taxés. La politique européenne consiste à taxer l'énergie dans le but :
- d'assurer des revenus considérables aux états ;
- de limiter ou réduire la dépendance envers les pays producteurs ;
- de restreindre la consommation énergétique (sauvegarde des ressources planétaires et notamment de l'atmosphère) ;
- d'assurer une marge de prix qui pourrait absorber ou temporiser une augmentation trop brutale du cours du pétrole.
En France, la TIPP représente une grande partie du prix de l'essence : en 2008 environ 150 % du prix hors taxes, soit une part de 60 % du prix final. Cette taxe avait cependant pris des proportions bien supérieures : en 1999, quand le baril a atteint son niveau le plus bas de la décennie, l'essence (sans plomb 95) s'est retrouvée taxée à 500 % du prix hors taxes, ce qui représentait 83 % du prix final à la pompe.
L'évolution des prix des carburants est complexe ; elle dépend :
- du prix du pétrole brut ;
- du cours du dollar US par rapport à la devise du pays considéré (en effet les achats de pétrole sur le marché international sont toujours effectués en dollar US) ;
- des coûts de raffinage ;
- du montant des taxes.
En France, les gouvernements successifs ont maintenu un prix du gazole plus bas que celui du super sans plomb 95 en utilisant un taux de taxe réduit de 30 % sur le premier - alors que les prix à la production (HT) de ces deux carburants étaient sensiblement les mêmes. Récemment si la différence de taxation n'a que peu changé (variant depuis 1990 entre 25 % et 35 %), l'augmentation du prix du gazole par rapport celui du super sans plomb 95 (qui est devenu moins cher à la production que le gazole en raison d'une plus forte demande mondiale pour ce dernier), fait que cette différence de prix s'est fortement atténuée : au premier semestre 2008, le sans plomb 95 n'est que 7 % plus cher que le gazole, alors qu'en 1990, il était encore 47 % plus cher. Dans cette situation, l'attractivité des motorisations diesel pour les véhicules de tourisme a diminué, mais reste encore majoritaire compte tenu du meilleur rendement des moteurs diesel et de la plus forte densité énergétique du gazole qui est vendu non pas au poids mais au litre.
| Année | Gazole | Sans Plomb 95 | Prix ss plomb 95/Gazole (TTC) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| HT | TTC | % Taxe | HT | TTC | % Taxe | ||
| 1990 | 0,23 € | 0,57 € | 244 % | 0,28 € | 0,84 € | 296 % | 147 % |
| 1991 | 0,21 € | 0,55 € | 259 % | 0,23 € | 0,78 € | 339 % | 143 % |
| 1992 | 0,19 € | 0,53 € | 281 % | 0,20 € | 0,76 € | 371 % | 144 % |
| 1993 | 0,19 € | 0,56 € | 295 % | 0,19 € | 0,78 € | 408 % | 139 % |
| 1994 | 0,17 € | 0,59 € | 340 % | 0,17 € | 0,80 € | 470 % | 136 % |
| 1995 | 0,16 € | 0,59 € | 361 % | 0,17 € | 0,86 € | 506 % | 146 % |
| 1996 | 0,19 € | 0,65 € | 338 % | 0,19 € | 0,91 € | 488 % | 139 % |
| 1997 | 0,20 € | 0,68 € | 333 % | 0,20 € | 0,94 € | 463 % | 139 % |
| 1998 | 0,16 € | 0,64 € | 395 % | 0,17 € | 0,92 € | 532 % | 142 % |
| 1999 | 0,19 € | 0,69 € | 361 % | 0,20 € | 0,96 € | 471 % | 138 % |
| 2000 | 0,32 € | 0,85 € | 263 % | 0,33 € | 1,09 € | 332 % | 128 % |
| 2001 | 0,29 € | 0,80 € | 273 % | 0,29 € | 1,03 € | 353 % | 129 % |
| 2002 | 0,26 € | 0,77 € | 294 % | 0,27 € | 1,01 € | 379 % | 131 % |
| 2003 | 0,27 € | 0,79 € | 292 % | 0,26 € | 1,02 € | 390 % | 128 % |
| 2004 | 0,32 € | 0,88 € | 273 % | 0,30 € | 1,06 € | 356 % | 119 % |
| 2005 | 0,44 € | 1,03 € | 232 % | 0,39 € | 1,17 € | 302 % | 113 % |
| 2006 | 0,48 € | 1,08 € | 222 % | 0,44 € | 1,24 € | 277 % | 114 % |
| 2007 | 0,49 € | 1,09 € | 223 % | 0,46 € | 1,28 € | 274 % | 116 % |
| 2008 | 0,63 € | 1,27 € | 202 % | 0,53 € | 1,35 € | 255 % | 106 % |
| 2009 | 0,41 € | 1,00 € | 244 % | 0,40 € | 1,21 € | 299 % | 121 % |
| 2010 (1er bim.) | 0,47 € | 1,08 € | 228 % | 0,48 € | 1,30 € | 270 % | 121 % |
Pour mieux informer le consommateur et lutter contre l'inflation, le gouvernement a ouvert le 2 janvier 2007 le site « prix-carburants.gouv.fr » qui permet de connaître les tarifs des carburants partout en France mis à jour à chaque évolution de prix, par les exploitants des stations services. Pour le moment seuls les principaux carburants sont recensés. À terme d'autres types de carburant comme le bio-éthanol seront pris en compte.
Aux États-Unis et au Canada, la politique est inverse, car la faible taxation permet d'offrir une essence bon marché ; les gouvernements respectifs privilégient « le niveau de vie des américains, qui n'est pas négociable » (sic. George W. Bush, président des États-Unis) aux ressources planétaires.
Bien que les États-Unis disposent de ressources pétrolières (les États-Unis étaient le premier producteur mondial de pétrole en 1920, assurant 80 % de sa production), ils sont principalement importateurs (exportation 20 000 barils/jour principalement vers le Canada, importation 10 millions de barils/jour). Les États-Unis sont donc dépendants énergétiquement d'autres pays comme l'Arabie saoudite, le Venezuela ou le Canada. Suite à l'intervention de l'armée américaine en Irak et à la possibilité nouvelle d'importer des ressources depuis ce pays, les États-Unis importent environ 4 % du pétrole irakien.
