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| © DR Le liquide de refroidissement transporte les calories à évacuer vers le radiateur qui à son tour les échange dans l'atmosphère. |
Il y a encore quelques années le liquide caloporteur était simplement de l'eau car elle présente l'avantage de posséder le plus haut pouvoir réfrigérant de tous les liquides. Son inconvénient majeur étant de se solidifier à 0°C en augmentant de volume (environ 9%) en provoquant parfois l'éclatement du bloc moteur ou tout au moins celui du radiateur.
La solution a consisté à ajouter, pour l'hiver, de l'antigel dans l'eau, avec pour avantage d'abaisser le point de congélation et pour inconvénient de restreindre sa capacité à favoriser les échanges thermiques puisque les glycols utilisés ont une conductibilité thermique plus faible : il fallait donc vidanger l'été pour remettre de l'eau.
La deuxième particularité physique de l'eau est de bouillir à 100°C lorsqu'elle est à la pression atmosphérique (qui est d'environ 1 bar) avec l'inconvénient de passer de l'état liquide à l'état gazeux.
Lorsque cela ce produit, la température augmente en premier autour de la chambre de combustion au niveau de la culasse, dès que l'eau est vaporisée, il n'y a plus de fluide caloporteur dans le circuit, la température augmente très rapidement, et l'élément le plus proche et le plus vulnérable c'est à dire le joint de culasse cède.
Le refroidissement du moteur, bien que nécessaire pour que les matériaux qui constituent l'enceinte de la chambre de combustion résistent à la température des gaz, nuit à son rendement thermodynamique car l'énergie évacuée sous forme de chaleur aurait pu être transformée en puissance mécanique.
Les constructeurs se sont donc employés à augmenter le rendement des moteurs en élevant, entre autres, la température normale de fonctionnement.
De manière à retarder le point d'ébullition de l'eau au-delà de 100°C, le circuit de refroidissement est maintenant pressurisé (c'est le principe de la cocotte minute).
Un vase d'expansion permet la dilatation du liquide, il est situé le plus haut possible de manière à permettre le dégazage du circuit.
Le vase peut être du type chaud lorsque l'eau y circule ou de type froid lorsqu'il ne sert qu'à compenser les fluctuations de niveau, il n'est alors raccordé au circuit que par un seul tuyau.
En fonction de la quantité de chaleur à évacuer, le motoriste détermine le type de circuit, la capacité du radiateur, la quantité totale de fluide nécessaire, le débit de la pompe à eau.
Le fluide caloporteur actuellement utilisé a dû s'adapter à de nouvelles contraintes il est actuellement permanent (pour 2 à 3 ans) on le nomme liquide de refroidissement lorsqu'il est adapté à toutes les saisons et qu'il est conditionné prêt à l'emploi.
L'appellation antigel étant toujours réservée au produit à préparer en le diluant à un pourcentage déterminé d'eau.
Le liquide de refroidissement a pour fonction de compléter l'action de pressurisation du radiateur en retardant le point d'ébullition puisque, en fonction du type de produit, ce point d'ébullition peut atteindre 110°C à la pression atmosphérique. On ne doit donc surtout pas remplacer le liquide de refroidissement par de l'eau, même l'été.
Les liquides de refroidissement sont constitués:
de 50 à 70 % d'eau,
de 30 à 50 % de glycol,
ainsi que d'additifs très importants bien qu'en faible quantité : de 3 à 8 %.
L'eau :
Le problème de l'eau, outre son bas point de congélation, est de provoquer la corrosion des métaux essentiellement à cause des impuretés qu'elle contient : sels minéraux, de calcium, de magnésium, chlorures …
Il est donc impératif d'utiliser de l'eau déminéralisée, que ce soit pour la formulation des liquides de refroidissement, la préparation de liquide à base d'antigel ou dans le cas où l'on réalise un appoint d'eau pour se dépanner.
Les glycols :
L'éthylène glycol (monoéthylène glycol) est le plus utilisé il présente l'avantage d'être biodégradable, il est par contre toxique par ingestion (le symbole nocif est d'ailleurs visible sur les emballages).
Suivant sa dilution l'indice de protection est clairement indiqué sur les conteneurs (par exemple protection - 20°C).
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© DR Le monoéthylène glycol est biodégradable, mais toxique par ingestion. |
Le propylène glycol (monopropylène glycol) est moins toxique mais présente l'inconvénient d'être également moins biodégradable ; il est moins utilisé que l'éthylène glycol.
Les additifs :
Bien qu'en faible quantité ce sont eux qui font la différence. Le rôle des additifs est de protéger les matériaux de nature très différente constituant les moteurs modernes: aluminium, fonte, cuivre, joints, peinture, plastiques, caoutchoucs …
Les additifs doivent empêcher la corrosion du bloc moteur, de la culasse, des chemises … les dépôts et les boues issues de cette oxydation gênent les échanges thermiques au niveau des parois ou la circulation du fluide lui-même lorsqu'ils se déposent dans des passages étroits (radiateur).
La cavitation, qui entraîne un arrachement de métal, est un phénomène complexe qui apparaît dans des zones ou la température est élevée et les variations de pression très importantes.
Les additifs doivent également s'opposer à la formation de mousse (puisque l'air isole au lieu de conduire) et conférer au liquide une conductivité électrique quasiment nulle de manière à éliminer les risques de corrosion électrochimique.
La difficulté rencontrée pour formuler un liquide de refroidissement concerne essentiellement les additifs, car les produits utilisés peuvent être incompatibles entre eux ou bien inhiber certaines propriétés : il ne suffit donc pas d'ajouter autant de composants qu'il y a de problèmes à résoudre, il faut découvrir de nouvelles formulations.
D'autres additifs sont utilisés, tels que les colorants qui permettent de distinguer les produits en fonction par exemple de leur degré de protection contre le gel. Certains colorants traceurs permettent de localiser plus facilement les fuites.
Les additifs amérisants sont de plus en plus utilisés car les liquides à base d'éthylène glycol au goût sucré mais nocif par ingestion, sont trop souvent responsables d'intoxication notamment chez les enfants.
Le liquide de refroidissement est un produit, contrairement aux apparences, très évolué, l'absence de repères qualitatifs normalisés pousse trop souvent le consommateur à ne regarder que le prix, il est alors fortement conseillé (lorsque l'on s'adresse à des moteurs modernes fortement chargés à la plage de température de fonctionnement étroite) de faire confiance au liquide préconisé par le constructeur car il a procédé a ses propres essais et peut se porter garant de la compatibilité du produit.
En observant le thermomètre de température d'eau des véhicules ou des engins on a pu constater l'évolution des températures normales de fonctionnement : de 75 à 90°C la zone rouge débutant à 100°C on peut constater aujourd'hui que cette zone débute vers 115 à 120°C autorisant un fonctionnement continu du moteur à une température supérieure à 100°C.
Il est interdit parce que dangereux d'ouvrir le bouchon du vase d'expansion ou du radiateur lorsque le moteur est chaud pour deux raisons :
- d'abord le dispositif étant pressurisé, la pression pousse le liquide (bouillant) de l'endroit ou il y a le plus de pression (le radiateur) vers celui ou elle est plus basse : l'atmosphère dans la trajectoire de laquelle on se penche pour voir !
- au moment ou l'on ouvre le bouchon on établit la pression atmosphérique dans le circuit qui était pressurisé pour retarder le point d'ébullition du liquide il risque s'il est à température limite, de se transformer instantanément en vapeur avec les dangers que cela comporte.
(en fait - à moins d'avarie mécanique- souvent l'eau se met à bouillir parce que l'on enlève le bouchon, l'air remplace le liquide dans la culasse et moteur arrêté, la température continue de monter; on peut détériorer à posteriori alors qu'il suffisait de laisser tourner le moteur et d'attendre).
Le bouchon du vase d'expansion possède deux clapets il est donc spécifique à un circuit de refroidissement donné.
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| © DR Le vase d'expansion est situé en hauteur par rapport au radiateur. La mise à niveau du liquide s'effectue en ouvrant le bouchon du vase d'expansion et surtout pas celui qui se trouve sur le radiateur. |
Le premier clapet est un clapet anti-retour qui permet, lorsque le moteur est froid de laisser s'établir la pression atmosphérique dans le circuit, il se ferme dès qu'elle augmente.
Le deuxième clapet est un clapet de surpression taré à une valeur bien précise, il détermine la pression maximale à laquelle la pression peut monter dans le circuit de refroidissement.
Dans le cas ou un moteur a tendance à chauffer il faut commencer par vérifier : le niveau de liquide, le bouchon du vase d'expansion, puis le calorstat.
Lorsque l'on remplace le liquide de refroidissement, il est conseillé de rincer le circuit : pour ne pas diluer avec un produit qui peut être incompatible, pour ne pas atténuer les performances du liquide neuf avec un liquide souillé.
Les nouvelles générations d'additifs sont à base organique et non plus minérale, leur principe actif leur assure une durée de vie plus importante, leur réserve d'alcalinité leur permet de neutraliser les gaz acides de combustion qui passent inévitablement au travers du joint de culasse et se retrouvent dans le circuit de refroidissement.
La norme :
Il n'existe pas de norme internationale.
En France, la norme AFNOR NF R 15-601 de 1991 définit une qualité minimale: elle est généralement mentionnée sur les emballages.
Le produit est ainsi identifié :
Type 1 : liquide concentré (antigel)
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| © d'après document Solgel Le type 1 est du liquide antigel concentré. |
Type 2 : liquide de refroidissement;
température de congélation -18°C
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| © d'après document Solgel Le type 2 est du liquide de refroidissement prêt à l'emploi. |
