Le GPL ou LPG

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Mots clés : GPL, LPG, gaz carburant, composition, caractéristiques.

Le GPL est un mélange d’hydrocarbures ayant un poids moléculaire peu élevé avec trois ou quatre atomes de carbone, c’est-à-dire : propane, propylène, n-butane, isobutane, buténes, dans des proportions variables. La fabrication de ce carburant est dérivée du traitement du brut dans les raffineries et de la séparation (dégazage) du gaz naturel (méthane- éthane).

Les gaz de pétrole liquéfiés peuvent aussi contenir de faibles quantités de méthane, d’éthylène, de pentane et de pantènes et, exceptionnellement, d’hydrocarbures tels que les butadiènes, l’acétylène et le méthylacétyléne.

Ces derniers hydrocarbures sont présents uniquement en tant que sous-produits de la production d’oléfines à usage pétro-chimique. Outre les hydrocarbures, on trouvera aussi parfois des composés sulfurés (mercaptans et alkyles-sulfures) en quantité extrêmement faible, mais qui ont une certaine importance en ce qui concerne la corrosivité du produit.

Les principales caractéristiques

Les GPL sont des gaz facilement liquéfiables à la température ambiante sous une faible pression (4-18 atmosphères) : cette particularité permet un stockage et un transport plus simples que pour les gaz non condensables tels que le méthane, l’éthane, l’éthylène, qui exigent des pressions très élevées pour pouvoir être liquéfiés à la température ambiante.

· Les GPL raffinés sont en général presque inodores et extrêmement inflammables, étant donné leur grande volatilité. Ils peuvent donner, au contact de l’air, des mélanges explosifs. Pour mieux les reconnaître ou déceler d’éventuelles fuites, on leur donne une odeur particulière au moyen de substances appropriées (mercaptans).

  • Les GPL ne sont pas vraiment toxiques : ils présentent tout au plus un léger pouvoir anesthésiant, s’ils sont inhalés longuement et peuvent provoquer des migraines et des maux d’estomac.

 

  • Le GPL, lorsqu’il se répand sous sa forme liquide, hors d’un container sous pression, s’évapore en produisant du froid : au contact de la peau, il provoque des brûlures caractéristiques appelées « brûlures froides ».

Les particularités physico-chimiques des GPL (courbe de distillation, tension de vapeur, poids spécifique, pouvoir calorifique, rendement dans les moteurs, etc…) dépendent de leur teneur en divers hydrocarbures.

Les produits du commerce sont très différents les uns des autres. En outre, leur tension de vapeur, leur poids spécifique et leurs propriétés antidétonantes sont très sensibles aux variations de la température ambiante. Les méthodes de calcul du nombre d’octane sont récentes (moteur ASTM-CFR dans des conditions de fonctionnement Motor Method Norme ASTM D 2623).

Les essais ont démontré qu’un indice de 92 doit être considéré comme la valeur minimale pour l’alimentation des voitures qui utilisent ce type de carburant. Des GPL contenant des hydrocarbures oléfiniques (plus particulièrement du propylène) peuvent donner lieu à des phénomènes de détonation et de pré-allumage d’autant plus sensibles que leur teneur en hydrocarbures oléfiniques est plus grande et que le taux de compression du moteur est plus élevé.

On peut en dire autant pour les GPL à haute teneur de n- butane. A cet égard, le N-G-P-A, organisme chargé en Amérique de l’unification des normes, prévoit que les GPL (spécification HD-5) doivent contenir un maximum de 5 % en en volume de propylène.

Comparatif face à l’essence

Le pouvoir calorifique du GPL est pratiquement égal à celui de l’essence si on l’exprime en kilocalories par kilo de carburant mais ces valeurs seront très différentes si elles sont exprimées en kilocalories par litre de carburant liquide à 15 °C.

Cette diversité provient de la différence de densité entre le GPL et essence : en moyenne, la densité à 15 °C d’un GPL est de 0.555 kg/litre et celle de l’essence de 0.730 kg/litre. Un moteur alimenté avec de l’essence développe une puissance supérieure de 10 à 12 % mais accuse également une consommation spécifique plus élevée et un rendement global plus bas qu’un moteur alimenté au GPL.

Les pouvoirs calorifiques des deux carburants étant pratiquement égaux, la diminution de puissance constatée avec le GPL est due à un remplissage inférieur des cylindres, dont les causes sont :

  • La présence d’un mélangeur entre le filtre à air et le carburateur (la perte de charge dans le conduit d’admission provoque une diminution de puissance de 5 à 6%). Un aménagement adéquat de l’entrée du gaz, obtenu en perforant le carburateur et en appliquant un gicleur qui envoie directement dans la section la plus étroite du Venturi, permettrait d’atténuer sensiblement cette perte de puissance.

 

  • Un mélange plus chaud, et donc moins dense, car la vaporisation du GPL se produit dans un réducteur-vaporisateur. Le carburant arrive déjà chaud dans le carburateur alors que le mélange air/essence subit un refroidissement dû à la chaleur latente de vaporisation de l’essence. La perte de puissance enregistrée est de l’ordre de 5-6 %, d’autre part, elle est inévitable étant donné que, pour garantir un rapport constant air/combustible, le dispositif d’alimentation doit envoyer le GPL se trouvant déjà à l’état gazeux dans la section la plus étroite du carburateur.

Un meilleur rendement pour le GPL

L’augmentation du rendement global du GPL par rapport à l’essence peut s’expliquer par une meilleure combustion due à une plus grande homogénéité du mélange gaz/air et par le fait que le réglage du mélangeur, effectué de façon à obtenir un maximum de puissance avec un minimum de consommation, fournit mélange légèrement plus pauvre. Mais, étant donné que les GPL de compositions différentes ont également un poids spécifique différent, il s’en suit une consommation en poids différente pour le même réglage du mélangeur.

Puisqu’on peut considérer qu’à une vitesse constante la quantité d’air requise par le moteur est également constante, un rapport air/carburant différent correspondra à chaque débit de gaz. Il en résulte que pour des GPL de compositions différentes on obtiendra des consommations et des rendements différents ce qui n’enlève rien au fait qu’avec un réglage du mélangeur adapté à chaque type de gaz, on enregistrera toujours une puissance maximum avec un minimum de consommation.

En admettant donc que l’emploi du GPL provoque une perte de puissance de l’ordre 12%, les installations de gaz liquide ne permettent pas moins d’obtenir, si elles sont bien réglées, une consommation spécifique inférieure de combustible, c’est-à-dire un plus grand nombre de chevaux par kilo de GPL.

Avantages mécaniques du GPL

Indépendamment du facteur exclusivement économique, une autre raison devrait faire préférer l’emploi du GPL à celui de l’essence : il assure une longévité du moteur supérieure d’environ 50 %

  • Sa combustion étant plus complète que celle des combustibles liquides, il en résulte une diminution de dépôts dans la chambre de combustion et sur les pistons : le fonctionnement souple, sans détonation, se traduit par des meilleures conditions de travail des bielles, des paliers et des organes annexes.

 

 

  • La nature gazeuse du combustible à son entrée dans le moteur élimine l’action de lavage des parois des cylindres pendant les phases d’accélération poussée, avec une diminution appréciable de l’usure des chemises des cylindres, des pistons et des segments.

 

  • Les soupapes et les bougies, malgré les températures plus élevées de fonctionnement, ont également une durée plus longue.

Tous ces facteurs permettent d’espacer les révisions périodiques du moteur, dont le fonctionnement normal peut augmenter ainsi de 50 a 200%. Le fait qu’il n’existe pas de lavage des cylindres par le carburant évite la dilution du lubrifiant, et l’on peut ainsi espacer beaucoup plus les vidanges.

Les précautions à prendre avec le GPL

Si l’alimentation au GPL provoque une augmentation de viscosité de l’huile moteur, elle cause, par contre, une plus grande oxydation du lubrifiant à cause de la chaleur dégagée, plus élevée qu’avec l’essence et favorisée par l’absence l’isolation sur les pièces (dépôts sur la tête du piston)

Pour éviter une diminution du rendement, il faudra donc que le moteur à GPL soir lubrifié avec une huile moins visqueuse que celle utilisée pour les moteurs à essence – par exemple une SAE 30 au lieu d’une SAE 40 – et que le rétablissement du niveau soit effectué avec des huiles SAE d’une viscosité inférieure d’environ une unité par rapport à celle de l’huile utilisée après la vidange.

En contrepartie des avantages présentés par le GPL, correspond une plus grande usure des sièges des soupapes, ce qui a comme conséquence un manque de jeu des poussoirs et le grillage des soupapes, qui restent partiellement ouvertes.

Ce phénomène est plus perceptible lorsque le moteur est lubrifié avec de l’huile ne contenant pas de cendres et d’additifs organo-métalliques. Lorsqu’on passe de l’alimentation à essence a celle au GPL, l’utilisation de bougies d’une valeur thermique plus froide s’impose car, si avec l’alimentation à essence les parois internes du cylindre et de la chambre d’explosion sont aspergées de très fines gouttelettes et, partant, refroidies, ce phénomène est moins perceptible avec alimentation au GPL ce qui cause un plus grand réchauffement des chambres d’explosion et des bougies : il s’ensuit la formation d’une étincelle moins efficace. Le fonctionnement optimal peut être rétabli en utilisant précisément des bougies plus froides.

L’installation GPL

Le circuit d’alimentation d’un moteur fonctionnant au gaz liquide se compose d’un réservoir, d’un filtre, d’un régulateur de pression, d’un vaporisateur, d’un carburateur et des canalisations correspondantes.

Le prélèvement s’effectue au moyen d’une tubulure plongeant au fond du réservoir, où le gaz se trouve toujours à l’état liquide. La partie supérieure ne contient que des vapeurs qui ne permettraient pas au moteur de fonctionner aux hauts régimes.

Enfin, si l’on prélevait le GPL dans la partie supérieure du réservoir, la composition du gaz liquide restant s’enrichirait graduellement de butane, du fait de l’évaporation plus rapide du propane. On obtiendrait ainsi une diminution de pression dans le réservoir et une diminution du nombre d’octane du combustible. En puisant le GPL liquide au fond du réservoir, le mélange reste donc pratiquement constant. Le GPL traverse un premier filtre puis passe, toujours à l’état liquide, dans la partie à haute pression du régulateur (régulateur primaire) où la pression est ramenée à des valeurs variant entre 0,3 et 0,7 kg/cm2, contre 10 à 14 kg/cm2 dans le réservoir.

Il passe ensuite dans le «vaporisateur» (généralement incorporé au régulateur de pression) : il s’agit d’un serpentin immergé dans l’eau chaude provenant du moteur, dans lequel le GPL se transformera en gaz.

Ce gaz entre ensuite dans la partie à basse pression du régulateur (régulateur secondaire), qui ramène la pression à une valeur légèrement inférieure à la pression atmosphérique (5 mm environ d’eau) La régulation de cette dépression est fondamentale pour réaliser un dosage correct du combustible dans le carburateur. Le régulateur sera sensible aux variations de la pression atmosphérique et à la température agissant de façon telle que la pression finale soit toujours légèrement inférieure à la pression atmosphérique pour éviter que le gaz ne s’échappe librement dans l’atmosphère pendant le fonctionnement du moteur.

Du régulateur secondaire, le combustible passera dans le carburateur où s’effectuera le mélange avec l’air qui sera aspiré dans le conduit d’admission.

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