Essence (hydrocarbure) - Définition et Explications

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Introduction

Essence (hydrocarbure)
Général
No CAS 86290-81-5
No EINECS 289-220-8
Apparence liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) mobile.
Propriétés chimiques
Formule brute paraffines, cycloparaffines, hydrocarbures oléfiniques et aromatiques.
>C3
Propriétés physiques
fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une...) < -60 °C
ébullition (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps de l’état liquide vers l’état vapeur. Ce phénomène est une vaporisation.) 20 à 200 °C
Solubilité 100 à 250 mg·l-1 dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.)
Masse volumique (La masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par unité de volume.) 680 à 790 kg·m-3 à (15 °C)
T° d’auto-inflammation environ 250 °C
Point (Graphie) d’éclair -40 °C
Limites d’explosivité dans l’air 1,37,1 %vol
Pression de vapeur saturante (La pression de vapeur saturante ou tension de vapeur est la pression à laquelle la phase gazeuse de cette substance est en équilibre avec sa phase liquide ou solide. Elle dépend de la...) 350 à 900 hPa (37,8 °C)
Précautions
Directive 67/548/EEC
Toxique
T
Phrases R : 45, 46, 65,
Phrases S : 45, 53,
Transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de...)
33
   1203   
SGH
SGH08 : Sensibilisant, mutagène, cancérogène, reprotoxique
Danger
H304, H350,
Écotoxicologie
DL 92 000 mg·kg-1
Seuil de l’odorat bas : 0,12 ppm
haut : 0,15 ppm
Unités du SI & CNTP, sauf indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) contraire.

L’essence (gaz au Québec) est utilisée comme carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) dans les moteurs thermiques ou les moteurs à combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon...) à allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une élévation de température permettant de porter une partie de sa masse au-dessus de sa température...) commandé. C'est un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi...) 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 (Le benzène est un hydrocarbure aromatique monocyclique, de formule C6H6, également noté Ph-H, φ-H ou encore Ar-H. Ce composé organique incolore (il a d'ailleurs le même indice de...).

Ces produits sont, pour l’essentiel, issus de la distillation (La distillation est un procédé de séparation de substances, mélangées sous forme liquide. Elle consiste à porter le mélange à ébullition et à recueillir une fraction légère appelée distillat, et une fraction lourde...) du pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de l’économie industrielle...). 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 (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) 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 (La bougie est un objet servant en général à éclairer, composé d'un corps gras et d’une mèche enflammée. Elle a été inventée au milieu du Moyen Âge. Son...) qui provoquera l'allumage et créera au moment prévu une déflagration (Une déflagration est l'ensemble des phénomènes consécutifs au passage rapide d'un front de réaction, le plus souvent d'un front de flamme (combustion d'un gaz ou d'une vapeur), au travers d'un...), c'est-à-dire une flamme de pré-mélange qui se propage dans le mélange à une vitesse (On distingue :) inférieure à la vitesse du son.
  • Au contraire, avec l’heptane, l'auto-allumage est facile : pour des taux de compression (Le taux de compression est une mesure de la performance d'un algorithme de compression de données informatiques. Il est généralement exprimé en pourcentage, et noté τ. Deux définitions sont communément...) élevés, l'allumage aura lieu en volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) dans le cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une courbe...) 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 (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.) dans le cylindre, d'où le bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) caractéristique. Dans le pire des cas, il peut y avoir création d'une détonation (Une détonation est une onde de combustion extrêmement violente, qui se propage à une vitesse supersonique.) 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 (Une onde de choc est un type d'onde, mécanique ou d'une autre nature, associé à l'idée d'une transition brutale. Elle peut prendre la forme d'une vague de...). 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 (La vie est le nom donné :) très courte par rapport aux moteurs à combustion interne actuels. Le terme populaire en France de moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une énergie (éolienne,...) à explosion est peu précis, car les déflagrations tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) 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 (L'octane est un hydrocarbure saturé de la famille des alcanes de formule brute C8H18. Il a 18 isomères.)

Pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) à pétrole aux États-Unis

Les tendances à l'auto-allumage des mélanges d’octane et d’heptane sont différentes. Elles servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) 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 (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) de plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.) 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 (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une expression comme « 45 % » (lue « 45 pour...) 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 (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux alcalins....) dont on connaît la toxicité (La toxicité (du grec τοξικότητα toxikótêta) est la mesure de la capacité...). 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.

Plate-forme pétrolière dans le golfe (Un golfe (italien golfo, grec kolpos, pli) est une partie de mer avancée dans les terres, en général selon une large courbure.) du Mexique

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 (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante,...) 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 (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première définition est aussi la première...), le rendement du moteur, en augmentant l’écart des températures de la source chaude (Une source chaude est une source dont l'eau sort du sol à une température élevée, chauffée par un processus géothermique. Il y a des sources chaudes tout autour du monde, sur tous les continents et même dans les...) 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 (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la 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 (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois...) moins polluant),
  • le « super » (indice 98, en voie de disparition). Il ne contient plus de plomb mais du potassium (Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de l’arabe : القَلْيَه al-qalyah) et de numéro atomique 19.) 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 (L'aviation est une activité aérienne définie par l'ensemble des acteurs, technologies et règlements qui permettent d'utiliser un aéronef dans un...)

Raffinerie de pétrole

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 (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la...). La plus utilisée en aviation légère (Le vocable aviation légère désigne l'ensemble des aéronefs destinés aux loisirs, sports et tourisme aérien comme :) est l'AVGAS 100LL (Low Lead). Elle est de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) 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 (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) 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 (Le kérosène est un mélange d'hydrocarbures contenant des alcanes (CnH2n+2) de formule chimique allant de C10H22 à C14H30. Issu du raffinage du pétrole, il résulte du soutirage pendant la...) qui est à la base du carburant. Obtenu directement par la distillation du pétrole brut (Le pétrole brut provient de l'exploitation d'un puits, à l'issue des traitements de dessablage, de décantation de l'eau, et éventuellement de séparation de la phase gazeuse à pression et température...), 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 (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) et dans des lieux bien aérés.

Outre le remplissage des briquets qui représente un usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) très marginal (Marginal (sous-titrée Anthologie de l'imaginaire) est une collection des éditions OPTA, vouée aux anthologies thématiques de science-fiction.) (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

Les prix de l'essence à San Francisco, Californie, en juillet 2006

En raison d'une importante dépendance de nombreux pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la...) occidentaux auprès des pays de l'OPEP, les hydrocarbures sont fortement taxés. La politique européenne consiste à taxer l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 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 (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.), 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 (Le gazole (terme recommandé en France par la DGLFLF), ou gas-oil, ou encore gasoil, ou diesel (terme recommandé par l'Office...) 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 (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus...), l'attractivité des motorisations diesel pour les véhicules de tourisme (Le tourisme est le fait de quitter son domicile, pour des raisons personnelles, pour une durée supérieure à 24 heures. Ce qui implique la...) a diminué, mais reste encore majoritaire compte tenu du meilleur rendement des moteurs diesel et de la plus forte densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de...) énergétique du gazole qui est vendu non pas au poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la...) mais au litre (Le litre (du grec λίτρα lítra, ancienne mesure de capacité – une livre de douze onces – égale au seizième du boisseau soit 0,813 litre) est une unité...).

Prix moyen (par litre) des carburants en France depuis 1990
Année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) 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 (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport...) 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 (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x =...), car la faible taxation permet d'offrir une essence bon marché ; les gouvernements respectifs privilégient « le niveau de vie (Le niveau de vie fait référence à la qualité et quantité des biens et services dont dispose la population. Il est généralement mesuré comme le revenu réel...) 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.

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