Les lubrifiants au régime bio

Omniprésents dans l'industrie, les lubrifiants causent d'importants dommages en matière d'environnement et de santé. Une solution consiste à remplacer les dérivés pétrochimiques très majoritairement employés par des triglycérides issus de ressources végétales. Sans mettre à mal les performances techniques.

Chaînes de tronçonneuses, voies ferrées, engrenages, moteurs, usinage des métaux, décoffrage... Tous secteurs d'activité confondus, les lubrifiants font tourner l'industrie. Ils limitent l'usure des pièces, atténuent les frottements et refroidissent les matériaux. Mais leur utilisation à grande échelle n'est pas sans conséquence sur l'environnement et la santé humaine. Chaque année, en France, 100 000 à 200 000 tonnes de lubrifiants se perdent dans la nature du fait de leur utilisation en systèmes ouverts (tronçonneuses, stations de ski...) et des rejets accidentels (fuites de fluides hydrauliques, par exemple). Or, ces produits, issus pour l'essentiel de la pétrochimie, sont extrêmement polluants et s'accumulent dans les sols et les eaux souterraines. De nouvelles réglementations incitent les utilisateurs à se tourner vers des substances moins nocives, parmi lesquelles les biolubrifiants. Autrement dit, des lubrifiants produits à partir de la biomasse.

Basés pour la plupart sur des huiles végétales issues du colza et du tournesol, ces produits émergents s'avèrent en général plus facilement biodégradables et sont nettement moins nocifs pour l'homme que les dérivés pétroliers. La volatilité du prix du pétrole pousse aussi à leur développement. Un certain nombre d'industriels comme Novance, Fuchs Lubrifiants, Condat ou bien encore Total ont déjà mis sur le marché des lubrifiants d'origine végétale. Mais la recherche continue afin d'allier au mieux avantages écologiques et performances physico-chimiques.

Première étape des travaux lancés il y a quelques années : mettre au point une huile d'origine végétale capable de compter pour plus de 80 % d'un biolubrifiant. « Contrairement aux huiles minérales de la pétrochimie, qui sont inertes, une huile végétale, ça vit ! » résume Audrey Boutevillain, la responsable technique au sein de la division industrie chez Motul, l'un des spécialistes du lubrifiant. Autrement dit, les triglycérides (des esters d'acides gras), les constituants ultra-majoritaire des huiles végétales, résistent moins aux hautes températures et à l'oxydation que les molécules qui composent les huiles classiques. Leur point faible : la présence de doubles liaisons dans les chaînes carbonées (dites insaturées). En effet, sous l'effet d'une élévation de la température, l'huile subit une oxydation et se polymérise, ce qui provoque l'apparition d'un dépôt collant. « Ce phénomène de gommage constitue l'un des défauts des huiles végétales », reconnaît Audrey Boutevillain.

Néanmoins, la réactivité des triglycérides peut aussi être exploitée pour améliorer leurs propriétés. « La double liaison entre deux atomes de carbone ouvre aussi la voie à l'élaboration de molécules plus complexes », précise Zéphirin Mouloungui, directeur de recherches à l'Institut national de la recherche agronomique (Inra). Il est ainsi possible d'introduire des réactions chimiques supplémentaires dans les process de production afin d'améliorer la résistance à l'oxydation. Par exemple en créant des esters synthétiques à partir des triglycérides présents dans l'huile végétale. Une réaction d'estérification par laquelle on remplace le glycérol, qui relie les trois chaînes carbonées des triglycérides, par un autre alcool comme du méthanol. Le résultat est ce qu'on appelle parfois un biolubrifiant de deuxième génération. Autre intérêt de cette réaction : la viscosité de l'huile végétale est réduite, ce qui la rend plus adaptée pour des applications comme l'usinage des métaux.

A l'inverse, il est possible de partir du simple glycérol pour élaborer de nouvelles molécules. « Nous nous tournons vers le glycérol, un sous-produit des biocarburants, en tant que matière première, indique Pierre-Yves Bondon, le directeur de la R et D chez Condat. Nous avons identifié avec l'Inra des voies de synthèse pour produire de nouveaux lubrifiants. Mais nous ne pouvons en dire plus pour le moment. » Signe que laboratoires et industriels considèrent dorénavant les biolubrifiants comme une voie de recherche stratégique.

Reste que, malgré la possibilité d'élaborer des molécules complexes pour créer des huiles plus performantes, l'ajout d'additifs, comme dans les lubrifiants classiques, demeure incontournable. Leurs fonctions - antioxydant, anti-usure, résistance à l'extrême pression, anti-mousse, anti-corrosif, ajustement de la viscosité... - garantissent les caractéristiques physico chimiques du lubrifiant, mais ils demeurent nocifs pour l'environnement et la santé. C'est le cas du soufre, issu de la pétrochimie, mais aussi du phosphore, des amines ou bien encore du dithiophosphate de zinc. Le soufre, grâce aux ponts chimiques métal-soufre-métal qu'il crée, favorise l'absorption des chocs entre deux pièces métalliques. Le dithiophosphate de zinc augmente la qualité du film lubrifiant et les amines protègent de l'oxydation.

« Le dithiophosphate de zinc est interdit dans le cadre de l'Ecolabel européen, assure Matthieu Chatillon, le responsable R et D chez Novance, une filiale du groupe Sofiprotéol axée sur la chimie de spécialités. L'autorisation du soufre et du phosphore est une concession faite aux industriels. »

Pour le moment, les chimistes n'ont pas trouvé les additifs bio qui permettraient de répondre aux restrictions actuelles ou futures. Le problème est d'autant plus ardu que c'est en fait le savant dosage de tous ces additifs qui donne aux lubrifiants leurs spécificités, infiniment variées au vu de l'ensemble des applications possibles. « Les lubrifiants complexes, comme ceux employés pour l'usinage des métaux, peuvent contenir près d'une quinzaine de constituants. L'obtention d'une solution finale stable pose aussi d'importantes difficultés », précise Pierre-Yves Bondon.

Le projet européen Ibiolab (voir les schémas) a permis de démontrer que la production d'un lubrifiant à 90 % bio était réalisable. Un objectif satisfaisant alors que l'Ecolabel européen (lire l'encadré ci-dessus) exige des taux de matières premières renouvelables de 45 à 70 %, selon les applications. Plutôt que de viser un lubrifiant 100 % bio, l'enjeu des recherches actuelles est donc de trouver le meilleur équilibre entre performances ciblées et avantages écologiques.

Reste le frein majeur au développement des biolubrifiants : le coût. « Il est encore difficile de battre sur ce point les produits pétroliers », reconnaît Benoît Gadenne, responsable de projet au sein de l'unité Lipochimie de l'Institut des corps gras (Iterg). De l'avis quasi général, les biolubrifiants sont aujourd'hui 2 à 5 fois plus chers que les lubrifiants classiques. « Faux ! rétorque Matthieu Chatillon. Pour nous, les coûts de production sont à peu près similaires. » Profitant de la bonne image véhiculée par les biolubrifiants, certains distributeurs auraient tendance à pousser les prix de vente à la hausse... Quoi qu'il en soit, la généralisation des biolubrifiants dans l'industrie, poussée par les réglementations, devrait peu à peu faire baisser les prix. Selon l'Agrice (Agriculture pour la chimie et l'énergie, un groupement d'intérêt scientifique qui comprend une dizaine de partenaires, dont l'Ademe), le marché des lubrifiants en France pourrait atteindre 95 000 tonnes en 2015 et 145 000 tonnes en 2030. Un scénario optimiste, qui parie sur une forte augmentation du prix du baril de pétrole à long terme. Et sur une mobilisation importante de la recherche en faveur des biolubrifiants.