Par définition, un moteur thermique produit de la chaleur par frottement de ses organes internes et du fait de l’énergie déployée par la combustion ou l’explosion des gaz carburants. Si le concepteur ne tient pas compte du phénomène, la température du moteur, au niveau des cylindres et autres pièces en mouvement, augmente à tel point que les composants se dilatent et grippent ou fondent. Dans les deux situations, la rotation est stoppée net de façon définitive : on dit que le « moteur serre ». C’est la situation dans laquelle se trouve un moteur dont le circuit de refroidissement est interrompu trop longtemps.
Deux systèmes sont utilisés, pour maintenir, de façon pérenne, les pièces mécaniques dans une plage de température acceptable par l’ensemble des matériaux composant la mécanique : le refroidissement par ventilation d’air et le refroidissement par circuit hydraulique. Nous nous intéressons, aujourd’hui à ce dernier dispositif, très majoritairement utilisé dans les moteurs de voiture modernes.
Principe du refroidissement par circuit hydraulique
Le bloc-moteur, les circuits de lubrification (huile moteur, boites de vitesse…) et certains organes comme les cylindres sont entourés d’un réseau complexe de canalisations dans lequel circule le liquide de refroidissement qui récupère au passage une partie de la chaleur produite. Autrefois, il s’agissait d’eau, mais son utilisation comportait de nombreuses limitations :
- évaporation importante, d’où consommation excessive ;
- température d’ébullition à 100 °C, alors que la température moyenne de fonctionnement du moteur peut atteindre, sous certaines contraintes, jusqu’à 110 à 115 °C ;
- corrosion des circuits, provoquant des boues donc des bouchons ;
- gel en période hivernale, pouvant fissurer le circuit, le bloc-moteur, etc.
Aujourd’hui, on utilise, pour limiter ces défauts, des liquides spécifiquement formulés dont nous détaillons les caractéristiques plus loin.
Composition du circuit de refroidissement
Tous les moteurs modernes à refroidissement hydraulique sont dotés d’un circuit dédié étanche composé des éléments suivants :
- Vase d’expansion, pour éviter les surpressions provoquées par la dilation du liquide en usage normal.
- pompe à eau, qui force la circulation du liquide à l’intérieur du circuit. S’agissant d’une pompe mécanique, sa vitesse de rotation est directement proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. Cette caractéristique essentielle permet d’adapter le débit du liquide de refroidissement lorsque la température produite par le moteur augmente en raison du régime plus élevé. Lorsque le moteur force pendant de longues périodes (montagne, par exemple), il est conseillé avec ce genre de montage de conserver un régime moteur élevé, en rétrogradant d’un rapport. S’agissant d’une pompe électrique, le débit est régulé électroniquement avec la température d’eau, mesurée par un capteur sur le bloc-moteur. Il existe même, plus rarement des pompes combinant les deux systèmes et certains moteurs embarquent plusieurs pompes à eau.
- Boitier de répartition du liquide, dont le rôle consiste à dévier une partie du flux vers les différents organes à traiter (échangeurs, turbos, vanne EGR, chauffage…).
- Canaux de circulation du liquide ménagés en fonderie dans le bloc-moteur et autour des cylindres ;
- Radiateur, généralement placé devant le moteur pour profiter du flux d’air frais généré par la vitesse du véhicule. La quasi-totalité des radiateurs modernes est dotée d’un ventilateur électrique (GMV), qui force le flux d’air si la vitesse du véhicule est insuffisante (circulation urbaine). Ce dispositif est en outre, indispensable, pour le refroidissement du condensateur d’une éventuelle climatisation ;
- Thermostat (quelquefois appelé calorstat), permettant de moduler le débit du liquide de refroidissement en fonction de la température du bloc-moteur.
Comment fonctionne le circuit de refroidissement hydraulique ?
Lorsque le moteur démarre, la pompe à eau active la circulation du liquide de refroidissement en circuit fermé. Il est dirigé vers le boîtier de répartition qui sépare le flux vers les différents consommateurs. Pendant la phase de chauffage du moteur, le thermostat reste fermé, n’autorisant aucun apport de liquide froid, dans le bloc, tant que la température normale de fonctionnement n’est pas atteinte. Lorsque le moteur chauffe, il s’ouvre progressivement, jusqu’à obtenir le débit maximal à température normale de service (généralement entre 80 et 100 °C). En fin de cycle, le liquide circule dans les multiples alvéoles du radiateur en contact avec l’air ambiant plus froid, qui dissipe les calories transportées par le liquide. Aspiré par la pompe, le liquide ainsi refroidi commence un nouveau cycle.
Particularités du vase d’expansion
Le liquide de refroidissement ne circule pas dans le vase d’expansion, avec lequel il communique seulement. En service normal, l’air emprisonné dans la partie supérieure du ballon, se compresse ou se détend pour compenser les différences de volume provoquées par la dilatation ou la contraction du liquide sous l’effet des variations de température. Situé dans le compartiment-moteur et facilement accessible, le vase d’expansion revêt une importance capitale dans la prévention des surchauffes, car il permet le contrôle visuel du niveau de liquide. Celui-ci doit impérativement rester confiné (quelle que soit la température du moteur), entre les repères haut et bas imprimés ou en relief sur sa surface, constituée généralement en matière transparente. Un niveau trop bas donne le signal d’une anomalie (fuite ou consommation anormale) et un niveau trop élevé peut provoquer une surpression dommageable aux organes composant le circuit, même lorsque le moteur chauffe sans excès. Le bouchon du vase d’expansion supporte la soupape de sécurité qui s’ouvre lors d’accidentelles surpressions.
Les différents liquides de refroidissement
La norme NFR 15601, différencie 3 types de liquides de refroidissement :
- Le type 1 protège du gel jusqu’à -15 °C et commence à bouillir (donc à s’évaporer) à 155 °C ;
- Le type 2, antigel jusqu’à -18 °C, boue à seulement 108 °C ;
- Le type 3, assure une protection contre le gel jusqu’à -35 °C et s’évapore à partir de 155 °C.
Chacun de ces types de produits est formulé à base d’eau, additionnée :
- de Propylène glycol (MPG), classifié « D » ou « G » sur l’emballage et de couleur jaune, rouge ou orange ;
- d’Éthylène glycol (MEG), classifié « C », de couleur bleue ou verte.
Tous ces produits sont miscibles entre eux. On trouve même sur le marché, une formulation hybride. S’il est nécessaire de rajouter du liquide pour rattraper le niveau, il est malgré tout recommandé d’utiliser la même formulation de produit que celui déjà en place (les couleurs d’une même formulation peuvent se mélanger sans risque.). Lors d’un remplacement total de liquide de refroidissement, il est préférable d’utiliser un produit organique (classes D ou G de couleur rouge, jaune ou orange), pour ses qualités écologiques et la meilleure conservation dans le temps, de ses performances intrinsèques. Il y a, pour les véhicules récents, de fortes présomptions pour que le liquide d’origine soit organique ou hybride. Attention : ne rajoutez en aucun cas d’eau dans le circuit de refroidissement, sauf pour rejoindre le premier garagiste, qui devra alors vidanger et remplacer la totalité du liquide, après réparation de la fuite. Dans cette situation d’urgence, il est indispensable d’attendre le refroidissement du moteur pour ouvrir le bouchon du vase d’expansion (risques de projection de liquide bouillant pouvant provoquer des brûlures graves) et de ne jamais rajouter d’eau froide dans un moteur très chaud (risque de choc thermique pouvant endommager irrémédiablement le bloc-moteur).
Conduite à tenir lors d’une anomalie de niveau de liquide de refroidissement ?
Nous l’avons vu, la baisse du niveau de liquide de refroidissement peut être détectée visuellement sur les repères du vase d’expansion. Il y a cependant d’autres façons plus techniques ou plus empiriques d’arriver à ce constat. La quasi-totalité des véhicules actuels, par exemple, comportent un voyant lumineux ou une jauge de niveau de liquide de refroidissement au tableau de bord. Méthode plus aléatoire, on repère une fuite de liquide de refroidissement par les taches humides qu’elle laisse sur le sol. Gardez à l’esprit que la climatisation permet, de façon normale, un écoulement d’eau de condensation.
On peut aussi, s’inquiéter de percevoir une odeur caractéristique de liquide chaud dans l’habitacle. Dans ce cas, il s’agit souvent d’une fuite dans le circuit du radiateur de chauffage situé sous le tableau de bord. Un écoulement de liquide est donc à rechercher dans cette zone. Il faut enfin, s’interroger sur le dégagement à l’échappement, d’une épaisse fumée blanche. Cela présage d’une rupture d’étanchéité du joint de culasse à laquelle suivent très vite, une montée en température anormale du moteur, une émulsion blanche dans l’huile du moteur (mayonnaise) et/ou quelques ratés dans son rythme de fonctionnement. Dans tous les cas, le premier réflexe face à un constat de fuite ou de consommation de liquide de refroidissement, consiste à en rechercher l’origine, afin d’y remédier sans tarder. Il en va de la vie du moteur !
Points sensibles du circuit de refroidissement à vérifier d’urgence en cas de surchauffe ou de suspicion de fuite
En première intention, coupez le moteur et ouvrez le capot moteur, pour vérifier :
- qu’aucune connexion ou surface de durite (canalisation en caoutchouc), ne présente d’écoulement. Si c’est le cas, un simple resserrage du collier incriminé peut régler définitivement le problème. En cas de déchirure, la durit est à remplacer immédiatement. Des traces blanchâtres, sans écoulement visible, peuvent faire penser à une fuite temporaire.
- que le radiateur ne présente pas de fuite à une soudure, sur un sertissage ou n’aie pas été percé par la projection d’un gravier. Tout écoulement d’eau, émanant d’une surface dure (métallique ou synthétique), doit être considéré comme anormal ;
- la tension de la courroie de pompe à eau. Si elle est rompue, immobilisez impérativement le véhicule, pour remplacer la courroie sur place ou le faire transporter chez un garagiste.
- L’absence de surpression, d’écoulement par le bouchon ou de mayonnaise dans le vase d’expansion (fuite au joint de culasse).
Seul un professionnel pourra établir un diagnostic sur la raison d’une surchauffe attribuable à un élément interne, comme un joint d’étanchéité de pompe à eau, au joint de culasse, à la défaillance du thermostat, à un bouchon dans le radiateur ou à toute autre panne sans écoulement ou signe extérieur visible. Il peut, en outre, mettre le circuit en surpression temporaire pour détecter une fuite intermittente.
