Question d'origine :
Bonjour,
Dans les bougies d'allumage utilisées sur les moteurs à essence, on trouve dans la partie centrale des zircones. Quel est le rôle de ce matériau ?
Merci!
Réponse du Guichet
bml_sci
- Département : Sciences et Techniques
Le 08/12/2010 à 09h41
Dans un moteur à explosion, les principales qualités requises pour les bougies sont :
- de posséder une résistance en série permettant une tension d'arc élevée,
- d'être parfaitement isolantes (fuites possibles vers la masse avant les électrodes),
- d'évacuer rapidement la chaleur vers le circuit de refroidissement afin d'éviter les risques d'auto-allumage ainsi que la fusion des électrodes. La tension d'arc est fonction notamment de l'écartement des électrodes et de leur état.
source : Technologie fonctionnelle de l'automobile. Tome 1 : Le moteur et ses auxiliaires
La zircone utilisée pour les éléments chauffants est stabilisée à l’yttrine (Y2O3).
Les éléments disponibles aujourd’hui sur le marché sont élaborés par métallurgie des poudres. Ce sont des tubes de longueur maximale 360 mm. [...]
L’utilisation de résistances en zircone n’a d’intérêt que sous atmosphère oxydante, voire neutre jusqu’à 2 050 à 2 100°C (température de l’élément chauffant). Le matériau est relativement sensible aux chocs thermiques.
La durée de vie de l’élément se compte plus en nombre de cycles 25°C / 2 000°C (chauffage à 2 000°C depuis 25°C, puis refroidissement à 25°C) qu’en mois ou année.
Nota : Une particularité importante de la zircone est que sa résistivité diminue fortement avec la température (figure 1). Cela est dû au fait que la zircone n’est pas un conducteur électronique comme les matériaux décrits précédemment, mais un conducteur ionique. En effet, la conductivité électrique du matériau à haute température est due au transport des ions O2- . Cette propriété est d’ailleurs à l’origine des multiples applications de la zircone comme capteurs de pression partielle d’oxygène ou comme électrolyte solide pour les piles à combustibles.
Source : dossier Matériaux pour résistances électriques (D2620) des Techniques de l'Ingénieur, ressource en ligne consultable en vous rendant à la Bibliothèque municipale de Lyon.
C'est également pour ces mêmes propriétés que le Zirconium est utilisé dans les appareils de mesure de la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement : Pour mesurer la teneur en oxygène des gaz d’échappement, on utilise le phénomène de transport d’ions oxygène dans un électrolyte solide en zircone (ZrO2).
Une paroi en zircone sépare deux chambres isolées où diffusent à travers des orifices des gaz d’échappement d’un côté et l’air ambiant de l’autre. De chaque côté de la paroi est disposée une paire d’électrodes en platine. L’électrode côté gaz d’échappement est soumise à un potentiel constant tandis que l’autre électrode (air ambiant) est reliée à une source de courant bidirectionnelle qui est contrôlée pour générer une force électromotrice entre les deux électrodes.
L’électrode en contact avec l’air ambiant ionise les atomes d’oxygène environnants et crée un courant électrique à travers la paroi en zircone. La force électromotrice créée entre les électrodes dépend des pressions partielles d’oxygène entourant les électrodes [...]
source : dossier Injection d'essence dans les moteurs d'automobile (BM2550) des Techniques de l'Ingénieur
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