Les professionnels de la réfection de moteurs rencontrent régulièrement des chemises de cylindres dont la face extérieure est littéralement rongée. Le diagnostic en pareil cas : cavitation. Quelle est l’origine de ce phénomène ? Et que peuvent faire vos clients pour l’éviter à l’avenir ?

Ces chemises de cylindres ont une chose en commun : il s’agit toujours de chemises « humides » (de type WN) baignant dans le liquide de refroidissement lorsque le moteur est en marche. Ce mode de construction évacue efficacement la chaleur de la combustion par le biais de l’échangeur thermique.

À QUOI RESSEMBLE UN PROBLÈME DE CAVITATION ?
Comme on le voit bien ici, les trous se situent souvent dans la zone des points morts haut et bas du piston. De tels trous ou signes d’érosion sont caractéristiques de ce qu’on appelle la cavitation.

Une série de petits trous dans la zone de la chemise d’eau : c’est le signe d’un problème de cavitation.

QU’EST-CE QUE LA CAVITATION EXACTEMENT ? ET COMMENT SURVIENT-ELLE SUR LA CHEMISE DU CYLINDRE ?
Le terme cavitation (du latin cavitare = « creuser ») désigne la formation de creux dans des liquides (à écoulement important), la plupart du temps directement suivie de la dissolution de ces creux. Ce phénomène est dû à des variations de pression qui sont provoquées dans le moteur à combustion par les mouvements des pistons. Ces oscillations se reportent sur la chemise d’eau environnante qui se met elle aussi à vibrer. Lorsque la paroi du cylindre se rétracte durant la première phase de la vibration, cela crée dans le liquide de refroidissement un vide qui entraîne à cet endroit la formation de bulles de vapeur. Durant la phase inverse de la vibration de la colonne d’eau, les bulles implosent et font « éclater » des atomes à la surface de la chemise de cylindre : un trou apparaît.

CAVITATION OU CORROSION NORMALE : COMMENT LES DISTINGUER
Les phénomènes de cavitation se reconnaissent à deux faits caractéristiques : 1. Les trous n’apparaissent que sur la face sous pression ou contrepression des chemises. 2. Par rapport à la corrosion normale, les trous vont en s’agrandissant vers l’intérieur. Cette érosion finit par ronger complètement la paroi latérale du cylindre au point que le liquide de refroidissement finit par pénétrer dans le cylindre. À partir du moment où un phénomène de cavitation apparaît, la surface du cylindre devient de plus en plus vulnérable à ce problème et à la corrosion.

Caries sur la chemise de cylindre : cette vue de la chemise sciée fait clairement apparaître le fait que l’érosion va en s’élargissant vers l’intérieur.

L’ÉROSION – QUELLES EN SONT LES CAUSES ?
Protection antigel insuffisante dans le liquide de refroidissement : la composition du liquide de refroidissement est souvent à l’origine des problèmes de cavitation. Dans de nombreux pays, les moteurs sont utilisés sans protection antigel dans le liquide de refroidissement ou bien avec une proportion trop faible.

Or, la protection antigel ne sert pas seulement à protéger du gel, elle empêche aussi la corrosion dans le radiateur et le moteur et lubrifie la pompe à liquide de refroidissement. Une protection antigel adaptée influe sur les propriétés physiques et chimiques du liquide de refroidissement : elle abaisse la température à laquelle le liquide de refroidissement va geler et augmente son point d’ébullition. Cela réduit la formation de bulles et ainsi le risque de cavitation.

Problèmes d’étanchéité dans le système de refroidissement/fonction de surpression déficiente: dans des conditions d’utilisation normales, il règne au sein du système de refroidissement une surpression qui réduit la formation de bulles de vapeur. Il suffit toutefois d’un couvercle de radiateur peu étanche pour empêcher la formation de la surpression, ce qui peut entraîner un phénomène de cavitation sur les chemises de cylindre. Un défaut au niveau des thermostats ou des accouplements de radiateurs à frottement visqueux peut aussi abaisser tellement la température du moteur qu’aucune surpression ne peut plus se former dans le système de refroidissement.

Utilisation du moteur à basses températures: les problèmes de cavitation s’observent essentiellement sur les moteurs utilisés dans la plage de température inférieure (50–70 °C). Lorsque la température augmente (90–100 °C), la pression élevée de l’eau empêche la formation de bulles de vapeur.

Produits de qualité médiocre: les chemises de cylindres de mauvaise qualité qui ne peuvent pas être fixées correctement dans le carter de vilebrequin en raison de tolérances de fabrication grossières vont bouger à l’intérieur du moteur. Les vibrations accrues entraînent souvent des problèmes de cavitation. Des matériaux de mauvaise qualité peuvent aussi être à l’origine de phénomènes de cavitation.

REMISE EN ÉTAT DE MOTEURS APRÈS DES PROBLÈMES DE CAVITATION : CONSEILS TIRÉS DE LA PRATIQUE
Le diamètre de la partie inférieure de la chemise ne doit pas être rectifié en cas de corrosion de la surface, à moins que l’on n’utilise des chemises de diamètre de montage supérieur.

La marge prescrite pour le montage du piston doit être impérativement respectée. On évitera tout honage ultérieur de chemise de diamètre supérieur, de même qu’il ne faut pas remonter des pistons usagés. Il convient soit de percer jusqu’à la cote supérieure (en utilisant un piston surdimensionné adapté), soit d’avoir recours à un nouvel ensemble.

Il est impératif de respecter les consignes données par le fabricant dans le manuel de service pour la protection permanente antigel avec effet anticorrosion, même si le moteur est uniquement utilisé dans des régions chaudes où il ne gèle pas ou bien à l’intérieur d’un bâtiment (par exemple moteur de génératrice). Les fréquences de remplacement et les ajouts d’additifs pour certaines régions doivent être également scrupuleusement observés.

La qualité de l’eau joue un rôle, elle aussi : il est déconseillé d’utiliser de l’eau distillée, très alcaline ou acide.

Nous recommandons de contrôler régulièrement le système de refroidissement, le thermostat et le radiateur. On prendra les mesures nécessaires pour garantir le maintien de la surpression à l’intérieur du système de refroidissement (remplacer au besoin le couvercle du système de refroidissement).

ÉVITER LES PHÉNOMÈNES DE CAVITATION GRÂCE AUX COMPOSANTS DE MOTEUR MAHLE
Les ingénieurs MAHLE travaillent en étroite collaboration avec l’industrie des moteurs et l’industrie automobile pour mettre au point des pièces de moteur le moins vulnérables possible aux problèmes de cavitation.

Pour qu’un moteur soit épargné durablement par ce problème, il importe que le piston ait un mouvement régulier. MAHLE optimise la forme du piston dès la phase de développement en procédant à plusieurs séries d’essais, y compris dans le moteur lui-même. Cela se traduit par un mouvement modéré du piston et des impulsions minimales lors du changement de sens dans le cylindre.

Un cylindre MAHLE est la garantie d’un fonctionnement optimal, d’un certain type de mouvement et d’une grande longévité et fiabilité du moteur. Le meilleur moyen de protéger les chemises de cylindres contre la cavitation, c’est d’empêcher, dans la mesure du possible, les vibrations de se reporter. Les chemises de cylindres MAHLE sont donc travaillées avec une extrême précision selon des marges de fabrication minimales pour garantir une fixation optimale sans vibrations à l’intérieur du moteur et donc un fonctionnement fiable pendant toute la durée de vie du moteur.