L’essence à indice 100 d’octane: atout décisif outre-Manche, avantage manquant  en France ?

« Nous n’avons que du 87 octanes [sic]. La crise des moteurs n’est qu’une crise des combustibles, entend on dire. Donnez-nous de la bonne essence et vous aurez de bons moteurs », pouvait-on lire dans Les Ailes du 29 Septembre 1938, tandis qu’un article de Flight, en janvier 1944, rapportait cette déclaration d’un parlementaire anglais interviewé aux États-Unis : « Je pense que nous n’aurions pas gagné la Bataille d’Angleterre sans le 100 octane- mais nous avions le 100 octane»[1].

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De l’intérêt d’une essence ‘antidétonante’

 

Au départ, il convient de poser un minimum de considérations techniques. Alors que l’augmentation du taux de compression constitue un moyen naturel d’accroissement de la puissance des moteurs, cette augmentation vient buter sur un phénomène d’auto-allumage, entrainant une détonation prématurée du mélange air-carburant particulièrement destructeur pour les cylindres. Vers la fin de la Première Guerre mondiale, H. Ricardo, travaillant pour le groupe Shell et les autorités anglaises, établit que la composition chimique des essences, en fonction du brut dont elles étaient tirées, exerçait un effet important sur ce phénomène et que ces essences pouvaient être classées en fonction du taux de compression maximal qu’elles autorisaient, en anglais Highest Useful Compression, ou HUC[2].

Les travaux sur la détonation prématurée du mélange air-carburant devaient bénéficier de la mise au point par la Cooperative Fuel Research d’un moteur d’essai –dit CFR- permettant une mesure normalisée du caractère antidétonant des divers essences. Pour cette mesure, Graham Edgar[3] a proposé de comparer le comportement de chaque carburant en matière de détonation à un mélange de deux hydrocarbures purs,  un heptane très détonant et un isooctane, réfractaire à la détonation[4]. Ainsi, une essence sera dite à indice 87 octane, ou à 87 octane, si elle se comporte comme un mélange composé de 87% d’isooctane et 13% d’heptane.

Un des premiers moteurs CFR-Waukesha, source : site asme.org

Dans une période où l’essentiel du raffinage résidait dans la distillation du pétrole brut, le degré octane, comme les autres caractéristiques des essences, dépendait du brut d’origine, le pétrole des Indes néerlandaises ayant la réputation de fournir les meilleurs carburants. Cependant, en 1921, Midgley et Boyd, de la General Motors, découvrirent que le pouvoir antidétonant d’une essence pouvait être renforcé par différents additifs dont en particulier le plomb tétraéthyle, un procédé rapidement breveté et exploité par une société crée en commun par General Motors et la Standard Oil of New Jersey, l’Ethyl Gazolyne Corporation, qui entreprit dès lors de gagner le marché automobile à l’usage de super carburants au plomb pouvant atteindre un indice de 80 au début des années 30[5]. Toutefois, l’augmentation du degré octane par l’adjonction de plomb avait ses limites. En dehors de ses effets nocifs sur la santé, qu’il faudra plus de 60 ans pour faire reconnaitre, cet additif dégradait en effet certains composants des moteurs, en particulier les soupapes, ce qui limitait les concentrations admissibles dans les essences d’aviation à 1 ou 2%, et donc les indices octane à des taux de 85 à 90. Deux voies s’offraient pour aller plus loin : d’une part, améliorer la qualité des essences de base, ce que permettra en particulier l’introduction du cracking catalytique, ou de certains procédés d’hydrogénation, d’autre part, introduire un certain pourcentage octane pur, produit par ailleurs, d’où l’enjeu de disposer d’un procédé industriel pour fabriquer cet isooctane dans des conditions de cout acceptables.

Une success story américaine

 

Dès qu’un tel procédé apparut au début de 1934, l’Air Corps, à l’époque encore composante de l’US Army, prépara une spécification pour un nouveau carburant à 100 octane, avec une teneur en plomb réduite de 1.5 à 0.75%o. Dès le mois de Mai 1934, l’établissement de Wright Field pouvait entreprendre des essais avec 3000 galons de ce nouveau carburant. Au vu des résultats particulièrement favorables, et pour bousculer « ce qu’il considérait comme l’inertie du War Department [le Ministère de la guerre, tutelle de l’Air Corps] – Wright Field choisit le procédé fort peu orthodoxe de publier ses données de recherche»[6].

Premier appareil propulsé, pour essais, avec de l’essence à 100 octane, un Boeing P26, source wikipedia

Dès Mars 1935, l’article de F.D. Klein rendait publics les résultats obtenus : par rapport au standard précédent de 92 octane, déjà supérieur à ceux de toutes les autres aviations, les nouveaux carburants permettaient une augmentation de 20% de la puissance au banc des moteurs Cyclone de Wright et Wasp de Pratt & Whitney, corroborée par des essais en vol sur Boeing P26, démontrant ainsi, concluait l’article, « l’extrême utilité qu’il y a, au point de vue militaire, à adopter un tel carburant, en vue d’augmenter de beaucoup les performances du moteur avec un accroissement du poids relativement très faible, à la condition que ces moteurs soient dessinés conçus pour tirer plein avantage de ces carburants  à plus haute valeur antidétonante»[7].

Le lobbying de l’Air Corps, en relation étroite avec les pétroliers, en particulier Shell qui avait embauché le déjà célèbre major J. Doolitle pour promouvoir l’usage de ses carburants d’aviation, réussit. Les motoristes relèvent le taux de compression de leurs moteurs en développement. L’US Army décide que, en dehors des appareils d’entrainement, tous les avions acquis après le 1er Janvier 1938 devront utiliser du 100 octane. Avec un objectif de prestige, Shell et Jersey Standard [la Standard Oil of New Jersey] rivalisent dans la construction de nouvelles unités de production d’isooctane par divers procédés de polymérisation, investissements qui n’auraient pas été rentables sans l’explosion des besoins à l’approche de la guerre[8]. Doublant chaque année, la capacité de production américaine atteignait 10 000 barils/jours [450 000 tonnes par an] à la fin 1939, ce qui permettait  d’exporter des tonnages importants, pour peu que la neutralité probable des Etats-Unis ne vienne entraver la satisfaction des besoins anglais et français. S’agissant de réalisations de temps de paix, on trouvera difficilement un processus aussi rapide d’implémentation d’une innovation majeure, aux fortes implications industrielles et opérationnelles; le qualifier de Success Story ne nous parait pas excessif.

Cette réussite industrielle devait peser sur l’issue de la Bataille d’Angleterre, en août et septembre 1940.

La Narrow Margin dans la bataille d’Angleterre ?

 

On est bien revenu aujourd’hui sur l’idée selon laquelle l’issue de la Bataille d’Angleterre n’aurait tenu qu’à un fil, A Narrow Margin[9]. « La victoire dans la bataille d’Angleterre n’a tenu qu’à une marge étroite; d’une étroitesse que très peu de gens réalisent », avait en effet écrit un connaisseur, l’as néozélandais, ancien group captain de la RAF, Al Deere[10]. Parmi les contributions décisives à cette narrow margin, on trouve souvent citée la meilleure qualité de l’essence dont disposait le Fighter Command, comme dans cet article précité de Flight: « Je pense que nous n’aurions pas gagné la Bataille d’Angleterre sans le 100 octane- mais nous avions le 100 octane »[11] ou encore le Petroleum Secretary britannique déclarant en 1943 que la Grande-Bretagne n’aurait pas gagné la Bataille sans l’essence à 100 octane[12].

Le Spitfire Kiwi2 d’Al Deere, juillet 1940, source: site fineartamerica.com

Le nouveau carburant permettait de pratiquement doubler -de 6,25 à 12 livres par pouce carré [323 à 620 mm de mercure] la surpression d’admission, ou boost –les Français disaient la surcharge- ce qui élevait la pression admissible de 1 067 à 1 372 mm de mercure[13]. Cela conduisait, pour une durée limitée à 5 minutes, à porter la puissance du Merlin de 1030 à 1300 cv, et donc de gagner de 40 à 50 km/h sur la vitesse des Spitfire et Hurricane en dessous de leur altitude de rétablissement par rapport aux performances réalisées avec le carburant standard à 87 octane. Le Spitfire gagnait pour sa part 38 km/h au sol et 50 km/h à 3300m. Les modifications à apporter aux Spitfire et Hurricane – changement des bougies[14] et nouveau réglage du limiteur d’admission au compresseur, destiné à éviter les surpressions à basse altitude- sont entreprises à partir de l’hiver 1939-40 et la directive aux pilotes sur l’emploi de l’essence à 100 octane est émise le 20 Mars[15].

Gain de performance d’un Spitfire I selon l’altitude (en pieds), en vert: vitesse (en miles/heure) à 6,25 lb de boost, en rouge à 12 lb, Source: site ww2aircraft.net

Généralisée parmi les squadrons basés en Angleterre, la conversion au 100 octane n’a concerné que tardivement certains groupes basés en France. Les premiers rapports de victoires obtenues par utilisation de cette nouvelle marge de surpression remontent à la fin Mai. Le futur as Al Deere revendique ainsi 2 Me 110 dans le ciel de Gravelines le 26 Mai[16]. Avant donc la Bataille d’Angleterre, c’est la lutte aérienne pour la couverture de l’évacuation de Dunkerque qui illustra la première l’impact tactique du nouveau carburant. Il convient bien sûr de relativiser sérieusement la thèse de l’essence à 100 octane comme « marge décisive » pour la victoire du Fighter Command. En effet, ce facteur ne jouait plus au-delà de l’altitude de rétablissement d’environ 5 500 m, alors que de nombreux combats de ces semaines décisives se livraient à 8 000 m ou plus. Par ailleurs, le gain important en vitesse ascensionnelle était dominé par une autre amélioration cruciale, l’adoption dans le même intervalle de quelques mois d’hélices Rotol à pas variables au lieu des hélices De Havilland à 2 pas utilisées jusque-là[17].

Eugène Houdry, ou des moyens d’une bonne essence de base

 

La distillation ne permet d’obtenir que 10 à 15% du poids de brut en essence, selon le brut utilisé. Avec la diffusion de l’automobile, la demande en produits pétroliers se porte massivement sur l’essence et « les raffineurs cherchent désespérément le moyen de tirer plus d’essence d’un baril de brut »[18]. Une solution est trouvée dans le craquage thermique des longues chaines de molécules en fragments plus courts, constitutifs d’hydrocarbures plus légers. Divers procédés sont développé dans les années 20 (Burton, Cross, Dubbs,…). Cette méthode, qui se généralise dans les années 1930, permet de doubler, puis de tripler le rendement en essence, porté à 25 puis 40%, mais elle n’améliore en rien la qualité obtenue. L’indice octane ne dépasse pas 60 et l’essence de cracking thermique se prête mal à l’adjonction de plomb.

Le progrès décisif devait venir du craquage catalytique, mis au point par l’ingénieur français Eugène Houdry. Né en 1892, ingénieur des Arts et Métiers, Houdry fait la guerre dans un régiment de chars puis monte une usine de ressorts à Beauchamp, en Seine et Oise[19]. Passionné d’automobile, il fait en 1922 la connaissance d’un pharmacien, E.A. Prudhomme qui avait monté un petit atelier de craquage catalytique du lignite et décide de monter une société pour développer et exploiter son procédé. Les résultats obtenus en 1929 dans une installation d’essai traitant 60 tonnes de lignite par jour s’avèrent décevants. Toutefois, Houdry s’aperçoit que son procédé de cracking catalytique, appliqué au pétrole brut plutôt qu’à la lignite, produit une essence avec laquelle il pouvait pousser sa Bugatti à 150 km/h sans adjonction de plomb.

Pour réunir les financements nécessaires, il doit s’associer à la société américaine Vacuum Oil dans la Houdry Process Corporation , mais la Vacuum , touchée par la crise, est reprise en 1933 par Socony (Standard Oil of New York) qui ne s’intéresse pas aux travaux d’Houdry[20]. C’est finalement une troisième société, la Sun Oil, qui finance le long processus de mise au point, devant assurer en particulier la régénération du catalyseur sans laquelle le procédé n’aurait pu être économiquement viable.   Le procédé Houdry, de craquage à 470° avec un catalyseur de silice et alumine, est finalement breveté en 1934. Fait peu connu, remarqué par X. Normand, le craquage catalytique des hydrocarbures avait été proposé et breveté dès 1915 par Paul Sabatier, prix Nobel de chimie en 1912[21]. Le procédé de Sabatier avait été publié dans un ouvrage américain de 1921 très  connu des spécialistes, sans susciter d’applications pratiques[22].

Schéma du procédé Houdry dit à lit fixe, source : X. Normand, op. cité.

En Mars 1937, à Marcus Hook en Pennsylvanie, est mise en route une unité traitant 15 000 barils/jour de résidus pétroliers pour en extraire 7500 barils d’essence à l’indice exceptionnel de 81 octane, alors que le rendement des procédés en usage était de l’ordre de 25% d’essence à 60 octane. Ce résultat est très remarqué lors de son annonce publique au congrès de l’American Petroleum Institute le 8 novembre 1938. Alors que la Sun construit de premières unités, la Houdry Process propose aussi la licence de son procédé aux autres sociétés pétrolières dont plusieurs, rebutées par le niveau des redevances exigées, préfèreront développer leur propre procédé, amélioré en particulier en vue de réaliser un fonctionnement en continu[23]. Sur la base de 250$ par gallon de capacité, les droits de licence pour une unité standard de 500 000 tonnes/an [10 000 bj] coutant un million de dollars s’élevaient à 2,5 millions de dollars. Dans ces conditions, la Houdry Process Corporation n’avait en 1939 que 4 sociétés licenciées: la Sun Oil, la Socony Vacuum , la Standard Oil of California et, fait peu connu, une société italienne, la Raffinéria di Napoli, filiale de la Socony[24].

Première unité Houdry à la raffinerie de Paulsboro, Source: exxonmobil.com

En 1939, Eugène Houdry revient en France où,  verrons-nous, il suscite un vif intérêt. Retourné aux USA, il sera  le 29 août1940, un cofondateur et le premier président du Comité France Forever, dont l’objectif est de soutenir aux États-Unis l’action de la France Libre[25]. Après-guerre, il sera en particulier à l’origine d’une autre innovation importante, le pot catalytique conçu en 1950 et breveté aux États-Unis en 1957.

En 1940, il y avait 14 unités Houdry en fonctionnement, traitant 140 000 barils/jour, soient environ 500 000 tonnes/an par unité, ce qui correspond à une  production globale de 3,5 millions de tonnes d’essence de qualité, à raison de 250 000 tonnes par unité[26]. Par l’ajout de 0,5 à 1,10 cm3 de plomb tétraéthyle, cette essence pouvait être portée à un indice de 92 à 95 octane. Toutefois, quelle que soit la contribution du craquage catalytique à la production de l’essence d’aviation, il convient de rappeler que le procédé Houdry ne pouvait, à lui seul, permettre d’atteindre un indice de 100 octane.

La course à l’isooctane

 

Pour obtenir de l’essence à 100 octane, il est nécessaire d’ajouter à une essence de base de bonne qualité, outre du plomb tétraéthyle, une certaine proportion d’isooctane. La fabrication industrielle de ce composant constituait donc une priorité pour la production de la nouvelle essence d’aviation.

Alors que l’essence de base s’obtient principalement par des procédés de séparation, distillation ou craquage, la production de l’isooctane recourt à des procédés de combinaison moléculaires -polymérisation ou alkylation- ou de modification de la structure moléculaire, l’isomérisation. « Sur le plan technique, il y avait deux moyens de produire de l’isooctane. Le premier, appelé polymérisation, consistait en deux étapes. Le chauffage d’un mélange d’isobutylène (C4H8) et d’acide sulfurique transformait les molécules d’isobutylène en di-isobutylène (C8H16), un composé qui pouvait être hydrogéné pour donner de l’isooctane (C8H18). Alternativement, on pouvait combiner des molécules de butylène (C4H8) avec du butane (C4H10) pour obtenir de l’isooctane par un procédé dénommé alkylation, en utilisant à nouveau l’acide sulfurique comme catalyseur»[27]. Plus généralement, on définit aujourd’hui l’alkylation comme « un procédé qui permet d’obtenir des constituants à haut indice octane à partir d’oléines légères par addition d’isobutane »[28].

Moins difficile à maitriser sur le plan technique, le procédé de polymérisation devait donner les premiers résultats industriels et commerciaux. Une usine américaine de Shell Chemical livre ainsi son premier camion-citerne à l’Army Air Corps en avril 1934, précédant de dix mois la première livraison de la Jersey Standard[29].

La raffinerie Shell de Pernis, première en Europe à comporter une unité de polymérisation, source: Jonker & van Zanden

Comme l’Air Corps dans un premier temps, l’Air Ministry devait privilégier le procédé de polymérisation en soutenant les sociétés anglaises, formant avec la Shell une filiale commune, la Trimpell Ltd, tandis que l’Anglo-Iranian installait des unités de polymérisation dans sa grande raffinerie d’Abadan[30].

Pourtant, le procédé d’alkylation allait rapidement s’imposer comme plus efficace se trouvé favorisé par le développement du craquage catalytique. Ce procédé, en effet, libérait de grandes quantités d’hydrocarbures légers, éthylène, propylène, butylène ou isobutane, trop volatiles pour entrer tels quels dans l’essence. On cherchait donc à les valoriser en les combinant en composants plus lourds et différentes sociétés s’attachaient, dans les années 30, à trouver un procédé praticable et rentable pour ce faire[31]. La Shell réussit la première à breveter et publier un procédé d’alkylation, avant de former un pool des brevets avec Texaco, Jersey Standard, Anglo-Iranian et l’UOP. En 1940, la capacité de production américaine d’isooctane par alkylation atteint le million de tonnes.

Première unité américaine d’alkylation en 1938, source: exxonmobil.com

Le développement de l’alkylation ne faisait nullement disparaitre les avantages du procédé Houdry, qui fournissait une essence de base réduisant de moitié l’adjonction d’isooctane nécessaire pour obtenir de l’essence d’aviation à 100 octane[32].

A l’Air Ministry : une stratégie prévoyante

 

En 1937, deux éminents spécialistes des moteurs d’avions alertent les milieux de l’aviation britannique sur l’enjeu de l’essence à haut degré octane: F. R. Banks, à qui l’on devait le carburant qui avait permis de pousser à 2800 cv les moteurs des Supermarine de record S6, vainqueurs de la coupe Schneider en 1932 et Roy Fedden, directeur technique de Bristol[33].

L’Air Ministry britannique se saisit de la question des essences avec une double préoccupation. D’abord, bien sûr, constituer un stock garantissant un approvisionnement suffisant à la Royal Air Force dans les premiers mois d’un éventuel conflit, mais aussi assurer la sécurité de cet approvisionnement dans la durée, même en cas de neutralité américaine assortie d’un embargo sur les fournitures stratégiques. Les commandes d’isooctane passées alors répondent à ces préoccupations. Portant sur une fourniture pendant cinq ou au moins trois ans, elles privilégient des usines de transformation en construction dans les Caraïbes: 32 000 tonnes à fournir par Trinidad Leaseholds Ltd, d’une colonie britannique au large du Venezuela, et 25 000 tonnes par  la Standard Oil of New Jersey depuis son usine d’Aruba, dans les Antilles néerlandaises. Shell devait fournir 32 000 tonnes annuelles, depuis ses centres de production en Hollande et aux Etats-Unis. Par ailleurs, l’Anglo-Iranian, contrôlée de fait par l’Amirauté britannique, entreprenait la construction de deux unités de production d’isooctane à sa grande raffinerie d’Abadan[34]. En 1938, l’Air Ministry Aviation Fuel Committe, présidé par Sir H. Hartley est chargée d’examiner les possibilités de production domestique d’isooctane.

Harold Hartley, président de l’Aviation Fuel Comittee, source: National Portrait Gallery

La commission recommande la construction de trois nouvelles unités, permettant d’obtenir à terme 720 000 tonnes par an d’essence à 100 octane, une seule étant cependant située sur le territoire britannique, pour éviter la vulnérabilité aux bombardements d’une part, et économiser les capacités de transport, l’importation de produits finis représentant des cargaisons moins importantes que celle du brut nécessaire à leur élaboration[35].  Compte tenu des délais de construction des nouvelles unités, les raffineries américaines étaient en 1939-1940 la principale source d’approvisionnement de la RAF. Une difficulté technique survint cependant. Les moteurs anglais utilisaient un mélange riche, exigeant une teneur importante en composants aromatiques, dont les carburants américains étaient pauvres. Mixant de l’isooctane à de l’essence riche en aromatiques, la Standard Oil produisit une essence à 100 octane répondant aux besoins britannique et dont le premier chargement, en provenance d’Aruba,  atteignit un port britannique en juin 1939 à bord du pétrolier Beaconhill[36].  La crainte d’embargo s’était dissipée et les arrivages s’effectuaient rapidement. Toutefois, « la décision d’emploi opérationnel fut repoussée en attendant la constitution de stocks. En mars 1939, l’Air Ministry décida de l’introduction du 100 octane dans 16 squadrons de chasse et deux squadrons de bombardement pour septembre 1940, où l’on considérait que la constitution des stocks serait terminée. La conversion des squadrons au nouveau carburant devait débuter en Septembre 1939[37], diverses unités en étant cependant dotées pour essais dès 1938.

La raffinerie de San Nicolas à Aruba, source: wikipedia

Au moment de la déclaration de guerre, à côté d’un stock d’essence d’aviation ‘ordinaire’ à 87 octane, la Grande-Bretagne dispose de 153 000 tonnes de 100 octane, chiffre porté à 220 000 tonnes au 31 Mars suivant[38]. La décision d’utilisation effective de la nouvelle essence n’intervient cependant que le 28 Février 1940.

On peut noter la prudence de la stratégie anglaise, avant-guerre dans la diversification des sources et, une fois les hostilités déclarées, en évitant un basculement prématuré vers un carburant dont la sécurité d’approvisionnement risquait de n’être pas assurée. Il n’en allait pas de même pour d’autres belligérants.

En Allemagne : illusions et handicaps

 

Loin de méconnaître les avantages d’une essence à degré octane élevé, les Allemands s’étaient donné les moyens d’atteindre cet objectif, en mobilisant les capacités de l’industrie chimique nationale, mais aussi les ressources de la technologie américaine. Pour cela, « le Ministère de l’Air utilisa les relations d’affaires étroites entre l’I.G. Farben et la Standard Oil pour ouvrir des négociations en vue d’obtenir une licence pour produire [le plomb tétraethyle]. Conscient de l’importance de cet additif pour la Luftwaffe, le gouvernement américain fit pression pour retarder les négociations sur l’accord de licence. Cependant, avant même que cet accord ne soit acquis, Ethyl-Gm.B.H., une nouvelle société filiale fut organisée pour construire une usine à Gapel près de Berlin avec une capacité annuelle de 1200 tonnes » et la construction d’une seconde usine fut commencée en 1938[39]. La collaboration américano-germanique fut sur ce point décisive pour la Luftwaffe. Dans un rapport à la Gestapo en 1944, la direction de l’I.G. Farben devait écrire : « depuis le début de la guerre, nous avons été en mesure de produire du plomb tétraéthyle uniquement parce que, peu de temps avant le déclenchement de la guerre, les Américains nous ont construit des usines et apporté toute l’expérience disponible»[40]. Le mieux -ou plutôt le pire- est que « Standard Oil refusa dans un premier temps de développer ce produit [le plomb tétraéthyle] pour l’US Army parce que, selon les termes d’un accord de 1929, elle était obligée de communiquer toutes ses données techniques à l’I.G. Farben, ce que l’Army ne pouvait accepter»[41]. En 1938 encore, la Standard of New Jersey sollicitait le savoir-faire de l’I.G. Farben pour développer son procédé de cracking catalytique, concurrent de celui de Houdry[42].

Le carburant standard de la Luftwaffe en 1940, l’essence B4, avec son indice 87-89 octane et sa teneur en aromatique, vaut ses équivalents franco-anglais. Le procédé de synthèse par hydrogénation de la houille donne en effet une bonne essence de base, qui est additionnée de 1,5 cm3 de plomb tétraéthyle par litre. En sélectionnant cette essence, enrichie par l’adjonction du produit de l’alkylation de goudron de houille, l’industrie du Reich obtenait une essence C3, d’indice 96 octane[43]. C’est bien abusivement que, dans son évaluation de la situation au 10 Août 1940, le service de renseignement de la Luftwaffe considère son approvisionnement en 100 octane comme un atout de cette arme dans sa confrontation avec l’aviation britannique[44]. A l’insu de bien d’autres évaluations de ce service, celle-ci était aussi optimiste que trompeuse. L’essence C3 n’apparut qu’à l’automne sur les moteurs DB 601N des derniers Me 109E4, trop tard pour participer à la bataille d’Angleterre. Elle devait s’avérer bien mal adaptée au DB 601, qui voyait sa durée de fonctionnement entre révisions ramenée de 100 à seulement 40 heures[45]. Sa production limitée devait imposer un retour à l’essence B4 sur les DB 601E, puis DB 605[46] équipant les versions ultérieures et handicaper la Luftwaffe de plus en plus sévèrement au cours du conflit, malgré le palliatif que constituait le recours à l’injection de mélange eau-méthanol[47].

Le dispositif d’injection GM1, un moyen d’accroître la puissance mais aussi de retarder la détonation, source: site ww2aircraft.net

A ce déficit qualitatif s’ajoutait bien sûr le problème quantitatif, qui devait  handicaper, puis progressivement paralyser, différents services  de la Luftwaffe, surtout après la perte de la Roumanie et les bombardements américains sur les usines de carburants synthétiques.

Les efforts dispersés et globalement infructueux du Japon pour produire de l’essence à 100 octane mêlaient les recherches domestiques et le recours à la technologie américaine[48]. En décembre 1939, la Mitsui Mining voit in extremis refuser sa commande des équipements nécessaires pour produire de l’isooctane par le procédé UOP, tandis que des ingénieurs japonais sont, jusqu’à cette date, formés aux procédés les plus récents de l’UOP. L’embargo moral, qui prévaut à partir de 1940, bloque aussi le projet d’acquisition d’une unité Houdry. Intéressés par l’alkylation, sans pouvoir acquérir la licence correspondante, les Japonais allaient récupérer et transférer des unités saisies aux Indes néerlandaises début 1942. Ils ne pourront jamais monter la production significative d’essence à 100 octane qu’aurait exigée la technologie des moteurs développés en 1944 et 1945.

  Un rapport français

 

Les milieux aéronautiques français sont loin d’avoir méconnu les enjeux des nouveaux carburants à indice octane élevé, mais il semble que la question ait été abordée avec une certaine résignation, et beaucoup d’hésitations, dans un contexte où le problème d’un approvisionnement suffisant en essence standard était l’objet d’une réelle préoccupation.

Une note personnelle de Dumanois, ancien Directeur Technique et à ce titre responsable des programmes de rénovation de 1934[49], à son ministre Pierre Cot le 15 Décembre 1937,  nous parait donner le ton : « J’ai déjà signalé pourquoi l’évolution du moteur d’aviation me paraissait engagée dans une voie mal adaptée aux possibilités économiques de la France. En fait, la technique a été menée par les Américains pour lesquels la question du pétrole ne se pose pas et qui ont naturellement conduits à chercher le progrès dans l’emploi de carburants à haute valeur antidétonante; or, déjà le ravitaillement de l’Armée de l’Air en essence à 85 octane est loin d’être résolu en temps de guerre; c’est dire que celui du carburant à 100 octane l’est encore moins et qu’il sera nécessaire de constituer des stocks importants…Tout en adoptant maintenant la technique du carburant à 100 octane qui est la seule immédiate, il me parait indispensable de rechercher s’il n’existe pas des moyens de rendre le moteur indifférent aux propriétés antidétonantes des combustibles. Ceci n’est pas une vue de l’esprit »[50]. Dumanois obtiendra effectivement des moyens importants pour mener des recherches sur l’orientation desquelles nous n’avons pas trouvé plus d’indications.

Cette note personnelle introduisait en fait un rapport  de mission aux États-Unis qui portait également sur le fonctionnement de la NACA –National Advisory Committe for Aeronautics. Dans ce rapport, Dumanois reprend d’abord le constat publié par Klein : « l’emploi de moteurs adaptés aux carburants à haut nombre octane constitue le progrès le plus marquant qui ait été fait dans l’utilisation du moteur d’aviation ». Il rappelle ensuite que « pour obtenir des moteurs actuels la puissance nécessaire, il faut des essences ayant au moins 85 de nombre octane. Ce résultat a pu être obtenu par adjonction à une essence d’excellente qualité, c’est-à-dire ayant naturellement un nombre octane au moins égal à 70, de proportions très faibles d’un composé spécial de plomb tétraéthyle dont les propriétés ont été indiquées presque simultanément par Midgley aux États-Unis et par moi-même ».

Eugène Houdry, présentant son pot catalytique en 1953, source: Sunoco, via sciencehistory.org

Dumanois en vient ensuite à une difficulté propre à la France. Son approvisionnement privilégie les pétroles d’Irak, dont elle a reçu une part revenant avant-guerre aux intérêts allemands, mais « il se trouve que l’essence obtenue par distillation de ces pétroles a un nombre octane inférieur à la moyenne des essences». Les techniques de  cracking permettent d’obtenir de meilleurs taux octane à partir des bruts donnés, mais la seule technique alors répandue, le procédé de cracking thermique, produit une essence qui ne se prête pas à l’adjonction de plomb tétraéthyle et contient des gommes qui encrassent les bougies. Il est certes une innovation récente qui pourrait résoudre ce problème, le cracking catalytique, dont l’évaluation était un des objets de la mission « embarquée le 3 Novembre sur Normandie » et à laquelle participait l’auteur. « Le procédé a en effet été inventé par un Français, M. Houdry, qui n’ayant pas trouvé en France l’aide nécessaire avait eu la possibilité de le mettre au point aux États-Unis. Il venait de faire l’objet de réalisations industrielles de la part de Sociétés importantes ».

Un article d’Avril 1939 relevait qu’un « pays, comme la France, dont le ravitaillement en essence d’aviation en cas de conflit repose dans une large mesure sur ses possibilités d’importation voit pour l’avenir, par l’apparition du craquage catalytique, procédé qui permet de faire des essences à haut indice octane, des possibilités très intéressantes pour son ravitaillement en essence d’aviation »[51]. Toutefois, malgré l’intérêt manifesté dès 1937, et le projet de construction d’une unité à Port Jérôme, qu’une revue allemande incluait même prématurément parmi les installations en fonctionnement[52], il faudra attendre l’après-guerre pour voir cette technique mise en œuvre dans une raffinerie française[53]. En tout état de cause, la question des carburants performants se posait dans le cadre d’une politique plus générale d’approvisionnement en produits pétroliers.

L’opinion est sensible à la question des carburants : « Nous n’avons que du 87 octanes (sic). La crise des moteurs n’est qu’une crise des combustibles, entend on dire. Donnez-nous de la bonne essence et vous aurez de bons moteurs », pouvait-on lire dans Les Ailes du 29 Septembre 1938.

Situation et perspectives des carburants d’aviation dans l’Armée de l’Air

 

On comprend que le Ministère de l’Air, compte tenu de perspectives d’approvisionnement plus limitées et plus fragiles, n’ait pas adopté la stratégie ambitieuse de son homologue britannique, alors même qu’Air France utilise couramment de l’essence à 100 octane achetée aux États-Unis. En fait, la stratégie française en la matière nous semble bien caractérisée par une instruction donnée au Directeur du Matériel Aérien Militaire le 21 Février 1939 : « il s’emploiera à ce que le nombre des types d’essence et d’huile soit réduit au maximum. En particulier, il tâchera d’obtenir la définition d’une essence à indice octane moyen, convenant à la fois aux moteurs anciens et modernes »[54]. L’essence C, à 92 octane, correspond à ce créneau. On n’évitera cependant pas que l’Armée de l’Air de 1940 utilise 3 essences différentes, avec tous les inconvénients logistiques qui en résultent[55].

-L’essence A, de 67 à 77 octane, sur des avions d’entrainement ou des appareils anciens

-L’essence B, portée de 85 à 87 octane pour s’aligner sur les standards britanniques, est le carburant courant des avions d’armes.

-L’essence C, à 92 octane, est utilisée sur les Dewoitine 520, mais aussi sur des avions américains importés, pour limiter les pertes de performances de leurs moteurs conçus pour du  100 octane[56]. Contrairement à la RAF, l’Armée de l’Air n’a pas fait l’impasse sur ce niveau intermédiaire entre le 87 et le 100 octane, considéré comme la norme à atteindre ultérieurement.

A cela, s’ajoute un usage marginal, pour essais divers, de l’essence D à 100 octane. Si l’on peut penser que l’usage de l’essence C se serait étendu en 1940, le recours généralisé au 100 octane n’était pas prévu avant 1941, comme l’indiquait une mission du Comité des carburants en mission en Angleterre en Novembre 1939[57]. Il y avait là un problème sérieux, qui ne nous parait pas avoir été relevé. Les programmes d’équipement prévoyaient en effet la mise en service, dès l’été 1940, d’un nombre important d’appareils dotés de moteurs comme l’Hispano Suiza 12 Y 51, l’Allison V1170 ou les Wright 2600, voire le Gnome Rhône 14R, qui auraient connu de sérieux problèmes de rendement, voire même de fonctionnement, avec l’essence C[58]. Pour l’Hispano 12Y51, sur lequel repose l’espoir de voir rapidement des chasseurs français atteindre les performances du ME 109 E, « une difficulté technique s’est manifestée pour ce moteur dont il faut ramener le taux de compression de 7 à 6 environ, ce qui va diminuer la puissance»[59], difficulté tenant à l’emploi d’essence C.

Si l’utilisation de 100 octane, au décollage seulement, pour tenter de rendre utilisable l’Hispano 14 Aa relève de l’anecdote, c’est bien à défaut d’une essence d’indice supérieur que l’on devait retenir pour la grande série du Morane 406 le moteur 12Y31,  limité à un taux de compression de 5.8, alors que des variantes de la même série, gagnant 7 à 9 % de puissance avec un taux de compression de 7, étaient fabriquées en nombre restreint depuis 1937[60].

L’Hispano 12Y21, annoncé avec un taux de compression de 7 en 1936, source: Les Ailes

Divers essais attestent des potentialités de carburants plus performants. Par exemple, lors des essais au banc du Pratt & Whitney Twin Wasp au printemps 1938, l’utilisation d’essence à 100 octane permet de pousser ce moteur à 1230 cv au décollage[61]. Les derniers développements des Hispano en ligne sont prévus avec du 100 octane tandis que le 14R, dernier né de Gnome Rhône devait pouvoir fonctionner avec  de l’essence C, seul le régime de surpuissance exigeant du 100 octane.

Et si…

 

La disposition d’essence à 100 octane est parfois évoquée comme le Deus ex Machina  qui aurait permis de porter la puissance des moteurs français, et donc la performance des appareils, au niveau de leurs adversaires ou concurrents étrangers. La suggestion relève toutefois du raisonnement sur le mode du « y’avait qu’a », méconnaissait les contraintes techniques, économiques et politiques d’un tel scénario.

Un épisode méconnu nous fournit un point d’ancrage, une brique OTL, permettant de nourrir un scénario uchronique :

« ‘J’avais bien dit que je reviendrai’, c’est par ces mots qu’il y a un mois et demi environ Eugène Houdry accueillit les journalistes au Havre, à son débarquement du Champlain qui le ramenait des États-Unis », pouvait-on lire dans Les Ailes du 9 mars 1939. On trouve l’explication de cette visite dans un courrier d’Anatole de Monzie, ministre des travaux publics en charge de a politique des carburants, à Daladier en date du 15 Mai 1939[62] : « J’avais été informé que le procédé de cracking catalytique Houdry fournissait de l’essence-aviation à haut degré octanique dans des conditions plus économiques que l’hydrogénation et que son exploitation entrait dans la phase industrielle. J’adressais le 16 Janvier une lettre à Monsieur Houdry pour faire appel à son patriotisme et le prier de nous donner son concours d’inventeur. Répondant à cet appel, Houdry est venu : il a expliqué ses formules et m’a fourni, sur les résultats du cracking catalytique, tous renseignements dont j’avais besoin»[63].

Dans la perspective d’un grand sursaut , voyant l’aviation française engagée en septembre 1937 dans un processus volontariste de renouvellement et de renforcement, l’invitation d’Houdry répond immédiatement à la remise du rapport de Dumanois au successeur de Pierre Cot, permettant de gagner plus d’un an. Il reste que, contrairement au cas britannique, le ministère de l’Air ne peut être l’acteur principal d’une politique des carburants. On ne saurait donc développer un scénario contrefactuel  procurant à l’Armée de l’Air de 1940 une essence plus performante sans aborder la question plus globale de redéploiement et de renforcement de la politique française des carburants au service de la défense nationale, une réflexion qui méritera de retenir notre attention.

Notes et Références

[1] Pitch Panic, Airscrews or 100 Octanes, Flight, January 6th 1944, p. 22.

[2] Cf. A. Lumsden, British Piston Aero-Engines, p. 312 ; Jonker et Van Zanden, From Challenger to Industry Leader, 1890-1939: A History of Royal Dutch Shell, p. 342.

[3] Measurement of Knock Characteristics of Gazoline in Terms of a Standard Fuel, in: Industrial and Engineering Chemistry, 1927, p. 145.

[4] Cf. P. Wuithier et alii, Le pétrole, raffinage et génie chimique, tome1, p. 14. Heptane et octane sont des hydrocarbures caractérisés par le nombre -respectivement 7 et 8- de radicaux carbone dans leur structure moléculaire.

[5] Cf. entre autres F.R. Banks, I Kept No Diary, pp. 111-112 ; A. Lumsden, British Piston Aero-Engines, p.313.

[6] Cf. Beaton, Entreprise in Oil, p. 563.

[7] Cf. F.D. Klein, Aircraft Engine Performance with 100 Octane Fuel, Journal of the Aeronautical Sciences, vol. 2 n°2, pp. 43 et 47. Cité d’après la traduction française annexée à Banks, op. cité, p. 98.

[8] Cf. Beaton, ibid.

[9] Idée vulgarisée par l’ouvrage éponyme de D. Wood et D. Dempster, publié en 1961, traduit sous le titre : La Bataille d’Angleterre, la victoire de la RAF.

[10] Dans son ouvrage de mémoires, Nine Lives, p. 172.

[11] Pitch Panic, Airscrews or 100 Octanes, art. cité.

[12] Geoffrey Lloyd, cité par Moseley, Eugène Houdry, Catalytic Cracking and World War II Aviation Gazoline, Journal of Chemical Education, August 1984, p. 655.

[13] De 42 à 54 pouces, selon Dudek et Winaus, Milestones in Aviation Fuels, AIAA Paper n°69-779, p. 15

[14] F.R. Banks, Moteurs d’aviation et carburants modernes, 1937, pp. 22-29, décrit les contraintes exercées sur les bougies des moteurs modernes et les perfectionnements apportés pour y faire face.

[15] Nous nous référons ici, et pour diverses indications qui suivent, à des documents des « Archives of Mr. Williams », accessibles en ligne sur le site WW2aircraft.net/forum/technical/100-octane-fuel-raf, consulté en novembre 2015.

[16] « Red Leader and I gave chase using 12 Boost », extrait d’un rapport de combat accessible sur le site WWIIaircraftperformance.org, consulté en Décembre 2015.

[17] G. Bailey, The Narrow Margin of Criticallity : The Question of the Supply of 100-Octane Fuel in the Battle of Britain, English Historical Review, op. cité, p. 401-402.

[18] Tim Palucka, The Wizard of Octane : Eugène Houdry, Invention & Technology, winter 2005, p. 4.

[19] Histoire de Lucien, 1925 : M.G.R. Eugène Houdry, document en ligne.

[20] La présentation qui suit se réfère en particulier aux articles et ouvrages suivants : T. Palucka, The Wizard of Octane ; Sun Company commmemorative booklet, The Houdry Process, A National Historic Chemical Landmark ; Ch.G. Moseley, Eugène Houdry, Catalytic Cracking and World War II Aviation Gazoline, Journal of Chemical Education, august 1984,pp. 655-656.

[21]X. Normand, L’industrie du raffinage du pétrole, tome 1, p. 248.

[22]C. Ellis et J. Weigs, Gazoline and Other Motor Fuels, 1921, pp. 273-274.

[23] Parmi de nombreuses références, l’article de T. Palucka, The Wizard of Octane : Eugène Houdry, Invention & Technology, vol. 20, n°3, Winter 2005, nous a paru particulièrement informé. La Houdry aurait demandé 20 millions de dollars à la Standard comme droits de licence pour l’utilisation de son procédé, cf. Beaton, op. cité, p. 572.

[24]D’après un rapport de contentieux dans: Reports of the Tax Court of the United States, vol. 4, p.132.

[25] S. Cornil, France Forever, Fondation de la France Libre, 10 novembre 2009.

[26] R. Sadeghbeigi, Fluid Catalytic Cracking Handbook, annex Process Description.

[27]J. Jonker & J.L. van Zanden, From Challenger to joint Industry Leader, 1890-1939, A History of Royal Dutch Shell, p.48.

[28] J.P. Wauquier, Pétrole brut, produits pétroliers, Schémas de fabrication, p.381.

[29] Jonker & van Zanden, op. cité, p. 365.

[30][30] P.J. Payton-Smith, Oil, A Study of War-time Policy and Administration, p. 57.

[31] W. Lafferty et R. Stockeld, Alkylation and Isomerization, in : H.Mc Gath (ed.) Origin and Refining of Petroleum, p. 131.

[32] Ch. Moseley, art. cité, p. 656.

[33] Traduite en français, la conférence de Banks, «Moteurs aéronautiques modernes et carburants »,  fut publiée par Gauthier-Villars en Novembre 1937,  ce qui atteste de l’intérêt porté en France à cette question.

[34] Cf. D. Payton-Smith, Oil, a Study of War-time Policy and Administration, p. 55. En 1941-42, 20% seulement de l’essence d’aviation utilisée en Angleterre provenait des Etats-Unis. L’augmentation massive de ce pourcentage dans les années suivantes visait à couvrir les besoin de l’aviation américaine stationnée dans les Iles britanniques, Bailey, op. cité, p. 406.

[35] Ibid. p. 56.

[36] A. Lumsden, British Piston Aero-Engines, p. 313 ; Harvey-Baily, The Merlin in Perspective, p. 85.

[37] Cf. G. Bailey, The Narrow Margin of Criticality : The Question of the Supply of 100-Octane Fuel in the Battle of Britain, English Historical Journal, vol. 73, n°501, Apr. 2008, p. 405.

[38] Bailey, op. cité, p. 406.

[39] Cf. Homze, Arming the Luftwaffe, p.147.

[40] Cité par G. Kolko, American Business and Germany, 1930-1941, Western Political Quarterly, Dec. 1962, p. 725

[41] Kolko, art. cité, p. 723

[42] Cf. Beaton, Enterprise in Oil, p. 572.

[43] Certaines sources, sur la base d’un rapport américain de 1945, considèrent l’essence C3 comme équivalente à une 100 octane américaine, voire, dans ses dernières versions, à une 140 octane ; Cf. Engine Fuel German Specification and production.

[44] Cf. H. Boog, German Air Intelligence in the Second World War, in Handel edit., Intelligence and Military Operations, p. 363.

[45] David Isby, The Decisive Duel, Spitfire vs 109, p. 192.

[46] Isby, p 280

[47]D.Isby, op. cit ,p. 193.

[48] Cf. M. Miwa, Aviation Gazoline Technology Transfer during the Second World War : Japan, Germany and the U.S.A., en ligne sur le site : worldbhc.org.

[49]En particulier le programme de C1 dont sont issus les Morane 406 et LN 161.

[50] Note conservée au Fonds Guy La Chambre, SHD 11Z12939.

[51] S. Scheer, Les carburants dans l’économie et la défense nationale, Technica, 04-39, p. 55.

[52] Chemische Fabrik, 2-08-39, citée par La Technique Moderne, 1-06-40, p.181.

[53] 1953 pour la raffinerie CFR de La Mède, et 1956 à Gonfreville, information aimablement communiquée par l’équipe support WIKI.TOTAL. C’est également à la fin de 1953 qu’est installée une unité Houdry à Donges. Nous n’avons pas d’indications sur la date d’installation d’unités de craquage catalytique dans des raffineries dépendant de sociétés étrangères.

[54] Procès-verbal du Comité du Matériel du 21-02-39. SHD 1B6.

[55] Le 28 Septembre 1939, une instruction de Vuillemin  précise les possibilités d’utilisation de carburants autres que celui « pour lequel le moteur est réglé », et les limitations d’emploi à respecter. SHD 1D52.

[56] Un approvisionnement en essence C est ainsi prévu à Malte, pour ravitailler les groupes de Glenn Martin en transit vers le Levant. Une note du printemps 40 sur les performances des chasseurs en service indique pour le P36 498 km/h  avec de l’essence C, également, in SHD 11Z12938.

[57] Compte rendu de mission des représentants du Comité des carburants, 3 décembre 1939, SHD 2B161.

[58] La French Air Commission signale le 5 Décembre 1939 que le Wright 2600 ne peut fonctionner avec de l’essence à 90 octane. SHD 2B103.

[59] Note Nouveaux moteurs, mars 1940, SHD .

[60] Ils équipaient notamment les Farman 223, ainsi que quelques prototypes.

[61] PV du CoMat 12-08-38

[62] Lettre à Monsieur le Président du Conseil, SHD 6N330.

[63] Houdry a débarqué le 4 février. Le délai semble bien bref pour répondre à une invitation du 16 janvier.

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