La réalité du concept de carburant unique
Pour simplifier les opérations de carburant, le ministère de la Défense (DOD) a adopté un concept de carburant unique (SFC) qui exige que les forces américaines n’utilisent qu’un seul carburant pendant leur déploiement. Bien que ce concept ait des mérites, il présente également des lacunes. Le défi est de développer une politique qui répondra au mieux à tous les besoins militaires en matière de carburant.
Évolution du SFC
Les problèmes de cirage et de filtrabilité du carburant avec le carburant diesel standard de l’Organisation du traité de l’Atlantique Nord (OTAN), le F54, par temps froid ont créé de graves problèmes pour les moteurs des chars de combat principaux M1 Abrams et d’autres équipements à turbine à essence lorsqu’ils ont été introduits dans les forces américaines en Allemagne en 1981.
La solution provisoire à ces problèmes consistait à mélanger le carburant diesel F54 avec du carburant pour turbine à kérosène d’aviation (soit JP5 ou JP8) afin de réduire à la fois la tendance au cirage et la viscosité du carburant diesel. Ce mélange, connu sous le nom de « mélange M1 », a été utilisé pour tout le matériel fonctionnant au diesel dans les zones avancées de novembre à avril de chaque année. D’autres pays de l’OTAN ont rapidement adopté ce mélange (50 % de F54 et 50 % de JP8 ou JP5), qui a ensuite reçu le numéro de code F65 de l’OTAN. Ces solutions aux problèmes d’opérabilité à basse température ont plus que probablement servi de genèse au SFC.
L’exigence subséquente de mélange de carburants a créé des problèmes logistiques qui ont poussé l’armée à adopter le JP8 comme alternative au carburant diesel en 1986, contournant la nécessité de mélanger d’autres carburants avec le diesel. Le DOD a publié une directive sur la normalisation des carburants en mars 1988 qui spécifiait le JP8 comme carburant principal pour les forces aériennes et terrestres.
Tests et essais sur le terrain
Les utilisateurs ont exprimé des préoccupations quant à l’utilisation du JP8 comme substitut du carburant diesel. Ces préoccupations comprenaient si le JP8 brûlerait plus chaud, s’il augmenterait la consommation de carburant, et s’il serait compatible avec les systèmes existants. En conséquence, l’armée a effectué de nombreux tests en laboratoire et sur des dynamomètres pour moteurs, en plus des tests sur le terrain et sur les flottes, pour valider l’utilisation de carburants pour turbine à kérosène d’aviation dans les moteurs diesel et pour dissiper les inquiétudes.
Parmi les nombreux essais de flotte réussis, l’un d’entre eux était particulièrement remarquable. Cet essai de 10 000 milles a été réalisé avec plusieurs véhicules utilitaires commerciaux de transport de marchandises (CUCV) au General Motors Desert Proving Ground à Mesa, en Arizona, où ils ont été exposés à des opérations 24 heures sur 24 dans des climats continuellement chauds. Le test n’a révélé aucun impact significatif sur les performances du véhicule ou l’usure de la pompe d’injection, et aucune différence mesurée dans les températures de fonctionnement du moteur n’a été notée, ce qui a dissipé les craintes de surchauffe des moteurs à cause de carburants supposés plus chauds.
Un soldat du 1-9 Field Artillery Battalion de Fort Stewart, en Géorgie, se prépare à ravitailler un obusier de 155 millimètres lors d’un exercice de « ravitaillement en mouvement » au Koweït.
L’un des tests les plus significatifs et les plus complets du JP8 a été une démonstration sur le terrain réalisée à Fort Bliss, au Texas, d’octobre 1988 à juillet 1991. Cette démonstration sur le terrain a impliqué environ 2 800 véhicules et pièces d’équipement à moteur diesel qui ont consommé plus de 4,7 millions de gallons de JP8. La démonstration a été un succès : aucune défaillance catastrophique n’a été attribuée au JP8. En fait, aucune différence majeure dans les coûts d’approvisionnement, la consommation de carburant, les intervalles de changement d’huile ou les remplacements de composants n’a été identifiée par rapport aux données historiques pour la même flotte de véhicules et d’équipements utilisant du carburant diesel.
Mise en œuvre du SFC depuis 1990
Lorsqu’il est approuvé par le commandant combattant, le soutien principal en carburant pour les forces aériennes et terrestres dans les théâtres d’outre-mer sera un carburant unique à base de kérosène. LeSFC a été mis en œuvre pour la première fois en décembre 1989, lorsque le JP5 a été utilisé comme carburant uniquependant l’opération Just Cause au Panama.
En août 1990, le DOD a mis en œuvre le SFC en fournissant du Jet A1 (JP8 sans ses trois additifs obligatoires) aux forces américaines dans les opérations Desert Shield et DesertStorm. Au cours de ces opérations, certaines unités de l’armée de l’air se trouvaient sur des bases où seul le JP4, qui ne pouvait pas être utilisé dans les véhicules et équipements terrestres, était disponible.Certaines unités de l’armée de terre ont demandé du carburant diesel au lieu du JP8 parce que ce dernier ne produisait pas une fumée acceptable dans les générateurs de fumée du système d’échappement des M1 Abrams. Le manque de formation des unités terrestres, qui aurait réduit leurs préoccupations initiales quant à l’utilisation de carburants d’aviation dans les véhicules et équipements terrestres, a encore aggravé les problèmes. Malgré ces problèmes, le SFC a été considéré comme un succès.
Le SFC a été mis en œuvre ensuite pour les opérations de combat en Somalie, en Haïti et dans l’est des Balkans avec le même succès qu’il avait obtenu lors des opérations DesertShield et Desert Storm.
Un spécialiste du carburant du 127e bataillon de soutien de zone, commandement de l’approvisionnement de la division, 1re division blindée, signale à l’opérateur du camion-pompe d’arrêter le débit tandis qu’un autre spécialiste du carburant se prépare à détacher la conduite de carburant d’un hélicoptère UH-60 Black Hawk à l’aéroport international de Bagdad.
Problèmes mineurs
Pendant les opérations Bouclier du désert et Tempête du désert, certaines familles de moteurs qui utilisaient des pompes à injection de carburant lubrifiées par le carburant, à distribution rotative, ont connu quelques problèmes opérationnels qui ont entraîné des difficultés de démarrage à chaud et une perte progressive de puissance. En général, les moteurs qui ont connu le plus de problèmes sont les moteurs General Motors de 6,2 et 6,5 litres, qui utilisent la pompe d’injection de carburant Stanadyne fabriquée dans le commerce. Ces moteurs équipent les petits véhicules tactiques à roues, tels que les CUCV et les véhicules à roues polyvalents à haute mobilité (HMMWV). La pompe d’injection de carburant Stanadyne est utilisée sur une variété d’autres systèmes de moteurs qui fournissent de l’énergie à l’équipement de soutien au combat et de soutien des services de combat.
Les causes des problèmes avec les moteurs comprenaient-
– Un fonctionnement soutenu pendant des températures élevées.
– L’échec de la mise à niveau de la pompe d’injection de carburant Stanadyne avec des assemblages de retenue de poids de gouverneur d’élastomèreinsertdrive.
– Pièces de rechange de fabrication inadéquate.
– Corrosion.
– Huiles et fluides non autorisés ajoutés au carburant Jet A1.
– Utilisation de Jet A1 qui ne contenait pas d’inhibiteur de corrosion et d’additifs améliorant la lubrification.
La viscosité du carburant Jet A1 fourni par l’Arabie saoudite dans le cadre d’un accord de soutien à la nation hôte était très faible, tout comme sa teneur en soufre, ce qui a encore aggravé les problèmes de démarrage à chaud.
Ironiquement, aucun de ces problèmes n’est survenu lors des tests approfondis à FortBliss. En rétrospective, le test à Fort Bliss a utilisé du JP8, qui a une viscosité plus élevée que le carburant Jet A1 généralement raffiné au Moyen-Orient, et les températures àFort Bliss étaient au moins 15 degrés Fahrenheit plus basses que celles rencontrées enAsie du Sud-Ouest.
Pompe d’injection de carburant
Parmi les nombreux types de pompes d’injection de carburant fabriqués commercialement, tels que la pompe monocylindrique, la pompe en ligne et la pompe distributrice, la pompe d’injection de carburant à distribution rotative est la plus sensible à la qualité lubrifiante du carburant.Cette pompe est peu coûteuse et est utilisée dans une grande variété d’équipements commerciaux et militaires généralement alimentés par des moteurs diesel légers. Dans ces pompes, le carburant fournit la lubrification nécessaire aux composants mobiles internes. Lorsque le pouvoir lubrifiant (qualité de lubrification) du carburant devient marginal ou insuffisant,les composants de la pompe s’usent.
Si la viscosité du carburant est suffisamment élevée, le carburant va séparer physiquement les composants coulissants du système d’injection, empêchant ainsi l’usure. Avec une viscosité plus faible,le potentiel d’usure augmente considérablement car les surfaces des pièces coulissantes peuvent commencer à interagir. Cependant, certains additifs du carburant génèrent des films de surface qui assurent la protection nécessaire contre l’usure. La viscosité du carburant diminue lorsque la température du carburant augmente, ce qui réduit la capacité du carburant à lubrifier le système d’injection et accroît la dépendance des utilisateurs vis-à-vis des films de surface lubrifiants pour contrôler l’usure des composants. La norme D 975 de l’American Society for Testing and Materials (ASTM), Standard Specification for Diesel Fuel Oils, fixe la norme industrielle actuelle pour la viscosité minimale des carburants diesel 1-D et 1-D à faible teneur en soufre à 1,3 millimètre carré par seconde (mm2/s) à 40 degrés Celsius. Bien que la viscosité du JP8 à 40 degrés Celsius ne soit pas identifiée dans la spécification du JP8 (MIL-DTL-83133E), la gamme de viscosité observée varie de 1,0 à 1,7 mm2/s à 40 degrés Celsius. De toute évidence, l’utilisation d’un carburant dont la viscosité est inférieure à 1,3 mm2/s accélérera le risque d’usure des composants. Parmi les quatre principaux fabricants de pompes à injection à distribution rotative, Stanadyne Automotive Corporation est le seul à fournir des kits de rééquipement en usine pour réduire le potentiel d’usure et les problèmes de redémarrage à chaud lors de l’utilisation de carburant à faible viscosité.
Un autre effet indésirable résultant de l’utilisation de carburants à faible viscosité dans les pompes à carburant à distribution rotative et à injection est le potentiel accru de fuites internes. La combinaison d’un carburant à faible viscosité et d’un jeu accru entre les surfaces en raison de l’usure (résultant d’un pouvoir lubrifiant insuffisant) peut entraîner une augmentation des fuites internes de carburant qui réduit la quantité de carburant délivrée à la chambre de combustion.Une plus grande quantité de fuites internes dans les sections de pompage se produit à bas régime, ce qui entraîne des problèmes de démarrage difficile et de ralenti à chaud. Certains de ces problèmes sont apparus au cours des dernières étapes des opérations Bouclier du désert et Tempête du désert.
Problèmes majeurs depuis le 11 septembre
Avec les récentes opérations de combat majeures en Afghanistan et en Irak, les problèmes liés au carburant ont considérablement augmenté en raison de l’utilisation de carburants à faible viscosité comme carburant unique. En Afghanistan, une grande partie du kérosène d’aviation initialement acheté était du kérosène d’aviation russe TS1, car les raffineries voisines produisent du kérosène d’aviation TS1 au lieu de Jet A1 ou JP8. Le kérosène d’aviation russe TS1 est similaire au Jet A1, mais il est plus volatil car il a un point d’éclair plus bas et une viscosité plus faible.
Un spécialiste du carburant du 127e bataillon de soutien de zone, commandement de l’approvisionnement de la division, 1re division blindée, prélève un échantillon de carburant pour le tester à l’aéroport international de Bagdad.
Le carburant utilisé en Irak est le JP8. Cependant, tant en Afghanistan qu’en Irak, les véhicules et équipements terrestres sont utilisés de manière beaucoup plus intensive qu’en service normal. Compte tenu de cette utilisation supplémentaire, des températures chaudes qui règnent généralement au Moyen-Orient et de l’augmentation de la puissance du moteur imposée par l’augmentation du poids des kits d’armure, il n’est pas étonnant que les véhicules et les équipements terrestres dotés de pompes à distribution rotative et à injection de carburant aient connu de nombreux problèmes de moteur liés au carburant.
Un article paru dans le numéro de juillet 2004 du magazine National Defense, « Army PondersNew Diesel Engine for Humvee Trucks », note que des cauchemars de maintenance ont été vécus en Irak parce que les moteurs tombent régulièrement en panne et doivent souvent être remplacés après seulement 1 000 à 2 000 miles de fonctionnement. Une grande partie de la responsabilité en est attribuée à la protection blindée boulonnée qui alourdit le poids des véhicules. Cependant, l’incapacité des pompes à injection de carburant à distribution rotative à fonctionner de manière satisfaisante pendant des périodes prolongées d’utilisation intensive est probablement un facteur contributif, en particulier lorsque du carburant à faible viscosité est utilisé dans un environnement chaud. Il est intéressant de noter que les pompes à injection de carburant de nombreux HMMWV, si ce n’est de tous les HMMWV utilisés en Asie du Sud-Ouest, ont été modernisées avec le kit de modernisation Arctic Fuel Conversion de Stanadyne. Ce kit n’a apparemment pas fait grand-chose pour compenser les augmentations significatives de la maintenance qui ont été enregistrées récemment.
Repenser le SFC
Les opérations de combat qui se déroulent dans des environnements à température plus élevée vont certainement intensifier les problèmes opérationnels et de maintenance des véhicules et équipements à moteur diesel avec des pompes d’injection lubrifiées par le carburant. Étant donné que près de la moitié des véhicules et des équipements diesel de l’Armée de terre sont dotés de pompes d’injection à distribution rotative, il est urgent de trouver une solution.
Malgré les problèmes de maintenance et de disponibilité opérationnelle qu’il a engendrés, le SFC a créé de nombreux avantages. Un seul carburant est considérablement plus facile à gérer que plusieurs carburants. Les fonctions de stockage, de transport et de distribution du carburant peuvent être adaptées pour une efficacité maximale. L’utilisation d’un seul carburant réduit la possibilité de distribuer le mauvais carburant. L’utilisation du JP8 comme carburant unique a amélioré la stabilité de stockage à long terme, le fonctionnement des véhicules par temps froid, l’usure des composants de combustion du moteur et les problèmes de corrosion du système d’alimentation en carburant.
La version la plus récente de la directive 4140.25 du DOD, Politique de gestion du DOD pour les produits énergétiques et les services connexes, stipule que » … il est impératif que les véhicules et les équipements d’appui au combat et de soutien aux services de combat soient capables de recevoir un soutien (c’est-à-dire des raccords, des buses, etc.), d’atteindre et de maintenir des performances opérationnelles acceptables en utilisant à la fois du carburant pour turbine à base de kérosène et des carburants diesel dans la mesure du possible. » Les directives politiques ne correspondent pas toujours à la réalité, ce qui est le cas du grand nombre de véhicules et d’équipements consommant du carburant diesel et équipés de pompes à distribution rotative et à injection de carburant.
Certainement, les augmentations significatives des exigences de maintenance qui ont été expérimentées en Afghanistan et en Irak mettent à rude épreuve la compréhension d’un individu de l’expression « maintien d’une performance opérationnelle acceptable. » Cela ne veut pas dire que la doctrine du SFC est défectueuse, mais certains changements sont nécessaires de toute urgence.
Ironiquement, un projet de recherche stratégique achevé en avril 1996 au Army War College a identifié certains problèmes possibles avec le SFC et a donné
plusieurs recommandations. Deux des recommandations les plus significatives étaient-
– Les pompes à carburant de tous les nouveaux équipements doivent être compatibles avec le JP8.
– Tous les futurs équipements militaires doivent être conçus pour utiliser le JP8 comme source principale de carburant.Ces deux recommandations sont aussi pertinentes aujourd’hui qu’elles l’étaient en 1996.
La directive 4140.25 du DOD exige que des performances opérationnelles acceptables soient atteintes avec les carburants de turbine à base de kérosène et les carburants diesel. Cependant, un type de carburant doit prédominer sur l’autre, et, puisque les moteurs à allumage par compression sont essentiellement conçus et fabriqués pour la consommation de carburant diesel, le carburant prédominant serait naturellement le diesel. La pompe à carburant d’un moteur doit être compatible avec le JP8 dans tous les types de conditions de fonctionnement, et pas seulement dans les environnements à température froide à modérée.
En raison du grand nombre de véhicules et d’équipements existants qui utilisent les pompes à injection de carburant lubrifiées par le carburant, à distribution rotative, une approche consisterait à assouplir la doctrine SFC en exigeant l’utilisation de carburant diesel lorsque les systèmes fonctionnent pendant des périodes prolongées dans un environnement à haute température. Ce changement affecterait le moins l’armée de l’air parce qu’elle opère généralement à partir de sites fixes qui sont éloignés des opérations de combat directes, de sorte que deux systèmes de distribution et de stockage de carburant sont plus faciles à mettre en œuvre. L’Armée de terre et le Corps des Marines seraient plus affectés parce qu’ils ont besoin d’un système de distribution de carburant pour les équipements terrestres et d’un second pour les hélicoptères et que les deux systèmes nécessitent une protection et un soutien intenses. Cette option de double système est encore compliquée par la doctrine qui demande des unités de combat très mobiles, distribuées et autonomes.
Une autre approche, bien que plus compliquée, serait d’exiger que les pompes d’injection de carburant à distribution rotative soient remplacées par des pompes qui sont moins sensibles à la viscosité et au pouvoir lubrifiant du carburant, comme les systèmes de rampe commune ou de buse de ligne de pompe.
Ne pas reconnaître et agir sur les problèmes inhérents à l’utilisation de carburant à base de kérosène avec des pompes à injection de carburant à distribution rotative ne servira qu’à diminuer la disponibilité opérationnelle et à augmenter les coûts de maintenance au fil du temps. ALOG
Maurice E. Le Pera est le président de Le Pera and Associates à Harrisonburg, en Virginie. Il est diplômé de l’Université du Delaware et a eu 36 ans de service dans le gouvernement.
L’auteur souhaite remercier Emilio S. Alfaro, du bureau pétrolier de l’armée de l’air, et Edwin C. Owens, du Southwest Research Institute, pour leur aide dans l’élaboration de cet article.