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Michel GRATADOUR : Président-Directeur Général du Moteur Moderne
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La machine à vapeur alternative a été le premier moteur thermique appliqué. Créée sur des bases remontant à Denis Papin (1679), elle a été développée progressivement au cours du 18 e siècle (Thomas Newcomen 1712, James Watt 1784) et a rendu possible la première phase d’industrialisation au cours du 19 e siècle. La création de la turbine à vapeur se situe vers la fin du 19 e siècle (Charles Parsons 1884 pour la turbine à réaction, Auguste Rateau 1901 pour la turbine multicellulaire à action).
La première réalisation d’un moteur à explosion est due à Étienne Lenoir (moteur à gaz sans compression préalable 1860). L’invention des principes du moteur à explosion à allumage commandé, tel qu’il existe aujourd’hui, peut être attribuée à Beau de Rochas (1862) et la première réalisation à Nikolaus Otto (1876) ; celle du diesel revient évidemment à Rudolf Diesel (1892). Les premières réalisations (allumage commandé), essentiellement orientées vers la propulsion automobile, s’inspirent largement de la machine à vapeur (dimensionnement, mécanismes de distribution) telle que celle de Delamare-Deboutte ville (1883) ; les réalisations ultérieures s’en sont distinguées assez rapidement. Les applications préindustrielles automobiles ne sont concrétisées dans la dernière décade du 19 e siècle (précurseurs G. Daimler, C. Benz, W. Maybach ; en France R. Panhard et E. Levassor). Le seul moteur rotatif ayant atteint le stade de développement industriel a été conçu par Félix Wankel (1929) et a été mis au point avec l’aide du constructeur automobile NSU au cours des années 1960.
La turbine à gaz, dont certains auteurs font remonter le principe à l’Antiquité, doit attendre le début du 20 e siècle pour voir éclore ses premières réalisations (Armangeaud et Le Male). La Seconde Guerre mondiale a accéléré le développement des propulseurs aéronautiques à réaction utilisant la turbine à gaz.
L’article Moteurs thermiques regroupe l’ensemble des chapitres relatifs aux moteurs alternatifs ou volumétriques. Les turbines à gaz et à vapeur sont, quant à elles, traitées dans l’article [B 4 400].
La multiple variété des aspects abordables en matière de moteurs volumétriques (étendue des connaissances de base, des conceptions envisageables, du dimensionnement, des domaines d’applications, …) ne permet pas une présentation exhaustive du sujet dans le cadre de cette rubrique. Les chapitres ont été conçus autour d’un plan, élaboré par le regretté J. Pichard, qui privilégie les thèmes les plus généralisables : combustion, alimentation en air et en carburant, aspects mécaniques (équilibrage, vibroacoustique, insonorisation, suspension), refroidissement, lubrification, dépollution, moyens d’essais, etc. Dans cet esprit, il a été souvent fait appel à des spécialistes ou motoristes de l’industrie automobile, car ce domaine est celui qui produit les moteurs les plus répandus et les plus diversifiés, dans une gamme de dimension moyenne.
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Comparaison succincte des différents moteurs thermiques
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1. Classification des moteurs thermiques
1.1 Définitions générales
Les moteurs sont des machines génératrices d’énergie mécanique. À ce titre ils appartiennent, avec leur complément indispensable les machines réceptrices (utilisatrices d’énergie mécanique), à l’ensemble des transformateurs (ou convertisseurs) d’énergie.
Les moteurs peuvent être classés en familles distinctes suivant la nature de la source énergétique à l’origine de la conversion : thermique, hydraulique, pneumatique, éolienne, électrique, etc.
La grande majorité des moteurs délivre l’énergie mécanique sous la forme classique d’un couple moteur sur un arbre en rotation (moteurs tournants). Il existe aussi des moteurs linéaires où l’énergie mécanique est délivrée sous la forme force x déplacement (vérin, électroaimant, moteur électrique linéaire, etc.).
Les moteurs à réaction, qui produisent une poussée propulsive par éjection d’un fluide, peuvent être considérés comme des moteurs linéaires mêmes s’ils sont constitués de machines tournantes (cas du turboréacteur par exemple).
HAUT DE PAGE1.2 Modes de conversion énergétique chaleur-énergie mécanique
La transformation partielle de chaleur en énergie mécanique est régie par les Principes de la Thermodynamique. D’après le Second principe, elle n’est possible que si le fluide de travail, circulant dans le moteur, décrit un cycle thermodynamique (succession d’évolutions) entre une source chaude (fournissant de la chaleur au fluide) et une source froide (prélevant de la chaleur au fluide).
Trois processus de conversion sont appliqués.
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La chaleur apportée au fluide de travail compressible est transformée en énergie cinétique par sa propre détente à l’intérieur d’une tuyère d’éjection. Le jet ainsi formé produit une poussée propulsive égale à la quantité de mouvement de la matière éjectée (moteur à réaction). Les moteurs ainsi constitués ne comprennent aucun organe mobile (moteurs statiques) et peuvent utiliser l’air ambiant comme fluide de travail (statoréacteur)...
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