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OU
Du Fardier de Cugnot (1769)
A la Renault R29 FI (2009)
2.3.3 – Moteur « en losange » ou « Quasiturbine » 2.4.3 – Le GPL (Gaz de Propane Liquéfié) 2.4.5.1 – Les huiles végétales brutes 2.4.5.4 – Le BTL (Biomass-to-liquid) 2.5.1 – Refroidissement par air 2.5.2 – Refroidissement liquide 2.5.3 – Refroidissement par huile
L’automobile prend naissance au XIX.eme siècle, et la technique maîtrisée à l’époque fait alors la part belle à la vapeur comme source d'énergie, pour ensuite s'orienter massivement vers le pétrole et le moteur à explosion, même si d’autres possibilités techniques ont été mises en œuvre avec plus ou moins de réussite. Ce sont ces évolutions, intimement liées à celles de l’automobile, que nous allons présenter dans cette fiche technique.
Les progrès réalisés dans le domaine des machines à vapeur incitent certains à se pencher de nouveaux sur les véhicules à vapeur. C'est en Angleterre, pionnière dans le développement des chemins de fer, que l'automobile à vapeur prend son essor. Néanmoins, le décret de 1839 limitant la vitesse à 10 km/h aux diligences à vapeur, ainsi que le « Locomotive Act » imposant aux véhicules automobiles d'être précédés d'un homme à pied agitant un drapeau rouge, mettent un terme à son développement.
En 1680, le physicien allemand Christian Huygens dessine, mais ne construit pas, ce qui semble être un moteur à combustion interne alimenté par de la poudre à canon. Selon le principe développé par l'allemand Otto von Guericke, Huygens utilise l'explosion produite par la poudre pour faire le vide partiel dans un cylindre équipé d'un piston. La pression atmosphérique engendre le retour du piston dans sa position initiale, générant ainsi une force. Le suisse François Isaac de Rivaz, vers 1775, entrevoit le développement de l’automobile. Alors que ses multiples voitures à vapeur n’ont guère de succès du fait de leur manque de souplesse, il s'inspire du fonctionnement du « pistolet de Volta » pour construire ce qui ressemble à un moteur à explosion dont il obtient le brevet le 30 janvier 1807. En 1856, les italiens Eugenio Barsanti et Felice Matteucci présentent à Florence leur moteur à explosion. Il est alimenté par un mélange d'air et de gaz.
Il faut ainsi attendre l’américain George Brayton pour imaginer un carburateur efficace utilisant le pétrole, donnant ainsi naissance à la première machine à combustion interne à huile lourde. Par la suite, Beau de Rochas améliore l'invention de Lenoir, qui souffre cruellement d'un mauvais rendement en raison de l'absence de compression des gaz. Beau de Rochas résout ce problème en mettant au point un cycle thermodynamique 4 temps (admission/échappement - compression - explosion – détente). Étant davantage théoricien que praticien, Beau de Rochas ne sait pas mettre en applications ses théories. Il dépose le brevet en 1862, mais en raison de difficultés financières, il ne peut s'acquitter des redevances de protection de son invention si bien que c'est uniquement en 1876 que l'on voit apparaître les premiers moteurs quatre temps. L’invention théorique du cycle à quatre temps par Beau de Rochas permet enfin d'exploiter véritablement le moteur à explosion. Le pyréolophore est un prototype de moteur, développée par les frères Niépce en 1807, dont l'amélioration progressive donnera lieu à certains des moteurs à combustion interne dont celui mis au point par Rudolf Diesel, le moteur Diesel. Le pyréolophore est un moteur à air dilaté par la chaleur et s'apparente encore aux machines à vapeur. Cependant, celui-ci n'utilise pas uniquement le charbon comme source de chaleur. Dans un premier temps, les frères Niépce optent pour une poudre constituée des spores d’une plante, le lycopode, puis dans un second temps, pour un mélange de charbon et de résine, additionné à du pétrole. En 1880, le français Fernand Forest invente la première magnéto d'allumage basse tension et en 1885, on lui doit le carburateur à flotteur et à niveau constant. C'est sur ce principe que seront fabriqués tous les carburateurs pendant plus de 70 ans. Mais l'empreinte majeure de Forest dans l'histoire de l'automobile demeure ses réalisations sur les moteurs à explosion. On lui doit ainsi l'invention du moteur 6 cylindres (1888) et en 1891, celle du moteur à 4 cylindres verticaux et à soupapes commandées. Il ne s'agit là que de deux exemples parmi tant d'autres. En 1876, l'ingénieur allemand Gottlieb Daimler développe pour le compte de la firme Deutz, le premier moteur fixe à gaz fonctionnant sur le principe présenté par Beau de Rochas. Néanmoins, les moteurs Daimler ne sont pas encore installés sur des châssis qui en feront des automobiles à part entière. C'est en 1889 que René Panhard et Émile Levassor installent le premier moteur à quatre temps - celui de Daimler - sur une voiture à quatre places. C'est en 1883 que Édouard Delamare-Deboutteville fait circuler sa voiture dont le moteur est alimenté au gaz, mais la durit d'alimentation en gaz ayant éclaté au cours de ce premier essai, il remplace le gaz par du carbure de pétrole. Pour utiliser ce produit, il invente un carburateur à mèches. Ce véhicule circule pour la première fois dans les premiers jours de février 1884 et le brevet est déposé le 12 février 1884 sous le numéro 160267. L'antériorité d'Édouard Delamare-Deboutteville sur Karl Benz est donc, semble t-il, incontestable. Cependant, cette paternité pour l'automobile est très contestée et il semble que les véhicules développés par Delamare-Deboutteville sont loin de fonctionner correctement, explosant même pour certains lors de leur brève utilisation.
Les moteurs à piston sont ceux qui sont le plus largement utilisés aujourd’hui pour mouvoir les automobiles, et on distingue plusieurs types de moteurs selon le carburant qui est utilisé : - les moteurs diesel qui fonctionnent avec du gasoil, - les moteurs à essence, qui peuvent être eux même séparés en deux technologies : les moteurs « deux temps », et les moteurs « quatre temps », - les moteurs utilisant le GPL (Gaz de Propane Liquéfié), - les moteurs utilisant l’E 85 (mélange d’alcool et d’essence), - les moteurs utilisant d’autres biocarburants. Les
carburants utilisés actuellement et dans le futur font l’objet du
paragraphe 2.4 ci-dessous. Quel que soit le carburant utilisé, la conception des moteurs à pistons peut être faite selon quatre schémas :
Malgré son système d'injection par pompe à air, ce moteur avait un rendement assez intéressant : CSE (consommation spécifique) de 335 g/kWh (à titre d'exemple, les moteurs de poids lourds les plus récents ont une CSE entre 250 et 200 g/kWh). C'est le Français Lucien-Eugène Inchauspé (1867-1930) qui, en 1924 a inventé la pompe à injection et en fit un moteur performant. Et la production par Robert Bosch a permis un développement rapide de ces moteurs. Les premières automobiles de tourisme à moteur diesel furent une Mercedes en 1936, puis la Peugeot 402 en 1938.
Entre 1911 et 1912, Rudolf Diesel déclare que « le moteur diesel peut être alimenté avec des huiles végétales et sera en mesure de contribuer fortement au développement de l'agriculture des pays qui l'utiliseront » et prédit que « l'utilisation d'huiles végétales comme combustible liquide pour moteurs peut sembler insignifiante aujourd'hui », mais que « ces huiles deviendront bientôt aussi importantes que le pétrole et le goudron de charbon ».
L’utilisation du diesel ne fera toutefois pas l’unanimité en dehors des camions et des tracteurs agricoles, car il est considéré comme trop bruyant et trop odorant. Il faudra attendre l’injection directe d’Audi, dans les années 1980 pour que le Diesel connaisse un développement plus important dans l’automobile.
On doit l'invention et la mise au point du moteur deux temps à plusieurs personnes, qui avaient comme point commun le désir de ne pas payer de royalties à Nicolaus Otto, détenteur des brevets du moteur à 4 temps. Ils appliquèrent le principe théorique, de Dugald Clerk, selon lequel on introduit dans la chambre de combustion des gaz frais qui expulse les gaz brûlés. Le tout en utilisant le dessous et le dessus du piston. D’un rendement plus faible et plus polluant, mais d’une puissance plus élevée, il est demeuré longtemps le moteur exclusif des cyclomoteurs et des motos de compétition.
Les moteurs « deux temps » ont donc été peu utilisés pour équiper les automobiles, les seules applications récentes étant d’une part les voitures de la marque « DKW » construites dès le début du XXème siècle jusque dans les années 60 et 70, et d’autre part les rustiques « Trabant » qui étaient fabriquées et exclusivement vendues dans les pays qui constituaient l’URSS avant la chute du mur de Berlin dans les années 80. Ce type de moteur est principalement utilisé sur des motos.
Le premier « vrai » moteur à quatre temps fut mis au point par deux ingénieurs allemands, Daimler (1872) et Benz (1882) qui, chacun de leur côté, cherchent à vendre leur brevet en France. La firme fondée à Paris par René Panhard et Emile Levassor associés à Edouard Sarazin a acquis les licences de fabrication de Daimler pour la France.
Depuis son invention, l’automobile
fonctionne donc majoritairement à l’aide d’un moteur thermique à
combustion interne à 4 temps alimenté à l’essence (moteur à allumage
commandé). Des progrès technologiques importants ont permis au fil
du temps d’augmenter le rendement de ces moteurs conventionnels en
vue de réaliser des économies d’énergie à puissance constante. La
préoccupation écologique est, elle aussi, au cœur de la recherche
sur le développement des moteurs.
Le mouvement étant transmis par un système de bielles et d'engrenages à un axe central co-axial au cylindre. Malgré les apparences, le moteur n'était pas aussi complexe qu'il y parait. Ce n'est donc pas pour cette raison que son étude a été abandonnée, mais plutôt en raison des difficultés d'usinage du cylindre et des pistons. L'histoire étant un éternel recommencement, une société américaine, Rotoblock, a remis cette technique au goût du jour et commercialise (ou tente de commercialiser) des moteurs basés sur ce même principe
Seul le japonais Mazda continua suffisamment le développement de ces moteurs pour amener ses voitures, particulièrement le modèle RX-7, en tête de plusieurs championnats américains de voitures dérivées de la série. Par la suite, un de ses prototypes remporta même le classement général des 24 heures du Mans, course peut-être encore plus renommée au Japon qu'en Europe. Mais en 1980, tous les constructeurs avaient depuis longtemps abandonné le moteur rotatif. Le moteur à piston rotatif possédait de nombreux avantages, dont celui d'un encombrement faible à cylindrée égale, d'une grande simplicité (théorique) de fabrication, de connaître 3 explosions par tour de piston (au lieu d'une tous les 2 tours pour un quatre temps), c'est à dire qu'on envisageait de pouvoir en obtenir un rendement extraordinaire, et plus encore, il est quasiment insensible aux surrégimes. Pourquoi, alors, n'a-t-il pas connu plus de succès ? En premier lieu, probablement parce que les instances sportives, effrayées par ses possibilités, lui attribuèrent une équivalence de cylindrée qui le désavantagea d'emblée par rapport à ses concurrents. Au début de son développement, les ingénieurs buttèrent également sur d'énormes problèmes d'étanchéité des chambres de combustion et de résistance des segments. Certains, d'ailleurs, en arrêtèrent tout développement. Par ailleurs, le rendement tant espéré ne fut jamais réellement atteint. Mais le coup de grâce fut donné en raison de la grande consommation de carburant de ce type de moteur, qui ne lui permet quasiment plus, de nos jours, de répondre aux normes antipollution en vigueur.
2.3.3 – Moteur « en losange » ou « Quasiturbine »
Le volume confiné entre les pales du rotor et le stator fournit la compression et l'expansion de manière similaire au moteur Wankel, mais la géométrie permet des taux de compression supérieurs et différentes variations temporelles, tout en supprimant les temps morts du Wankel, et cela sans les complexes engrenages de synchronisation du rotor. Une demande de brevet a été déposée en 1980, mais n'a pas été retenue par l'INPI[1] qui lui a opposé une antériorité. Des systèmes similaires avaient été déposés en 1964.
Ce moteur permet comme le Wankel de se dispenser de transformer un mouvement alternatif en mouvement rotatif, ce qui est coûteux en terme d'énergie et de permettre une meilleure combustion des gaz, limitant ainsi la consommation.
Le carburant est une substance dont la combustion fournit l'énergie nécessaire au thermique (moteurs à allumage commandé, moteurs diesel). Un carburant est un mélange de plus d’hydrocarbures différents issus du raffinage. On peut distinguer deux grandes catégories de carburants historiques pour les moteurs de voiture : le gazole et les essences. Il faut aujourd’hui ajouter les carburants moins polluants, tel que le GPL (Gaz de Propane Liquéfié) et les biocarburants E 86, les huiles végétales brutes telles le HVB, le biodiesel, les alcools et d’autres produits en cours d’étude ou de développement). Le gazole est destiné à être utilisé dans les moteurs diesel. La densité du gazole est supérieure à celle des essences : 0,845 contre 0,755. L'indice de cétane caractérise l'aptitude à l'allumage du gazole. On utilise le même principe d'essai que pour mesurer l'indice d'octane d'un carburant : on fait fonctionner un moteur d'essai normalisé avec le gazole étudié, puis avec un mélange de deux carburants de référence. Le gazole contient des paraffines qui se transforment en cristaux lorsque la température s'abaisse. Le gazole se trouble vers - 5 °C : c'est le point de trouble. Par la suite, si la température s'abaisse encore, les cristaux de paraffine bloquent le filtre empêchant le gazole d'arriver à la pompe d'injection. La température à laquelle se produit ce phénomène est la température limite de filtrabilité (TLF), fixée en hiver à - 15 °C. Puis on atteint la température à laquelle le gazole se fige : c'est le point d'écoulement (- 18 °C). Les essences sont destinées aux moteurs à allumage commandé, moteurs dans lesquels l'explosion du mélange air / essence dans le cylindre est déclenchée par l'étincelle de la bougie. Autrefois, on pouvait distinguer les essences ordinaires et les supercarburants qui comportaient du plomb comme additif. Aujourd'hui, seuls les supercarburants sans plomb sont distribués sur le marché : sans Plomb 98 (SP 98) et sans Plomb 95 (SP 95). Cette absence de plomb est indispensable à la durée de vie des pots catalytiques utilisés pour diminuer la pollution des véhicules. Le taux de compression détermine le rendement du moteur : c'est le rapport entre le volume du cylindre lorsque le piston a été repoussé vers le bas par la détente des gaz, et le volume lorsque le piston est en haut du cylindre. Plus le taux de compression du moteur est élevé, plus celui-ci est performant. Toutefois, le phénomène de cliquetis ou autoallumage du carburant limite le taux de compression, et sa manifestation peut fortement endommager les différents éléments du moteur. Une solution consiste à augmenter l'indice d'octane du carburant. L'indice d'octane est déterminé par la composition du mélange d'un produit détonant résistant à la détonation (indice 100). Pour accroître l'indice d'octane d'un carburant, on peut utiliser le supercarburant plombé. Pour les supercarburants sans plomb, on utilise des additifs de composés organiques. Un supercarburant est caractérisé par l'indice d'octane recherche (RON), mesuré dans des conditions de vitesse et d'accélération faibles, et l'indice d'octane moteur (MON), déterminé dans des conditions d'essais plus sévères. 2.4.3 – Le GPL (Gaz de Propane Liquéfié) Le GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié) carburant est un mélange de 50% de butane et 50% de propane, provenant du raffinage de pétrole ou de gisements de gaz naturel. La composition de ce mélange (GPL carburant) est régie par la norme européenne EN589 qui spécifie notamment un indice d'octane minimal de 89 MON. En fin d’année 2007, près de 150 000 véhicules en France sont équipés d’une carburation au GPL. Le GPL fait partie des carburants alternatifs soutenus par l'Europe et en particulier la France, destinés à prendre une part de plus en plus importante dans la consommation d'énergie pour l'automobile. En effet, le GPL, par ses vertus écologiques et sa disponibilité est la meilleure alternative aujourd'hui possible pour limiter les phénomènes de pollution dans nos villes. Ci-dessous sont mentionnées quelques spécificités indispensables à l’utilisation du carburant GPL.
Jauge
Le carburant E85, qui est une sorte de bioéthanol, est un agro carburant destiné à des moteurs à essence adaptés à son utilisation. Le Super éthanol E85 est un carburant qui contient de l’éthanol (85% en volume) et de l’essence (15%). Il permet de remplir les réservoirs des véhicules Flexfuel (qui fonctionnent indifféremment à l’essence et au super éthanol). Il est conforme à une norme internationale. Il est utilisé depuis des années au Brésil, en Suède et aux États-Unis. Il a été introduit en 2006 sur le marché français. Le gouvernement français a donné son feu vert, le 1er juin 2006, à l'expérimentation en France du carburant E85. Deux régions pilotes, la Champagne-Ardenne et la Picardie, testent des flottes de véhicules fonctionnant avec du bioéthanol.
Les biocarburants ne sont pas de simples additifs pour écologiser les carburants pétroliers, mais ils peuvent les remplacer qualitativement. Ce postulat est pourtant fortement décrié partout dans le monde, et principalement en France, où on a même inventé une terminologie pour faire croire aux fausses limites des biocarburants. On dit ainsi d'un biocarburant qu'il est un bio additif lorsqu'il est mélangé à l'essence dans une proportion de 0 à 5 %, et qu'il est un bio composant quand la proportion est 5 à 30 %, comme dans le diester, mais on évite sagement d'évoquer les proportions plus fortes, et encore moins l'usage unique. Le blocage vient des pétroliers, et de leurs lobbies. Le rapport Lévy, même s'il date de 1992, est encore dans les mémoires. Le gouvernement français avait, à l'époque, cherché à déterminer la valeur, l'opportunité des biocarburants, et avait demandé une étude à l'IFP, l'Institut Français du Pétrole. Autant demander à un imam taliban ce qu'il pense d'une femme en minijupe. Ce rapport concluait sans surprise à la non-viabilité des biocarburants, il a fait autorité dans les ministères pendant plus de 10 ans. Aujourd'hui, les choses semblent heureusement changer, et les français vont avoir l'occasion de le constater (ou non). Pressé en effet par Bruxelles, qui a lancé un ambitieux programme de développement des biocarburants à l'échelle européenne, le gouvernement français est au pied du mur, et il est face à deux alternatives. La première est de laisser la maîtrise des carburants aux pétroliers, la seconde de les mettre en concurrence avec de nouveaux acteurs. 2.4.5.1 – Les huiles végétales brutes C'est le carburant de la France d'en bas. Il s'agit des mêmes huiles dont on se sert en cuisine, seules les conditions sanitaires de fabrication diffèrent. Huiles de tournesol, de colza, de chanvre ou d'arachides, le moteur diesel peut presque tout accepter. On peut prendre l'huile du commerce, achetée en supermarché, ou l'acheter directement auprès d'un producteur (c'est un agriculteur qui fait des plantes oléagineuses et qui est équipé d'un pressoir et du matériel nécessaire), ou même utiliser de l'huile usagée. C'est par exemple l'huile de friteuse d'un restaurant, qu'on aura préalablement filtrée avant de la verser dans le réservoir, et une voiture peut rouler avec cela ! Mais pas toutes les voitures diesel, et pas dans n'importe quelles conditions. Un moteur diesel fonctionnant avec n'importe quelle huile végétale est nécessairement un moteur au fonctionnement non optimisé, car si on veut une mécanique fonctionnant de manière optimale, il faut un carburant de qualité constante. On utilise donc ces huiles là où on peut produire ou récupérer de l'huile à faible coût, mais tout développement à grande échelle de ce carburant semble exclu. Le biodiesel, c'est de l'huile végétale brute revue et corrigée par des chimistes, et produite industriellement, avec un contrôle qualité, et en respectant des normes précises. Le biodiesel marche dans toute voiture diesel, même les plus récentes avec injection à haute pression par rampe commune. Le biodiesel ne se fige pas quand il fait froid, et il est reconnu et accepté par les constructeurs car il respecte une norme stricte. Le biodiesel est aujourd'hui disponible dans une station sur dix en Allemagne, ce qui donne à l'automobiliste allemand le choix, soit de faire son plein avec un carburant pétrolier, soit de le faire avec un carburant agricole. En Allemagne, le biodiesel est produit à partir du colza. C'est un excellent biodiesel, avec un indice de cétane supérieur à celui du gazole et une teneur en souffre très faible, mais ailleurs dans le monde, on le produit à partir des plantes oléagineuses locales, jojoba, noix de coco ou autre. Avec du colza, le rendement est de 1400/1500 litres de biodiesel à l'hectare, mais dans les pays chauds, la plante la plus prometteuse est le jatropha curcas, qui permettrait de faire monter le rendement à 3000 litres à l'hectare. En France, on parle aussi de Diester. Le diester, mot-valise formé par la contraction de diesel et ester, est une marque déposée par la Société Sofiproteol.
Contrairement au carburant E 85 cité ci-dessus qui est conforme à une norme internationale, la fabrication et la composition de ces carburants à base d’alcools peuvent être adaptées aux contraintes locales. Dans le domaine automobile, c'était le Brésil qui avait pris les devants dés les années 1970 en lançant un vaste programme de développement de l'éthanol à partir de la canne à sucre. Pour cela le gouvernement (par le biais de la société pétrolière nationale Petrobras) s'était engagé à acheter à bon prix tout l'éthanol que les paysans pourraient produire. Petrobras revendait ensuite cet éthanol aux automobilistes dans tout le pays, et parvenait même à gagner de l'argent, mais cela ne marcha plus quand la spéculation fit monter le cours du sucre, alors que le prix du pétrole tomba au plus bas, en 1986/87. Aujourd'hui, avec le pétrole au plus haut, le Brésil est reparti en avant toute sur le chemin de l'alcool carburant. Cela d'autant plus facilement qu'un grand progrès est apparu, on sait maintenant faire des voitures parfaitement bivalentes alcool/essence. C’est Bosch qui sait en fait, les Volkswagen, les Chevrolet, les Fiat, Peugeot et les autres autos proposées sur le marché brésilien avec la faculté de rouler aussi bien à l'essence, qu'à l'alcool ou n'importe quel mélange des deux, utilisent toutes le système d'alimentation Bosch Flex Fuel. Ce système analyse en permanence la proportion d'alcool dans le réservoir et adapte les paramètres de gestion du moteur en fonction de ce qu'il trouve. Trois alcools sont communément connus comme possibles carburants auto, l'éthanol, le butanol et le méthanol, mais c'est le premier qui est le plus usité, et de très loin. On le fabrique aux Etats-Unis à partir d'avoine, à partir de betteraves en Europe, et à partir de canne à sucre au Brésil. Au Brésil, l'automobiliste qui possède une auto Flex Fuel a le choix, et il peut se ravitailler aussi bien avec l'un ou l'autre carburant, mais l'atout de ce pays étant qu'avec une canne à sucre qui pousse toute seule sous ce climat, et des paysans dont les salaires sont bas, très bas, l'alcool est moins cher que l'essence ! En France, la betterave n'est pas aussi intéressante. 2.4.5.4 – Le BTL (Biomass-to-liquid) Le BTL, c'est l'avenir. Le vrai biocarburant du futur (en attendant l'hydrogène, encore plus avantageux), est le fruit de toute la technologie du XXI° siècle. Les biocarburants précédents sont en effet des techniques anciennes, nées au XIX° siècle, et avec un rendement qu'on a certes considérablement amélioré depuis lors, mais qui reste médiocre. L'enjeu du BTL, c'est de parvenir à produire plus de 5000 litres de carburant à l'hectare. Pour cela, il n'est plus question d'utiliser partie de la plante, comme on le fait pour l'huile végétale brute, mais la totalité de l'espèce. Et pas une plante particulière, mais n'importe quelle plante. Et aussi les feuilles mortes, les copeaux de bois, soit d'une manière générale : n'importe quelle biomasse. Voilà le challenge qui a été donné aux ingénieurs, transformer la biomasse en carburant auto. Ce n'est pas très original en fait, puisque la nature le fait très bien. Le pétrole d'aujourd'hui était de la biomasse il y a des millions d'années, la nouveauté est de parvenir à faire cela rapidement.
Les combustions répétées surchauffent les pièces en contact (piston, cylindre, soupape) et se diffusent sur l'ensemble des pièces mécaniques du moteur. Il faut donc les refroidir sous peine de destruction. Pour un bon fonctionnement, les moteurs à explosion ont besoin d’une température régulière et adaptée. 2.5.1 – Refroidissement par air En 1875 le français Alexis de Bischop utilise l'air pour le refroidissement. Son moteur sans compression préalable, de type mixte, comportait un cylindre entouré d'ailettes métalliques augmentant ainsi la surface en contact avec l'air. Ce type de refroidissement est surtout utilisé pour les moteurs équipant les vélomoteurs et motocyclettes de faible cylindrée, mais aussi sur des automobiles, comme certaines Porsche, Citroën GS et 2CV ou la VW Coccinelle. Le refroidissement par air est aussi majoritaire pour les moteurs à pistons équipant les avions. Il peut être optimisé sur les automobiles par l'utilisation d'un ventilateur, dont la présence ne révèle toutefois pas toujours un refroidissement à air, car il dissipe parfois la chaleur du radiateur d'un système de refroidissement liquide.
2.5.2 – Refroidissement liquide
Dans les moteurs les plus anciens, la circulation d'eau est assurée par thermosiphon : l'eau chauffée par le moteur monte vers le radiateur, placé en hauteur. Une fois refroidie, elle redescend vers le moteur.
Dans les moteurs modernes, on utilise une pompe à eau.
Un contrôle permanent de la température vise à maintenir l'eau et l'huile dans des conditions permettant une lubrification optimale. Idéalement, la température du liquide de refroidissement est d'environ 75°-95° Celsius, déterminée par plusieurs facteurs tels que tolérances d'usinage et résistance au frottement des pièces mécaniques, lubrifiants utilisés. La régulation de cette température est généralement obtenue par une vanne thermostatique calorstat située dans le circuit de refroidissement, associée à un ou plusieurs ventilateurs asservi par une sonde thermo contact à la température du liquide dans le radiateur. 2.5.3 – Refroidissement par huile Tous les moteurs à combustion interne utilisent déjà un liquide pour la lubrification des pièces en mouvement, l'huile qui circule, propulsée par une pompe, il suffit donc de faire circuler ce liquide dans les zones les plus chaudes et, surtout, d'en assurer le refroidissement correct. Tous utilisent plus ou moins le refroidissement par huile : carter d'huile bas moteur ventilé, parfois muni d'ailettes, un petit radiateur d'huile. Avantages : les canalisations, pompe, radiateur indépendant et liquide, spécifiques au refroidissement deviennent inutiles. Cela permet un net gain de poids et une plus grande simplicité de conception. Inconvénients : l'huile transporte moins bien la chaleur que l'eau et les spécificités de ces huiles les rendent plus coûteuses pour l'utilisateur. De plus, le graissage du moteur est moins performant (à isopérimètre) car il y a des pertes de charges dues à la circulation dans le radiateur d'huile. Ce système de refroidissement n’est plus utilisé aujourd’hui en raison des inconvénients mentionnés ci-dessus.
Ce type de moteur a un des fonctionnements les plus logiques qui existent, puisqu'il utilise un mouvement rotatif. Il présente des avantages tels que la fiabilité ou la particularité de ne pas connaître de baisse de couple en fonction de la charge. Il est d'ailleurs étonnant, à ce sujet, que ce type de moteur n'ait pas été adapté aux camions. Les constructeurs automobiles s'y intéressèrent pendant une vingtaine d'années, mais elle ne fut jamais adaptée à la moto, pour des raisons d'encombrement.
La turbine ne connut d'application pratique que dans le domaine de la compétition : Rover à châssis B.R.M. dans un premier temps (en endurance), puis essentiellement aux U.S.A. : Howmet (toujours en endurance), puis Paxton-Turbocar, qui faillit créer la surprise en restant longtemps en tête des 500 Miles d'Indianapolis à la fin des années 60 et enfin Lotus, pour le compte du pétrolier américain S.T.P., encore en vue d'Indianapolis. La voiture fut ensuite utilisée en Formule 1, mais était tout à fait inadaptée à ce genre d'exercice. Mais, si elle avait des qualités, la turbine avait également des défauts : en premier lieu, elle n'a aucun frein moteur, ce qui est très troublant pour l'utilisateur standard (par ailleurs, les systèmes de freinage n'étaient pas, à cette époque, aussi performants qu'aujourd'hui), mais surtout, sa consommation en carburant était énorme. A la suite de la deuxième grande crise du pétrole, tous les essais en vue de l'adaptation de la turbine à l'automobile furent abandonnés.
On en a alors profité - prônant des principes écologiques - pour remettre le moteur électrique à la mode sur des voitures, des scooters ou des vélos. Considérant le prix de vente de ces véhicules et leur rayon d'action, généralement limité à 100 ou 200 kilomètres au plus, leur succès n'est pas encore définitivement établi, même si la crise économique pousse les constructeurs à progresser dans cette technique de motorisation automobile.
Depuis quelques temps, les fusées ont été utilisées sur des véhicules à quatre roues pour participer à des épreuves d'accélération ("dragsters") ou pour battre des records de vitesses. Ces véhicules, dans leur conception même, sont plus proches de l'avion que de la voiture. Le premier pilote à avoir dépassé la vitesse du son (un peu plus de 1.000 km/h, selon l'altitude et la pression atmosphérique) est un pilote d'avion et non un pilote automobile. L'idée, pourtant, n'est pas si nouvelle qu'il y parait : au début du siècle, le très sérieux constructeur allemand Opel a utilisé des fusées (à poudre, à cette époque) pour propulser une voiture de record. Celle-ci ressemblait d'ailleurs à un obus.
1980 : Rocket-Car "Budweiser" de Stan Barrett Une variante à l’emploi des moteurs « fusée » consiste à utiliser des réacteurs habituellement destinés à l’aviation pour propulser un véhicule destiné à battre un record de vitesse.
1983 : L'anglais Richard Noble
et son "Thrust 2" Les moteurs utilisés pour mouvoir les automobiles ont été, depuis l’origine de la voiture à la fin du XIXème siècle, issus des techniques maîtrisées par l’industrie, que ce soit pour d’autres applications[2], ou développées spécifiquement pour l’automobile[3]. Certaines (bonnes ?) idées[4] ont donné lieu à des réalisations prototypes et même de série, mais n’ont pas perdurées face aux rigueurs économiques qui ont imposées de plus en plus de rigueur aux moteurs au niveau de la consommation et de la pollution. D’autres bonnes idées[5] demeurent encore à creuser ou à découvrir pour prendre en compte ces contraintes de plus en plus drastiques. Notons enfin que le rêve a toujours existé avec des motorisations exotiques[6] pour des véhicules que l’on n’ose plus appeler « automobiles ».
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