Quelles raisons freinent l'utilisation des moteurs écologiques? Pour répondre à cette problématique nous étudierons le fonctionnement de ce moteur afin de déceler les contraintes de celui-ci.

Le moteur Stirling Le Pasteur Robert Stirling est né le 25 octobre1790, à Gloag dans le comté de Perthshire en Ecosse.Son grand-père paternel fabriquait des batteuses, son grand-père maternel était agriculteur. Il poursuivit de brillantes études à l'université d'Edimbourg de 1805 à Ensuite, il se tourna vers des études de théologie à l'université de Glasgow.Quatre garçons devinrent ingénieurs dans les chemins de fer (Patrick, William, Robert et James), un autre choisit de devenir à son tour pasteur (David).La vie de Robert Stirling se déroule durant le XIX °siècle qui voit de nombreuses découvertes scientifiques et techniques. C'est probablement ce bouillonnement d'idées, sa curiosité naturelle et son pragmatisme qui pousseront Robert Stirling à inventer "le moteur à air chaud". Le brevet fut déposé le 27 septembre 1816 et fut effectif le 20 janvier 1817.

Le fonctionnement du moteur Stirling

Les principes Dans sa description la plus simple, le moteur Stirling est constitué d'un cylindre renfermant du gaz et d'un piston récupérant l'énergie mécanique. Nous allons étudier les quatre phases principales

Les quatre phases élémentaires Le cycle thermodynamique du moteur Stirling est dans son principe très simple : il comprend 4 phases pendant lesquelles le gaz utilisé subit les transformations suivantes : I - Un chauffage à volume constant : Le brûleur (la source chaude) produit de l'énergie thermique. On s'imagine aisément que la pression et la température du gaz augmentent durant cette phase.

Les quatre phases élémentaires ( suite ) II - Le volume augmente alors que la pression diminue. C'est pendant cette transformation que l'énergie motrice est produite :

Les quatres phases élémentaires ( suite ) III – Un refroidissement isochore :L'eau projetée (la source froide) récupère de l'énergie thermique. La température et la pression diminuent pendant cette phase.

Les quatres phases élémentaires ( suite ) IV – Une compression isothermique : La pression du gaz augmente au fur et à mesure que son volume diminue. On doit fournir de l'énergie mécanique au gaz pendant cette période.

Les quatres phases élémentaires ( suite ) On peut voir ci-dessous l'enchaînement de ces différentes phases.

Les quatre phases élémentaires ( suite ) La réalisation d'un moteur tel que celui décrit ci-dessus posera des difficultés : allumer le brûleur, l'éteindre, asperger puis arrêter le refroidissement, chocs thermiques successifs.... C'est pourquoi on va introduire un artifice apportant des solutions à ces problèmes : le déplaceur. Ce dernier ne modifie ni la pression ni le volume du gaz, mais l'oblige à se situer soit vers la source chaude à la tête du moteur, soit vers la source froide se trouvant en partie inférieure. Il permet de déplacer l'air chaud vers la source froide et l'air froid vers la source chaude

Les quatres phases élémentaires ( suite ) I – Chauffage isochore : Le volume reste constant, mais le déplaceur, en descendant, chasse le gaz de la partie basse (froide) vers la partie haute (chaude).

Les quatres phases élémentaires ( suite ) II – Détente isotherme : Le déplaceur suit le piston moteur au cours de la détente pour que le gaz reste en contact uniquement avec la source chaude.

Les quatres phases élémentaires ( suite ) III – Refroidissement isochore : Le volume reste constant, mais le déplaceur, en montant, fait passer le gaz de la partie haute (chaude) à la partie basse (froide).

Les quatres phases élémentaires ( suite ) IV - Le déplaceur, au cours de la compression, reste en partie supérieure pour que le gaz reste en contact uniquement avec la source froide.

Les quatres phases élémentaires ( suite ) Le cycle complet est montré ci-dessous. Ce moteur s'appelle le moteur béta.

Son utilisation Le moteur à fluide solaire peut permettre de pomper de l'eau des puits dans les pays arides comme l'Afrique où l'électricité est loin d'être répendu Le moteur Stirling, une magnifique machine thermique : Il suffit de l'entrainer avec un moteur électrique pour que la tête du cylindre descende à -200°C et inversement, en l'entrainant dans le sens inverse, la tête peut atteindre des chaleurs frôlant les 800°C. Dans l'automobile : On pourrait se servir de la source de chaleur d'un moteur à combustion pour faire fonctionner dans une voiture un moteur Stirling.Celui ci entrainerait un alternateur pour alimenter un moteur électrique,ou il permettrait de s'ajouter au moteur principal de la voiture On pourrait l'utiliser dès aujourd'hui sur des moteurs comme les moteurs hybrides en utilisant la chaleur dégagée par le moteur électrique et par celle du moteur à essence pour alimenter un moteur Stirling. Il ferait tourner un générateur ce qui permettrait de limiter encore plus la consommation.

Utilisation ( suite ) Dans les énergies renouvelables : Aujourd'hui les énergies renouvelables sont « à la mode ».On voit fleurir des éoliennes un peu partout et des panneaux solaires photovoltaïques et chauffe eau dans les régions du sud.Le moteur Stirling serait peut être une alternative au principe du panneau photovoltaïque.Aux Etats Unis on voit apparaitre des champs de miroir. Ce sont des moteurs Stirling.Le moteur est situé au centre du miroir.Ces miroirs reflètent tous les rayons solaires en un seul point unique, la tête du moteur Stirling.

Utilisations (suite 2) Les deux images suivantes montrent un prototype réalisé en 1976 sur une base de Ford "Gran Torino" - afin de tester la faisabilité de cette technique. Ford l'avait équipée d'un moteur Stirling Philips type D.A. de 4 cylindres, développant 170 CV à 4000 t/min

Les contraintes Il est presque impossible d'utiliser un moteur stirling comme moteur principal d'une voiture.En effet ce moteur a une énorme inertie, à cause de son principe de fonctionnement : matériaux qui chauffent et qui ne peuvent refroidir lors de l'utilisation du moteur.De plus,ce moteur ne peut avoir de variations de vitesse de rotation rapide ce qui est un inconvéniant pour une voiture.Son coût de fabrication reste encore très cher ( matériaux spéciaux ).Enfin il ne semble pas pour le moment que le fait d'arrêter la commercialisation de moteur thermique soit rentable pour l'économie mondiale

Réponse à la problématique Au jour d'aujourd'hui, l'élément qui est le principal obstacle à l'évolution et surtout l'utilisation des moteurs écologiques ( ici le stirling ), est le facteur économique. Le marché du pétrole est aujourd'hui le plus rentable du monde. Malgré cet obstacle, on peut également contester l'usage de ces moteurs par leurs quelques contraintes. Mais peut être que l'avenir permettra à ces moteurs eco-logiques/nomiques de se faire une place dans le monde de l'automobile en particulier.