Innovations – Moteur de Stirling Travaux Personnels Encadrés Adrien Boulard, Christophe Le Lann, Léo Culerier, Vincent Ganivet

Problématisation Quel est le principe de fonctionnement du moteur de Stirling ? Quelles sont ses applications actuelles et à venir ? Quels sont les freins à son développement ?

Introduction Découvert en 1816 par R. Stirling Gaz contenu dans une enceinte fermée subissant des modifications de température et de pression Combustion externe (contrairement au moteur à explosion) Ecologique

Plan Historique Le fonctionnement théorique Expérimentations Applications actuelles et futures, freins au développement Synthèse – Réponse à la problématique

Historique Découvert en 1816 par R. Stirling pour remplacer les moteurs à vapeur Fin du XIXe siècle : quelques applications aux Etats-Unis (« moteur à air chaud ») XXe siècle : délaissé au profit du moteur à explosion, plus puissants pour les besoins urgents de la guerre Années 1960 : Philips en équipe quelques véhicules, mais abandonne vite faute de rentabilité

Fonctionnement théorique > Cycle de Stirling

Fonctionnement théorique > Le rôle du déplaceur

Fonctionnement théorique > Les types de moteur Deux cylindres L’un chaud, l’autre froid Le gaz passe de l’un à l’autre alternativement Type Alpha

Fonctionnement théorique > Les types de moteur Un seul cylindre Le gaz passe du côté froid au côté chaud alternativement grâce au déplaceur Type Beta

Fonctionnement théorique > Les types de moteur Compromis entre Alpha et Beta : Deux cylindres Un déplaceur Le deuxième cylindre n’est là que pour loger le piston Type Gamma

Expérimentations > Description de l’expérience Utilisation pratique de la théorie apprise en cours de physique Mesures permettant le calcul de : Puissance Couple Rendement

Calculs effectués Energie fournie : E = mgz Puissance : P = E/t = (mgz)/t Energie consommée : E = M.Cte.(T°f – T°i) (avec Cte = 4180 J.kg-1.K-1) Couple : C = P / v = E / (t.v) = (mgz) / (tv) Rendement = Eutile / Econsommée

Applications du moteur de Stirling > Avantages et inconvénients Nombreux avantages face au moteur à explosion : Silence de fonctionnement Rendement élevé (donc économies d’énergie) Multitudes de sources chaudes possibles (donc adaptabilité aux différentes situations) Ecologique (combustion complète) Simplicité Freins : quelques inconvénients qui tendent à être résolus Prix de recherche Méconnaissance Variété des modèles (pas de modèle standard) Problèmes technologiques (gestion de la pression, étanchéité)

Applications du moteur de Stirling > Applications actuelles Recherche universitaire (modélisation du travail des fluides) Usages militaires (le silence est un atout) Applications spatiales (grandes différences de t°) Exploration océanographique Industrie, cryogénie Quelques installations autonomes Automobile (passé et peut-être avenir) Loisirs (maquettes de modélisme)

Applications du moteur de Stirling > Applications futures Domaine militaire (le silence est un atout) Marine civile Domaine médical (utiliser la chaleur humaine pour un cœur artificiel sans pile) Utilisation de l’énorme chaleur rejetée par les usines Installations autonomes (maisons, bateaux, parfois en cogénération)

Synthèse Cycle de Stirling, chauffage, compressions/décompressions d’un gaz dans une enceinte fermée Avantages Rendement élevé, réciprocité Ecologique, silencieux Inconvénients/Freins au développement Prix de recherche Gestions de la pression du gaz Applications Passées : voitures, bateaux (mais pas rentable donc abandonné) Actuelles : sous-marins, marine, cryogénie Futures (?) : installations autonomes (maisons, bateaux)

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