Soutenance mémoire
Actuellement, le nombre des habitants augmente chaque année à Madagascar, alors que les fournisseurs d’énergie n’arrivent plus à satisfaire au besoin des consommateurs. Les matériels sont devenus obsolètes par manque d’infrastructure et d’entretien sur les machines. Pourtant, l’alimentation des appartements isolés en termes d’énergie électrique rencontre des difficultés. Les énergies fossilifères deviennent de plus en plus rares à cause de leurs quantités limitées et leurs prix sur le marché mondial qui sont imprévisibles et augmentent de façon incontrôlable. Les problèmes ont beaucoup stimulé la recherche et le développement de nouvelles sources d’énergies renouvelables. L’utilisation d’énergies renouvelables représente une nouvelle perspective. La transformation de l’énergie thermique en énergie mécanique peut se faire par les moteurs à « combustion » interne : moteurs à essence, moteurs Diesels ; à ceux-là, il faut ajouter les turbines à gaz et les moteurs à combustion externe appelés aussi moteurs à air chaud ou moteurs Stirling.
MOTEUR THERMIQUE
Définition
Le moteur thermique est une machine qui transforme en travail mécanique l’énergie développée à partir d’une source calorifique ou chimique. C’est un transformateur d’énergie, en ce sens qu’il produit une énergie mécanique à partir de celle contenue dans un combustible. Il transforme la chaleur en travail. Quant à l’énergie thermique, elle est produite par la combustion d’un hydrocarbure en général mélangé avec l’air, à l’intérieur d’un cylindre dans lequel peut se déplacer un piston.
Les éléments constitutifs des moteurs thermiques
Les principaux organes qui assurent le processus de fonctionnement d’un moteur thermique pendant la durée d’un cycle sont caractérisés par des organes fixes et des organes mobiles. C’est donc les éléments qu’il constitue.
Organes fixes :
Les organes fixes du moteur sont ceux qui restent immobiles pendant le cycle, à savoir :
● Le bloc moteur ou bâti cylindre :
Il supporte tous les autres organes qui se trouvent soit à l’intérieur, soit à l’extérieur du bloc et assure ainsi la rigidité de la structure du moteur en termes de force, de sens, de direction.
● La culasse
Elle assure l’acheminement et l’évacuation respective du carburant, du comburant et des gaz d’échappement.
● Le carter et le couvercle
Ils protègent les pièces nécessitant une lubrification ; ils sont donc en contact avec l’huile moteur et doivent être absolument étanches, généralement par interposition de joints. Le carter couvre la partie basse du moteur. Il est le réservoir d’huile pour la lubrification.
Organes mobiles :
Comme son nom l’indique, ces organes sont en mouvement. Ils sont constitués des pièces suivantes :
● Le piston
Le piston est une pièce rigide de section généralement circulaire coulissant dans un cylindre de forme complémentaire par la pression provoquée de l’explosion. Il subit la pression de l’explosion pour se déplacer. Le déplacement du piston entraîne une variation de volume dans le cylindre. Un piston permet la conversion d’une pression en un travail, et du travail en pression.
● La bielle
Elle transforme le mouvement du piston en mouvement circulaire au niveau du vilebrequin (arbre moteur). Son mouvement est donc complexe.
● Le vilebrequin ou manivelle
Il est en rotation sur le tourillon (palier) et assure la transmission du mouvement vers l’utilisation.
Remarque :
Pour faire remonter le piston, on adjoint un dispositif appelé volant moteur à l’extrémité du vilebrequin (principe de la vitesse acquise ou principe de l’énergie cinétique) .
Les moteurs à combustion interne
Moteurs alternatifs
Dans le cas de ces moteurs, la chaleur est produite par une combustion dans une chambre à volume variable et elle est utilisée pour augmenter la pression au sein d’un gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est d’ailleurs initialement composé du combustible et du comburant : air). Cette augmentation de pression se traduit par une force exercée sur un piston, force qui transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation d’arbre (vilebrequin). Il existe deux types principaux de moteurs à combustion interne :
● Le moteur à allumage commandé, ou moteur à explosion (moteur essence) ;
● Le moteur à allumage par compression (moteur diesel) .
Principe de fonctionnement
Le fonctionnement du moteur alternatif est assuré par l’association de quatre grands groupes fonctionnels tels que :
● Les systèmes à fonction mécanique :
– Le système enceint : assure l’isolement de la masse gazeuse.
– Le système bielle-manivelle : assure la transformation du mouvement rectiligne alternatif du piston en mouvement de rotation.
– Le système de distribution : assure la commande de l’ouverture et de la fermeture des soupapes en temps voulu.
● Le système de carburation :
Il assure l’alimentation du moteur en mélange carburé.
● Le système d’allumage :
Il assure l’inflammation du mélange carburé à l’aide d’une bougie (pour le DIESEL, le carburant utilisé est un mélange air / gazole qui, une fois comprimé, voit sa température portée à environ 600°C et le mélange s’enflamme seul presque immédiatement).
● Les systèmes auxiliaires :
– Le système de lubrification
– Le système de refroidissement
– Le système de démarrage et de charge (circuit électrique) .
Les moteurs à combustion externe
Historique du moteur à air chaud
La vie de Robert Stirling est rythmée par les nombreuses découvertes scientifiques et techniques du XIXème siècle. Cependant, c’est aussi l’époque où il arrivait fréquemment que des chaudières à vapeur explosent et fassent des victimes. Le pasteur Stirling, mit toute son énergie à améliorer les machines à vapeur, alors indispensables, pour créer « le moteur à air chaud » appelé aussi « moteur à combustion externe » ou plus communément Moteur Stirling.
C’est ainsi que Robert Stirling déposa son brevet le 27 septembre 1816 [3]. Il découvre aussi que la mise en place d’un régénérateur dans la tuyauterie du moteur permet d’éviter trop de pertes d’énergie et améliore son rendement [4].
Développement actuel du moteur Stirling
Beaucoup des étudiants sont intéressés sur le Moteur Stirling. Ils ont fait l’étude sur ce moteur pour apporter des compétences techniques et théoriques sur les éléments consécutifs qui le concerne. Il offre aux étudiants une expérience plutôt originale, et praticable. Ensuite, il existe déjà des modèles de moteurs à fonctionnement lent qui ne nécessitent que des différences de températures de l’ordre de 5 Kelvin pour tourner. De même un niveau de température d’une valeur de l’ordre de + 40°C est suffisant du coté chaud pour assurer un fonctionnement du moteur.
|
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : MOTEUR THERMIQUE
I.1 Définition
I.2 Classification des moteurs thermiques
I.3 Quelques types des cycles thermiques
I.4 Critère de choix du moteur Stirling
CHAPITRE II : MODE DE FONCTIONNNEMENT DU MOTEUR STIRLING
II.1 Le gaz de travail
II.2 Les propriétés des matériaux élémentaires du moteur modèle Stirling
II.3 Les procédures pour réchauffer et refroidir le gaz de travail
II.4 Le régénérateur
CHAPITRE III : MODELISATIONS DU MOTEUR MODELE STIRLING
III.1 Dimensionnement élémentaires du moteur modèle étudié
III.2 Moteur modèle Idéal
III.3 Bilans des puissances du moteur modèle
III.4 Pertes de charge dans le moteur modèle
III.5 Organigramme de calcul
CHAPITRE IV : RESULTAS ET INTERPRETATIONS
IV.1 Résultats
IV.2 Variations des positions des pistons
IV.3 Diagramme de pression et volume du cycle idéal du moteur modèle
IV.4 Influence de température de la source chaude
IV.5 Influence de température de la source froide
IV.6 Influence de température de la source chaude par la vitesse de rotation
IV.7 Influence de la vitesse de rotation du moteur
CHAPITRE V : APPLICATION DU MOTEUR MODELE
V.1 Moteur modèle Stirling de type béta
V.2 Futur projet à réaliser
CHAPITRE VI : IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
VI.1 Description
VI.2 Mise en contexte
VI.3 Aspect positifs
VI.4 Aspect négatifs
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE
ANNEXES
Annexe 1
Annexe 2
Annexe 3
Annexe 4
Annexe 5
Annexe 6
