ETUDES D’IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX

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Cycle Beau de Rochas

Les moteurs à quatre temps réalisent le cycle Beau de Rochas dont l’allure générale est donnée par la figure 1.2. Ce cycle correspond à quatre courses de piston dans le moteur à quatre temps. Aspiration du gaz à la pression atmosphérique dans le cylindre le long de la droite isobare AB (P0 = 1 Bar, V1V0).
Le principe de fonctionnement de piston dans le moteur, en suivant le cycle de Beau de Rochas est détaillé comme suit :
Compression adiabatique BC jusqu’au volume minimal V1, la pression devient p1.
Combustion instantanée du gaz à volume constant le long de la droite isochore CD avec une force élévation de température T2 et de lapression à p2.
Détente du gaz chaud le long de l’adiabatique DE qui ramène le volume à V0, mais à une pression p3 supérieure à celle de l’atmosphère.
Ouverture de l’échappement des gaz dont la pressiontombe instantanément à la pression atmosphérique le long de l’isochore EB, latempérature redescend à T1.
Vider le cylindre des gaz brulés, en décrivant l’isobare BA, pour revenir au point de départ A.
PMH : Point Mort Haut ; PMB : Point Mort Bas.
Le cycle de Beau Rochas se déroule comme suit :
• A à B : Admission.
• B à C : Compression adiabatique.
• C à D : Explosion très rapide.
• D à E : Détente adiabatique avec production de travail.
• E à B : Baisse de pression lors de l’ouverture de l a soupape.
• B à A : Echappement.
1-2-2 Moteur AC à 4 temps.
Il comprend 4 phases : admission, compression, combustion-détente, échappement.

Admission

Pendant la phase d’admission, le piston descend du PMH au PMB, qui entraine une dépression dans le cylindre. Les vitesses des gaz sont plutôt élevées (qui peut atteindre la vitesse du son lors du passage du papillon) et l’in ertie des masses gazeuses ne peut pas être négligée. A cause de la perte de charge dans le circuit d’admission, le remplissage du cylindre ne se réalise pas complètement : le remplissage naturel d’un moteur est inférieur à l’unité. Dans ce cas, on avance l’ouverture de soupape d’admission avant le PMH pour améliorer ce taux. Ces décalages sont de quelques egrésd et leurs importances dépendent de la gamme du régime de fonctionnement du moteur : ils sont plus élevés pour les hauts régimes. La quantité du mélange admis ne dépend pas de la pression à l’entrée du circuit d’admission mais dépend de l’ouverture de papillon, qui détermine aussi la pression régnant en amont des soupapes. La charge du moteur est donc en rapport avec la pression d’admission.

Compression

Les deux soupapes étant fermées, la masse gazeuse nfermée est comprimée par le piston vers le PMH et qui entraine l’accroissement de la pression dans le cylindre mais sans combustion. L’allumage intervient quelques instants avant le PMH pour développer la combustion. Pour réaliser la charge partielle des moteurs à injection directe, il faut faire la modulation de quantité de carburant injecté, c’està dire que dans la chambre de combustion, la répartition de la charge est hétérogène pour quelocalement une faible quantité de carburant puisse être associée à une faible part de l’air etque le mélange soit combustible.

Combustion

Les deux soupapes sont toujours fermées, la combustion se développe. La pression augmente pour arriver à son maximum après PMH et atteint les valeurs supérieures à 60bar en pleine charge. Les gaz possèdent à ce moment une température très élevée (2000 à 3000 K) et les transferts thermiques vers les parois sont intenses. Le piston descend vers le PMB et provoque la rotation du vilebrequin, la pression et la température des gaz diminuent.

Echappement

Lorsque le piston arrive au PMB, le gaz d’échappement est expulsé vers la soupape d’échappement par la remonté du piston. L’échappement s’ouvre avant le PMB et se fermer après le PMH pour tenir compte des inerties des gaz.

Equation générale de la combustion

L’équation générale de combustion des alcanes est edla forme CnH2n+2+ a (O2+3.76N2)→ bCO2 + c H20 + d N2 +Q.

Richesse du mélange

On appelle la richesse ∅ le rapport entre le dosage stœchiométrique et le d osage réel notés respectivement D et D st re ∅ = (2-1).
Cette richesse définie la nature de mélange à l’intérieur de cylindre.
Le mélange est dit pauvre, c’est-à-dire avec excèsd’air, si la richesse est inférieure à l’unité Et dans le cas contraire, le mélange est riche, c’est à dire avec excès de carburant.

Equation de combustion d’essence

L’équation stœchiométrique de combustion d’essence est : C8H18 + 12,5 (O2+3.76N2)→8CO2 + 9H20 + 47N2 +Q.
Q est l’énergie ou la chaleur dégagée par la combustion.

Emission des gaz polluants

D’âpres l’équation stœchiométrie de combustion, les produits principaux lors de la combustion complète des hydrocarbures sont le dioxyde de carbone et de l’eau. Mais les gaz d’échappement sont constitués d’un grand nombre de molécules, dont certaines sont des polluants comme le monoxyde de carbone (CO), les oxydes d’azote (NO x) et les hydrocarbures imbrûlés. La richesse du mélange carburé ∅ est le paramètre déterminant pour la production des polluants.

Description de Paul Pantone

Paul Pantone, né en 1950 à Détroit , ingénieur électricien américain, a passé quatre ans d’essais et en a raté plus de 350 avant de découvri le premier réacteur endothermique appelé : Processeur Multi Carburant ou PMC. Il met son brevet international n° US005794601A1 pour son recherche en 1998.
Paul et Molley Pantone forment les vœux suivants : « Que l’on puisse vivre dans un monde en paix débarrassé des déchets du développement technique dont les rejets souillent l’eau, l’air et le sol et qui nous a amené aux frontièresde l’auto-destruction, que les gens s’entraident et que règne l’abondance. »
Quand on demande à Paul Pantone s’il accepte de traiter avec tous les pays, il répond calmement : « Bien sûr, car tant qu’un pays déversera des déchets toxiques dans l’écosystème, la pollution continuera. [18]

Plan du réacteur selon Pantone

Le PMC est composé de :
• Bulleur, réservoir et centre de volatilisation de carburant.
• Réacteur, composé de deux tubes coaxiaux et une tige ferromagnétique, où la réaction est endothermique.
• 4 vannes qui assurent le réglage du moteur.
Ce plan est valable pour un moteur thermique dont la puissance est inférieure à 20 CV.
Selon ce plan, ces moteurs fonctionnent avec 25% de carburant et75% de l’eau.

Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement du PMC consiste à uti liser la vapeur d’eau et la vapeur d’essence comme carburant. L’eau et l’essence son t versées dans un réservoir appelé bulleur. Le gaz perdu par l’échappement est récupéré et passe dans la partie extérieure du réacteur avant d’arriver dans le bulleur pour volatiliser le mélange. Le mélange des vapeurs de carburant dégagées par la volatilisation traverse l’espace ntre le tube intérieur et la tige du réacteur où la transformation de ces deux vapeurs est due aux réactions chimiques et thermiques.

Réacteur

Le phénomène dans le réacteur

Quelques réactions se passent dans le réacteur : l’électrification statique et le cracking.

Electrification statique

M. David pense que lors du passage forcé dans le petit intervalle entre la tige centrale et le tube, la vapeur de carburant s’électrifie et se décompose en gaz combustible qui est bien différent de la simple vapeur de carburant. Ce gaz, qui est à base de molécule d’hydrogène, d’oxygène, carbone, etc. , est obtenu si les conditions sont suffisantes.
Comme dans les plans de M. Pantone, la vapeur du carburant se dirige vers la soupape d’admission ; quant au gaz d’échappement, il circule dans le sens inverse pour chauffer le réacteur. Au début du tube de réacteur, c’est à dire au premier centimètre, à cause du gaz d’échappement, la vapeur de carburant se change en vapeur sèche, puis s’électrifie en passant le long de tube du réacteur.
Le chaud (gaz d’échappement) et le froid (vapeur de carburant), se déplaçant en sens inverse, produisent une charge et une décharge électrique. Les molécules de la vapeur électrifiée, se déchargent quand elles s’approchentde la paroi du tube ou quand elles se rapprochent entre elles. Chaque charge et décharge produisent une petite étincelle qui favorise le morcellement de vapeur jusqu’en atome et toutes ces étincelles produisent l’élévation de température dans le réacteur.

Reformage et cracking

On peut considérer le réacteur Pantone comme une micro raffinerie. On peut envisager alors, qu’il y se passe des reformages et cracking. Ensuite, un phénomène nommé plasma va se produire du fait de la magnétisation de la tige centrale. Mais avec la température qui est très élevée à l’intérieure du réacteur, ce champ magnétique rend la réaction de cracking par voie plasma plus complexe .On peut quand même la généralisée comme suit : + é−> +/.

Caractéristiques du mélange

On schématise l’octane CH 18 sous la forme H C-CH -CH -CH -CH -CH -CH -CH 3 ou H3C-(CH2)6-CH3.
La molécule est symétrique donc il y a 4 possibilités d’attaque radicalaire
• °H 2C-(CH2)6-CH3.
• H3C-°CH-(CH 2)5-CH3.
• H3C-CH2-°CH-(CH 2)4-CH3.
• H3C-(CH2)2-°CH-(CH 2)3-CH3.
A partir de là, on aura la formation de 4 peroxyde s :
• °OOCH 2-(CH2)6-CH3.
• H3C-HCOO°-(CH 2)5-CH3.
• H3C-CH2-HCOO°-(CH 2)4-CH3.
• H3C-(CH2)2-HCOO°-(CH 2)3-CH3.
En arrachant un H° sur une molécule d’eau, et en prenant le premier cas, il se formera le hydroperoxyde correspondant:
HOOCH2-(CH2)6-CH3.
Qui peut conduire à un alcool primaire : HOCH 2-(CH2)6-CH3.
Ou un aldéhyde : OCH-(CH ) -CH 3.

Réalisation du réacteur

Nous avons construit le réacteur à partir du plan approprié au moteur de puissance inferieure à 20 CV qui est déjà publié par Pantone.
Le réacteur est composé d’une tige ferromagnétiquede 300mm de long et de 12mm de diamètre et deux tubes coaxiaux. Pour assurer l’emplacement de la tige au milieu du réacteur, on ajoute trois points de soudure sur l’extrémité de al tige, puis on fait l’usinage pour avoir la dimension exacte. Le tube extérieur de diamètre 26mm, de longueur 305mm est un tube de plomberie standard en acier galvanisé déjà fileté oncd on l’a utilisé directement au montage du réacteur. Le tube intérieur de diamètre intérieur2,7mm,1 de longueur 418mm est en acier galvanisé dont on fait le filetage de chaque extrémité.
On ne trouve pas sur le marché le réducteur en T, mais on le fait à partir d’un simple réducteur et d’un manchon de diamètre 12mm par soudage.
La figure ci- dessus présente la vue éclatée (figure gauche) et la vue d’ensemble (figure droite) d’un réacteur.

Réalisation du bulleur

On utilise deux bulleurs dont l’un pour l’essence e t l’autre pour l’eau. Mais pour créer un bulleur, on a acheté un réservoir métallique (dontla contenance est de 1 litre). Sur le couvercle de celui-ci a été aménagée une pièce de raccord permettant de soutirer le fluide. Ce raccordement est réalisé par brasage d’un tube en cuivre de diamètre 13mm et d’un embout.

Réalisation des raccordements et la gradateur

La pièce d’admission est une pièce que nous avons spécialement fabriquée pour pouvoir connecter notre réacteur sur l’admission du moteur. Cette pièce est faite à partir d’une tôle noire d’épaisseur 3 mm et de tube en cuivre de diamètre 13 mm par brasage.
Les raccords entre les différents organes du montage sont réalisés à l’aide de tube en cuivre de diamètre 13mm, des coudes de diamètre 14mm et des différents raccords de plomberie nécessaires.
Nous réalisons la pièce d’échappement pour modifierl’échappement. Cette modification permet de connecter la soupape d’échappement du moteur et le réacteur Pantone. La pièce est réalisée par soudage d’un tube galvanisé de diamètre 12 mm et d’une tôle noire d’épaisseur.
Nous avons réalisé le générateur réglable appelé ADATEURGR pour régler les deux résistances de chauffage de bulleur. Il est composéde plusieurs composantes électroniques dont le schéma équivalent du circuit est le suivant.

Table des matières

Chapitre 1: MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE
1-1 Définition
1-2 Moteur à allumage commandé
Chapitre 2: COMBUSTION
2-1 Equation de combustion
2-2 Emission des gaz polluants
Chapitre 3: CARACTERISTIQUES DU MOTEUR
3-1 Couple moteur et pression moyenne effective [3]
3-2 Rendement
3-3 Puissance
3-4 Consommation
Chapitre 4: MOTEUR PANTONE
4-1 Généralité
4-2 Réacteur
4-3 Bulleur
4-4 Caractéristiques du mélange
Chapitre 5: REALISATION
5-1 Réalisation du réacteur
5-2 Réalisation du bulleur
5-3 Réalisation des raccordements et la gradateur
Chapitre 6: MISE EN OEUVRE ET ESSAIS
6-1 Fonctionnement en groupe électrogène classique
6-2 Fonctionnement en moteur Pantone
6-3 Comparaison entre fonctionnement Pantone et fonctionnement classique
Chapitre 7: ETUDES D’IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
7-1 Importance du sujet
7-2 Mise en contexte du projet
7-3 Protocole de Kyoto
7-4 Impacts positifs
7-5 Impacts négatifs
7-6 Mesures d’atténuation
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE

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