Moteur

Un moteur est un appareil transformant une énergie quelconque en énergie mécanique.

Pour les articles homonymes, voir moteur (homonymie).

Moteur à combustion interne V6 d'automobile.
Moteur électrique asynchrone.

Historique

Les moteurs les plus anciens utilisent les forces naturelles, sans ajout de technologies ou presque : des moteurs utilisant une pression (voile, moulin à vent) ; des moteurs à élastique (arc, arbalète, catapulte à torsion, horloge à ressort) ; des moteurs utilisant la gravité (roue à aube sur cours d'eau ou sur réserve d'eau, clepsydre, catapulte à contrepoids, tournebroche à poids, horloge à poids).

Le premier moteur vraiment indépendant de la nature, adaptable en situation, est la machine à vapeur. Ce moteur repose sur une chaudière produisant de la vapeur d'eau grâce à une source de chaleur, généralement une combustion. La vapeur comprimée est utilisée, lors de sa détente, pour mouvoir un piston dans un cylindre. Ce mouvement de translation est alors transformé en rotation par un système bielle-manivelle. La rotation de l'arbre, stabilisée par un volant d'inertie, régulateur de la vitesse de rotation, entraîne enfin une machine ou des roues, via un mécanisme de transmission.

À la fin du XIXe siècle, le moteur à combustion interne, qui produit directement l'énergie lors de la combustion rapide d'un mélange carburant/comburant, est développé et adapté aux premières automobiles. Ce moteur est, comme la machine à vapeur, équipé de bielles et pistons, avec comme exception le moteur Wankel qui lui n'a pas de bielles, mais des pistons rotatifs. Toutefois la production d'énergie se fait à l'endroit même de la production de travail d’où l'appellation de moteur à combustion interne. Depuis, il poursuit ses progrès en matière de rendement et d'adaptation aux exigences des normes antipollution.

Au milieu du XXe siècle, devant le besoin croissant de puissance pour propulser les avions militaires, les moteurs à réaction furent activement développés, en particulier, pendant la Seconde Guerre mondiale en parallèle avec les moteurs-fusée pour les missiles. Comme ces deux familles de moteurs ont des rapports poids / puissance (ou puissance massique) sans équivalent, malgré des rendements plutôt faibles, au XXIe siècle, ils sont toujours développés activement pour mouvoir avions et fusées.

Transmission et stockage

Il faut distinguer les moteurs, des organes de stockage ainsi que des systèmes ou organes de transmission.

Transmission

Un organe de transmission transmet un mouvement et une force :

Une transmission peut amplifier certains paramètres du mouvement au détriment d'autres, comme le couple au détriment de la vitesse. Exemple : un convertisseur de couple hydraulique. Elle peut ajouter plusieurs mouvements ou diviser un mouvement en plusieurs. Exemple : un pont d'automobile.

Stockage

Un organe de stockage va pouvoir absorber l'énergie d'un mouvement. Il pourra restituer cette énergie plus tard. Il y a toujours des pertes d'énergie dans le processus. Il est parfois difficile de distinguer un moteur d'un organe de stockage : la création d'un mouvement peut correspondre à une restitution après un stockage, comme pour les ressorts.

Pertes

Les organes de transmission ainsi que tous les organes de stockage consomment de l'énergie donc de la puissance qu'il ne peuvent pas eux-mêmes créer : par définition, seul un moteur (ou un engin similaire) ajoute de la puissance au mouvement.

Classification

Moteur à combustion

Moteur à combustion  comprenant :

Moteur chimique sans combustion

Dans ces moteurs, une réaction chimique est exploitée directement pour produire du travail ou du mouvement ; la chaleur est un sous-produit (utile ou nuisible, selon le cas) :

Moteur à gravité

Systèmes assimilés :

Moteur électromagnétique

Moteur à élastique solide

On parle d'élastique ou de ressort :

Moteur à fluide élastique

Un fluide compressible joue le rôle d'un élastique. Le stockage d'air comprimé est exactement équivalent à un élastique gazeux. Certains moteurs pneumatiques pourraient aussi être classés ici.

Moteur à pression

Ce moteur utilise comme source de mouvement la différence de pression entre deux sources :

Moteur à liquide

Du fait de l'incompressibilité des liquides utilisés, on peut penser qu'un moteur à liquide est plutôt un organe de transmission qu'un moteur, car il n'ajoute pas de puissance. Dans un système hydraulique, le seul moteur qui fournit l'énergie au système est appelé la pompe hydraulique.

Moteur à air comprimé

Un moteur à air comprimé est un composant d'un système pneumatique. On injecte de l'air préalablement comprimé dans une sorte de turbine, qui entraîne l'axe moteur. Le déplacement est obtenu par le changement de pression d'un gaz. Il existe plusieurs méthodes pour changer la pression d'un gaz, souvent utilisées en combinaison :

  • mécanique : un compresseur permet d'augmenter la pression d'un fluide,
  • thermique : Le moteur à combustion  utilise la variation très rapide de température d'un mélange inflammable qui a pour effet de créer une variation très rapide de pression.
  • chimique : la réaction exothermique d'un produit explosif crée une augmentation rapide de la pression[1].

Mise en mouvement d'un solide :

Mise en mouvement d'un liquide :

  • baromètre ;
  • pompe à liquide.

Mise en mouvement du gaz :

Moteur insolite
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Des adeptes de théories conspirationnistes ont fabriqué des « moteurs magnétiques » ou « moteurs à aimants ». Ce type de moteur, a non seulement une puissance très faible, mais surtout s'arrête lorsqu'il a épuisé l'énergie introduite dans les aimants à leurs fabrication.

Notes et références
  1. Le démarreur à cartouche a été utilisé pour faire démarrer des moteurs thermiques d'avion.

Annexes

Articles connexes

Liens externes
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