Le moteur Stirling
1) Présentation du moteur Stirling :
Robert Stirling
2) Principe de fonctionement :
Si vous chauffez l'air dans un cylindre avec un brûleur, l'air contenu à l'intérieur se réchauffe et se dilate. Cette expansion peut pousser un piston (symbolisé par le rectangle vert).
Si, ensuite, vous refroidissez le cylindre par exemple en projetant de l'eau (symbolisée par le tuyau violet dans le dessin ci dessous), l'air se refroidit et le piston peut être de retour à sa position initiale.
En répétant les deux actions alternativement, vous pouvez obtenir un mouvement régulier comme le montrent l'animation ci-contre:
Un tel moteur pourrait fonctionner, mais avec beaucoup de difficultés : Il faudrait successivement allumer le brûleur, l'éteindre, refroidir le cylindre, arrêter le refroidissement. Il y aurrait en plus de nombreux chocs thermiques.
Et si au lieu de réchauffer et de refroidir successivement cylindre, on forçait plutôt l'air contenu dans le cylindre à bouger d'une zone chaude du cylindre (extrémité haute) à une zone froide (extrémité basse) ?
Pour cela faisons chauffer en permanence la partie supérieure du cylindre (par un brûleur) et refroidissons en permanence la partie inférieure avec un arroseur. Nous avons maintenant deux zones bien distinctes dans ce cylindre : une chaude et une froide.
La question est maintenant : comment déplacer l'air du cylindre de la zone chaude vers la froide ?
Il existe plusieurs solutions qui seront vu dans la partie suivante.
Pour faire fonctionner un moteur Stirling, il faut tout simplement créer une différence de température. L'idée est donc d'avoir une extrémité chaude et une autre qui soit froide.
3) Différents types de moteurs Stirlings :
3-1) Moteur stirling de type Alpha :
Les moteurs Stirlings alpha contiennent deux pistons de puissance, décalés de 90°:- Un piston « chaud » (proche de la source de chaleur).
- Un piston « froid » (proche de source froide).
C'est le mouvement décalé des pistons moteurs qui provoque le déplacement :- du fluide froid (du piston froid vers le piston chaud).
- du fluide chaud (du piston chaud vers le piston froid).
3-2) Moteur Stirling de type Bêta :
Les moteurs Stirlings bêta ont 2 pistons situés sur un même axe :- Un piston de puissance (qui est le seul piston moteur).
- Un piston intermédiaire (situé à l'intérieur de la chemise) qui sépare le fluide chaud du le fluide froid. Ce piston intermédiaire est appelé déplaceur car c'est lui qui va déplacer le fluide chaud vers la chambre froide (et inversement, le fluide froid vers la chambre chaude). Le déplaceur est lui-même actionné par la roue (par un mécanisme qui permet d'effectuer le transfert des fluide au bon moment).
Avec déplaceur étanche :
Le déplacement du fluide froid vers la chambre chaude (et inverssement du fluide chaud vers la chambre froide) se fait via un conduit en parralèle de la chemise du piston.
Avec déplaceur non étanche :
Le déplacement du fluide froid vers la chambre chaude (et inverssement du fluide chaud vers la chambre froide) se fait via un espace libre qu'il y a entre le déplaceur et la chemise du piston (en effet, ici le déplaceur a un diamètre inférieur à celui de la chemise du piston et n'est donc pas étanche.
4) Réversibilité :
Le moteur Stirling est réversible, si on entraine son arbre, il se comporte comme une pompe à chaleur. D'un coté, il va produire du froid et de l'autre du chaud.