Le moteur Stirling

Last update
2010-04-13

Un peu d'histoire

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Robert Stirling, Gloag (Ecosse) 1790 - Galston 1878, après avoir fait des études en mécanique et en métallurgie à l'universit√© d'Edimbourg, étudia ensuite la théologie à l'université de Glasgow et devint pasteur.

En 1816 il déposa une demande de brevet pour un moteur dit "à air chaud". Il s'agit d'un moteur à chauffage (ou combustion) externe. Le cycle de fonctionnement comporte quatre phases : chauffage, détente, refroidissement, compression. A l'époque le but était de trouver un moteur plus sûr que la machine à vapeur sujette à de dangereuses explosions du bouilleur.

Son frère James tenta d'industrialiser ce moteur en 1843 pour l'utiliser dans l'usine où il était ingénieur. On utilisa aussi ce moteur, appelé par la suite moteur Stirling, pour le pompage de l'eau. Il ne connut cependant qu'un succès modeste.

Principe et applications

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Le Moteur Stirling est un moteur à combustion externe, le fluide principal est un gaz soumis à un cycle comprenant quatre phases : chauffage isochore (à volume constant), détente isotherme (à température constante), refroidissement isochore puis compression isotherme. Le terme combustion externe utilisé par opposition à combustion interne est en fait impropre car il peut ne pas y avoir combustion, par exemple s'il est fait appel à la radiation solaire comme source de chaleur.

Le spectre des moteurs Stirling va du micro-moteur de laboratoire, se contentant de 1° C de différence de température, au moteur de puisance. Quant à l'énergie primaire, ce peut être le soleil, le pétrole, l'alcool, le bois, le gaz...

Il existe deux type principaux de moteur Stirling :

  1. Le type à deux pistons moteurs, dans lequel le haut de cylindre chaud est constament chauffé et le haut de cylindre froid maintenu à une température basse.

  2. Le type à piston déplaceur, lequel comporte un piston moteur et un piston déplaceur dont le rôle et de déplacer l'air chaud et l'air froid (ou autre fluide caloporteur). Une face de la cavité du piston déplaceur est chauffée tandis que l'autre face est maintenue à une température basse.

Après la seconde guerre mondiale, la société Philips a mis au point et commercialisé le groupe électrogène dont on voit la photo ci-dessus. Ce groupe avait une puissance de 150 watts environ et une compression de 9.5 bars.

La société Philips a étudié au cours des années 1940 à 1980 diverses applications du moteur Stirling. Une de celle-ci consistait à équiper une voiture automobile mais le projet fût abandonné. Ce moteur avait certes un bon rendement et était de construction simple mais par contre était mieux adapté à une utilisation comme moteur fixe à puissance relativement constante que comme moteur mobile. Or, à l'époque, la tendance des besoins √©tait plutôt en faveur des moteurs mobiles.


Comment expérimenter avec le moteur Stirling ?

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Nombreux sont les amateurs de sciences qui ne se contentent pas de livres et de théorie mais souhaitent "mettre les mains dans le cambouis". Fort opportunément certains constructeurs de jouets scientifiques proposent des modèles réduits de moteurs, soit en kit, soit déjà assemblés. Certains fonctionnent à la chaleur d'une flamme, d'autres, dits à faible différence de température, fonctionnent simplement posés sur la main ou bien sur une tasse de café. C'est le cas pour le moteur ci-contre, du type à piston déplaceur, haut de 13 cm, proposé par la société Kontax.

On peut aussi en réaliser soi-même et certains amateurs particulièrement habiles l'ont fait. Cependant ne nous méprenons pas, ils doivent faire l'objet d'un usinage de précision sinon ils ne fonctionneront pas.


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Principe de fonctionnement du moteur ci-dessus. Dans le cas de ce Stirling à faible différence de température et compte tenu des matériaux utilisés, la source chaude ne devra pas dépasser 75°C.

Pour en savoir plus

Les applications
www.moteurstirling.com

Les bases théoriques
Cours de Thermodynamique

    

File: stirling.html - Robert L.E. Billon, 2010-04-13 - Last update: 2011-04-14