Innovations – Moteur de Stirling Travaux Personnels Encadrés

1. Innovations – Moteur de StirlingTravaux Personnels Encadrés Adrien Boulard, Christophe Le Lann, Léo Culerier, Vincent Ganivet

2. Problématisation Quel est le principe de fonctionnement du moteur de Stirling ? Quelles sont ses applications actuelles et à venir ? Quels sont les freins à son développement ?

3. Introduction • Découvert en 1816 par R. Stirling • Gaz contenu dans une enceinte fermée subissant des modifications de température et de pression • Combustion externe (contrairement au moteur à explosion) • Ecologique

4. Plan • Historique • Le fonctionnement théorique • Expérimentations • Applications actuelles et futures, freins au développement • Synthèse – Réponse à la problématique

5. Historique • Découvert en 1816 par R. Stirling pour remplacer les moteurs à vapeur • Fin du XIXe siècle : quelques applications aux Etats-Unis (« moteur à air chaud ») • XXe siècle : délaissé au profit du moteur à explosion, plus puissants pour les besoins urgents de la guerre • Années 1960 : Philips en équipe quelques véhicules, mais abandonne vite faute de rentabilité

6. Fonctionnement théorique> Cycle de Stirling

7. Fonctionnement théorique> Le rôle du déplaceur

8. Fonctionnement théorique> Les types de moteur Deux cylindres L’un chaud, l’autre froid Le gaz passe de l’un à l’autre alternativement Type Alpha

9. Fonctionnement théorique> Les types de moteur Un seul cylindre Le gaz passe du côté froid au côté chaud alternativement grâce au déplaceur Type Beta

10. Fonctionnement théorique> Les types de moteur Compromis entre Alpha et Beta : • Deux cylindres • Un déplaceur • Le deuxième cylindre n’est là que pour loger le piston Type Gamma

11. Expérimentations> Description de l’expérience • Utilisation pratique de la théorie apprise en cours de physique • Mesures permettant le calcul de : • Puissance • Couple • Rendement

12. Calculs effectués • Energie fournie : E = mgz • Puissance : P = E/t = (mgz)/t • Energie consommée : E = M.Cte.(T°f – T°i) (avec Cte = 4180 J.kg-1.K-1) • Couple : C = P / v = E / (t.v) = (mgz) / (tv) • Rendement = Eutile / Econsommée

13. Applications du moteur de Stirling> Avantages et inconvénients • Nombreux avantages face au moteur à explosion : • Silence de fonctionnement • Rendement élevé (donc économies d’énergie) • Multitudes de sources chaudes possibles (donc adaptabilité aux différentes situations) • Ecologique (combustion complète) • Simplicité • Freins : quelques inconvénients qui tendent à être résolus • Prix de recherche • Méconnaissance • Variété des modèles (pas de modèle standard) • Problèmes technologiques (gestion de la pression, étanchéité)

14. Applications du moteur de Stirling> Applications actuelles • Recherche universitaire (modélisation du travail des fluides) • Usages militaires (le silence est un atout) • Applications spatiales (grandes différences de t°) • Exploration océanographique • Industrie, cryogénie • Quelques installations autonomes • Automobile (passé et peut-être avenir) • Loisirs (maquettes de modélisme)

15. Applications du moteur de Stirling> Applications futures • Domaine militaire (le silence est un atout) • Marine civile • Domaine médical (utiliser la chaleur humaine pour un cœur artificiel sans pile) • Utilisation de l’énorme chaleur rejetée par les usines • Installations autonomes (maisons, bateaux, parfois en cogénération)

16. Synthèse • Cycle de Stirling, chauffage, compressions/décompressions d’un gaz dans une enceinte fermée • Avantages • Rendement élevé, réciprocité • Ecologique, silencieux • Inconvénients/Freins au développement • Prix de recherche • Gestions de la pression du gaz • Applications • Passées : voitures, bateaux (mais pas rentable donc abandonné) • Actuelles : sous-marins, marine, cryogénie • Futures (?) : installations autonomes (maisons, bateaux)

17. Auteurs Par ordre alphabétique : • Adrien Boulard • Christophe Le Lann • Léo Culerier • Vincent Ganivet

18. Site Internet http://tpestirling.free.fr