Moteur Stirling – hier, aujourd’hui, demain

Un demi-siècle avant l’avènement du premier moteur à combustion interne (ICE) fonctionnel, le prêtre écossais Robert Stirling a breveté un moteur thermique appelé "économiseur". Cet événement eut lieu en septembre 1816. À l’avenir, cette invention en l’honneur de son auteur a été nommée moteur Stirling.

Au tournant du siècle

Le nouveau moteur a été une percée majeure dans la science et la technologie de l’époque. Il se démarquait brillamment par rapport aux autres moteurs thermiques, ce qui est tout à fait naturel, car le moteur Stirling avait un coefficient de performance (COP) plus élevé, était fiable et sûr. Sur la base des développements de Stirling, de nombreuses modifications du moteur ont été créées et utilisées avec succès jusqu’au début du 20e siècle.

L’apparition du moteur à combustion interne a radicalement changé la situation. Les moteurs thermiques et le moteur Stirling, entre autres, étaient inférieurs aux moteurs à combustion interne en termes de puissance spécifique, ainsi que dans un certain nombre d’autres indicateurs. Ce fut le facteur décisif du destin de "l’économiseur" au tournant des XIXe et XXe siècles.

À propos de l’appareil et du principe de fonctionnement

Le moteur Stirling est un moteur thermique à cycle fermé, et l’énergie thermique n’est pas générée par celui-ci, mais provient d’une source externe. Cette caractéristique de conception le distingue des autres moteurs.

Le principe de fonctionnement du moteur Stirling est assez simple. Tout le travail est effectué en dilatant le gaz (air, hélium, hydrogène) sous l’influence de la température. Structurellement, ça ressemble à ça. Le gaz à l’intérieur de la chambre, sous l’action d’une source de chaleur externe, pousse le piston déplaceur, qui est sur le même axe que le piston moteur. Grâce au schéma de manivelle, le mouvement des pistons et leur retour à leur position d’origine sont assurés. Dans ce cas, l’air chauffé, traversant la chambre de refroidissement, descend.

Il existe plusieurs types de conceptions de moteurs thermiques qui sont classés comme moteurs Stirling. Ce sont des configurations alpha, bêta et gamma. Cependant, d’autres types de moteurs Stirling ont été développés qui ne peuvent être attribués à aucune des catégories ci-dessus.

Avantages et inconvénients

Les avantages des moteurs Stirling incluent la simplicité de conception, la possibilité d’utiliser diverses sources d’énergie, l’efficacité et une longue durée de vie. Quant aux lacunes, il s’agit de la consommation de matériaux, des dimensions. En raison de l’utilisation de sources de chauffage externes, une partie de l’énergie est dissipée dans les échangeurs de chaleur, ce qui réduit le rendement. Pour atteindre une puissance comparable à un moteur à combustion interne, il faut utiliser non pas de l’air, mais de l’hélium ou de l’hydrogène.

Nos journées et perspectives

Les moteurs à combustion interne ont dominé presque tout le XXe siècle, mais au tournant du siècle, lorsque le problème de l’économie des ressources est devenu aigu, les scientifiques et les développeurs se sont souvenus des moteurs Stirling. Tout d’abord, ils ont trouvé leur application dans le secteur de l’énergie. Par exemple, dans les centrales solaires.

De nos jours, les développeurs de sous-marins ont prêté attention aux moteurs Stirling. Il est également prévu de les utiliser en astronautique. En particulier, dans les projets de la NASA de créer une base habitable sur la Lune, elle est censée utiliser un réacteur nucléaire et des générateurs électriques pour alimenter la station, qui entraînera des moteurs Stirling.