Plusieurs dirigeants de pays occidentaux ont déclaré récemment leur volonté de bannir le moteur à combustion interne (CI) à essence issue du pétrole ou même, ce qui est encore plus surprenant, fabriqué avec des solutions novatrices et souvent à base de déchets (les biocarburants). Selon les politiciens qui veulent imposer ces nouvelles normes, ce sont les incontournables producteurs de pollution, surtout du CO et des NOx, que sont les moteurs thermiques qui sont responsables de tous les maux.
Devant cette situation, divers gouvernements et institutions scientifiques, financées par les états pour plusieurs, ont jeté leur dévolu sur la propulsion par électricité. Un choix politique visant à jeter de la poudre aux yeux au peuple en donnant l’impression que la solution est magique, trouvée facilement, alors que les grandes industries se bourrent les poches et que l’environnement ne bénéficie nullement de ce jeu politique.
De plus, les études scientifiques sérieuses démontrent que les véhicules à propulsion électrique ne réduiront pas la production globale des gaz et effets polluants, et que les sources de matières premières pour les batteries seront de plus en plus complexes à produire vu que certaines compagnies ou pays (la Chine surtout) contrôlent presque la totalité des mines d’où sont extraits des matériaux comme le cobalt, pour ne prendre que ce seul exemple. La solution de la voiture électrique est donc une solution pour augmenter la diversité des options offertes aux consommateurs mais certainement pas la plus écologique, ni la plus économique.
Face à ce constat, les manufacturiers automobiles s’organisent. Arrêt du développement de certains nouveaux modèles électriques pour les uns, investissement dans des compagnies de biocarburant, parfois en partenariat avec des pays novateurs en la matière, pour les autres.
Il faut aussi penser à développer de nouveaux types de moteurs à combustion interne. Dans ce domaine, Porsche, une filiale de Volkswagen AG, le plus important fabricant de voitures au monde, vient de déposer le brevet No.18/585,308 (dessin ci-dessous) pour un moteur à 6-Temps qui a le potentiel de délivrer, selon la marque, une amélioration d’au moins 25% de l’efficacité thermique des moteurs CI à essence courants, qui se trouve entre 28% et 30%, et monterait ainsi à 37% et 40%.
L’efficacité thermique d’un moteur exprime la part de l’énergie totale contenue dans un carburant qui sert directement à propulser le véhicule. Le reste de cette énergie disparaît en chaleur, en frottement, en échappement et en manque d’efficacité du moteur. Imaginez une réduction de 25% de la consommation d’essence et de la pollution qui en résulte. On parle là d’un vrai progrès écologique !
Les bienfaits de la technologie mise au point par Porsche semblent étourdissants, et moins complexes et chers à mettre en place globalement que l’électricité, car l’infrastructure pour créer l’essence normale est déjà en place (récolter, raffiner, distribuer au gros et au détail). Par contre, la production d’essence fabriquée devra monter à la capacité requise le cas échéant. Le développement relativement simple à faire doit se concentrer sur les aspects mécaniques, sans grandes inventions nécessaires en logiciel, métallurgie, chimie ou thermodynamique.
Passons un instant aux phénomènes thermiques qui produisent la pollution dans un moteur à essence à CI. La combustion d’un mélange air/essence plus riche qu`à la normale produit des gaz non brûlés qui sortent d’un moteur à 4 Cycles dit Cycle d’Otto, par l’échappement et ajoutent à la pollution.
Pour le moteur à 6 Temps, voici les étapes :
Cycle 1. Admission d’un mélange stœchiométrique (rapport idéal pour une combustion complète) par le déplacement du piston du point mort haut au point mort bas 9aidé par un turbo sur le moteur Porsche).
Cycle 2. Compression du mélange par le déplacement du piston du point mort bas au point mort haut.
Cycle 3. Après l’allumage du mélange et la montée en pression, détente des gaz, par le déplacement du piston du point mort haut au point mort bas.
À noter qu’au point mort bas, la soupape de l’échappement normal est partiellement ouverte pour permettre l’échappement d’une partie des gaz, et ouverture de fenêtre, juste au-dessus du piston qui permet l’admission sous pression d’air frais et d’un peu d’essence dans la chambre de combustion, constituant un mélange pauvre (plus de 14,7 masses d'air pour 1 masse de carburant).
Cycle 4. Compression du mélange pauvre et d’une partie des gaz de combustion de l’explosion précédente. Avec l’augmentation de la chaleur dans la chambre de combustion, l’essence en se vaporisant, diminue la température dans la chambre de combustion, ce qui a pour effet de réduire la quantité d’oxyde nitreux (NOx), un polluant important.
Cycle 5. Suite à la combustion du mélange, qui a aussi pour effet de réduire la quantité de monoxyde de carbone (CO), détente des gaz par le déplacement du piston du point mort haut au point mort bas.
Cycle 6. Ouverture complète de la soupape d’échappement et évacuation des gaz de combustion par le déplacement du piston du point mort bas au point mort haut.
Il y a donc deux pulsions de puissance contre trois révolutions du vilebrequin (1 pulsion coute 1,5 tour de vilebrequin avec les moteurs à 6 Cycles, contre deux tours pour une pulsion pour le moteur CI à 4 cycles). Chaque pulsion utilise donc un quart moins de volume d’air et carburant avec le nouveau moteur, en plus de produire moins de pollution équivalente grâce à une combustion plus efficace pour ce nouveau moteur. Donc une réduction de consommation et de production des gaz polluants de 25% d’entrée de jeux, et mieux encore avec les développements qui suivront.
On parle donc d’une invention qui serait révolutionnaire et est adaptable autant sur des voitures de haute performance, utilisées en sport automobile, que n’importe quel véhicule à usage routier quotidien. D’autres constructeurs emboîteront-ils le pas ? Chose certaine, le moteur à combustion interne est loin d’être mort. Il représente même l’avenir…
À SIGNALER…
- Visitez aussi la page Driving 4 Answers sur YouTube (cliquez ici pour le vidéo) pour une explication encore plus détaillée et une animation de cette technique du moteur à 6-Temps.
- Cet article de poleposition.ca a été écrit en collaboration avec Luc Brière, ingénieur et MSc.