Jaimerais un maximum d'info concernant ce sujet ou d'autre solution possible au problème de la pollution. En particulier des info sur les moteur hybrides.
Jaimerais un maximum d'info concernant ce sujet ou d'autre solution possible au problème de la pollution. En particulier des info sur les moteur hybrides.
L'air comprimé: un système en gestation
Sans risque d'explosion, ce système est particulièrement sécurisant.
Avec cette technologie, nous quittons le domaine des carburants, tout en demeurant dans le domaine de la propulsion. L’intérêt d’un moteur à air comprimé est de plusieurs ordres : disposer d’une ressource gratuite, propre et en quantité infinie, l’air ; ne pas diminuer ni dégrader cette ressource ; ne pas polluer ; rouler sans carburant inflammable et sans risque d'explosion.
Un système en gestation
Plusieurs projets s’emploient à améliorer la conception et le rendement de tels moteurs. En France, la société française MDI de l’ingénieur Guy Nègre propose une voiture à air comprimé, la MiniCat's (photo) qui fonctionne selon un cycle thermodynamique à 5 temps et à 3 chambres séparées (2 chambres cylindriques d'aspiration et d'expansion et 1 chambre sphérique de compression reliée par un injecteur d'air électronique à deux réserves d'air comprimé de 300 litres à 300 bars). Ce véhicule dispose d’une autonomie de dix heures en cycle urbain. Le réapprovisionnement se fait à une station-service ou en compressant l’air dans le véhicule lui-même au moyen d’un compresseur électrique. Son moteur de 35CV permet de rouler jusqu'à 110 km/h avec une autonomie de 200 km en cycle urbain. L’économie réalisée grâce à ce mode de propulsion est importante, puisque l’air est... gratuit.
De son côté, la société coréenne Energine a réalisé, à partir d'une voiture Daewoo Matiz, un prototype hybride moteur électrique/moteur à air comprimé (PHEV, Pneumatic Hybrid Electric Vehicle), où le moteur à air comprimé sert à entraîner un alternateur destiné à prolonger l'autonomie de la voiture. Ajoutons que des chercheurs québécois proposent la Quasiturbine, un système de propulsion qui s'inspire de la turbine, perfectionne le piston et améliore le moteur rotatif. Ils ont présenté un prototype de kart à air comprimé jugé satisfaisant, en automne 2004, à Montréal. Signalons aussi que l’université de Reims a construit le vélo à air comprimé, l’Air-Bike.
Ne doutons pas que d’autres prototypes surgiront, basés sur l’air comprimé, véritable panacée à une époque de pénurie pétrolière et de pollution galopante.
Energie solaire: des prototypes futuristes
Les moteurs sont alimentés par des cellules photovoltaïques.
Des véhicules propulsés par l’énergie solaire existent depuis une dizaine d'années. Ce sont des prototypes ultra-légers, utilisant des technologies de pointe et cherchant les moyens de réduire au maximum la dépense d’énergie nécessaire pour rouler. Ses constructeurs se rencontrent pour des compétitions de longue distance, notamment aux Etats-Unis et en Australie. D’autres prototypes, sur la base d’un véhicule standard, portent des cellules photovoltaïques sur le toit pour alimenter en énergie les appareils électriques de bord (climatisation, radio, essuie-glaces, etc). Pour les compétitions de voitures solaires, voir le site de World Solar Challenge et celui du magazine « moteur nature » .
L’électricité de tous ces véhicules est produite par des cellules solaires photovoltaïques à base de silicium. Outre l'amélioration constante de ces produits, deux technologies sont étudiées : les cellules photovoltaïques en plastique et les cellules de Graetzel (du nom de l'inventeur, de l'École polytechnique fédérale de Lausanne). Dans le domaine de l’aviation, l’aéronaute suisse Bertrand Piccard a construit un prototype d’avion solaire avec lequel il se propose d’effectuer un tour du monde. Une aventure à suivre.
La voiture propre hybride GPL électrique
"Selon un sondage Ifop réalisé en septembre 2004, 46%[1] des Français disent souffrir de la pollution automobile et 76% se disent prêts à recourir aux carburants alternatifs même si cela entraînait un coût supplémentaire de 5 à 10% par rapport aux carburants classiques."
« Face à une demande croissante de « voitures propres », le CFBP poursuit son action de promotion du GPL, mais également ses initiatives de recherche et développement pour révéler le potentiel inexploité du GPL. L'Hybride GPL/électrique que nous présentons aujourd'hui est un parfait exemple des bénéfices écologiques et économiques, immédiatement disponibles du GPL», déclare Joël Pedessac, directeur général du CFBP.
Révolutionnaire, ce prototype est la première berline 4 places à associer un carburant « vert », le GPL carburant, à la technologie hybride pour obtenir une voiture
encore plus propre. Développé par la société d'installation GPL RM Gaz, en collaboration avec le CFBP et l'IFP, ce prototype présente des performances inégalées au niveau environnemental.
Pour démontrer l'intérêt du GPL dans la solution hybride, un véhicule Toyota Prius II, mondialement reconnu pour ses performances en termes de CO2, a été retenu pour développer ce prototype de véhicule, nommé Hybride GPL/Electric'. Elue voiture de l'année 2005 par un jury de 58 journalistes spécialisés, issus de 22 pays, et placée en tête du palmarès de l'Ademe des véhicules propres, la Toyota Prius II consomme en moyenne 4,5l/100km et rejette 104 g de CO2 au km. La double motorisation permet de rouler à l'énergie électrique en milieu urbain ce qui ne produit quasiment aucune pollution. Le moteur essence prend le relais au delà d'une vitesse de 50km/h sur les voies rapides, notamment pour les grandes distances.
L'Hybride GPL/Electric' : un véhicule encore plus propre
Doté de moteurs GPL et électrique, le prototype bénéficie de tous les avantages d'un véhicule hybride, à savoir l'utilisation du moteur électrique en milieu urbain, le rechargement des batteries lors du freinage et des décélérations. Le moteur essence est remplacé par un moteur GPL, permettant ainsi à ce véhicule de bénéficier des performances environnementales et économiques du GPL. Les résultats des tests menés par l'IFP montrent que le prototype
d'Hybride GPL/Electric' est encore plus performant qu'un hybride essence. En effet, l'utilisation du GPL à la place de l'essence contribue à réduire significativement les émissions de CO2 de
ce véhicule qui fait partie des plus performants du marché. L'hybride GPL/Electric' émet seulement 92 g/km de CO2,soit 11,5% de moins que la version essence. A cela il faut ajouter que le prototype a déjà parcouru 15 000 km et que ces performances pourraient être encore meilleures s'il était neuf.
Le GPL : un carburant alternatif économique et disponible partout
En plus de ses qualités reconnues en matière de respect de l'environnement, le GPL permet de réaliser des économies. Son prix à la pompe est de 0.6 €/l, soit moitié moins que l'essence et 37% moins cher que le gazole en 2004. Les aides fiscales relatives aux véhicules GPL, en vigueur depuis 2001, permettent aux automobilistes de bénéficier d'un crédit d'impôt de 1525 € à l'achat d'un véhicule neuf ou lors de sa transformation s'il a moins de 3 ans, de l'exonération totale ou pour moitié de la carte grise pour un véhicule GPL et d'une TIPP fixée à un seuil plancher de 0.06 €/l. A noter que, pour participer au développement du marché des véhicules propres, plusieurs régions viennent de décider d'augmenter le taux d'exonération des frais de carte grise des véhicules GPL.
Le GPL est disponible sur l'ensemble du territoire à travers un réseau de près de 2000 stations-service dont 300 sur le réseau autoroutier et les voies express pour 170 000 automobilistes, ce qui en fait le seul carburant propre réellement disponible partout en France et en Europe.
A propos du Comité Français du Butane et du Propane
Association de loi 1901, le Comité Français du Butane et du Propane (CFBP) est l'organisation professionnelle de la filière des Gaz de Pétrole Liquéfiés (GPL). Le CFBP a pour mission de représenter la filière des GPL auprès des différents acteurs politiques et économiques français : les pouvoirs publics, les instances de normalisation, les autres
industries de l'énergie, les associations professionnelles nationales, européennes et
internationales. En collaboration avec ses membres, le CFBP a pour objectif d'informer le public et les différents services et industries liées aux GPL sur les utilisations et avantages des Gaz de
Pétrole Liquéfiés, sur la sécurité et sur les activités de la profession. En partenariat avec les instances nationales, européennes et internationales, le CFBP contribue à l'élaboration des règles et des normes qui régissent l'exploitation et l'utilisation des GPL. Le CFBP donne une
cohésion à l'ensemble de la filière en France en assurant la liaison entre les sociétés distributrices et les autres industries, aussi bien au niveau technique qu'économique. Consultez le site du GPL : www.cfbp.fr
GPL hybride...oui...mais...
En attendant, et pendant que Renault lance la fabrication à grande échelle de sa Logan en Russie qui va ajouter aux 650 millions de véhicules classiques, donc très énergivores, en service dans le monde, les investissements industriels actuels ne vont pas aussi loin que possible puisque rien ne les y oblige ! Ce faisant , ils nous engagent sur du long terme avec une moins mauvaise solution ! C’est un peu comme si un docteur vous vendait la peste à la place du cancer : Et si on guérissait plutot ? Ne soyons pas naifs, les docteurs (ou les constructeurs !) et les labos (ou pétroliers !) vivent des malades, pas des bien portants ! Désolant ! Lors de ce salon EVS21, force est de constater que les responsables d'organismes ‘verts’ divers et variés se 'vendent' égoistement sans véritable coordination ni synergie : Dommage pour tous !
Alors, après la mort de l'Audi A2 TDI eco à 82 g/CO2/km, déjà oubliée car bien trop intelligente pour survivre dans ce monde arrogant et incrédule, on commence quand ? Trop tard ?
Comme le dirait aujourd'hui, plutot ironiquement, W.Churchill dans cette guerre économique sans merci qui met en péril notre survie meme : " Jamais dans le champ des conflits humains, tant de gens n'ont dû à si peu »
J'te remercie c'est trop sympas:)
Salut, faisant le même tpe que toi je peux te proposer une étude comparative sur les moteurs à explosion et sur les piles à combustible:
(Je suis désolé mais les schémas n'apparaitront pas)
LE MOTEUR THERMIQUE
Ou moteur à explosion
Le moteur à combustion interne, communément appelé moteur à explosion, est principalement utilisé pour la propulsion des véhicules de transport (avions à hélice, automobiles, motos, camions et bateaux).
Il existe plusieurs type de moteur à explosion :
-Le moteur quatre temps (essence ou gaz)
-Le moteur quatre temps (Diesel)
-Le moteur Wankel(ou moteur à piston rotatif)
-Le moteur deux temps
-Le moteur Quasiturbine(ou Qurbine)
I Le moteur quatre temps (essence ou gaz) :
Ce moteur transforme l'énergie chimique stockée dans son carburant en travail (énergie mécanique) grâce à des explosions. Il est constitué d'un ou plusieurs cylindres confinant les explosions. Dans chacun d'eux un piston coulisse en un mouvement rectiligne alternatif (par exemple de haut en bas) transformé en rotation, souvent par un vilebrequin (moteur), sorte d'assemblage de manivelles. Chaque cylindre est fermé par une culasse munie d'au moins deux soupapes. L'une de ces dernières relie le cylindre au collecteur d'admission et l'autre à l'échappement. Son cycle (de fonctionnement) se décompose analytiquement en quatre temps (phases) par lesquels passe successivement chaque cylindre. Le mouvement du piston est activé par l'explosion (déflagrante) d'un mélange détonnant de carburant et d'atmosphère (servant de comburant) qui a lieu durant le temps moteur, seul à produire de l'énergie et que trois autres temps rendent possible. Le piston, immobile lorsque le moteur est à l'arrêt, se déplace durant le démarrage grâce à une source d'énergie externe (souvent un démarreur, moteur électrique installé de sorte qu'il puisse entraîner temporairement le moteur) jusqu'à ce qu'au moins un temps moteur produise une rotation (moment cinétique) de l'ensemble mécanique grâce à laquelle le piston assurera sans aide les cycles menant au temps moteur suivant. Le moteur fonctionne dès lors seul et produit du travail. Voici une description des cycles successifs d'un moteur à quatre temps :
1. Admission
2. Compression
3. Explosion et Détente
4. Echappement
Position initiale, admission, compression.
Le carburant est enflammé, détente, échappement.
1. Le cycle commence à un point mort haut, quand le piston est à son point le plus élevé. Pendant le premier temps où le piston descend (admission), un mélange d'air et de carburant est aspiré dans le cylindre via la soupape d'admission.
2. La soupape d'admission se ferme, puis le piston remonte (compression) et comprime le mélange carburant-air.
3. Le mélange air-carburant est alors enflammé, habituellement par une bougie d'allumage, aux environs du deuxième point mort haut (remontée complète du piston).L'expansion des gaz portés à haute température lors de l'explosion force alors le piston à descendre pour le troisième temps (détente). Ce mouvement est le seul temps moteur (produisant de l'énergie directement utilisable).
4. Lors du quatrième et dernier temps (l'échappement) les gaz brûlés sont évacués du cylindre via la soupape d'échappement par la remontée du piston.
Les soupapes
Les soupapes sont actionnées par un arbre à cames. C'est un axe comportant des bossages de forme oblongue appelés cames. L'arbre à cames entraîné par l'arbre moteur ou vilebrequin, est relié à ce dernier par une liaison sans glissement (pignon, chaîne, courroie dentée divisant par deux la vitesse de rotation (deux tours de l'arbre moteur = un tour d'arbre à cames). Les cames sont en liaison avec les soupapes qu'elles poussent par l'intermédiaire de poussoirs ou de culbuteurs, les faisant s'ouvrir au moment opportun. Les soupapes sont munies de ressorts qui les referment lorsque les cames les libèrent.
Les illustrations montrent un moteur avec deux arbres à cames en tête (les arbres à cames sont au-dessus du cylindre).
Pour la grande majorité des moteurs à quatre temps, les soupapes sont fermées par le rappel de ressorts. À mesure que la vitesse de rotation du moteur augmente, le temps mis par le ressort pour refermer la soupape ne peut plus être négligé, ce qui affecte la synchronisation et les performances du moteur.Pour les moteurs de compétition, la vitesse de rotation peut atteindre 19 000 tours/minute d'où une fréquence d'action de presque 20 KHertz pour les soupapes.
Une solution à ce problème est le système de synchronisation à soupape desmodromique (Fabio Taglioni). Cette amélioration mécanique d'ouverture et de fermeture des soupapes est dite positive, car elle accompagne mécaniquement le mouvement de la soupape lors de son ouverture et de sa fermeture. La soupape est poussée par une came (ouverture) puis tirée (fermeture) par un levier asservi à la même came, et non plus laissée à la seule action du ressort de rappel. La course de la soupape est ainsi entièrement contrôlée par la came de commande. Les moteurs peuvent alors tourner beaucoup plus vite sans que l'on ait à craindre la « danse » des ressorts. L***8217;inconvénient du système est sa complexité et, donc son coût accru. Un fabricant employant ce système est Ducati, pour certains de ses moteurs de moto.
II Le moteur quatre temps (Diesel) :
Un moteur diesel est un moteur à explosion dont l***8217;allumage n***8217;est pas commandé mais spontané, par phénomène d***8217;auto-allumage
Le cycle Diesel a été conçu par Rudolf Diesel au début des années 1900 pour utiliser de l'huile végétale en guise de carburant. Pour sa première démonstration au grand public, lors de la première grande exposition universelle, ce moteur consomma de l'huile d'arachide. Mais le gazole produit lors de la distillation du pétrole était alors, faute d'emploi, considéré comme un déchet. Il coûtait par conséquent peu donc supplanta vite les huiles végétales. Ce type de moteur au taux de compression élevé a connu une expansion rapide en automobile à partir de 1990.
Fonctionnement :
Comme le moteur à explosion à essence, le moteur Diesel est constitué de pistons coulissant dans des cylindres fermés par une culasse reliant le cylindre aux collecteurs d'admission et d'échappement et munie de soupapes commandées par un arbre à cames.
Il repose sur l'autocombustion d'un mélange air/gazole ou air/huile végétale brute qui, comprimé dans 1/20 du volume du cylindre (environ 65 bars), voit sa température portée à environ 450°C. Sitôt comprimé le mélange s'enflamme seul (sans bougie) presque immédiatement. En brûlant, il augmente fortement la température et la pression, repoussant le piston qui fournit un travail sur une bielle, laquelle entraîne la rotation du vilebrequin (axe moteur).
Le cycle Diesel à quatre temps comporte :
1. admission d'air par l'ouverture de la soupape d'admission et la descente du piston ;
2. compression de l'air, la soupape d'admission étant fermée, grâce à la remontée du piston ;
3. injection : peu avant le point mort haut on introduit, par un injecteur, le carburant qui se mêle à l'air comprimé. La combustion rapide qui s'ensuit constitue le temps moteur, les gaz chauds repoussent le piston, libérant une partie de leur énergie. Celle-ci peut être mesurée par la courbe de puissance moteur ;
4. échappement des gaz brûlés par l'ouverture de la soupape d'échappement, poussés par la remontée du piston
Les raisons de son succès, en plus d'avantages fiscaux qui relèvent de la politique et non de la technique, tiennent essentiellement à son rendement supérieur à celui du moteur à essence. Ce rendement peut être encore amélioré par l'utilisation d'un turbo-compresseur (les plus récents modèles sont « à géométrie variable », technologie qui leur permet d'être plus performants à bas régime) et l'injection directe à haute pression.
II Le moteur Wankel :
Ce moteur fut inventé, développé et, son brevet vendu par celui qui lui a donné son nom : Félix Wankel.
Il est le seul moteur à explosion, purement rotatif (Moteur à piston rotatif), qui ait connu un développement industriel. Il fonctionne avec un mélange d'air et d'essence, comme le moteur quatre temps à essence. Les différences fondamentales par rapport à ce dernier sont :
· Un piston triangulaire tourne dans une enceinte en forme de haricot, délimitant trois chambres de combustion de contenance variable ;
· Ce piston tourne, tout en l'entraînant, autour de l'axe moteur excentré qui traverse l'enceinte ;
· Il ne comporte pas de soupape, mais des lumières comme un moteur deux temps.
1 = Admission
2 = Compression
3 = Explosion
4 = Échappement
B = Bougie d***8217;allumage
R = Piston
A = Conduit d'admission
E = Conduit d'échappement
Cependant ce type de moteur reste très marginal, et sa commercialisation a toujours été minoritaire.
Le premier constructeur à croire au concept de l'ingénieur Wankel fut NSU. Cette firme lui permit de développer ses moteurs et fut la première à en équiper des automobiles, dont la fameuse RO80 ; ce modèle fut malheureusement le chant du cygne pour ce constructeur.
Citroën reprit timidement le flambeau en réalisant des séries expérimentales client M35 et GS birotor. Peu après, l'intégration de Citroën au groupe PSA mit fin aux développements.
Mazda qui a commencé la production d'automobiles propulsées par un moteur rotatif, en même temps que Citroën, est désormais le seul constructeur au monde à équiper, en 2005, sa série RX8 avec le Wankel.
Ce dernier constructeur a même réussi à conquérir le titre de Champion du monde des constructeurs de course d'endurance avec un prototype mû par un quadrirotor Wankel turbo-compressé. Victoire éphémère, car elle a entraîné l'interdiction ce type de motorisation par la Fédération Internationale de la discipline, sous la pression des autres constructeurs automobiles.
III Le moteur deux temps :
Le cycle à deux temps d***8217;un moteur à combustion interne diffère du plus courant cycle de Beau de Rochas en ayant seulement deux mouvements linéaires du piston au lieu de quatre, bien que les même quatre opérations:
1. Admission
2. Compression
3. Explosion et détente
4. Échappement
sont toujours effectuées.
Nous avons aussi un cycle moteur par tour au lieu d'un tous les deux tours pour le moteur à quatre temps.
Le cycle est celui-ci :
1. Explosion, détente et compression
2. Admission et Échappement
En voici les différentes étapes en détail :
· Dans un premier temps (image n°3 : Détente), le piston (5) est au point mort haut. La bougie crée l'explosion et le piston descend en comprimant en même temps le mélange présent dans le carter, sous le piston. C'est la partie moteur du cycle, le reste du parcours sera dû à l'inertie crée par cette détente. Cette étape est la détente. Lors de cette descente du piston, l'entrée (6) du mélange dans le carter se ferme.
· Arrivé à proximité point mort bas (image n°1 : Admission et échappement), le piston débouche les lumières d'échappement (2) et d'arrivée de mélange dans le cylindre (3) : le mélange en pénétrant dans le cylindre chasse les gaz de l'explosion (zone 1 sur l'image). Il s'agit de l'étape d'admission - échappement.
· En remontant (image n°2 : Compression), le piston compresse le mélange dans le cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée de mélange dans le cylindre (3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre l'arrivée du mélange air-essence par la soupape d'arrivé (6) dont l'entrée a été libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle de compression.
· Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir du premier point.
IV Moteur Quasiturbine ou Qurbine :
Le moteur Quasiturbine ou Qurbine est un type de moteur rotatif à combustion, inventé par la famille québecoise Saint-Hilaire et initialement breveté en 1996. Ce moteur sans vilebrequin utilise un rotor articulé à quatre faces tournant dans un ovale complexe calculé par ordinateur, et formant des chambres à volume croissant et décroissant lors de la rotation. Le centre du rotor est libre et accessible, et le rotor tourne sans vibration ni temps mort tout en produisant un fort couple moteur à faible vitesse de rotation. Elle est de plus capable de fonctionner avec différents carburants. La conception de la Quasiturbine permet également de fonctionner en moteur à air, moteur à vapeur, compresseur à gaz ou pompe.
Elle constitue aussi une théorie d'optimisation des concepts de moteurs compacts et efficaces.
Dans le moteur Quasiturbine, les quatre temps d'un cycle Beau de Rochas (Cycle Otto) typiques sont distribués séquentiellement autour d'un quasi-ovale, à la différence du mouvement alternatif du moteur à piston. Dans le moteur Quasiturbine de base à rotor unique, un stator quasi-ovale encercle le rotor articulé à quatre faces qui tourne en se déformant tout en suivant exactement le contour du boîtier. L***8217;étanchéité du rotor est assurée par des joints contre les parois latérales, et par des joints de contour contre la périphérie intérieure du stator, constituant quatre chambres de volume variable. Contrairement au moteur Wankel dont le vilebrequin déplace radialement les faces du piston rotatif successivement vers l'intérieur et l'extérieur, les faces du rotor de la Quasiturbine basculent alternativement en référence au rayon du moteur, mais elles restent à une distance fixe du centre du moteur à tout instant durant la rotation, produisant une pure force tangentielle de rotation. Puisque la Quasiturbine n'a pas de vilebrequin, les variations de volume interne ne suivent pas nécessairement le mouvement sinusoïdal habituel des moteurs, ce qui lui confère des caractéristiques très différentes de celles du piston ou du moteur Wankel.
Lorsque le rotor tourne, sa déformation et la forme du stator font en sorte que chaque section du stator se rapproche et s***8217;éloigne, comprimant et détendant ainsi les chambres à la façon des « temps moteur » associés au piston alternatif. Cependant, alors qu***8217;un moteur à piston à quatre temps produit une combustion par cylindre à chaque deux révolutions, soit une demi combustion de puissance par révolution et par cylindre, les quatre chambres du rotor de la Quasiturbine produisent 4 temps de combustion par révolution du rotor ; c'est-à-dire huit fois plus qu'un piston dans le moteur à pistons à qLes moteurs Quasiturbine sont plus simples, ils ne contiennent aucun engrenage et ont beaucoup moins de pièces mobiles. Par exemple, comme l***8217;admission et l'échappement sont de simples ouvertures dans le stator, il n***8217;y a pas de soupape, ni de tringlerie. Cette simplicité et la taille réduite et compacte permettent d'épargner sur les coûts de construction.
Puisque son centre de masse est immobile durant la rotation, la Quasiturbine a très peu ou pas de vibration. En raison de son cycle ininterrompu sans temps mort, la Quasiturbine peut être alimentée en air comprimé ou à la vapeur sans vanne de synchronisation, et aussi avec du liquide comme moteur hydraulique ou pompe.
D'autres avantages incluent un couple élevé à bas rpm, la propension à la combustion de l***8217;hydrogène, et la compatibilité au mode photo-détonation avec la Quasiturbine à chariots, là où le haut rapport surface / volume devient un facteur atténuant de la violence de la détonation : par rapport à de nombreuses propositions innovantes dans le domaine de la conception de moteurs, la Quasiturbine ouvre un nouveau champ de développement, en particulier en ce qui concerne la photo-détonation
Piles à combustible et Hydrogène
Il existe six différents types de piles à combustible, ou PaC, la plupart fonctionnant au dihydrogène, pur ou réformé, pour sa réactivité à faible température :
· AFC (Alkaline fuel Cell), Alcaline
· PEMFC (Polymer Exchange Membran Fuel Cell), A membrane polymère échangeuse de protons
· DMFC (Direct Methanol Fuel Cell), Au méthanol direct
· PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell), A l***8217;acide phosphorique
· MCFC (Molten carbonate Fuel Cell), A carbonates fondus
· SOFC (Solid Oxid Fuel Cell), A oxyde solide
Les domaines d'application pour les piles sont les suivants:
· les applications portables,
· les applications spatiales,
· les applications sous marines,
· les groupes de secours,
· les applications automobiles (voiture et bus),
· la cogénération (industrielle ou groupements d'habitations),
· la production centralisée d'électricité
Ci dessous sont données les caractéristiques de tous les types de piles.
TYPE DE PILE AFC PEMFC DMFC PAFC MCFC SOFC
Electrolyte Solution KOH Membrane polymère conductrice de protons Membrane polymère conductrice de protons Acide phosphorique Li2CO3 et KCO3 fondu dans une matrice LiAlO2 ZrO2 et Y2O3
Ions dans l'électrolyte OH- H+ H+ H+ CO32- O2-
Niveau de température 60-80°C 60-100°C 60-100°C 180-220°C 600-660°C 700-1000°C
Combustible H2 H2 (pur ou reformé) Méthanol H2 (pur ou reformé) H2 (pur ou reformé) H2 (pur ou reformé)
Oxydants O2 (pur) Air Air Air Air Air
Domaines d'application Spatial Automobiles, Portable, Cogénération, Maritime Portable Cogénération Cogénération Production centralisée d'électricité, Maritime (?) Cogénération Production centralisée d'électricité Automobile (APU), Maritime (?)
Niveau de développement Utilisée Prototypes Prototypes Technologie mûre Prototypes Prototypes
Histoire des piles à combustible
La pile à combustible est une "très vieille innovation". Très simple, le principe de base de son fonctionnement a été découvert et démontré, dès 1839, par le physicien anglais William Grove
Pendant plus d'un siècle, la primauté du développement des machines thermiques et des accumulateurs électriques éclipsa cependant cette invention. Celle-ci ne fut plus guère étudiée en dehors de certains développements en laboratoire, restés sans écho.
La première, la recherche spatiale remettra à l'honneur l'usage contemporain des PaC. Dans les années '60, la NASA choisit, en effet, de se tourner vers des générateurs de ce type pour équiper les engins des programmes Gemini et Apollo. Le développement des technologies très spécifiques des PaC utilisées dans l'Espace n'a cessé de progresser et de s'appliquer depuis lors.
A partir des décennies '70 et '80, cette démonstration spatiale a conduit, surtout outre-Atlantique et au Japon, à un intérêt croissant pour cette filière, en particulier dans le monde de l'automobile et pour diverses applications dites "stationnaires". Ces recherches ont ouvert une grande diversification des options technologiques. Outre l'alimentation classique des premières piles nécessitant de l'hydrogène pur (obtenu par électrolyse), se sont développées des PaC fonctionnant avec de l'hydrogène produit par reformage d'hydrocarbures (essence, gaz naturel, éthanol), mais également à partir de méthanol provenant de la biomasse et du gaz carbonique.
Cet élargissement du spectre des combustibles diminua certes la "propreté" du procédé, en réintroduisant des émissions de carbone, mais sans commune mesure toutefois avec les nuisances des moteurs à combustion interne. En revanche, le reformage a considérablement accru l'intérêt des piles à combustible en autorisant des processus de production d'hydrogène largement répandus et maîtrisés sur le plan industriel.
Fonctionnement des piles à combustible
Chaque type de pile a sa structure géométrique propre, cependant les composants principaux restent les mêmes. Le coeur de la pile est constitué :
· des électrodes,
· de l'électrolyte,
· des backings (couche de diffusion entourant les électrodes),
· des plaques bipolaires.
L'agencement exact de ces composants entre eux ainsi que la nature des composants les constituant dépend du type de pile. Leur rôle reste cependant le même. Les deux réactions d'oxydo-réduction se font dans la zone dite de "contact triple". Dans cette zone se trouvent l'électrolyte (à travers lequel passent les espèces ioniques), les électrodes (ou plus précisément le catalyseur avec un apport ou un départ d'électrons) et l'arrivée des réactifs gazeux. Cette zone que l'on peut voir comme un espace à deux dimensions est primordiale pour le bon fonctionnement de la pile.
Piles à l***8217;hydrogène
Le fonctionnement d'une telle pile est particulièrement propre puisqu'il ne produit que de l'eau et consomme uniquement des gaz. Mais de telles piles sont aujourd'hui hors de prix (2005), notamment à cause des quantités non négligeables de platine qu'elles nécessitent.
Une des difficultés majeure réside dans la synthèse et l'approvisionnement en dihydrogène. L'hydrogène n'existe en grandes quantités dans la nature que combiné à l'oxygène (H2O), au soufre (H2S) et au carbone (combustibles fossiles de types gaz ou pétroles). La production de dihydrogène nécessite donc soit de consommer des combustibles fossiles, soit de disposer d'énormes quantités d'énergie à faible coût, pour l'obtenir à partir de la décomposition de l'eau, par voie thermique ou électrochimique. Ensuite le dihydrogène peut être comprimé dans des bouteilles à gaz (pression en général de 350 ou 700 bar), ou liquéfié ou combiné chimiquement sous forme de méthanol ou de méthane qui seront ensuite transformés pour libérer du dihydrogène. Les rendements énergétiques cumulés des synthèses du dihydrogène, de compression ou liquéfaction, sont généralement très décevants. L'hydrogène n'est donc pas une source d'énergie primaire, c'est un simple vecteur d'énergie difficile à produire et à stocker.
La pile à combustible fonctionne à l'inverse de l'électrolyse de l'eau. Elle transforme l'énergie chimique en énergie électrique. C'est un générateur.Elle ressemble à une pile ordinaire. Elle possède une cathode et une anode séparées par un électrolyte qui assure entre autres le passage du courant par transfert ionique des charges. Comme une pile classique, elle consomme son oxydant (ici l'oxygène O2) et son réducteur (ici l'hydrogène H2). Elle continue de fonctionner tant qu'elle est approvisionnée en hydrogène et oxygène. Le réducteur peut être du méthanol ou du gaz naturel.
A l'anode nous avons la réaction suivante:
Il y a donc production de 2 électrons par molécule d'hydrogène.
L'ion H+ passe de l'anode à la cathode et provoque un courant électrique par transfert des électrons dans le circuit électrique.
A la cathode les ions H+ sont consommés suivant la réaction :
Les réactions sont rendues possibles par la présence d'un catalyseur de dissociation de la molécule de dihydrogène qui peut être une fine couche de platine divisé sur un support poreux qui constitue l'électrode à hydrogène.
La pile à combustible fonctionne à l'inverse de l'électrolyse de l'eau. Elle transforme l'énergie chimique en énergie électrique. C'est un générateur.
Elle ressemble à une pile ordinaire. Elle possède une cathode et une anode séparées par un électrolyte qui assure entre autres le passage du courant par transfert ionique des charges.
Comme une pile classique, elle consomme son oxydant (ici l'oxygène O2) et son réducteur (ici l'hydrogène H2). Elle continue de fonctionner tant qu'elle est approvisionnée en hydrogène et oxygène. Le réducteur peut être du méthanol ou du gaz naturel.
A l'anode nous avons la réaction suivante:
Il y a donc production de 2 électrons par molécule d'hydrogène.
L'ion H+ passe de l'anode à la cathode et provoque un courant électrique par transfert des électrons dans le circuit électrique.
A la cathode les ions H+ sont consommés suivant la réaction :
Les réactions sont rendues possibles par la présence d'un catalyseur de dissociation de la molécule de dihydrogène qui peut être une fine couche de platine divisé sur un support poreux qui constitue l'électrode à hydrogène.
Piles au méthanol
Ici, il n'est plus question de stocker de l'hydrogène : celui-ci est produit peu de temps avant d'être consommé, à partir du méthanol. On lui fait tout d'abord subir un reformage qui le transforme en dihydrogène et en monoxyde de carbone :
Le monoxyde de carbone étant fortement toxique, on l'oxyde pour le transformer en dioxyde de carbone :
Alkalyn Fuel Cell
La première pile AFC à être utilisée dans une application spatiale fut conçue par Francis Bacon dans les années 50. D'une puissance de 6 kW, elle comprenait 40 cellules, les électrodes étaient en Nickel (anode) et en oxyde de Nickel dopé au Lithium (cathode). Elle fonctionnait sous pression (50 bar), et donc à des températures élevées (200°C).
En Europe, un constructeur, l'anglais ZeTek Power Corporation (ex Elenco), produit ce type de piles pour un taxi électrique utilisant des batteries de 70kW: il s'agit d'un taxi hybride, un véhicule "zéro émissions" pouvant être inséré en ville. La difficulté majeure consiste à alimenter la pile avec de l'hydrogène pur. Ce constructeur a aussi construit des prototypes de petits bateaux et des camionnettes.
Particularités et contraintes
La pile AFC a un électrolyte de type alcalin, en général de la potasse (ou hydroxyde de potassium) KOH (30 à 45% en masse, soit 8 à 12 moles/litre). Il s'agit donc d'un électrolyte liquide. Sa température de fonctionnement varie autour de 80-90°C, mais cette température peut être plus élevée pour un fonctionnement sous pression (piles Bacon, jusqu'à 200-230°C) ou avec un électrolyte plus concentré (piles Apollo). L'électrolyte peut être soit avec de la potasse circulante, soit immobile (membrane, impregnée de potasse). Cependant, les ions hydroxyde de l'électrolyte sont susceptibles de réagir avec le dioxyde de carbone (de l'air ou présent dans l'hydrogène) pour former un composé de carbonate, ce qui réduit la conductivité de l'électrolyte. D'où la nécessité de travailler avec de l'oxygène et de l'hydrogène purs, ce qui exclut l'utilisation d'air ou d'hydrogène reformé.
Polymer Exchange Membran Fuel Cell
Les PEMFC (Polymer Exchange Membrane fuel Cell) sont actuellement le type de pile le plus étudié. Leurs applications sont multiples. Elles portent également d'autres noms: SPEFC (Solid Polymer Electrolyte Fuel Cell), Solid Electrolyte Fuel Cell ou encore Ion Exchange Membrane Fuel Cell (IEMFC).
Si elles sont si populaires par rapport aux autres types de piles, c'est qu'elles présentent plusieurs avantages:
· elles ne sont pas sensibles au CO2 (comme l'est l'AFC);
· leur faible température de fonctionnement, permettant un démarrage rapide, une plus grande souplesse de fonctionnement et une meilleure gestion thermique (moins de chaleur à évacuer)
Cependant ,et même si les piles PEMFC sont la meilleure perspective d***8217;avenir pour l***8217;application automobile de l***8217;hydrogène, leur fabrication et donc leur coût reste très élevé, car ces piles contiennent de suffisamment importantes quantités de platine (entre 0.1 et 1 mg/cm² sur les électrodes) et autres métaux précieux pour ne les rendre accessibles qu***8217;aux automobilistes les plus aisés.
Direct Methanol Fuel Cell
Les DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) sont un type de pile à part: à la différence des autres piles où l'hydrogène est oxydé à l'anode, elles sont alimentées directement en méthanol. Le méthanol est en effet l'un des rares réactifs avec l'hydrogène (ainsi que le glycol, l'ammoniac ou l'hydrazine) qui ait des caractéristiques d'oxydation suffisamment intéressantes pour pouvoir être utilisé dans les piles à combustible fonctionnant à basse ou moyenne température. C'est un type de pile relativement nouveau et de nombreuses et significatives améliorations ont déjà été réalisées ces dernières années au niveau du coeur de pile (densité, puissance, rendement, durée de vie).
L'avantage décisif par rapport aux PEMFC est le fait qu'elles fonctionnent directement au méthanol, un carburant certes toxique, mais liquide à température normale, actuellement produit à partir de gaz naturel, (c'est aussi possible à partir de pétrole, du charbon ou de biomasse) et qui pourrait bénéficier de l'infrastructure existante pour l'essence. On se dispense ainsi du problème du reformage et/ou du stockage de l'hydrogène
Ces piles sont une nouvelle voie de recherche pour le domaine automobile (en tant qu'auxiliaire): Energy Visions Inc. (EVI) a ainsi construit une DMFC d'une puissance de 300W pouvant servir de générateur auxiliaire pour un véhicule militaire. Le but d'EVI est de tenter de s'introduire sur le marché des petits véhicules (voiture de golf, motos) voire des systèmes hybrides. On voit aussi apparaître des piles pour les vélos électriques...
Mais le rendement d***8217;une telle pile est faible(aux alentours de 20%) ,de plus, les effluents de la pile contenant du CO2 nécessitent l'épuration des gaz d'échappement par traitement post catalytique rendant ainsi contraignante l***8217;utilisation d***8217;une telle pile, même en APU.
Phosphoric Acid Fuel Cell
Les PAFC ont aujourd***8217;hui atteint leur (probablement) plus haut niveau de développement et les applications automobiles d***8217;une telle pile sont à ce jour purement inexistantes.
Molten Carbonate Fuel Cell
Les MCFC ont un rendement assez importants mais sont malheureusement incompatibles avec les applications automobiles.
Les SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) sont également des piles "haute température", tout comme les MCFC. Cependant, à la différence de celles ci, elles semblent promises à un plus large spectre d'applications: application stationnaire domestique, cogénération, production centralisée de courant, voire APU dans l'automobile. Elles sont potentiellement plus intéressantes par leur rendement électrique élevé (50 % à 70 %), une moindre sensibilité au type de combustible, le remplacement des métaux précieux aux électrodes par d'autres moins chers, l'utilisation de la chaleur produite..
Dans le domaine automobile, on pense utiliser la SOFC, mais pas en combinaison avec le moteur électrique et le système de traction: elle servirait plutôt d'APU (Auxiliairy Power Unit) pour produire le courant nécessaire à des besoins croissants en électricité des voitures modernes comme la climatisation, le chauffage... et pourrait ainsi fonctionner même à l'arrêt. Dans ce cas, on peut utiliser directement de l'essence qui sera simplement reformée.
Donc, et malgré les importants travaux réalisés sur ces véhicules, il reste encore de nombreux progrès à faire en termes de coût, de place, de poids et de performances atteintes par le système. A ceci s'ajoute celui de la production, du transport et du stockage de l'hydrogène (et éventuellement choix du carburant de transition). Cette révolution n'est donc pas pour demain, les constructeurs tablent plutôt sur 15 à 20 ans pour que ces véhicules atteignent une part de marché intéressante. Mais avec près de 60 Millions de nouveaux véhicules vendus chaque année, les 20 à 25 % espérés sont loin dêtre négligeables.
Et je te souhaite bonne chance pour ton TPE
merci sio ta besoin de qqchose d'autre vien me voir quand tu veu
Voila c'est celui que j'ai fait l'an dernier!
http://bobmarleyponge.free.fr/
(Juste comme sa pour info on a eu 18;) )
Si vous avez besoin des document en version front page, juste des texte ou des images je peux vous les envoyer.
slt
voila ta lair calle sur le sujet et la avec mon groupe de tpe on est dans la *****.On travail sur les moteurs a hydrogene et on manque d'information et on recherche surtout des courbes pour pouvoir introduire des maths dans notre TPE.voila donc si tu pouvais nous fournir des informations ce serait super simpa.merci d'avance.slt
Si la question m'est adréssée, sur mon site il y a une partie Comparatif qui peut te servir. Sinon si tu m'envoie un mail je peut te passer des lien sur les moteurs a hydrogènes mais je ne suis pas sur qu'il y ait de courbes.
slt
Bonjour,
je suis nouveau sur ce forum et j'ai trouver ce post en cherchant de l'information sur les moteurs hybrides.
Je voulais simplement dire un énorme merci pour la réponse extrêmement détaillé de Jean-Mouloud!Simulation pret immobilier
Merci beaucoup.