Moteur à air comprimé

Tramway Mékarski à la gare de l'Est (Paris).

L'utilisation de la détente de l'air comprimé comme force motrice remonte à l'époque du développement des chemins de fer où, dans certaines situations, comme les réseaux miniers et urbains, il était indispensable d'éviter les risques et pollutions inhérents à la locomotive à vapeur ordinaire.

Les premiers dispositifs de Tomlinson (1820) aux États-Unis ou d'Andraud (1830) en France furent des échecs, car l'air comprimé circulait dans une conduite le long de la voie et la locomotive devait être équipée pour le prélever en continu.

Un nouveau dispositif conçu par Andraud et Tessier de Motay, à Paris, en 1840, où la locomotive était équipée d'un réservoir qu'on remplissait en certains points du réseau, prouva la faisabilité du dispositif.

Les premières applications pratiques de véhicules à moteur à air comprimé, sur rail, datent du percement de tunnels ferroviaires (1872) et de quelques expérimentations de tramways. Malheureusement, le refroidissement du cylindre moteur par la détente de l'air comprimé transformait l'humidité de l'air moteur en cristaux de glace qui occasionnaient des blocages.

C'est l'ingénieur Louis Mékarski qui peaufina le dispositif, en associant l'air comprimé et l'eau surchauffée sous pression, et le rendit particulièrement opérationnel en vue d'équiper des réseaux de tramways. Il fut utilisé dans les tramways parisiens de 1876 à 1879 sur le réseau des Tramways-Nord. Dès 1878 la totalité du réseau des tramways nantais étaient équipés de véhicules à air comprimé qui donnèrent satisfaction jusqu'en 1917.

À partir de 1890, d'autres villes s'équipent en tramways Mékarski comme Vichy (1895), Aix-les-Bains (1896), La Rochelle (1899) et Saint-Quentin (1901).

Des locomotives Mékarski étaient aussi en service sur l'Arpajonnais pour la desserte nocturne «silencieuse» des Halles de Paris jusqu'en 1933.

Locomotive à air comprimé Porter, construite en 1923, utilisée par la mine d'or Homestake, South Dakota, USA.

Un des projets de métro aérien de New York devait utiliser des locomotives à air comprimé et eau surchauffée. Le moteur fonctionnait au freinage en récupération d'énergie, pour recharger le réservoir d'air comprimé et réchauffer le réservoir d'eau.

À partir de 1896, la H K Porter Company de Pittsburgh mit sur le marché les locomotives à air comprimé découvertes par Charles B. Hodges. Le moteur à double puis triple expansion (cylindres à haute et basse pression) était complété par un échangeur de chaleur atmosphérique. L'air comprimé refroidi par la première détente était réchauffé par l'air ambiant, ce qui rendait inutile le système à eau surchauffée et perfectionnait largement le rendement global. Des milliers de locomotives Porter équipèrent les mines de charbon de l'est des États-Unis jusqu'aux années 1930. D'autres constructeurs dans le monde entier ont produit en grande quantité des machines identiques pour les mines et les usines d'industries qui ne tolèrent pas la fumée ni la poussière. L'autonomie augmenta avec la possibilité de construire des réservoirs d'air à particulièrement haute pression (jusqu'à 250 bars). Ces machines ont servi jusqu'aux années 1950, avant d'être dépassées par le développement de moteurs à gaz peu polluants et de meilleurs accumulateurs électriques.

La mise en œuvre sur l'automobile a fait aussi l'objet de quelques réalisations. Efficace et nettement moins polluant (par les composants de ses batteries) que le véhicule électrique, mais souffrant aussi d'une autonomie limitée, le concept semble oublié du monde «écologique» et ne bénéficie pour le moment d'aucun lobby industriel pour sa promotion et son développement.

Plusieurs sociétés travaillent sur l'application du moteur à air comprimé pour l'automobile. Plus de renseignements dans la catégories Référence en bas de la page.

L'environnement

Au départ, la réflexion repose sur le souhait de pouvoir utiliser à faible coût une énergie non polluante qu'on puisse transformer et stocker aisément pour motoriser un véhicule.

D'autre part, cette propriété amène à constater qu'il faut par conséquent préalablement convertir l'énergie en pression et que, comme toute conversion d'énergie, la transformation énergie / air comprimé entraîne des pertes.

On peut se laisser tenter par cette technologie du fait que le moteur à air comprimé offre un bien meilleur rendement qu'un moteur à combustion interne (ce rendement étant le rapport entre l'énergie contenue dans le réservoir et l'énergie qui est transmise aux roues motrices), qui plus est , un moteur à air comprimé n'entraine pollution lors de la traction.

Le vieillissement des réservoirs est nul, leur recyclage ne pose pas de problème spécifique. Ajoutons que l'échappement et les éventuelles fuites ne causent pas non plus de pollution.

Les recherches actuelles

Une solution pourrait être alors de perfectionner l'intégration sans modifications majeures des infrastructures pour les moteurs à air comprimé. Deux entreprises s'y emploient aujourd'hui, l'une coréenne Energine^[1], l'autre française MDI^[2] dirigée par le motoriste Guy Nègre. Un nouveau venu, Régis Munoz, vient d'inventer un moteur rotatif qui fonctionne aussi avec de l'air comprimé. Ce moteur rotatif peut fonctionner en moteur roue comme un moteur électrique.

Les ingénieurs de la première société ont pu réaliser, à partir d'une Dæwoo Matiz, un prototype hybride moteur électrique/moteur à air comprimé (PHEV, Pneumatic Hybrid Electric Vehicle). Le moteur à air comprimé sert en fait à entraîner un alternateur qui apporte l'électricité prolongeant l'autonomie du véhicule. L'automobile est fonctionnelle, de nombreux journalistes ont pu l'essayer pour en témoigner. L'aspect négatif restant est l'autonomie restreinte par les capacités de stockage des batteries électriques actuelles.

Quant à la seconde entreprise, française, sa technologie change. Le moteur à air comprimé est le moteur principal, secondé en cas de besoin de puissance supplémentaire par un moto-alternateur. La mise au point de la totalité continue. Les applications envisageables sont nombreuses (automobiles, marines, industrielles... ).

Un nouveau venu dans ce secteur, K'Airmobiles^[3], propose des véhicules à air comprimé écologiques. À ce jour deux prototypes de véhicules à assistance pneumatique ont pu être réalisés et les responsables cherchent désormais à se donner les moyens de développer plusieurs projets de véhicules urbains ou de loisir entièrement à propulsion pneumatique. La technologie utilisée est différente de celles utilisées par MDI et Energine et permet une autonomie idéalement raisonnable, le d'une façon plus générale avec des réservoirs d'air comprimé d'une capacité de 50L à 200 bars.

Un autre projet d'étude a amené l'Université de Reims à construire l'«Air-Bike^[4]». Quoiqu'opérationnel, cet engin présente néanmoins un sérieux handicap : la dimension énorme du réservoir pour une autonomie réduite.

Enfin, des chercheurs Québécois proposent la Quasiturbine qui s'inspire de la turbine, peaufine le piston et perfectionne le moteur rotatif. Un prototype de Go-Kart à air comprimé assez satisfaisant, quoique peu puissant et toujours d'autonomie limitée, a pu ainsi être présenté en automne 2004 à Montréal, suivi d'un prototype de petit véhicule.

Autres applications

L'énergie du marteau-piqueur professionnel est , depuis l'origine, l'air comprimé. Des moteurs à air comprimé sont beaucoup utilisés dans le fonctionnement d'appareils d'ateliers ou de laboratoires : visseuses, perceuses, fraise de dentiste, etc.

Références

Liens externes

• (fr) Moteur rotatif de Régis Munoz
• (fr) La voiture à air comprimé : Le dossier.
• (uk) Compressed Air Trams : English article