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De quoi s'agit-il?

Le moteur de Stirling est une machine thermique à combustion externe, elle tire parti d'un processus d'échange de chaleur entre une source chaude et un bain froid pour convertir de l'énergie thermique en énergie mécanique.

On attribue son invention au Révérent Robert Stirling qui, en 1816, a apporté une amélioration déterminante aux concepts précurseurs et déposé une première patente (cf. Historique ci dessous).

Les avantages du moteur de Stirling 

  • La source de chaleur est externe et peut donc provenir autant d'une combustion bien optimisée de matières fossiles, que d'un collecteur solaire ou encore d'une source géothermique, biologique ou nucléaire.
  • Il existe des configurations de moteur de Stirling très simples et par conséquent peut coûteuses, robustes et à maintenance réduite voir inexistante.
  • Cette machine fonctionne à des pressions modérées, elle est donc bien moins dangereuse qu'une machine à vapeur. Sa construction peut, de plus, être plus légère.

Ses points faibles

  • Pour une efficacité optimale les moteurs de Stirling ont besoin d'échangeurs de chaleur volumineux, résistant à la pression du fluide de travail et à la corrosion.
  • Si la différence de température entre les sources chaudes et froides est faible alors le volume du moteur de Stirling est grand par rapport à la puissance générée.
  • La puissance n'est pas contrôlable rapidement, de manière directe, comme c'est le cas pour les moteurs à combustion interne (Diesel,...)
  • Ce moteur nécessite une phase de "chauffage".

Historique

 Il existe des références à des engins appelés "machines à air" dès 1699, à l'époque où étaient établies les lois de comportement des gaz.

L'anglais George Cayley est connu pour avoir imaginé des "machines à air" dès 1807. La contribution innovante de Robert Stirling en 1816 était ce qu'il appelait l'"économiseur", que l'on connait aujourd'hui sous la dénomination de "régénérateur". Cet élément ingénieux récupère la chaleur du gaz lorsqu'il passe de la partie chaude à la partie froide puis la lui restitue lors du processus inverse. Cette innovation à permis d'améliorer le rendement de ce type d'engins et a ouvert la voie à des applications commerciales pour les "machines à air" appelées dès lors "machines de Stirling".

Durant  le 19ème siècle le moteur de Stirling est utilisé pour les applications nécessitant une puissance modérée. L'inventeur suédois J. Ericsson a grandement participé au développement du moteur de Stirling. Dans les années 1850 il a vendu plus de 2000 exemplaires en Grande-Bretagne et en Amérique.  Par la suite de nombreux modèles ont été construits, en visant toujours une puissance plus élevée.

Dans son application à puissance modérée le moteur de Stirling a peu à peu été remplacé par le moteur électrique.  Les développements des moteurs à combustion interne (Diesel), plus performants,  ont ensuite eu raison du moteur de Stirling, dont l'intérêt économique était par ailleurs moins important.