Le m ote ur Stirling

Méconnu du grand public, le m ote ur Stirling - m algré se s q ualités indéniable s - n'a jam ais

réussi à s'im pose r face à la concurre nce de la m ach ine à vape ur puis du m ote ur à e xplosion.

Mais le s te m ps pourraie nt ch ange r, parce q ue le s éne rgie s fossile s se raréfie nt e t q ue la

se nsibilité e nvironne m e ntale du grand public s'aiguise . Le bice nte naire du bre ve t du paste ur

Robe rt Stirling annonce ra-t-il une nouve lle ère pour ce m ote ur à com bustion e xte rne ?

Le cycle de Carnot

Le m oteur Stirling com m e votre

réfrigérateur e st basé sur un cycle

th e rm odynam iq ue appelé cycle de

Carnot. Il s 'agit tout s im plem ent

d'im pos er à un gaz de s contrainte s de

pre s s ion, de volum e et de tem pérature

pour obtenir en retour de l'énergie

m écaniq ue , donc du m ouvem ent !

Avez-vous rem arq ué com bien une

pom pe à vélo s 'éch auffe lors q ue vous

vous époum onez à regonfler la roue de

votre bicycle ? Avez-vous noté q u'une

boute ille de plastiq ue exposée au

soleil gonfle ? Que cette m êm e

boute ille exposée au froid s 'écras e ?!

Il existe ch ez le s gaz une relation de

proportionnalité entre pre s s ion,

volum e et tem pérature . Un gaz

lors q u'il s 'éch auffe prend du volum e, il

s e détend. Refroidi, il s e com prim e .

Voilà le cycle à exploiter ! Enferm ons

un gaz dans un piston étanch e ,

ch auffons ce volum e, le gaz va s e

détendre et déplacer le piston.

Refroidis sons ce volum e et le gaz va

s e com prim er entraînant avec lui le

piston. Çà y e st nous avons créé un

m ouvem ent !

Pers eü s : Avant toute ch os e ,

pourrie z-vou s nou s expliquer

qu elles sont vos spécialités ?

M . Alaph illipe : Je prépare une

th ès e sur le s m oteurs à apport

de ch aleur externe . Je suis plus

particulièrem ent spécialiste de s

m oteurs Stirling alim entés par

une source de ch aleur solaire .

S. Bonnet : Je prépare

égalem ent une th ès e - q ue je

vais prés enter très bientôt.

J'effectue de s m e sure s

expérim entales et un travail de

m odélisation sur le s m êm e s

m oteurs q ue M uriel m ais la

source de ch aleur diffère : la

ch aleur néce s saire e st obtenue

par la com bustion d'un gaz (gaz

naturel, biogaz, etc.)

Pers eü s : Les m oteurs Stirling

n'utilis ent donc pas de s

carburants spécifiqu e s ?

M .A. : Non, la "com bustion"

étant externe au cylindre , tous

le s com bustible s conviennent.

La source de ch aleur peut tout

aus s i bien être le soleil q ue la

com bustion d'un gaz !

Que l ave nir ?

En q uête d'inform ation sur le s avancée s

de la Re ch e rch e , nous avons contacté le

Laboratoire de Th e rm iq ue , Éne rgétiq ue e t

Procédés de l'Unive rsité de Pau

(h ttp://w w w .univ-pau.fr/late p).

Nous avons été très ge ntille m e nt re çu par

le groupe Éne rgétiq ue e t Transfe rts

Th e rm iq ue s, dirigé par M . Stouffs,

spécialiste national de s m ote urs Stirling.

Tous nos re m e rcie m e nts pour le

sym path iq ue accue il q ui nous a été

re se rvé, particulière m e nt par Murie l

Alaph ilippe e t Sébastie n Bonne t, le s de ux

doctorants q ui ont acce pté notre

inte rvie w !

■ Pour e n s avoir plus :

h ttp://w w w .m ote urs tirling.com

h ttp://guillot.e m m anue l.fre e .fr/s olar/s tirling

w w w .e ne rgie -cite s .org/db/frank furt-am -

m ain_ 132_ fr.pdf

■ Rédigé par Olivie r Martine z

h ttp://docs m artine z .fre e .fr

Pers eü s : Quels sont les autre s atouts de ce

m oteur ?

S.B. : Com m e je vous le disais , ce m oteur

accepte toute sorte de source de ch aleur : la

ch aleur dégagée par tout type de

com bustions (solide , liq uide , gazeux,

biom as s e) m ais aus s i l'énergie solaire ,

l'énergie nucléaire , l'énergie géoth erm iq ue ,

etc. Dans le s cas de com bustion, du fait q ue

celle-ci e st externe au cylindre , elle peut

être bien m ieux m aîtrisée q ue pour un

m oteur à explos ion, s i bien q ue l'on peut

réduire cons idérablem ent les rejets de

polluants . Toujours du fait de cette

com bustion externe , un m oteur Stirling ne

com prenant pas de ph as e explos ive e st donc

particulièrem ent s ilencieux. Il e st égalem ent

très robuste , il dem ande très peu d'entretien

et de m aintenance, il ne néce s s ite par

exem ple aucune vidange, la lubrification

étant peu néce s saire .

Pers eü s : Il a beaucoup de qualités m ais

qu els sont s e s défauts ?

S.B. : La critiq ue q u'il lui e st le plus

souvent faite concerne de s problèm e s

d'étanch éité du cylindre . Cependant , elle

m e s em ble peu fondée , actuellem ent il

existe de s solutions tech niq ue s perm ettant

d'éviter toute perte de pre s s ion m al venue .

En revanch e , on peut reproch er à ce type de

m oteur une forte inertie au dém arrage et à

l'arrêt, le m oteur Stirling a tendance à

continuer de fonctionner un certain tem ps

après q ue l'on lui ait supprim ée sa source de

ch aleur. Il e st égalem ent difficile de faire

ch anger la fréq uence à laq uelle il

fonctionne, donc de faire varie r le régim e .

Pers eü s : Au vu de s e s qualités et de s e s

défauts , pourquoi la renom m ée de ce

m oteur n'e st-elle pas plus grande ?

S.B. : C'e st difficile à dire ... m ais peut-être

q u'avec les problèm e s actuels d'énergie et

d'écologie , on as s istera au développem ent

de ce type de m oteur et à la réparation de

l'injustice subie par le Pasteur Robert

Stirling, son inventeur. Il faut aus s i noter

q ue bien q ue ce m oteur ait près de 100 ans ,

il n'a été q ue relativem ent peu étudié. Ains i

de s im ples travaux de m e sure s de profils

tem pérature s q ue j'ai m enés au début de m a

th ès e ont fait un fort effet, cela n'avait

jam ais été fait avant et l'on s e basait par

conséq uent jus q ue là sur de s h ypoth ès e s

faus s e s . Ce m oteur e st encore plein

d'inconnus !

Pers eü s : La com m unauté scientifiqu e

s 'intére s s e particulièrem ent à ce m oteur,

sur quoi s 'orientent les rech e rch e s

actuelles ?

M .A. : Les rech e rch e s actuelles portent

principalem ent sur de s solutions de

m icrocogénération. C'e st à dire de s

solutions individuelles - pour l'h abitat par

exem ple - de cogénérateurs basés sur le

m oteur de Stirling perm ettant de produire à

la fois de l'électricité et de l'eau ch aude . O n

im agine facilem ent q ue le s atouts du m oteur

Stirling le place en bonne place dans ce

dom aine face à la concurrence ! De s

entrepris e s étrangère s com m e W h isperTech

ou Solo propos e déjà de s produits de la

sorte dans le com m erce .

Pers eü s : Vous vous ête s prés entés com m e

de s spécialiste s de s m oteurs à apport de

ch aleur externe , e st-ce à dire qu e le

m oteur Stirling a de s petits frère s ?

M .A. : Au LaTEP, nous croyons

particulièrem ent à une vers ion du m oteur

Stirling m uni de soupape s : le m oteur

ERICSSON. Le principe e st le m êm e q ue le

m oteur Stirling, m ais l'ajout de soupape s

perm et d'éviter le s volum e s "m orts", ce q ui

rend ce type de m oteur à priori plus efficace

q ue son aîné. Cependant, tout cela dem ande

à être vérifié expérim entalem ent, il n'existe

en effet aucun m odèle fonctionnel de ce

m oteur actuellem ent dans le m onde !

Pers eü s : Parlons ch iffre s . M . Bonnet,

vous avez dim ens ionné pour votre th ès e un

cogénérateur de 11k W et vous rencontrez

actuellem ent de s difficultés pour financer

la fabrication d'un prototype . Quel e st le

coût d'une telle installation, qu el e st le prix

du KW h produ it envisagé ?

S.B. : Nous avons évalué q ue la m is e en

place d'un tel cogénérateur alim enté par du

gaz naturel reviendrait à environ 33000€ et

perm ettrait de produire de l'électricité avec

un prix de revient du KW h de l'ordre de 13

centim e s d'euros m axim um . N'oublions pas

q ue c'e st un cogénérateur q ui produirait

donc en plus de l'eau ch aude pour le

ch auffage !

Pers eü s : M m e Alaph ilippe, vou s travaillez

vous plus particulièrem ent sur le s m oteurs

Stirling solaire s .Quels ch iffre s s ignificatifs

pouvez-vou s nou s com m uniqu er ?

M .A. : Je travaille notam m ent sur un

m oteur Stirling dont la source ch aude e st

l'énergie solaire , concentrée grace à une

parabole de trois m ètre s de diam ètre . Une

telle installation perm et d'obtenir une

production d'énergie m écaniq ue de l'ordre

de 500W. Il faut savoir q ue le m oteur

Stirling a un rendem ent particulièrem ent

bon pour la production d'électricité, c'e st

m êm e le m e illeur rendem ent connu actuel

avec une valeur de près de 30%.

L'installation dont je vous parle e st donc

capable de produire 150W électriq ue s à

partir de l'énergie solaire q ui e st gratuite ,

non polluante et renouvelable !

Pers eü s : Finalem ent quel avenir pour ce

m oteur, où peut-on s 'attendre à le voir

dans le futur ?

M .A. : O n peut s 'attendre à retrouver le s

m oteurs à air ch aud un peu partout. Ils

s em blent particulièrem ent efficace s pour

constituer de s cogénérateurs et de s

m icrocogénérateurs . En revanch e , ils ne

supplanteront sans doute pas le s m oteurs à

explos ion pour la propuls ion de véh icules ,

sauf dans le cas de leur participation à de s

solutions de m otorisation h ybride s . Enfin,

le s Stirling solaire s sont de très bons

candidats à la concurrence du solaire

ph otovoltaïq ue du fait de leur robuste s s e ,

de leur coût et de leur rendem ent bien

supérieur à celui de s capteurs (30% contre

15%). ■

Le prototype original m is au point par

Rich ard Stirling te l q u'il a été prése nté pour

le dépôt du bre ve t.

La société Ph ilipps fût la pre m ière à

s'intére sse r à nouve au au m ote ur Stirling, e t

ce dès le s année s 30. Elle déve loppa de s

m ote urs pour de s om nibus, de s bâte aux ainsi

q ue de s générate urs éle ctriq ue s

Ge ne ral Motors se pe nch a à son tour sur le

m ote ur Stirling dans le s année s 19 70.

L'e ntre prise poursuit e ncore actue lle m e nt

se s re ch e rch e s proje tant de com m e rcialise r

un véh icule h ybride ave c un m ote ur Stirling

générant de l'éle ctricité.

La société néo-zélandaise W h ispe rTe ch

com m e rcialise de s m icro-cogénérate urs

(ch ale ur/éle ctricité) de stinés aux

particulie rs e t aux bure aux. Le m odèle ci-

contre de la taille d'une m ach ine à lave r le

linge pe ut fournir une puissance éle ctriq ue

de 1200W (ave c une te nsion de 220V) e t 14

k W de puissance th e rm iq ue . Le prix, e n

baisse , avoisine le s 6000 € e t de vrait

de sce ndre aux ale ntours de 3000 € d'ici 2

ans.

Pour vous convaincre de la sim plicité e t de la robuste sse du m ote ur

Stirling, vous pouve z vous e ssaye r à fabriq ue r le vôtre . Le W e b

re gorge de site s e xpliq uant com m e nt m e ttre la m ain à la pâte . Ici on

vous appre ndra à le réalise r ave c une cane tte , un ballon e t de s

planch e s de bois:

h ttp://guillaum e .douard.fre e .fr/cane tte .h tm

La société alle m ande SOLO

com m e rcialise de s

cogénérate urs. Un de le urs

m odèle s a été décliné e n

ve rsion solaire e t e st utilisé

sur la plate form e d'Alm e ria

(Espagne ). L'installation

conce ntre l'éne rgie solaire

grâce à une parabole de 8,5

m ètre s de diam ètre e t e st

capable de produire 10 k W

de puissance éle ctriq ue .

silencieux, rendem

ent élevé, sources chaudes diverses,m

oins polluant, fiable, m

aintenance aisée, rustique, nom

breuses applications différentes.

La com bustion étant e xte rne au cylindre ,

le m ote ur Stirling e st particulière m e nt

sile ncie ux. Son re nde m e nt e st éle vé,

surtout s'il e st fonctionne e n cogénération. Il

acce pte toute sorte de "carburants". La

com bustion e xte rne étant plus facile m e nt

m aîtrisable , ce m ote ur e st pe u polluant. Du fait

de la sim plicité du systèm e , il e st fiable , rustiq ue e t facile à

e ntre te nir. Enfin, il e st utilisable pour de nom bre use s

applications différe nte s.

Méconnu, le m ote ur Stirling a du m al à faire je u égal

face à ce s concurre nts. Par conséq ue nt, il re ste plus

coûte ux q ue ce s de rnie rs. De plus, q uoiq ue basé sur un

systèm e sim ple e t robuste le s constructe urs re ncontre nt e ncore

de s difficultés te ch niq ue s.

Contact : Mich ae l Colijn <m ich ae l.colijn@w is pe rte ch .nl> + 31.6.5262.0732

Robe rt Stirling (179 0-1878)

Né dans le Pe rth s h ire e n Ecos s e ,

le Pas te ur Rich ard Stirling

im agine un m ote ur dépourvu de

ch audière portée à h aute

pre s s ion. La révolution

indus trie lle ne m anq ue pas e n

e ffe t de cas d'e xplos ion de

ch audière s !

Ce m ote ur bie n m oins dange re ux

q ue s e s conte m porains re pos e

s ur un principe s im ple : s ous

l'e ffe t de la ch ale ur d'une

com bus tion, un fluide de travail

(de l'air !) s ubit un cycle à 4

te m ps (ch auffage , déte nte ,

re froidis s e m e nt, com pre s s ion).

Très utilis é dans le s fe rm e s e t le s

indus trie s , le m ote ur du Pas te ur

s ouffrira dès le début du 20èm e

s iècle de la concurre nce de s

m ote urs à com bus tion inte rne e t

de s m ote urs éle ctriq ue s .