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Moteur

Introduction

Moteur à combustion interne V6 d'automobile

Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :). Il effectue ce travail à partir d'une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) (éolienne, chimique, électrique, thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques, en...) par exemple).

Historique

Les premiers moteurs auxquels on peut penser sont :

  • des moteurs à pression : voile, moulin à vent (Le moulin à vent est une installation destinée à produire de l'énergie mécanique à partir du vent. Devenu obsolète avec la généralisation de l'électricité, il est l'ancêtre de l'éolienne. Il fut...),
  • des moteurs à élastique : arc, arbalète, catapulte à torsion (La torsion est la déformation subie par un corps soumis à l'action de deux couples opposés agissant dans des plans parallèles.), horloge à ressort,
  • des moteurs à poids : roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) à aube sur cours d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) ou sur réserve d'eau, clepsydre, catapulte à contrepoids, tournebroche à poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est...), horloge à poids.

Le premier moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]) vraiment indépendant de la nature, adaptable en situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus...), est la machine à vapeur (La machine à vapeur est une invention,dont les évolutions les plus significatives datent du XVIIIe siècle. C'est un moteur thermique à combustion externe, il transforme l'énergie thermique...). Ce moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il...) est basé sur une chaudière (Une chaudière est un appareil (voire une installation industrielle, selon sa puissance), permettant de transférer en continu de l'énergie thermique à un fluide caloporteur (le plus...) produisant de la vapeur () d'eau, vapeur qui est utilisée pour mouvoir un piston dans un cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une courbe plane fermée (c), appelée courbe directrice et gardant une...). Ce mouvement de translation est transformé en rotation par un jeu de bielles, couple qui entraîne un volant d'inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa vitesse (vectorielle). Ainsi, un corps immobile ou en mouvement rectiligne uniforme (se...), puis une machine, un mécanisme quelconque, ou des roues.

Au XIXe siècle le moteur à combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet...), qui utilise la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) dégagée par la combustion d'un carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.), fut développé et adapté aux premières automobiles ainsi qu'aux premiers avions. Depuis, il poursuit ses progrès en termes de rendement et d'adaptation aux normes antipollution. Ce moteur est, lui aussi, équipé de bielles et pistons, sauf que la production de chaleur se fait au même endroit que la production de travail (moteur à combustion interne), en d'autre termes, la combustion produit directement un travail ...

Devant le besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins...) croissant de puissance pour propulser les avions militaires, les moteurs à réaction furent activement développés pendant la Seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est...) Guerre mondiale en parallèle avec les moteurs-fusée pour les missiles. Comme ces derniers ont des rapports poids/puissance ou une puissance massique (La puissance massique est le ratio d'une puissance (en W) par une masse (en kg). La puissance massique s'exprime donc dans le système international en W/kg ; elle traduit la...) sans équivalent, malgré des rendements plutôt faibles, ils sont toujours développés activement pour mouvoir avions et fusées.

Classification

Moteur chimique sans combustion

Dans ces moteurs, une réaction chimique est exploitée directement pour produire du travail ou du mouvement ; la chaleur est un sous-produit (utile ou nuisible, selon le cas).

  • Flagelle (Le flagelle est génériquement un organite assurant la mobilité d'une cellule. Les procaryotes et les eucaryotes ont développé ce type...) et Cil (Les cils sont des poils, qui poussent sur le bord libre des paupières des êtres humains (c'est-à-dire sous les paupières), qui empêchent la...) vibratile
  • Muscle (Les muscles sont une forme contractile des tissus des animaux. Ils forment l'un des quatre types majeurs de tissus, les autres étant le tissu épithélial, le tissu conjonctif, le...)
  • Moteur moléculaire

Moteur à champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:)

Moteur à gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.)

  • roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) à aube sur cours d'eau ou sur réserve d'eau,
  • clepsydre,
  • catapulte à contrepoids,
  • tournebroche à poids,
  • Horloge à poids ;
  • Moteur d'entraînement de lentille de phare.
  • planeur (Un planeur est un aérodyne qui est, par définition, dépourvu de moteur. Il existe toutefois des versions dotées d'un moteur d'appoint escamotable appelées motoplaneur. La pratique du...) (en combinaison (Une combinaison peut être :) avec la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de l'air),
  • montgolfière (La montgolfière est un aérostat dont la sustentation est assurée par de l'air chauffé contenu par une enveloppe. La différence de masse...), bathyscaphe (Les bathyscaphes sont des engins sous-marins d'exploration abyssale.) (poussée d'Archimède, conséquence de la gravité),

Moteur électromagnétique

Moteur électromagnétique solide/solide
  • Moteur rotatif (Un moteur rotatif est un moteur à explosion tournant autour de son vilebrequin qui reste fixe. Ce type de moteur a eu son heure de gloire au début de...)
  • Moteur linéaire
  • Électroaimant (Un électro-aimant est un organe électrotechnique produisant un champ électromagnétique lorsqu'il est alimenté en électricité. Il est constitué d'un bobinage...)
Moteur électromagnétique solide/fluide
  • Moteur ionique (Un moteur à ions est un moteur qui produit sa force de propulsion en projetant des ions à très haute vitesse.)
  • Accélérateur MHD (Un accélérateur MHD (magnétohydrodynamique) est un convertisseur MHD qui met en mouvement un fluide conducteur, grâce à un champ électrique et un champ magnétique combinés.)

Un moteur MHD pour magnétohydrodynamique (La magnétohydrodynamique (MHD) est une discipline scientifique qui décrit le comportement d'un fluide conducteur du courant électrique (liquide ou gaz ionisé appelé plasma) en présence de champs électromagnétiques.) met en mouvement un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans...) conducteur (ou ionisé) par le biais d'un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une...) et d'un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace...). Ceux-ci permettraient d'atteindre de très hautes vitesses dans l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et autres...) (proches de Mach 12 en air dense, franchissant ainsi le mur (Un mur est une structure solide qui sépare ou délimite deux espaces.) du son mais aussi le mur de la chaleur) et dans l'eau. Il n'existe cependant aucune application connue.

Moteur à élastique

Moteur à élastique solide

On parle d'élastique ou de Ressort

  • arc,
  • arbalète,
  • baliste,
  • Moteur à élastique de modèle réduit ou de jouet ;
  • Ressort de montre ou chronomètre mécanique ;
  • Horloge à balancier.

Moteur à élastique fluide

Un fluide compressible joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et...) le rôle d'un élastique. Le stockage d'air comprimé (L'air comprimé est de l'air ambiant, mis sous pression avec un compresseur, le plus souvent aux alentours de 10 bars mais parfois jusque 300 bars.) est exactement équivalent à un élastique gazeux. Certains moteurs pneumatiques pourraient aussi être classé ici.

Moteur à pression

Ce moteur utilise comme source de mouvement la différence de pression entre deux sources.

Moteur à liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.)

Du fait de l'incompressibilité des liquides utilisés, on peut penser qu'un moteur à liquide est plutôt un organe de transmission qu'un moteur, car il n'ajoute pas de puissance. Dans un système hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs...), le seul moteur qui fournit l'énergie au système est appelé la pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) hydraulique.

  • pompe hydraulique
  • Moteur hydraulique
  • Vérin (Un vérin est un tube cylindrique (le cylindre) dans lequel une pièce mobile (le piston) sépare le volume du cylindre en deux chambres isolées l'une de l'autre. Un ou plusieurs orifices...) hydraulique

Moteur pneumatique (à gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) compressible)

Un moteur pneumatique est un composant d'un système pneumatique.

Le principe de base est de changer la pression d'un gaz, ce qui crée (ou arrête) un mouvement, mouvement du gaz lui-même, ou d'un solide.

Il existe plusieurs méthodes pour changer la pression d'un gaz, souvent utilisées en combinaison :

  • mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui...),
  • thermique,
  • chimique.

Les moteurs thermiques utilisent une variation de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) pour créer une variation de pression.

Mise en mouvement d'un solide
Moteur à décompression
  • Turbine ;
  • Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie, une machine à broyer, piler, pulvériser diverses substances et à extraire certains produits...) à vent ;
  • Éolienne ;
  • Moteur à air comprimé ;
  • Vérin pneumatique ;
  • Machine à vapeur
  • Moteur à air chaud
    • moteur Ericsson
    • moteur Stirling (Le Moteur Stirling est un moteur à combustion externe, le fluide principal est un gaz à une modeste pression et est soumis à 4 cycles : chauffage, détente, refroidissement puis compression. On l'appelait au...)
Moteur à compression et décompression alternées
  • Moteur à combustion interne
Mise en mouvement d'un liquide
  • baromètre (Le baromètre est un instrument de mesure, utilisé en physique et en météorologie, qui sert à mesurer la pression atmosphérique. Il peut, de...)
  • pompe à liquide
Mise en mouvement du gaz
  • pompe à gaz
  • Propulsion à réaction (La propulsion à réaction est une technique permettant de faire avancer un véhicule. Elle est basée sur le principe d'action-réaction de Newton. La force propulsive est en fait issue de la conservation...)

Il s'agit en général de moteurs à combustion interne dans une chambre ouverte sur l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), au moins pour la sortie du gaz.

  • CombustionAérobie (utilisation de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) de l'air)
    • turboréacteur (Le turboréacteur est une turbomachine produisant une poussée par réaction.)
    • statoréacteur (Le statoréacteur (en anglais ramjet) est le plus simple des moteurs à réaction, il ne comporte aucune pièce mobile (stato pour statique). Il fut inventé par René Lorin en...)
    • pulsoréacteur (Le pulsoréacteur est un moteur à réaction cyclique, breveté indépendamment en Allemagne et en France en 1930, et développé spécialement pour la bombe volante allemande V1 durant la Seconde...) et moteur à ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) de détonation (Une détonation est une onde de combustion extrêmement violente, qui se propage à une vitesse supersonique.) pulsées
  • Combustion Anaérobie (On appelle milieu anaérobie un milieu où il n'y a pas présence de dioxygène (O2).) (utilisation d'un comburant (Un comburant est un corps chimique qui a pour propriété de permettre la combustion d'un combustible. Le principal comburant est le dioxygène.) embarqué)
    • moteur-fusée (Les moteurs-fusées sont des moteurs à réaction utilisés sur les fusées, dont certains sont prévus pour fonctionner aussi bien dans, que hors de l'atmosphère terrestre. Ils embarquent,...)

Moteur insolite

Plusieurs personnes prétendent avoir fabriqué un « moteur magnétique » ou moteur à aimants. Ce type de moteur serait en mesure à partir d'aimants naturels uniquement, de produire de l'énergie. Ce type de moteur, n'a non seulement aucune base théorique solide, mais n'a de plus jamais fait la preuve de son fonctionnement.

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