Moteur pop-pop - Définition et Explications
Le moteur pop-pop est un moteur à vapeur servant à la propulsion de petits bateaux jouets. Sa dénomination provient du bruit caractéristique qu'il produit en fonctionnant.
Il semble bien qu'il fasse le même bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....) pour les anglophones. Mais l'on rencontre aussi des appellations différentes qui font supposer que son bruit n'est pas exactement identique selon les pays : Put-Put-Boot, Knatterboot, Putt-Putt boat, Pop-Pop boat, Toc-Toc boat, Puf-Puf boat, Phut-Phut, Pouet-Pouet.[1] Cela vient certainement des avancées techniques réalisées dans chaque pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....) maritime de type pop-pop. Le bruit produit par le moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) est très important pour les utilisateurs. Le seul engin connu qui ait un bruit comparable, mais avec un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) plus important, est la fameuse moto Harley Davidson.
Principe de fonctionnement
On peut considérer que le moteur pop-pop (Le moteur pop-pop est un moteur à vapeur servant à la propulsion de petits bateaux jouets. Sa...) est une sorte de chaudière (Une chaudière est un appareil (voire une installation industrielle, selon sa puissance),...) à vapeur () dont la dilatation (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement,...) sert à expulser l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) d'une conduite et que sa condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui...) sert à aspirer l'eau, par la dépression créée, dans la même conduite. Le résultat de l'opération d'un cycle est que le bateau (Un bateau est une construction humaine capable de flotter sur l'eau et de s'y déplacer,...) avance. Pourquoi ? Les avis (Anderlik-Varga-Iskola-Sport (Anderlik-Varga-Ecole-Sport) fut utilisé pour désigner un...) diffèrent. Certains vont même jusqu'à avancer que c'est uniquement parce que, le bateau étant pointu (Le pointu est une famille de barques de pêche traditionnelles de Méditerranée.) devant et large à l'arrière, la différence de pénétration dans l'eau entre la marche-avant et la marche-arrière explique que le bateau avance. Mais ceux qui ont vu une boite de thon (Le terme thon désigne plusieurs espèces de poissons océaniques de la famille des...) en conserve transformée en bateau à moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) pop-pop avancer, pourront témoigner que cette explication ne peut pas être scientifiquement correcte, puisqu'invalidée par l'expérience.
Avant d'en détailler le fonctionnement, il faut savoir que l'inventeur initial se nomme Désiré Thomas Piot, qui, alors qu'il était londonien, déposa deux brevets n°20081 (en 1891) et n°26823 (en 1897). Cet ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature...) français, spécialiste en génératrices électriques, s'est illustré au concours Lépine, et sa première action notoire en " technologie pop-pop " est une demande de brevet sur un perfectionnement des chaudières à vapeur. Il semble cependant si peu convaincu par son invention qu'il mentionne que son moteur pourrait être utilisé à la propulsion de jouets.
Le moteur est constitué par un serpentin, contenant de l'eau, chauffé par une source de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...). Les deux extrémités du serpentin aboutissent à la poupe (l'arrière) du bateau sous le niveau de la flottaison. Le serpentin doit être rempli d'eau avant le démarrage du moteur. Si le moteur est correctement réalisé, il ne s'arrête qu'à l'extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque...) du foyer.
En 1924, C.J. Mc Hugh prit en Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et...) le brevet n° 1,598,934 (Juin 1924). Il consistait à améliorer l'invention de l'ingénieur Piot, en créant une chambre d'évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente...) munie d'une membrane flexible à sa partie supérieure. Même si certains spécialistes de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) pop-pop dénigrent cet artifice qui diminuerait d'après eux le rendement de la machine, il est important de noter que le bruit généré par cette capsule flexible est à l'origine du nom de pop-pop, le moteur Piot étant quasiment silencieux.
Nous pouvons donc considérer que le nom scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) du moteur pop-pop est le moteur Piot-Hugh. Mais cette appellation a eu peu d'écho dans la presse scientifique.
Le schéma 1 représente un moteur pop-pop classique. On peut le réaliser avec une seule tuyère (Une tuyère ou tuyère propulsive, dans le domaine de l'astronautique, est un conduit (appelé...), le résultat est similaire mais le remplissage de l'évaporateur avec de l'eau est plus complexe. Il faut disposer d'une seringue (Une seringue (du grec syrinx, « tube ») est un instrument médical pourvu...) pour bien vider l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...). Esthétiquement parlant, les modèles à deux tuyères sont parfaits, le bruit est identique au même moteur équipé d'une seule tuyère.
Le principe de fonctionnement a priori
Comme nous l'avons vu plus haut, il s'agit d'une chaudière, constituée par l'espace entre deux lamelles de métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...), sur laquelle sont racordés deux tubes de faible diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...). L'extrémité des deux tubes est immergée dans l'eau à l'arrière du bateau. Une source de chaleur (bougie, alcool) chauffe régulièrement la chaudière.
Sur les bases d'une observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) attentive des utilisateurs, puis après avoir essayé soi-même, on peut en déduire trop rapidement qu'il suffit d'amorcer le processus en introduisant de l'eau dans l'un des tubes, de poser le bateau sur l'eau et de placer la source de chaleur sous la chaudière. Au démarrage, l'air chauffé s'échappe par le tube libre qui offre une moindre résistance, entraînant par aspiration de l'eau dans la chaudière. Cette dernière, portée à ébullition (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps...) s'échappe à son tour par le même chemin (voir le schéma 2), créant une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) de réaction qui fait avancer le bateau. Ce circuit se perpétue tant que la source de chaleur est en œuvre.
C'est presque vrai. Cette description du fonctionnement figurait dans l'article " Moteur à chaudière ouverte ", par analogie avec les chaudières ou les moteurs fonctionnant en milieu ouvert. Cependant le moteur fonctionne aussi s'il n'est muni que d'une seule tuyère. Ce n'est donc pas une circulation d'eau dans un sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) unique qui provoque la réaction propulsive.
Le véritable principe de fonctionnement
Le schéma 3 représente une coupe d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) bateau-chaudière-tubulure(s).
Quelques experts en thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur...), mécanique des fluides (La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie les écoulements de fluides...), et moteurs à réaction se sont penchés sur la technologie pop-pop. Parmi ceux-çi nous pouvons nous référer sérieusement aux travaux scientifiques, essais, mesures et calculs théoriques effectués par un professionnel de la construction navale et de la propulsion maritime. [2]
Il en ressort, après étude appronfondie, qu'il est plus facile de définir comment ne marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un...) pas un moteur pop-pop, que de préciser son véritable fonctionnement. Cependant un consensus semble se dégager parmi les très respectables ingénieurs qui, sans aide ni subvention (Une subvention est une aide financière, c’est-à-dire une somme d’argent, qui est...), ont réalisé des essais longs et coûteux, au péril de leur vie (La vie est le nom donné :) (brûlures, explosions) mais dans le louable esprit de faire avancer la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...). Donc, partant d'un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de constatations qui peuvent être reproduites par toute personne équipée d'un banc d'essai (un réservoir, une cuve, une baignoire etc.), on peut vérifier que :
- Le bateau pop-pop n'avance pas si l'on bouche (La bouche (encore dénommée cavité buccale ou cavité orale) est l'ouverture par...) la ou les tuyères. Ce ne sont donc ni le bruit ni les vibrations qui le propulsent.
- Le bateau pop-pop brûle ou fond, explose ou coûle si l'on dispose les tuyères au dessus de la ligne de flottaison. Il expulse presque d'un coup l'eau devenant bouillante dont on a rempli le circuit, puis s'arrête, même si la tuyère est coudée (La coudée (lat. cubitus) est une unité de longueur vieille de plusieurs milliers d'années. Elle...) de sorte à retenir un peu d'eau.
- Le bateau pop-pop n'avance pas si l'on dirige les tuyères sur le côté au lieu de les laisser logiquement orientées vers l'arrière. On pouvait s'en douter, ceci prouve qu'il y a un phénomène de réaction. Si l'on inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...) la tuyère il recule.
- Le pop-pop avance avec une seule tuyère, il n'y a donc pas de circulation d'eau dans un seul sens. Ce n'est pas un bateau hydrojet (Un hydrojet est un système de propulsion maritime : l'eau est pompée sous le bateau puis...).
- Si l'on empêche le bateau d'avancer, il exerce, au point fixe (En mathématiques, pour une application f d’un ensemble E dans lui-même, un élément x de E...), une légère poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...). Ce ne sont donc pas les courants créés sur le plan d'eau par de pervers effets thermiques ou mécaniques qui le font avancer.
- Un simple serpentin peut remplacer le système à membrane. Le pop-pop avance, mais sans bruit. Contrairement à la fameuse moto, ce n'est donc pas l'échappement qui fait pop-pop, mais la membrane.
- Après la période de mise en route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie...), de quelques secondes, le bruit devient régulier, à une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) de quelques Herz. Il y a donc une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de démarrage et un régime de croisière.
- Si l'on chauffe trop fort, le moteur pop-pop a des hoquets qui sont symptomatiques d'un fonctionnement en perpétuel régime de démarrage.
- Quand la source de chaleur s'éteint le moteur s'arrête à partir du moment où la mêche de la bougie n'est plus incandescente.
Toutes ces constatations, et encore bien d'autres qu'il serait fastidieux d'énumérer ici, associées aux résultats de calculs de thermodynamique ne pouvant être contestés, permettent d'envisager, avec toutes les précautions qui s'imposent, que le fonctionnement typique du moteur pop-pop peut être défini comme suit :
- Après remplissage du circuit par de l'eau, en évitant d'y laisser de l'air ce qui retarderait son fonctionnement normal, ou même le ferait proprement s'étouffer au démarrage, et après avoir allumé la bougie, ou le " méta ", l'avoir délicatement déposé sur la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) du plan d'eau, la chaleur de la bougie se communiquerait à la cuve (au réservoir muni de la membrane), ce qui créerait de la vapeur qui pousserait l'eau de la cuve et une partie de celle du tuyau au dehors. Dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...).
- La dépression créée par l'avancée de ce tube d'eau, combinée à celle générée par le refroidissement de la vapeur surchauffée en vapeur saturée, réaspirerait de l'eau dans la tuyère (ou dans les tuyères), dans un deuxième temps, une partie de la vapeur saturée étant alors surchauffée ce qui recréerait le premier temps.
Le moteur pop-pop est de ce fait un moteur alternatif deux temps à combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) externe à vapeur à échange thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) diphasé.
Sachant ce qui fait du bruit, la membrane, sachant qu'un tube d'eau effectue un va-et-vient dans la tuyère, le problème de la propulsion n'en est pas pour autant éclaici. Sur ce point (Graphie) les avis divergent :
- On peut considérer que l'eau est éjectée plus vite qu'elle n'est réaspirée. La différence d'énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est...) créerait la propusion.
- On peut, comme la plupart des spécialistes, estimer que l'eau est aspirée dans toutes les directions alors qu'elle n'est rejetée que dans le sens inverse de la marche. On aurait donc un effet réactif de marche avant à l'expulsion, un moindre effet réactif de marche arrière à l'aspiration. [3]
- On peut aussi adopter une position neutre et souhaiter qu'à l'avenir des recherches expérimentales plus appronfondies permettront de lever le doute.
Derniers développements, brevets et marques déposées
- On pourra consuler une liste des brevets déposés. [4]
- Le nom de " bateau à moteur pop-pop " a été déposé à l'INPI le 26/10/1995 sous le N° 95595116 et appartient à La Droguerie de Marine.
Construction amateur
Même si l'on peut se procurer assez facilement un bateau pop-pop prêt à l'emploi, il est amusant de le construire soi-même. Quelques passionnés conseillent les constructeurs amateurs, il est utile de s'en inspirer :
Il semble cependant prudent de se souvenir que ces jouets peuvent s'avérer dangereux, parce qu'ils brûlent, et ne doivent pas être laissés entre toutes les mains.
Constructeurs, distribution
Les principaux chantiers se situent en Inde. La matière première utilisée pour la coque est le fer-blanc, parfois le laiton pour la cuve de la chaudière et la tuyauterie. On peut s'en procurer facilement en ligne, quelques magasins de jouets et certains bureaux de tabac.
Compétitions
La grande compétition de bateaux à moteurs pop-pop, dite Championnat du monde de Loguivy-de-la-Mer de bateaux à moteur pop-pop se déroule chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) à Loguivy-de-la-Mer. [5]