Brûler du carburant pour se propulser,
un moteur à deux temps ou à quatre temps

 

Introduction

" Avoir un moteur à la portée de tous, une puissance mécanique toujours prête qui agira au moment même où on aura à l'employer " écrit le journaliste Emile Bourdelin dans l'Illustration en 1860, vantant ainsi les mérites du moteur à explosion de Lenoir.

De tous temps, l'homme a cherché à s'affranchir d'un travail physique harassant. En inventant le moteur à explosion, plus exactement le moteur à combustion interne à pistons, il découvre une machine dont il peut disposer quand il le souhaite.

Apparu au 19^e siècle, le moteur à combustion interne s'affirmera comme le moteur du 20^e siècle. Il est devenu le type de motorisation des véhicules le plus répandu de nos jours.

Les principes du moteur à explosion

Le moteur communément appelé moteur à explosion est en fait un moteur à combustion interne dans lequel l'énergie calorifique, provenant de l'inflammation d'un mélange air-essence, est transformée en énergie mécanique. C'est le type de motorisation de véhicules le plus répandu de nos jours. Il comprend deux types.

Le moteur à quatre temps

Premier temps : admission
La soupape d'admission s'ouvre, le piston descend dans le cylindre, le mélange d'essence et d'air pénètre.
Deuxième temps : compression
La soupape se referme, le piston remonte et comprime le mélange d'air et d'essence. Ce dernier monte en pression et en température. Il devient alors très inflammable.
Troisième temps : explosion
Une étincelle fait exploser le gaz ; les gaz dilatés repoussent le piston vers le bas, c'est le temps moteur.
Quatrième temps : échappement
Le piston remonte, la soupape d'échappement s'ouvre et les gaz brûlés sont évacués.

Le moteur à deux temps

Par rapport au moteur à 4 temps, le moteur à deux temps est moins lourd et plus simple. Il est utilisé surtout sur les vélomoteurs et les motos.

Premier temps : Combustion-détente-échappement
Le travail fourni par la combustion des gaz brûlés fait descendre le piston. Le piston obture la lumière d'admission, comprime le mélange air-carburant.
Deuxième temps : admission-compression
Le piston continue à descendre, découvre la lumière d'admission et d'échappement : le gaz en pénétrant chasse les gaz de combustion. Le piston remonte et comprime le mélange air-carburant. Ce dernier monte en pression et en température, ce qui facilite son inflammation au moment de l'étincelle : la combustion se fait.

Les précurseurs

Huygens et la poudre à canon.
Vers 1660, le savant hollandais Christiaan Huygens (1629-1695) imagine un cylindre parcouru par un piston et enfermant de la poudre à canon.
Enflammée par une mèche, la poudre chauffe l'air dans le cylindre. En se refroidissant, les gaz brûlés produisent un vide qui fait descendre le piston dans le cylindre.

Cependant, de nombreux problèmes se posent : difficultés de l'allumage, violence de la combustion… L'idée est abandonnée au profit de la vapeur.

Papin et la vapeur.
Denis Papin, inventeur français (1647-1714), est généralement considéré comme le père de la machine à vapeur.
Il remplace la poudre à canon par de la vapeur d'eau. En se refroidissant, la vapeur produit les mêmes effets mécaniques que la poudre. Il met ainsi en évidence que la vapeur est le vecteur énergétique le plus approprié à l'époque pour actionner une machine à piston.

Newcomen et la condensation
Pour augmenter la vitesse du piston, Thomas Newcomen, mécanicien anglais (1663-1729), asperge le cylindre d'eau froide, condensant ainsi rapidement la vapeur.
Le piston relié par une chaîne à un balancier parcourt alors à allure régulière sa course dans le cylindre.
C'est la première machine que l'on peut qualifier d'efficace et de fiable.

Watt et la vapeur pour déplacer le piston
En 1765, James Watt, ingénieur écossais (1736-1819), cherche à améliorer la machine de Newcomen, utilisant non plus le poids de l'air comme force motrice, mais les effets de la force élastique de la vapeur.
Il invente également le condensateur séparé, capable de maintenir une vitesse constante, créant ainsi un moteur à vapeur à application universelle.

Etienne Lenoir et le moteur à 2 temps

Le premier moteur à combustion interne est l'œuvre de l'ingénieur français Etienne Lenoir (1822-1900). C'est un moteur à 2 temps, sans compression préalable.
Utilisant le gaz d'éclairage comme carburant, c'est un moteur encore proche dans son architecture de la machine à vapeur.

La naissance du moteur à 4 temps

En 1862, Alphonse Beau de Rochas, ingénieur français (1815-1908), envisage une compression préalable dans le cylindre et précise le principe du cycle à 4 temps du moteur.

En 1876, l'ingénieur allemand Nicolas Otto (1832-1892) propose le premier moteur à 4 temps. Il faudra attendre 1883 pour voir équiper d'un moteur construit sur le principe de celui de Otto un véhicule à quatre roues.

Les premières automobiles

Le premier véhicule automobile à vapeur de l'histoire est le fardier de l'ingénieur français Nicolas Joseph Cugnot (1725-1804). Construit vers 1770, le fardier sert à tirer des pièces d'artillerie.
Equipé d'une machine à vapeur, le fardier donnera naissance " à d'autres voitures sans cheval ".

Les progrès réalisés dans la construction des moteurs servent alors de catalyseurs au développement de l'automobile
Le mode de propulsion des premières automobiles divise cependant les ingénieurs. Quelle énergie utiliser ?

Vapeur, électricité ou pétrole ?

La vapeur ?
La vapeur est à son apogée au 19e siècle avec l'expansion du chemin de fer et l'abandon de la marine à voile.
Cependant, les machines sont très lourdes et encombrantes.

L'électricité ?
Elle triomphe à l'exposition universelle de 1900 : la Tour Eiffel troque ses 22 000 becs de gaz pour un éclairage électrique.
Les moteurs électriques sont propres, silencieux, faciles à mettre en marche et à entretenir... mais ils manquent d'autonomie et leurs batteries sont lourdes.

L'essence ?
L'invention du moteur à explosion et la puissance de l'industrie pétrolière en plein développement aux Etats-Unis vont favoriser cette énergie.
Les moteurs à essence sont sales et bruyants ... mais ils sont légers et ils permettent une large autonomie. Le démarrage est quasi instantané.

Les premières courses sont de véritables aventures ; elles font connaître et diffusent les nouvelles technologies. En 1895, la course Bordeaux - Paris - Bordeaux est gagnée par Emile Levassor sur un véhicule à pétrole. La vapeur et l'électricité sont battues. Le moteur à pétrole s'impose vite dans le milieu de l'automobile.