Le moteur Stirling peut, aujourd’hui, être utilisé pour alimenter des sous-marins, des satellites, des groupes électrogènes ou encore de refroidir des processeurs informatiques, des bâtiments, etc. Malgré cela, il reste encore très peu utilisé.

 

Au fils des années, le moteur Stirling a pu mettre en évidence ses points forts mais aussi ses points faibles.

 

• Points forts :

 

Silencieux : Pas d’explosion, moteur isolé de l’extérieur, peu de vibrations.

 

Performance: Rendement élevé selon la technologie, les températures et le régénérateur utilisés.

 

Les possibilités : Utilisation de différents gaz, de sources de chaleur différentes (bois, sciure, déchets, énergie solaire…)

 

Écologique : Répond au besoin de l'environnement. Ils ne polluent pas.

 

Fiabilité et maintenance aisée : Simplicité technologique permettant une très grande fiabilité.

 

Durée de vie : Peu de vibration, induit une longue durée de vie.

 

• ​Les inconvénients :

 

Le prix : Malgré la simplicité technologique, coût de développement élevé.

 

Peu connue : seuls quelques passionnés et professionnels en connaissent l’existence.

 

Nombre de modèles : Il n’y a pas de standardisation.

 

Étanchéité : L’étanchéité est un problème lors de hautes pressions ou selon le gaz utilisé (Dihydrogène)

 

Volumes : Les échanges calorifiques sont difficiles avec les gaz ce qui demande de gros volumes.

 

Souplesse : Les moteur Stirling ne permettent pas de variations de régime rapide et efficace.

 

Nos études nous ont permis de valider certaines de ces affirmations, mais aussi de les mettre en avant ou inversement.

 

Si l'on compare le moteur Stirling à un moteur à combustion interne, il va sans dire qu’il s’agit de la même cinématique, obéissant à la loi entrée-sortie, mais le reste du système est totalement différent. Le moteur Stirling reste dans sa globalité beaucoup plus simple. Les différentes stratégies (remplissage en air, durée et pression d’injection, cliquetis…) et les différentes technologies associées (pompe haute pression, injecteur, turbocompresseur, capteur…) des moteurs à combustion interne sont oubliées.

 

Dans cette étude, nous avons eu l’opportunité de comparer le rendement théorique et le rendement réel d’un moteur Stirling, 150 cm3, refroidie par de l’eau. Le gaz dans le cylindre était de l’air.

 

 

 

 

 

 

 

Nous avons eu à notre disposition un seul moteur, cette comparaison ne nous permet pas d’affirmer que les moteurs Stirling ont réellement un mauvais rendement global, car il faudrait réaliser cette comparaison sur différents moteurs. Nous n’avons également pas pu mettre en évidence le rendement thermodynamique réel et le rendement mécanique (Frottement mécanique, mécanique des fluides…).

Nous pouvons tout de même affirmer qu’il n’existe pas de régénérateur parfait et pour cela, le rendement thermodynamique d’un moteur Stirling ne pourra jamais être identique au rendement d’un moteur Carnot.

 

Nous avons pu comparer différents moteurs avec différents gaz (voir page 28 et Annexes). Nous avons comparé pour un même moteur, le rendement thermodynamique théorique avec de l’air, de l’hélium et du dihydrogène.

 

À partir des caractéristique du moteur de l’IUT et des gaz, nous avons pu calculer le rendement thermodynamique du système avec de l’air et du dihydrogène (voir page 28). D’après les différents calculs effectués, les rendements du système avec de l’air ou du dihydrogène sont identiques.

 

On sait que le rendement thermodynamique s’exprime de la façon suivante :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

On sait également que r = cp-cv et que γ = cp/cv donc :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D’après cette formule, le rendement thermodynamique dépend seulement de Gamma (γ=coefficient adiabatique).

 

L’air et le Dihydrogène sont des gaz diatomiques, de ce fait, les deux gaz ont un coefficient adiabatique d’environ 1.4. Cela explique les rendements identiques.

 

Dans les exercices de l’annexe, on compare de l’air et de l’hélium, dans ce cas-là, l’air est un gaz diatomique alors que l’hélium est un gaz monoatomique (coefficient adiabatique d’environ 1.66). Nous avons conclu que cela reviendrait à dire que thermodynamiquement le gaz utilisé à peu d’importance (si le coefficient adiabatique est le même).

Dans le cas où le coefficient adiabatique est le même pour les différents types de gaz comparés, ils changeraient seulement le rendement mécanique du moteur. Plus le gaz est lourd, plus il faudra d’énergie pour le mettre en mouvement, ce qui va engendrer à son tour une énergie de masse importante. Le Poids n’est pas la seule donnée du gaz à prendre en compte, la viscosité cinématique est également très importante. Dans le moteur Stirling, le gaz introduit dans le moteur est en constant mouvement. Si la viscosité cinématique est trop élevée, le mouvement du gaz sera ralenti par le contact entre le gaz et les parois que ce soit dans le cylindre, dans le régénérateur ou autour du déplaceur.

 

D’après les valeurs obtenues lors de l’étude du moteur Stirling de l’IUT en fonctionnement « machine frigorifique », nous pouvons conclure que le moteur Stirling fonctionne mieux en tant que moteur frigorifique qu’en moteur thermique.

Le moteur Stirling, en fonctionnement thermique, possède un mauvais rendement (ne dépassant pas les 15.5 %) en comparaison avec les moteurs à combustion interne d’aujourd’hui (rendements de 30%) Remarque : on compare seulement le rendement du  fonctionnement des moteurs et non du puits à la roue !

En tant que moteur frigorifique, ce moteur Stirling fonctionne excessivement bien : un coefficient de performance (COP) de 8 est une valeur très élevée. Pour élément de comparaison, un système de climatisation pour véhicule a un COP < 3.