Le moteur à combustion interne
Aujourd’hui, nous considérons que la voiture est une nécessité. Mais, à ses débuts, c’était un luxe que peu de personnes pouvaient s’offrir. Bien que la voiture nous permette d’aller où bon nous semble, c’est une façon de voyager qui est coûteuse. On appelle transports les mouvements qui font se déplacer les gens et les marchandises d’un endroit à un autre, par terre, mer ou air. Nous savons que les réserves mondiales de pétrole s’épuisent et que l’essence deviendra de jour en jour plus rare et plus chère. Cependant, c’est le pétrole qui fournit plus de 90 p. cent des combustibles nécessaires aux transports.
Les quantités de combustible utilisées dépendent du type de transport. Ce sont les trains qui en utilisent le moins, puis les bateaux et enfin les avions de ligne. Les voitures consomment globalement le plus de combustible, brûlant plus de 75 p. cent de toute l’énergie utilisée pour les transports en général. Cette énergie provient pour l’essentiel de l’essence ou du gas-oil. De tous les véhicules routiers, ce sont les voitures particulières qui consomment le plus d’énergie pour le service rendu. Un autobus peut transporter au moins cinquante personnes en consommant seulement le double de ce que consomme une voiture, qui ne transporte que trois ou quatre personnes. Une des façons d’économiser de l’énergie serait de restreindre l’usage des voitures particulières dans les villes et d’encourager l’utilisation des transports publics.
La clé du problème réside dans la façon dont le combustible est converti en énergie mécanique. Presque tous les véhicules routiers sont mus par des moteurs à combustion interne. Nous avons vu qu’une machine à vapeur brule du combustible dans une chaudière séparée du moteur. Le moteur à combustion interne, comme la machine à vapeur, utilise des pistons et des cylindres, mais le combustible est brulé à l’intérieur du cylindre.
Au début du XIXe siècle, on tenta de faire circuler des voitures à vapeur, mais ce fut un échec. Le charbon ou le bois prenant trop de place. On chercha alors à inventer un moteur plus léger et plus efficace. Le principe en fut étudié pour la première fois par le Français Beau de Rochas dès 1862 et appliqué par l’Allemand Nicolas Auguste Otto en 1870. Le moteur inventé par ce dernier utilisait du gaz de ville.
Ce moteur se distinguait des autres machines de l’époque en ce qu’il comprimait fermement le gaz dans un cylindre avant qu’il ne soit enflammé et brûlé. Il obtenait ainsi une puissance accrue. Les mouvements d’aller et retour du piston dans le cylindre étaient convertis en rotation au moyen d’un vilebrequin. Pour faire exécuter un tour complet (ou cycle) au vilebrequin, Otto imagina quatre mouvements, ou temps du piston. Son moteur fut connu alors sous le nom de moteur à quatre temps et le principe sous celui de cycle d’Otto, du nom de son inventeur.
Dans un moteur moderne à quatre temps, on utilise comme combustible de l’essence mélangée à de l’air. Pendant l’admission de ce mélange, le piston se retire, laissant alors entrer la vapeur d’essence par une soupape : c’est l’admission. La soupape d’admission se ferme lorsque le piston commence à monter dans le cylindre pour comprimer le mélange air-essence : c’est la compression. Le mélange étant fortement comprimé dans le haut du cylindre, une étincelle électrique produire par une bougie l’enflamme et le fait exploser : c’est le troisième temps, ou explosion. Les gaz ainsi produits repoussent violemment le piston vers le bas. Lorsque le piston remonte vers le haut (quatrième temps), la soupape d’échappement s’ouvre et les gaz brûlés sont évacués : c’est l’échappement. Et le cycle recommence.
Un des inconvénients du moteur à combustion interne ou du moteur à essence est qu’il est bruyant. De plus, les gaz d’échappement polluent l’atmosphère car ils contiennent des produits toxiques tels que du monoxyde de carbone et des composés à base de plomb, qui sont dangereux pour la santé. Le cycle d’Otto se répète des milliers de fois par minute quand le moteur marche. Durant la vie du moteur, il peut se répéter cinq cent millions de fois. On peut imaginer l’ampleur du problème posé par la pollution. Pour y remédier, les fabricants commencent à produire des autos plus économiques, comportant un ordinateur qui indique les niveaux de consommation et règle, parfois, automatiquement la marche du moteur. On espère pouvoir utiliser, au lieu de l’essence, de l’hydrogène ou du méthane, qui sont des sources d’énergie inépuisables. Une autre amélioration serait l’utilisation de voitures électriques Mais on ne sait pas encore fabriquer des accumulateurs d’électricité légers et puissants pour faire tourner ces moteurs, silencieusement non polluants, autrement que sur des trajets réduits et à des vitesses assez faibles.
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