Il convertit l’énergie chimique en énergie mécanique et, depuis plus d’un siècle, équipe l’écrasante majorité des véhicules de transport – voitures, motos, tracteurs et même bateaux. Ses performances encore inégalées et la formidable inventivité des ingénieurs lui ont fait traverser les décennies avec assurance, même si le moteur électrique tente désormais de rogner sa suprématie. On vous explique comment il fonctionne.

Quand vot’ moteur fait boum !

Rappelez-vous des premières cases de l’album Tintin au pays de l’or noir : Dupond et Dupont y sont en train de conduire leur voiture au son d’une chanson qui fait « Quand vot’ moteur fait boum », avant que ces paroles ne deviennent réalité et que leur moteur ne fasse « boum ! ». Dans la vraie vie, cependant, un moteur à explosion de véhicule peut-il… exploser ?

La réponse est non, ou très rarement. De fait, le nom de « moteur à explosion » est un abus de langage qui ne rend pas compte de l’ensemble des phénomènes qui s’y déroulent : il désigne en réalité le moteur à combustion interne, dans lequel le carburant est enflammé grâce aux bougies. En somme, un moteur à explosion n’explose pas : les gaz y brûlent seulement.

Il est utilisé essentiellement pour la propulsion des véhicules de transport, pour une grande variété d’outils mobiles ainsi que pour des installations fixes :

• Voiture
• Moto
• Camion
• Avion à hélice
• Bateau
• Tronçonneuse
• Tondeuse à gazon
• Groupe électrogène…

Le moteur à explosion sous toutes ses formes

Il existe trois types différents pour un moteur à explosion :

• Le moteur à quatre temps avec allumage commandé
• Le moteur Diesel quatre temps
• Le moteur à deux temps

La différence entre ces trois types de moteurs dépend du nombre de cycles pour les pistons (deux ou quatre), ainsi que du carburant utilisé pour le mélange qui est injecté à l’intérieur de ceux-ci (l’essence a besoin d’être enflammée, tandis que le gazole s’enflamme de lui-même sous certaines conditions).

Fonctionnement : le moteur à quatre temps

Son principe est simple : le moteur à explosion à quatre temps, ou moteur à allumage commandé, transforme l’énergie chimique stockée dans un carburant en énergie mécanique, par le biais de combustions rapides. Des cylindres plus ou moins nombreux confinent les combustions.

Le cylindre fonctionne à l’aide d’un piston qui coulisse. Il est fermé par une culasse pourvue d’au moins deux soupapes :

• La soupape d’admission, qui permet l’alimentation en mélange air/essence du cylindre par le collecteur d’admission ;
• La soupape d’échappement, qui permet l’évacuation des gaz brûlés vers l’échappement.

Comme son nom l’indique, le moteur à quatre temps fonctionne au gré de 4 cycles successifs :

• L’admission du mélange air/essence dans le piston ;
• Compression du mélange ;
• Combustion, lorsque la compression atteint son maximum, produite par la bougie d’allumage qui génère une étincelle ;
• L’échappement, qui chasse les gaz brûlés et laisse place à une nouvelle charge de mélange air/essence.

Le moteur diesel à quatre temps

Ce type de moteur fonctionne sur le principe du quatre temps à allumage commandé, à ceci près qu’il repose sur l’auto-inflammation du gazole. Celui-ci, une fois injecté dans l’air comprimé, s’enflamme presque instantanément sans avoir besoin d’une bougie (le fameux « allumage commandé »).

Les quatre temps sont :

• L’admission d’air par l’ouverture de la soupape ;
• La compression de l’air dans le piston ;
• L’injection, la combustion puis la détente ;
• L’échappement des gaz brûlés.

Sur un moteur diesel, les seules bougies présentes sont des « bougies de préchauffage » qui préchauffent les chambres de combustion, afin d’obtenir une température suffisante pour l’auto-inflammation du carburant.

Le moteur à deux temps

Ces moteurs utilisent les deux côtés du piston : la partie supérieure lors des phases de compression et de combustion ; la partie inférieure pour assurer le transfert des gaz d’admission (et d’échappement). Ils épargnent ainsi les deux cycles non producteurs d’énergie, produisant davantage de couple et de puissance.

De fait, les moteurs à deux temps bénéficient, en théorie, du double de travail par cycle. Ils sont également simples à fabriquer (parce qu’ils ont moins de pièces en mouvement). Par contre, ils consomment plus, s’usent plus rapidement et les véhicules qui en sont équipés sont moins agréables à conduire.

Pourquoi le moteur à explosion est dominant ?

Le moteur à explosion est progressivement devenu universel. Il a détrôné le moteur à vapeur et n’a pas encore été rattrapé par le moteur électrique. S’il équipe aujourd’hui la plupart des véhicules de transport, c’est parce qu’il regroupe de nombreux avantages que d’autres motorisations n’ont pas encore :

• Il est léger et de petite taille ;
• Il est facile d’utilisation ;
• Il est aisé à entretenir ;
• Il fonctionne avec divers carburants sans qu’il soit nécessaire de procéder à des modifications importantes : ainsi, il n’est plus rare de voir l’essence, d’origine pétrolière, remplacée par de l’alcool ou du gaz, et le gazole par des huiles végétales.

Ses concurrents peinent à rattraper leur retard : le moteur à vapeur est puissant, mais très encombrant et lourd. Quant au moteur électrique, solution alternative privilégiée pour les véhicules de transport, il utilise une source d’énergie dont on maîtrise encore mal le stockage. De fait, les batteries et leur autonomie sont encore au cœur du débat concernant les véhicules électriques.

Il semble donc que le moteur à explosion a encore de beaux jours devant lui. Ce n’est pas demain que vous cesserez, au volant, de chanter « Quand vot’ moteur fait boum ! ».