Moteur pop-pop

Bateau (jouet) à moteur pop-pop

Le moteur pop-pop est un moteur à vapeur servant à la propulsion de petits bateaux jouets.

Sa dénomination provient de l'onomatopée évoquant le bruit caractéristique de son fonctionnement. Ce bateau ou moteur a ainsi des noms variables selon les langues : Pop-pop (anglais), Knatterboot, Put-Put, Puff-Paff, Toc-Toc (allemand) ou bien put-put, phut-phut, pouet-pouet^[1], Can-Can-boot.

Description

Le moteur pop-pop est des plus simples : un bruleur (typiquement une petite bougie plate), une petite chaudière remplie d'eau au départ, et typiquement deux tubes fins partant de cette chaudière, avec l'autre l'extrémité sous le niveau de l'eau et orientée vers l'arrière. Un seul tube suffirait pour le fonctionnement (Cf. infra), cependant le remplissage initial de la chaudière serait difficile alors qu'avec deux tubes il est aisé.

- fig. 1 - Moteur pop-pop classique à deux tuyères - vue de dessous - Une bougie, une cuve de chauffe et deux tubulures - Les petites flèches situées à l'extrémité des deux tubulures, ou tuyères, tentent de schématiser la circulation de l'eau

L'inventeur initial est Désiré Thomas Piot, qui, alors qu'il était londonien, déposa deux brevets n°20081 (en 1891) et n°26823 (en 1897). Cet ingénieur 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.

Son moteur est constitué par un serpentin, contenant de l'eau, chauffé par une source de chaleur. 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 du foyer.

Le 10 octobre 1916, C.J. Mc Hugh se voit accorder aux États-Unis le brevet n° 1 200 960 (US Patent)^[2]. Il consiste à améliorer l'invention de l'ingénieur Piot, en créant une chambre d'évaporation munie d'une membrane flexible à sa partie supérieure. Même si certains spécialistes de la technologie pop-pop dénigrent cet artifice qui diminuerait d'après eux le rendement de la machine, 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 du moteur pop-pop est le moteur Piot-Hugh. Mais cette appellation a eu peu d'écho dans la presse scientifique.

Fonctionnement

La figure 3 représente une coupe d'un ensemble bateau-chaudière-tubulure(s).

- fig. 2 - Un jouet utilisant le procédé (Inde). Attention, la description du fonctionnent est erronée !

Quelques experts en thermodynamique, mécanique des fluides, et moteurs à réaction se sont penchés sur la technologie pop-pop. Parmi ceux-ci 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^[3].
• à une étude qui a été réalisée dans un laboratoire universitaire^[4].

On peut vérifier que :

• le pop-pop avance avec une seule tuyère, et quand il y en a deux, il n'y a pas de circulation d'eau dans un seul sens. Ce n'est pas un hydrojet, ni une sorte de machine à vapeur en circuit ouvert (un engin qui aspirerait de l'eau froide et lente pour cracher de la vapeur chaude et rapide, la forte différence de vitesse produisant la propulsion) ;
• le bateau pop-pop avance par réaction : il recule si on oriente les tuyères vers l'avant, il n'avance pas si on les met sur le côté, vers le fond, etc. ;
• le bateau pop-pop n'avance pas si l'on bouche la ou les tuyères. Ce ne sont donc ni le bruit ni les vibrations qui le propulsent ;
• si l'on empêche le bateau d'avancer, il exerce, au point fixe, une légère poussée. Ce ne sont donc pas les courants créés sur le plan d'eau par des effets thermiques ou mécaniques qui le font avancer.

- fig. 3 - Moteur pop-pop en régime de croisière -

• le bateau pop-pop brûle, fond, explose ou coule 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 de sorte à retenir un peu d'eau ;
• un simple serpentin peut remplacer le système à membrane. Le pop-pop avance, mais sans bruit. Ce n'est donc pas l'échappement qui fait pop-pop, mais la membrane ;
• après la période de mise en route, de quelques secondes, le bruit devient régulier, à une fréquence de quelques hertz. Il y a donc une phase 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 mèche de la bougie n'est plus incandescente.

Toutes ces constatations, associées aux résultats de calculs thermodynamiques, 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 s'étouffer au démarrage), et après avoir allumé la bougie, la chaleur se communiquerait à la cuve (au réservoir muni de la membrane) ;
  • premier temps : la chaleur fait produire de la vapeur ; la pression monte, la membrane fait "pop" vers le haut, tandis qu'une partie de l'eau s'échappe par le tube vers l'arrière (ce qui propulse l'engin),
  • deuxième temps : entrainée par son mouvement, l'eau dans le tube crée une dépression dans la chaudière ; le mouvement de l'eau dans le tube s'inverse donc, de l'eau est aspirée (mais contrairement au jet de poussée, l'eau est aspirée en provenance de toutes les directions, il n'y donc pas de force tirant le bateau vers l'arrière), et la membrane fait "pop" vers le bas ;
• des effets de condensation de la vapeur influencent aussi les variations de pression.

Ainsi, l'eau fait un va-et-vient dans le tube ; si le temps moteur, par réaction, est facile à comprendre, il est moins aisé d'expliquer pourquoi le mouvement inverse ne l'annule pas.

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^[5].

On peut considérer que la propulsion d’un bateau pop-pop, comme celle d’une méduse, peut s’expliquer quel que soit le système de motorisation. L’avancement résulte de la différence des quantités de mouvement mises en œuvre pour échanger de petits volumes d’eau avec le milieu extérieur^[6].

Derniers développements, brevets et marques déposées

Brevets

Des nouveaux brevets ont été déposés, destinés à perfectionner le moteur pop-pop de McHugh et à en étendre ses applications. Parmi ceux-ci, un brevet de Peter R. Payne de 1975^[7]. L'intérêt du texte du brevet tient en son explication sur le fonctionnement du pop-pop de McHugh et comment il envisage de l'améliorer.

Marques déposées

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

Chalutier pop-pop de construction amateur (pour Loguivy 2009)

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.

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^[8]. 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, dans quelques magasins de jouets et de souvenirs.

Compétitions

La grande compétition de bateaux à moteurs pop-pop^[9], dite Championnat du 1er avril du monde de Loguivy-de-la-Mer de bateaux à moteur pop-pop se déroule chaque année à Loguivy-de-la-Mer (Ploubazlanec)^[10]. Le championnat mondial du bateaux à moteur pop-pop qui s'est déroulé à Loguivy-de-la-Mer le 4 avril 2010 a été remporté par Monsieur Gérard Riou à la barre du modèle spécial «Canot de sauvetage».

Cinéma

• Dans le film d'animation de Hayao Miyazaki, sorti en 2008, Ponyo sur la falaise, le petit Sôsuke part à la recherche de sa mère à bord d'un bateau pop-pop, jouet agrandi par magie par Ponyo. La scène de mise en route détaille bien le remplissage de la chaudière et l'allumage^[11].

Voir aussi

• Un film de 1h15mn relate l'histoire du pop-pop. Le réalisateur remercie Wikipedia pour certains documents utilisés^[12].

Références

• Portail du monde maritime