Moteur à chaudière ouverte

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

Principe de fonctionnement

On peut considérer que le moteur pop-pop est une sorte de chaudière à vapeur dont la dilatation sert à expulser l'eau d'une conduite et que sa condensation sert à aspirer l'eau, par la dépression créée, dans la même conduite. Le résultat de l'opération d'un cycle est que le bateau avance. Pourquoi ? Les avis diffèrent. Certains vont même jusqu'à avancer que c'est uniquement parce que, le bateau étant pointu devant et large à l'arrière, la différence de pénétration dans l'eau entre la marche-avant et la marche-arrière explique que le bateau avance. Mais ceux qui ont vu une boite de thon en conserve transformée en bateau à moteur pop-pop avancer, pourront témoigner que cette explication ne peut pas être scientifiquement correcte, puisqu'invalidée par l'expérience.

Avant d'en détailler le fonctionnement, il faut savoir que l'inventeur initial se nomme 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.

- Schéma 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 - Image utilisée dans : de:Wikipedia article Knatterboot

Le 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.

En 1924, C.J. Mc Hugh prit en Amérique le brevet n° 1,598,934 (Juin 1924). Il consistait 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.

Le schéma 1 représente un moteur pop-pop classique. On peut le réaliser avec une seule tuyère, le résultat est similaire mais le remplissage de l'évaporateur avec de l'eau est plus complexe. Il faut disposer d'une seringue pour bien vider l'air. Esthétiquement parlant, les modèles à deux tuyères sont parfaits, le bruit est identique au même moteur équipé d'une seule tuyère.

Le principe de fonctionnement a priori

- Schéma 2 - Un jouet utilisant le procédé (Inde) (attention ! le fonctionnent décrit est faux.

Comme nous l'avons vu plus haut, il s'agit d'une chaudière, constituée par l'espace entre deux lamelles de métal, sur laquelle sont raccordés deux tubes de faible diamètre. L'extrémité des deux tubes est immergée dans l'eau à l'arrière du bateau. Une source de chaleur (bougie, alcool) chauffe régulièrement la chaudière.

Sur les bases d'une observation attentive des utilisateurs, puis après avoir essayé soi-même, on peut en déduire trop rapidement qu'il suffit d'amorcer le processus en introduisant de l'eau dans l'un des tubes, de poser le bateau sur l'eau et de placer la source de chaleur sous la chaudière. Au démarrage, l'air chauffé s'échappe par le tube libre qui offre une moindre résistance, entraînant par aspiration de l'eau dans la chaudière. Cette dernière, portée à ébullition s'échappe à son tour par le même chemin (voir le schéma 2), créant une force de réaction qui fait avancer le bateau. Ce circuit se perpétue tant que la source de chaleur est en œuvre.

C'est presque vrai. Cette description du fonctionnement figurait dans l'article « Moteur à chaudière ouverte », par analogie avec les chaudières ou les moteurs fonctionnant en milieu ouvert. Cependant le moteur fonctionne aussi s'il n'est muni que d'une seule tuyère. Ce n'est donc pas une circulation d'eau dans un sens unique qui provoque la réaction propulsive.

Le véritable principe de fonctionnement

- Schéma 3 - Moteur pop-pop en régime de croisière -

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

Quelques experts en thermodynamique, mécanique des fluides, et moteurs à réaction se sont penchés sur la technologie pop-pop. Parmi ceux-çi 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^[2]. Une étude a été réalisée dans un laboratoire universitaire^[3].

Il en ressort, après étude approfondie, qu'il est plus facile de définir comment ne marche pas un moteur pop-pop, que de préciser son véritable fonctionnement. Cependant un consensus semble se dégager parmi les très respectables ingénieurs qui, sans aide ni subvention, ont réalisé des essais longs et coûteux, au péril de leur vie (brûlures, explosions) mais dans le louable esprit de faire avancer la science. Donc, partant d'un certain nombre de constatations qui peuvent être reproduites par toute personne équipée d'un banc d'essai (un réservoir, une cuve, une baignoire etc.), on peut vérifier que :

• 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.
• Le bateau pop-pop brûle ou 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.
• Le bateau pop-pop n'avance pas si l'on dirige les tuyères sur le côté au lieu de les laisser logiquement orientées vers l'arrière. On pouvait s'en douter, ceci prouve qu'il y a un phénomène de réaction. Si l'on inverse la tuyère il recule.
• Le pop-pop avance avec une seule tuyère, il n'y a donc pas de circulation d'eau dans un seul sens. Ce n'est pas un bateau hydrojet.
• 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 de pervers effets thermiques ou mécaniques qui le font avancer.
• Un simple serpentin peut remplacer le système à membrane. Le pop-pop avance, mais sans bruit. Contrairement à la fameuse moto, 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, et encore bien d'autres qu'il serait fastidieux d'énumérer ici, associées aux résultats de calculs de thermodynamique ne pouvant être contestés, 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 proprement s'étouffer au démarrage, et après avoir allumé la bougie, ou le « méta », l'avoir délicatement déposé sur la surface du plan d'eau, la chaleur de la bougie se communiquerait à la cuve (au réservoir muni de la membrane), ce qui créerait de la vapeur qui pousserait l'eau de la cuve et une partie de celle du tuyau au dehors. Dans un premier temps.
• La dépression créée par l'avancée de ce tube d'eau, combinée à celle générée par le refroidissement de la vapeur surchauffée en vapeur saturée, réaspirerait de l'eau dans la tuyère (ou dans les tuyères), dans un deuxième temps, une partie de la vapeur saturée étant alors surchauffée ce qui recréerait le premier temps.

Le moteur pop-pop est de ce fait un moteur alternatif deux temps à combustion externe à vapeur à échange thermique diphasé.

Sachant ce qui fait du bruit, la membrane, sachant qu'un tube d'eau effectue un va-et-vient dans la tuyère, le problème de la propulsion n'en est pas pour autant éclairci. Sur ce point les avis divergent :

• On peut considérer que l'eau est éjectée plus vite qu'elle n'est réaspirée. La différence d'énergie cinétique créerait la propulsion.
• 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^[4].

• On peut aussi adopter une position neutre et souhaiter qu'à l'avenir des recherches expérimentales plus approfondies permettront de lever le doute.

Derniers développements, brevets et marques déposées

• On pourra consulter une liste des brevets déposés. ^[5]
• 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. 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, quelques magasins de jouets et certains bureaux de tabac.

Compétitions

La grande compétition de bateaux à moteurs pop-pop, dite Championnat du monde de Loguivy-de-la-Mer de bateaux à moteur pop-pop se déroule chaque année à Loguivy-de-la-Mer (Ploubazlanec)^[6].

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.

Voir aussi

Liens externes

• Le monde des jouets en métal et des bateaux pop-pop
• www.pop-pop.fr

Références

• Portail du monde maritime