Injection d'eau-méthanol

Connue depuis l'invention des moteurs à combustion interne, la technique d'injection d'eau a fait l'objet de nombreuses expérimentations, mais a finalement été peu utilisée.

Certaines personnes ont proposé de mettre de l'eau dans le carburant, et ce en affichant des résultats et des améliorations plus ou moins validés scientifiquement.

Il existe d'autres améliorations du moteur à explosion possibles, celles-ci beaucoup plus cadrées et validées scientifiquement, ce qui explique le manque d'intérêt pour les moteurs partiellement à eau.

Sommaire 1 Historique 2 Principe revendiqué 3 Utilisation d'eau en phase gazeuse 4 Utilisation d'un mélange eau-alcool 4.1 Principe 4.2 Utilisations 5 Avantage et inconvénients 6 Utilisations 7 Et aujourd'hui ? 7.1 Dispositifs controversés 8 Voir aussi 9 Références 10 Liens externes

Historique

Le premier à avoir eu l'idée d'injecter de l'eau dans des moteurs à combustion interne est Pierre Hugon en 1865, sur son moteur à gaz, l'eau ayant soi-disant « ordre de ralentir la combustion du gaz ». L'expérimentateur relève des courbes à l’indicateur thermique montrant que la courbe de détente s’améliore très sensiblement, doublant la puissance du moteur, avec aussi une nette baisse de la température (améliorant la durée de vie du moteur).

Puis les moteurs tournant au pétrole essayent l'injection d'eau. Relevant une puissance accrue et pressentant une augmentation de la longévité du moteur grâce à la baisse des températures, les constructeurs se pressent de l'expérimenter mais ne l'adoptent pas en grande série. Puis c'est au tour des moteurs tournant à l'huile lourde (extraite de schistes bitumeux) d'essayer ce nouveau système^[1].

Principe revendiqué

L'addition d'eau au carburant vise à mieux brûler un mélange plus pauvre en carburant, de manière plus complète, donc avec un meilleur rendement énergétique et chimique.

Si le carburant brûle mieux, il produit moins de polluants, en diminuant la consommation. L'investissement énergétique semblerait rentabilisé par l'augmentation du rendement (bien qu'aucune source scientifiquement valide ne puisse le confirmer). L'eau ne serait donc pas le carburant, mais agirait comme un « dynamiseur » qui permettrait de mieux brûler le carburant, à l'instar des vapocraqueurs.

La plupart de ces dispositifs peuvent être installés sans grosses modifications sur des moteurs ancienne génération (2 temps, essence à carburation simple ou Diesel à injection indirecte). Un réglage semble suffire, avec l'ajout d'un accessoire externe.

Utilisation d'eau en phase gazeuse

Les différents procédés sont :

• Intégration d'une machine à vapeur dans le moteur, les cylindres de combustion étant souvent à la fois la chaudière et les chambres de détente.
• Injection de vapeur d'eau dans les cylindres. La vapeur d'eau est injectée en général avec l'air de combustion, pour des raisons de facilité.
• Électrolyse de l'eau et injection du dihydrogène et du dioxygène gazeux dans les cylindres, en coefficients stoechiométriques. Dans ce cas également, il est plus facile d'injecter ces gaz avec l'air de combustion.

Dans les deux derniers cas, (injection de vapeur, ou bien de dihydrogène et de dioxygène), l'énergie de vaporisation ou d'électrolyse est prise sur le moteur, soit directement sous forme thermique, soit indirectement sous forme électrique, via la batterie. Les ordres de grandeur des puissances récupérables à la source (la puissance crête d'un alternateur est de l'ordre de 0,5 kW, ce qui est très petit comparé aux 70 kW moyens d'un moteur à combustion interne), ainsi que les bilans énergétiques globaux particulièrement peu documentés de ces modifications laissent penser que ces « améliorations » restent largement sujet à controverse (jamais d'essais normalisés sur banc moteur homologué, par exemple). En effet, il y a inadéquation totale entre la quantité d'énergie chimique injectée et les effets « mesurés ».

La vaporisation et l'électrolyse de l'eau sont extrêmement gourmandes en énergie (c'est d'ailleurs l'effet de refroidissement induit qui est utilisé pour maîtriser les fumées d'incendies) — si la vapeur d'eau a une grande énergie cinétique, c'est qu'on la lui a transmise.

Scientifiquement et concernant l'électrolyse, le procédé consiste à récupérer de la combustion l'énergie injectée pendant l'électrolyse moins le rendement de celle-ci et moins le rendement de l'alternateur. Comme l'énergie de la batterie n'est pas gratuite, mais produite par un alternateur lui-même relié au moteur et consommant de l'énergie, « le serpent se mord la queue ». Cette « invention » est donc une supercherie. Elle est basée sur la très fréquente ignorance du fait que l'électricité d'une voiture n'est pas gratuite, mais bien issue de la conversion coûteuse de l'énergie chimique de combustion en énergie mécanique, puis en énergie électrique. La batterie jouant le rôle de tampon, cette production d'énergie n'est pas ressentie mais bel et bien présente.

Concernant l'injection de vapeur d'eau à l'admission, aucune étude irréprochable n'a été réalisée en date de 2008. Dans le cas du moteur Pantone, les mesures faites par des instituts sérieux n'ont pas été convaincantes. Le « moteur à eau » de Jean Chambrin, techniquement un moteur à mélange d'eau et d'alcool, est pour sa part tombé dans l'oubli, sans surprise pour les scientifiques qui constataient l'absurdité du bilan énergétique revendiqué^[2].

Concernant l'injection de vapeur d'eau dans les gaz d'échappements et dont la partie de l'eau devenue gazeuse est réinjectée dans le moteur, la marque enregistrée Vulcano^[3] revendique un système breveté améliorant le rendement des moteurs. Le procédé se différencie du moteur Pantone par le fait que l'eau n'est pas injectée directement dans le moteur.

Utilisation d'un mélange eau-alcool

Utilisée principalement dans le domaine militaire, l'injection d'un mélange eau-méthanol dans un moteur permet d'augmenter la puissance de celui-ci de façon temporaire. Elle fait suite aux expérimentations sur l'injection d'eau dans les moteurs.

Principe

Cette technique est utilisée depuis la Seconde Guerre mondiale pour fournir un supplément de puissance lors de situations particulières :

• en combat aérien pour un avion de chasse
• pour faciliter le décollage avec une forte charge d'un bombardier ou d'un avion de transport
• ou simplement pour compenser la perte de puissance moteur provoquée par une température ambiante élevée et/ou une altitude de décollage élevée.

On utilise un mélange dosé à environ 50% d'eau et 50% de méthanol. Le méthanol augmente le pouvoir calorifique du kérosène. L'eau permet de limiter l'augmentation de température et augmente la masse volumique du mélange combustible, ce qui a pour effet d'améliorer le rendement de la combustion. L'augmentation de puissance est d'environ 15%.

Sur les moteurs à explosion, le mélange est en général injecté directement dans la chambre de combustion ou dans le carburateur. Sur les turbopropulseurs et turboréacteurs, le mélange est injecté dans la veine d'entrée d'air du réacteur.

Utilisations

Pendant la Seconde Guerre mondiale :

• sur le moteur allemand DB 605 équipant notamment les Messerschmitt BF109 et BF 110
• sur le moteur allemand BMW 801 équipant les Focke-Wulf Fw 190
• sur le moteur Pratt & Whitney R-2800-59 équipant les Republic P-47 Thunderbolt (à partir de la version P-47D)

Juste après la Seconde Guerre mondiale :

• sur le réacteur Pratt & Whitney J57 équipant les Boeing B-52 Stratofortress
• sur le réacteur General Electric J-47 équipant les Boeing B-47 Stratojet

Dans les années 1960/1970 :

• sur le turbopropulseur Rolls-Royce Dart RD21 du Bréguet Alizé
• sur le turbopropulseur Rolls-Royce Tyne 22 de l'avion de transport C-160 Transall
• sur le réacteur Rolls-Royce Pegasus de l'avion de combat à décollage vertical Hawker Siddeley Harrier

Actuellement : Compétition / Dragster / Tuning

• sur les véhicules à moteurs turbo-essence, l'injection permet de diminuer la temperature de la chambre de combustion et d'introduire un liquide ou gaz a haut pouvoir calorifique.La diminution de la temperature et l'augmentation du pouvoir calorifique augmente considerablement les performances moteur en prevenant la casse moteur.

Avantage et inconvénients

Sur tous les moteurs et avec tous les carburants essayés, les avantages relevés sont :

• gain de puissance utilisable (en autorisant une vitesse de rotation plus élevée ou un taux de compression supérieur),
• diminution nette des émissions de NOx,^{[réf. nécessaire]}

avec en contrepartie :

• Dosage difficile, pouvant entrainer une diminution du rendement,
• nécessité d'embarquer un réservoir d'eau.

Ce qui fait que cette technique ne fut utilisée que de manière limitée dans des situations particulières.

Utilisations

L'injection d'eau semble avoir surtout été utilisée dans le domaine militaire, pour permettre d'augmenter de manière temporaire la puissance de moteurs.

Et aujourd'hui ?

Le carburant pétrolier étant gras, il faut ajouter un émulsifiant, qui est vendu et licencié très cher. La firme pétrolière ELF avait proposé un carburant gazole additionné d'eau (11,5 %), avec un additif émulsifiant (tensioactifs), destiné aux plus anciens moteurs Diesel. Ce mélange s'appelait Aquazole et, bien qu'il ait été utilisé par la RATP pour une série de ses bus et par d'autres opérateurs d'autobus et autocars (notamment CGEA), son usage ne s'est pas répandu.

L'intérêt de cette émulsion étant essentiellement une réduction de la production de particules et d'oxydes d'azote. La colonisation des réservoirs par des bactéries (eau + source carbonée). Son principal intérêt est la diminution de la pollution^[4],[5], notamment de l'opacité des fumées. Mais non seulement les résultats étaient faible, mais le mélange n'est plus compatible avec les moteurs Diesel récents (filtre à particule). D'autre part l'Aquazole n'a jamais revendiqué de diminution de la consommation. Le groupe Total semble avoir abandonné cette filière.

L'injection d'eau dans les moteurs essence et Diesel actuels est considérée comme dénuée d'intérêt car le seul avantage, la diminution de la pollution par les NOx, est battu en brèche par l'utilisation de l'injection directe, d'échangeur de température et de pot catalytique.

L'entreprise Aquamist fabrique encore des systèmes permettent l'injection d'eau dans des moteurs mais avec une orientation à la compétition automobile et a l'amélioration des moteurs turbo-essence à haut rendement.

Les systèmes d'injection d'eau sont au XXI^e siècle très utilisés en compétition automobile car il permettent d'augmenter la pression de suralimentation de par la capacité qu'ils ont de diminuer le cliquetis.^{[réf. nécessaire]}

Une approche du « pourquoi n'en profitons nous pas sur nos voitures de tous les jours » est qu'il faudrait faire « le plein » d'eau distillée à chaque fois que l'on fait le plein d'essence et un moteur réglé pour fonctionner avec l'injection d'eau deviendrait très vulnérable en cas d'utilisation sans eau.

Dispositifs controversés

Différents dispositifs prétendent améliorer le fonctionnement des moteurs en remplaçant une partie du carburant par de l'eau, selon des principes tout à fait inexplicables selon les lois de la physique, comme le moteur Pantone ou le moteur à eau-alcool de Jean Chambrin. L'efficacité du moteur Pantone lors des mesures faites par des instituts sérieux n'ont pas été convaincantes^{[réf. nécessaire]}. Le moteur de Jean Chambrin, présenté en 1974, est tombé dans l'oubli^[6].

Voir aussi

• Enrichissement hydrogène du carburant

Références

Liens externes

• Description du système d'injection eau-méthanol du C-160 Transall