5 • Cycles
thermodynamiques
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5.3 Les cycles moteurs à gaz
Néanmoins, tous les moteurs à gaz ne sont pas des moteurs à combustion interne fonctionnant en cycle ouvert, certains fonctionnent en cycle
fermé et avec apport externe de chaleur.
Dans un premier temps, ce sont ces cycles à gaz parfaits fermés que nous
allons considérer.
5.3.2 Le cycle de Carnot
Le cycle de Carnot a déjà été discuté précédemment, nous ne l’évoquons
à nouveau que pour présenter deux réalisations susceptibles de produire
un cycle de Carnot en circuit fermé (Figure 5.17) :
– un moteur alternatif à piston dans lequel toute la masse gazeuse subit
la même évolution au même instant. Pour le gaz, on a donc des
séquences temporelles alternées, on a un seul état thermodynamique
du cycle présent dans le circuit à un instant donné;
– un moteur à écoulement permanent dans lequel quatre composants fonctionnent simultanément. Le gaz décrit des séquences spatio-temporelles
alternées. Chaque élément de gaz décrit le même cycle mais à des
moments différents. À tout instant, on a en présence dans le circuit des
éléments se trouvant dans les différents états thermodynamiques du
cycle.
Une des raisons principales pour lesquelles le cycle de Carnot à gaz n’est
pas techniquement réalisable réside dans la difficulté à effectuer de façon
réversible les détente et compression isothermes : ceci exigerait des surfaces d’échange très importantes et ne pourrait conduire qu’à des flux de
chaleur et donc des puissances motrices très faibles, conséquence en
partie de la faible capacité calorifique de l’air.
5.3.3 Le cycle d’Ericsson
C’est un cycle ditherme réversible fermé qui comporte deux isobares et
deux isothermes (Figure 5.18). Pour réaliser ce cycle, il faut disposer
(Figure 5.19) d’un compresseur où est effectuée la compression isotherme à basse température, d’une turbine isotherme à haute température d’où est extraite l’énergie mécanique et d’un régénérateur
permettant de récupérer la chaleur du gaz chaud pour chauffer le gaz
thermodynamiques
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5.3 Les cycles moteurs à gaz
Néanmoins, tous les moteurs à gaz ne sont pas des moteurs à combustion interne fonctionnant en cycle ouvert, certains fonctionnent en cycle
fermé et avec apport externe de chaleur.
Dans un premier temps, ce sont ces cycles à gaz parfaits fermés que nous
allons considérer.
5.3.2 Le cycle de Carnot
Le cycle de Carnot a déjà été discuté précédemment, nous ne l’évoquons
à nouveau que pour présenter deux réalisations susceptibles de produire
un cycle de Carnot en circuit fermé (Figure 5.17) :
– un moteur alternatif à piston dans lequel toute la masse gazeuse subit
la même évolution au même instant. Pour le gaz, on a donc des
séquences temporelles alternées, on a un seul état thermodynamique
du cycle présent dans le circuit à un instant donné;
– un moteur à écoulement permanent dans lequel quatre composants fonctionnent simultanément. Le gaz décrit des séquences spatio-temporelles
alternées. Chaque élément de gaz décrit le même cycle mais à des
moments différents. À tout instant, on a en présence dans le circuit des
éléments se trouvant dans les différents états thermodynamiques du
cycle.
Une des raisons principales pour lesquelles le cycle de Carnot à gaz n’est
pas techniquement réalisable réside dans la difficulté à effectuer de façon
réversible les détente et compression isothermes : ceci exigerait des surfaces d’échange très importantes et ne pourrait conduire qu’à des flux de
chaleur et donc des puissances motrices très faibles, conséquence en
partie de la faible capacité calorifique de l’air.
5.3.3 Le cycle d’Ericsson
C’est un cycle ditherme réversible fermé qui comporte deux isobares et
deux isothermes (Figure 5.18). Pour réaliser ce cycle, il faut disposer
(Figure 5.19) d’un compresseur où est effectuée la compression isotherme à basse température, d’une turbine isotherme à haute température d’où est extraite l’énergie mécanique et d’un régénérateur
permettant de récupérer la chaleur du gaz chaud pour chauffer le gaz