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Chapitre 7
Un peu d’histoire :
le rêve de Rudolf Diesel
*
C’est l’histoire d’un moteur né dans la marge d’un
cours de thermodynamique. « Kann man Dampfmaschinen konstruieren, welche den vollkommenen
Kreisprozess ausführen, ohne zu sehr kompliziert zu
sein? » : peut-on construire des machines à vapeur
capables d’effectuer le cycle idéal sans être trop complexes ? L’étudiant Rudolf Diesel se pose la question
en marge de ses notes en 1878 à Munich, ayant réalisé que le cycle moteur suivi par les machines à
vapeur de son époque les condamne irrémédiablement à des rendements médiocres.
Ainsi va mûrir au fil des années le concept d’un
moteur à chaleur rationnel, dont les caractéristiques
seront finalement publiées en 1893 [23, 24]. Rudolf
Diesel est sans équivoque : « un examen de leur
théorie de fonctionnement montrera que les moteurs à gaz et à air fonctionnent sur la base d’un
principe défectueux, et aucune amélioration ne produira de meilleurs résultats tant que ce principe est
retenu ». Il n’est pas plus tendre avec les concepteurs des moteurs à vapeur.
Les principaux traits du moteur proposé découlent
strictement de préceptes physiques : il s’agit de
s’approcher au plus près du cycle de Carnot, en
« produi[sant] la température la plus haute du cycle
(la température de combustion) non pas par et pendant la combustion, mais avant et indépendamment
d’elle, entièrement par la compression d’air ordinaire ». S’en suit une combustion à température
constante, contrôlée par injection progressive de
carburant. Seules la vidange et l’admission (effectuées à pression constante avec un cycle à quatre
temps) s’éloignent du cycle de Carnot.
Les caractéristiques annoncées sur le papier
donnent à réfléchir : la pression maximale
de compression doit être au moins de í µí± 2 =
í µí± 1 (
í µí± combustion
í µí± initiale )
í µí»¾
í µí»¾−1
(4/37), ce qui mène Rudolf Diesel à
300 bar – vingt fois plus que les moteurs existants !
Le concept de l’injection directe, que les hautes températures atteintes pendant la compression rendent
nécessaire afin d’éviter une combustion prématurée,
est convaincant. Toutefois, il manque bien des détails sur la manipulation de la poudre de charbon –
carburant choisi par Rudolf Diesel pour son abonFigure 7.13 – Rudolf Diesel en 1883.
Photo d’auteur inconnu (domaine public)
dance et son faible coût – qui permettra en pratique
son injection directe dans les cylindres.
Malgré tout, Rudolf Diesel, après un début de carrière remarqué dans la conception de systèmes de réfrigération, réussit à convaincre l’entreprise Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg, connue aujourd’hui
sous le nom de man, de financer ses recherches.
Elles seront difficiles : le passage de la théorie à
la pratique pendra quatre ans. Beaucoup d’ambitions sont revues à la baisse : la pression maximale
descend à 90 puis 40 bar, la poudre de charbon est
abandonnée au profit d’une huile peu raffinée de
manipulation plus simple. Comme ce sont les limites structurelles du moteur qui contraignent le
cycle, la combustion isotherme est remplacée par
une isobare à pression maximale. Le second prototype, un mono-cylindre de près de trois mètres de
hauteur (figure 7.14), est le premier à fonctionner de
façon autonome : huit minutes en février 1894. Les
performances du troisième prototype (figure 7.15)
seront mesurées indépendamment en 1897 : 17 ch à
154 rpm, et un rendement de 26,2 %. Cette efficacité
était deux fois supérieure à celle de ses contemporains à combustion interne, et quatre fois supérieure
à celle des meilleurs moteurs à vapeur !
Man met rapidement en vente le moteur rationnel,
rebaptisé Diesel, qui connaîtra un succès progressif
en Europe. Sa régularité en fonctionnement, sa fiabilité et surtout sa faible consommation justifient
son important coût d’achat : à cause des matériaux
et de la précision de fabrication qu’il requiert, son
prix par watt de puissance est environ trois fois supérieur à ses concurrents. Les brevets déposés par
Rudolf Diesel lui assurent un revenu important.
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen
Chapitre 7
Un peu d’histoire :
le rêve de Rudolf Diesel
*
C’est l’histoire d’un moteur né dans la marge d’un
cours de thermodynamique. « Kann man Dampfmaschinen konstruieren, welche den vollkommenen
Kreisprozess ausführen, ohne zu sehr kompliziert zu
sein? » : peut-on construire des machines à vapeur
capables d’effectuer le cycle idéal sans être trop complexes ? L’étudiant Rudolf Diesel se pose la question
en marge de ses notes en 1878 à Munich, ayant réalisé que le cycle moteur suivi par les machines à
vapeur de son époque les condamne irrémédiablement à des rendements médiocres.
Ainsi va mûrir au fil des années le concept d’un
moteur à chaleur rationnel, dont les caractéristiques
seront finalement publiées en 1893 [23, 24]. Rudolf
Diesel est sans équivoque : « un examen de leur
théorie de fonctionnement montrera que les moteurs à gaz et à air fonctionnent sur la base d’un
principe défectueux, et aucune amélioration ne produira de meilleurs résultats tant que ce principe est
retenu ». Il n’est pas plus tendre avec les concepteurs des moteurs à vapeur.
Les principaux traits du moteur proposé découlent
strictement de préceptes physiques : il s’agit de
s’approcher au plus près du cycle de Carnot, en
« produi[sant] la température la plus haute du cycle
(la température de combustion) non pas par et pendant la combustion, mais avant et indépendamment
d’elle, entièrement par la compression d’air ordinaire ». S’en suit une combustion à température
constante, contrôlée par injection progressive de
carburant. Seules la vidange et l’admission (effectuées à pression constante avec un cycle à quatre
temps) s’éloignent du cycle de Carnot.
Les caractéristiques annoncées sur le papier
donnent à réfléchir : la pression maximale
de compression doit être au moins de í µí± 2 =
í µí± 1 (
í µí± combustion
í µí± initiale )
í µí»¾
í µí»¾−1
(4/37), ce qui mène Rudolf Diesel à
300 bar – vingt fois plus que les moteurs existants !
Le concept de l’injection directe, que les hautes températures atteintes pendant la compression rendent
nécessaire afin d’éviter une combustion prématurée,
est convaincant. Toutefois, il manque bien des détails sur la manipulation de la poudre de charbon –
carburant choisi par Rudolf Diesel pour son abonFigure 7.13 – Rudolf Diesel en 1883.
Photo d’auteur inconnu (domaine public)
dance et son faible coût – qui permettra en pratique
son injection directe dans les cylindres.
Malgré tout, Rudolf Diesel, après un début de carrière remarqué dans la conception de systèmes de réfrigération, réussit à convaincre l’entreprise Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg, connue aujourd’hui
sous le nom de man, de financer ses recherches.
Elles seront difficiles : le passage de la théorie à
la pratique pendra quatre ans. Beaucoup d’ambitions sont revues à la baisse : la pression maximale
descend à 90 puis 40 bar, la poudre de charbon est
abandonnée au profit d’une huile peu raffinée de
manipulation plus simple. Comme ce sont les limites structurelles du moteur qui contraignent le
cycle, la combustion isotherme est remplacée par
une isobare à pression maximale. Le second prototype, un mono-cylindre de près de trois mètres de
hauteur (figure 7.14), est le premier à fonctionner de
façon autonome : huit minutes en février 1894. Les
performances du troisième prototype (figure 7.15)
seront mesurées indépendamment en 1897 : 17 ch à
154 rpm, et un rendement de 26,2 %. Cette efficacité
était deux fois supérieure à celle de ses contemporains à combustion interne, et quatre fois supérieure
à celle des meilleurs moteurs à vapeur !
Man met rapidement en vente le moteur rationnel,
rebaptisé Diesel, qui connaîtra un succès progressif
en Europe. Sa régularité en fonctionnement, sa fiabilité et surtout sa faible consommation justifient
son important coût d’achat : à cause des matériaux
et de la précision de fabrication qu’il requiert, son
prix par watt de puissance est environ trois fois supérieur à ses concurrents. Les brevets déposés par
Rudolf Diesel lui assurent un revenu important.
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen