Commentaires - Carburant du futur : une start-up américaine développe des procédés novateurs

  Invention d’un nouveau type de moteur rotatif utilisable avec de l’air comprimé. Le Moteur Rotatif à Air Pressurisé « MRAP » inventé par Monsieur Régis MUNOZ (2005) – Brevet déposé   Mon invention porte sur un moteur rotatif original, qui n’est ni de type Wankel, ni à turbine ( à air) ni de type quasiturbine. Il peut fonctionner avec du gaz (butane), GPL ou de l’essence mais est particulièrement bien adapté pour fonctionner avec un gaz pressurisé type air comprimé. Après plusieurs recherches, j’ai recueilli environ une cinquantaine de brevets concernant des systèmes rotatifs mais aucun ne ressemble à mon moteur.   Caractéristiques : Mon moteur rotatif à air pressurisé « MRAP » est parfaitement utilisable sur des véhicules de transports car son fonctionnement est comparable à celui d’un moteur électrique. Il n’a pas besoin de démarreur, il ne possède pas de soupape, pas de bielle, pas de volant d’inertie, pas de vilebrequin, pas de piston, pas d’arbre à came. A l’arrêt du véhicule, ce moteur s’arrête et il redémarre dans n’importe quelle position sans effort mécanique. La marche arrière du véhicule se fait par l’injection de l’air comprimé par l’orifice d’échappement. Dans cette configuration le moteur a un rendement médiocre (consommation d’air supérieure et vitesse réduite) mais la fonction marche-arrière est accidentelle.   Ce moteur est constitué de deux chambres déphasées de 180° (degrés) par rapport à l’axe du moteur. L’admission, la détente de l’air et échappement se font chaque demi-tour dans chaque chambre. Pendant qu’une chambre est en admission l’autre est en échappement. J’appelle cet ensemble mécanique une Unité Motrice. Cette unité motrice ne peut pas être constituée de moins de deux chambres pour que le moteur rotatif puisse fonctionner. Pendant un tour de cette unité motrice il y a quatre détentes d’air comprimé. Pendant le freinage du véhicule le moteur peut servir à comprimer de l’air dans un petit réservoir tampon.   Ce moteur rotatif a peu de trépidation et le couple est quasi linéaire ce qui lui permet de ne pas avoir besoin de volant d’inertie. Pour augmenter les performances de celui-ci, il est possible de réchauffer l’air comprimé pendant l’admission et/ou dans la chambre de détente. L’accouplement de plusieurs unités motrices sur le même axe moteur avec un déphasage de ces unités réparties sur 360° (degrés) permet de régulariser le cycle et le couple moteur mais surtout de gagner en puissance.   Comme je l’ai déjà dit, le régime moteur est bas. Ce faible régime est dû à l’utilisation d’un gaz comprimé. En effet, lorsque l’air comprimé est injecté dans le moteur, la détente de cet air met un certain temps pour se dilater. La qualité d’un moteur tient dans son couple, sa puissance, sa régularité cyclique (trépidation) et ses masses en mouvement. Mon moteur rotatif « MRAP » possède toutes ces caractéristiques mais avec un régime d’environ 3500tr/min. Malgré tout, il peut tourner à 5000tr/min mais la perte d’énergie due à l’air comprimé non détendu dans les chambres du moteur est considérable et de ce fait stupide.   Sa masse est très faible car il peut être réalisé entièrement en matière plastique si l’on utilise seulement avec de l’air comprimé. Il ne possède que sept pièces mécaniques et la masse des pièces en mouvement est aussi extrêmement faible. Ce moteur rotatif peut être utilisé sur des tendeuses, sur tout type de véhicule de transport, sur des chariots industriels et même à la place de certains moteurs électriques qui équipent des machines. Ce moteur est facilement intégrable car il est de forme rectangulaire lorsqu’il est équipé de carter. Il est possible d’obtenir plus de 100 chevaux avec ce moteur rotatif par addition d’unité motrice.   Un rendement honorable : Le rendement mécanique de mon moteur rotatif est excellent (supérieur à un moteur à piston). Le rendement énergétique d’un gaz comprimé, lui, est mauvais. Pour exemple et pour comparaison, voici quelques chiffres énergétiques (en Joules) :  -         pour 1kg d’essence, on a environ 40MJ  -         pour 1kg de batterie, on a environ 200kJ -         pour 1kg d’air comprimé à 300 bars, on a environ 100kJ   Un moteur électrique actuel consomme autour de 20kWh aux cents kilomètres soit environ 70MJ d’énergie. Admettons que mon moteur possède un rendement mécanique égal à celui d’un moteur de voiture électrique il nous faut donc un réservoir d’air comprimé d’environ 700 litres à 350 bars. Pour réduire le volume du réservoir il faut réduire la consommation et pour réduire la consommation il faut réduire la masse totale du véhicule. L’utilisation d’un véhicule type Smart paraît assez bonne (ou même des deux roues genre vélomoteur).   Afin de parcourir environ 200km par jour, utilisation urbaine pour se rendre au travail et faire les courses, il faut un véhicule avec une masse totale ne dépassant pas 700kg (personnes comprises). La vitesse moyenne ne doit pas dépasser 70km/h. Avec ces paramètres et un véhicule type Smart équipé d’un réservoir de 300 litres d’air comprimé à 350 bars, il est possible de parcourir environ 200km avec une vitesse moyenne de 70km/h. Ce type de véhicule serait seulement utilisable en milieu urbain mais c’est déjà un pas vers moins de pollution dans les villes. Ces calculs ont été effectués en prenant les plus mauvaises conditions.   Pour mes calculs je suis parti du principe que seul un tiers (1/3) de l’énergie de la détente du gaz était transformée en énergie mécanique. Mon moteur rotatif « MRAP » de 100mm de diamètre et 100mm de longueur devrait développer 3 chevaux à 1200tr/min avec une pression d’entrée de 6 bars.   Où trouver l’air comprimé ? Depuis plusieurs années EDF cherche un moyen pour stocker l’énergie électrique produit et non consommée. Mon idée est que les sociétés qui produisent l’énergie électrique comme EDF puissent mettre en route, à distance, des groupes de compresseurs dans des stations services pour transformer l’énergie électrique non consommée en air comprimé et ainsi disposer de borne de recharge pour les véhicules à air. Chez soi, un petit compresseur équipé d’un moteur électrique d’environ 5KW peut recharger un réservoir de 300 litres en 4 heures, soit 20kWh * 0,0960 €/kWh = 1,92 € le plein pour parcourir 100km (tarif EDF).   Vous avez dit écologie ? Utiliser l’électricité de panneaux solaires ou des éoliennes pour alimenter des stations de compresseurs d’air comprimés c’est aussi possible à condition de vouloir le faire !   Parlons sécurité : Le réservoir dans le véhicule doit être fabriqué avec de la fibre de carbone tressée à l’intérieur entouré d’une fine couche de fibre de verre et de résine. Cette configuration est nécessaire pour une sécurité accrue. En cas de choc, le réservoir n’explose pas sous la pression car la fibre de verre et le carbone se déchirent. Donc l’air comprimé contenu dans celui-ci s’échappe sans danger d’explosion. Ce type de réservoir existe déjà.   Il convient aussi à la bi-énergie : Pour conclure ce sujet, mon moteur rotatif « MRAP »  peut aussi fonctionner avec une source bi-énergies type air comprimé et GPL ou gaz propane ou autre. Dans cette configuration d’alimentation bi-énergies, le moteur rotatif peut fonctionner avec l’air comprimé en ville ou, pour les vitesses inférieures à 70km/h, en mode bi-énergie (air comprimé + GPL) sur route ou pour une vitesse supérieure à 70km/h, et en mode GPL seul pour un long trajet (ou si le réservoir d’air comprimé est vide). Ce moteur rotatif « MRAP » est souple, polyvalent et multi-énergies. De plus, il est facile à fabriquer, facile à monter et démonter. Le coût des matières premières est faible et son montage simple permet d’employer de la main d’œuvre peu qualifiée.   Perfectionnement du Moteur Rotatif (le 25/04/2005) : Dans la nouvelle version du moteur rotatif MRAP, il n’y plus d'arbre moteur qui sort de chaque extrémité du bloc. L'arbre, a été remplacé par un tube creux, qui s'arrête aux bords du stator, et traverse en son centre toute la longueur du moteur.     Utilisation du concept :     1.      Une turbine pour bateau, ou jet ski par exemple Explication : Le moteur rotatif est composé de deux tubes. Le petit tube est dans le gros et ces deux tubes sont reliés ensemble par le plateau. L'ensemble plateau, petit tube (qui remplace l'axe) et gros tube (le corps) forme une seule pièce le ROTOR Si nous incorporons une hélice à l'intérieur du petit tube, nous avons une turbine à eau ou à air.     2.      Un moteur - roue pour véhicule automobile Explication : La force mécanique de ce moteur rotatif est disponible sur l'axe moteur à chaque extrémité du stator, et aussi sur le corps cylindrique de celui-ci, qui se trouve entre les deux flasques (stator, pièces fixes). En utilisant la force motrice sur le corps cylindrique extérieur entre les deux flasques (stator). Nous pouvons l’utiliser en moteur roue, comme seuls jusqu’à maintenant les moteurs électriques pouvaient le faire.        J'ai dessiné toutes les pièces mécaniques du moteur sous SolidWorks2005. J'ai réalisé une simulation du fonctionnement mécanique du moteur rotatif en 3D avec le rotor en transparence pour voir les pièces en mouvement (fichier AVI). J'ai également réalisé, en lithographie (impression 3D en polyamide12), 3 prototypes à partir des fichiers SolidWorks. Ces 3 prototypes sont de taille différente. Le principe de fonctionnement a été validé sur les prototypes et aujourd'hui il faut surtout travailler sur l’étanchéité et sur les traitements de surfaces des pièces mobiles. La gestion du moteur sera entièrement gérée par un calculateur. Pour aller plus loin que mes prototypes, je suis ouvert à toutes propositions d'industrielles.   Par Régis MUNOZ

  Enfermer le vent dans une bouteille Un groupement d’entreprises de services collectifs du Middle West construit une installation qui stockera le surplus d’énergie éolienne sous terre.                 le futur prend forme sous les champs de maïs et de soja balayés par les vents autour du site de Dallas Center, dans l’Iowa. Un groupement de distributeurs locaux d’électricité, l’Iowa Stored Energy Park, doit relever l’un des plus grands défis du domaine des énergies renouvelables : stocker le surplus produit par les éoliennes lorsque la demande est faible pour le réutiliser lorsqu’elle augmente. Il construit pour cela un système capable de conduire l’électricité excédentaire produite par un parc éolien voisin dans un gros compresseur d’air (voir schéma). Ce dernier, relié à un puits profond, fait passer l’air dans des couches de grès. Cette matière poreuse, isolée à environ 900 mètres de profondeur par un schiste dense, agit comme un ballon géant. Ensuite, ce flux est inversé lorsque la demande d’électricité augmente. Pendant que la chambre se vide, un puissant courant d’air remonte par une canalisation vers une turbine au gaz naturel, dont l’efficience est alors accrue de plus de 60 %. Ce mécanisme permet à ces entreprises non seulement de retenir le vent qui serait perdu en son absence, mais également de revendre l’énergie emmagasinée en période de pointe, lorsque les prix sont au plus haut, explique Kent Holst, le directeur du développement du parc. Avec l’aide des financements du ministère de l’Energie, une centaine de distributeurs municipaux de l’Iowa, du Minnesota, du Dakota du Nord et du Dakota du Sud investissent quelque 200 millions de dollars pour la construction de ce système capable de délivrer 268 mégawatts. Entamé en 2003, ce projet devrait aboutir en 2011. Le chantier de stockage d’air comprimé lancé en Iowa  donnera naissance à la première installation de ce genre permettant de conserver une énergie propre, mais elle ne tardera sûrement pas à faire des émules. Dans l’ouest du Texas, TXU Corp. travaille avec Shell WindEnergy sur la mise en place d’un gigantesque parc éolien capable de produire 3 000 mégawatts. Ces deux sociétés espèrent pouvoir le relier à un système de stockage d’air comprimé qui conduira l’air dans des dômes de sel souterrains. D’autres sites de ce type sont envisagés au Nouveau-Mexique et autour du golfe du Mexique. A l’échelle nationale, l’Electric Power Research Institute estime que plus de 85 % du sous-sol américain présente des caractéristiques permettant de mettre en oeuvre cette technique. A l’heure actuelle, selon le laboratoire Sandia National Labs du ministère, le stockage d’air comprimé est la méthode la moins coûteuse pour emmagasiner de très gros volumes d’énergie. Pendant qu’American Electric Power Co. et Siemens Wind Power expérimentent des batteries pour camions dont la capacité est d’un mégawatt ou plus, les gros accumulateurs consomment des produits chimiques rares et chers. Le stockage d’air comprimé, lui, cumule deux avantages : un matériel industriel moins coûteux et la capacité de stockage illimitée de la terre. Tandis que la durée de vie d’une batterie se mesure en heures, les soussols du projet de l’Iowa peuvent retenir l’équivalent de 20 semaines d’approvisionnement en air. Malgré sa nature aléatoire, le vent est la forme d’énergie renouvelable dont les ressources augmentent le plus vite aux Etats-Unis. La production des parcs éoliens y a décuplé au cours des cinq dernières années pour atteindre plus de 12 000 mégawatts, soit environ 1 % de l’approvisionnement total en électricité. Ses adeptes estiment que le vent pourrait un jour en fournir 10 %, voire plus. C’est déjà le cas en Espagne et au Danemark. Les techniques de stockage souterrain aideront peut-être l’énergie éolienne à atteindre son potentiel maximal. Garth Corey, expert en stockage d’énergie au sein du laboratoire Sandia, est confiant : « A court terme, ce procédé sera très probablement adapté par les entreprises de distribution d’électricité. » Par Adam Aston XII | 4 octobre 2007 | Pages spéciales avec Business Week | Le Point 1829   Cet article corrobore plusieurs études sur l’énergie propre, son stockage ainsi que le stockage de l’énergie non utilisée. L’air comprimé peut être fabriqué par une source d’énergie propre comme des panneaux solaires, des éoliennes ou des compresseurs à moteur Stirling avec lentille de Fresnel. Le stockage et la consommation de cet air comprimé est 100% propre et sans dangers. Aujourd’hui des constructeurs comme Tata Motors ont bien saisi l’enjeu et l’avantage de cette énergie. Mon moteur rotatif à air comprimé ainsi que d’autres comme celui de Guy NEGRE / MDI sont une alternative réellement PROPRE pour notre Planète et seront bientôt incontournable dans les véhicules et dans l’industrie. Au 20eme siècle l’homme est passé du purin de cheval à la marée noire, au 21eme siècle il doit passer de la marée noire à la bouteille d’air. Régis MUNOZ