Principes de fonctionnement du moteur Manson

Les principes de fonctionnement
du moteur Manson

Dans sa description la plus simple, le moteur Manson est constitué d'un cylindre renfermant de l'air et d'un piston récupérant l'énergie mécanique tout en déplaçant le volume d'air du côté chaud vers le côté froid, et vice versa.
Cette page propose de découvrir le principe de fonctionnement de ce moteur. Ceci se fait progressivement en étudiant les étapes suivantes :
- les quatre phases élémentaires.
- le diagramme Pression-Volume
Première observation : le gaz utilisé, l'air, est renouvelé au cours des différentes phases de fonctionnement.
Deuxième observation : l'énergie calorifique est fournie à l'extérieur du cylindre. Le moteur Manson peut donc être qualifié de "moteur à air chaud" ou "moteur à combustion externe".

1. Les quatre phases élémentaires :

Le cycle thermodynamique du moteur Manson est dans son principe très simple : il comprend 4 phases pendant lesquelles le gaz utilisé subit les transformations suivantes :

1.1. Une aspiration d'air :

Comme on peut le voir ci-dessous, de l'air rentre dans le cylindre qui est en dépression à ce moment-ci. (Vous en comprendrez la raison à la fin de cette partie !)
La pression à l'intérieur du cylindre devient égale à la pression atmosphérique.

De l'air extérieur pénétre dans le cylindre

1.2. Un chauffage :

Le piston recule pendant cette phase. Le brûleur (la source chaude) cède de l'énergie thermique. On s'imagine aisément que la pression et la température du gaz augmentent durant cette phase. Pendant cette transformation de l'énergie motrice est produite.

Le piston moteur recule. Le volume reste constant. La pression de l'air et sa température augmentent.

1.3. Un échappement à l'atmosphère :

Lorsque le piston est en fin de course arrière, le cylindre du moteur est mis en relation avec l'atmosphère. Du gaz sous pression s'échappe.
La pression à l'intérieur du cylindre devient égale à la pression atmosphérique.

Le piston moteur est en butée arrière. Le cylindre est mis à la pression atmosphérique.

1.4. Un refroidissement :

Le piston avance pendant cette phase.La réserve d'eau prend de l'énergie thermique à l'air. On s'imagine aisément que la pression et la température du gaz diminuent durant cette phase. On se retrouve donc à une pression inférieure à la pression atmosphérique (C'est la réponse à votre interrogation du chapitre 1.1 qui affirmait que de l'air rentrait dans le cylindre). Pendant cette transformation on récupère encore de l'énergie mécanique.

Le piston avance. Le gaz est refroidi, sa pression diminue.

On peut voir ci-dessous l'enchaînement de ces différentes phases.

Animation du cycle complet.

2. Le diagramme Pression-Volume :

On peut tracer un diagramme Pression-Volume représentant le cycle thermodynamique.
Il ne faut surtout pas oublier que la masse du gaz de travail n'est pas la même pendant la phase de chauffage que pendant la phase de refroidissement.
Ce diagramme est présenté ci-dessous.

Diagramme Pression-angle de rotatio de l'arbre moteur.

Le travail fourni au cours d'un cycle est proportionnel à la surface orangée. C'est ce que nous allons démontrer à la page théorie de ce site.

Le moteur Manson

Les principes de fonctionnement du moteur Manson