Moteur QUASITURBINE Engine
Juin 2002 - June 2002
Article synthèse paru dans “La
Maîtrise de l'Énergie”
de l'AQMÉ - Association Québécoise pour la maîtrise de l'énergie
www.aqme.org
La
Quasiturbine : Un moteur qui réconcilie
« efficacité et environnement »
Roxan
B.Sc.A, Ylian M.Sc., Gilles Ph.D. et Françoise M.L. SAINT-HILAIRE
quasiturbine@promci.qc.ca
http://quasiturbine.promci.qc.ca/QTImages/QuasiturbineCouvertG.jpg
Fig. 1 – Le concept Quasiturbine comprend une grande famille
d’options.
Cette figure montre un design avec un rotor supporté par 4 chariots et une
configuration différente où les chariots sont complètement supprimés.
Remarquez que l’arbre central n’est pas requis pour le fonctionnement du
moteur,
ce qui permet d’y insérer directement l’arbre d’une génératrice ou
autre dispositif.
http://quasiturbine.promci.qc.ca/QTImages/QTDiag1_2048.jpg
Fig. 2 – Le détail d’une Quasiturbine ayant un rotor supporté par 4
chariots.
Remarquez que les fenêtres et la bougie peuvent être soit radiales ou
axiales.
Dans le mode photo-détonation à haut taux de compression, la bougie n’est
pas requise.
http://quasiturbine.promci.qc.ca/QTImages/SuzukiFPasVig2000.jpg
Fig. 3 – Comparaison de divers moteurs de véhicules en fonction de la
densité spécifique d’énergie et de puissance.
Remarquez la faible densité spécifique de puissance des piles à combustible
alimentées à l’hydrogène.
Réf.: Romance of the engines, par Dr. Tukashi Suzuki, SAE Publishing.
(Fichier texte ci-bas - Texte file below)
La
Quasiturbine : Un moteur qui réconcilie
« efficacité et environnement »
Roxan
B.Sc.A, Ylian M.Sc., Gilles Ph.D. et Françoise M.L. SAINT-HILAIRE *
quasiturbine@promci.qc.ca
Suite à des
normes environnementales de plus en plus exigeantes, les moteurs à combustion
interne basés sur des compromis de pollution maintiennent difficilement leur
niveau d’efficacité énergétique optimale… Qui n’a pas rêvé d’un
moteur extraordinaire qui optimiserait simultanément l’efficacité énergétique
et la protection de l’environnement ? Un
groupe de quatre chercheurs québécois s’est attaqué à ce défi il y a plus
de 10 ans et est en voie de révolutionner la production de travail mécanique
à partir de carburants divers dont l’hydrogène, en recourant à un nouveau
mode de combustion photonique (auto-allumage) que presque tous les experts
moteurs ont cherché à éviter systématiquement par le passé. Le moteur
Quasiturbine est conçu pour
utiliser cette technique inusitée et permet de résoudre les problèmes
d’efficacité et de combustion incomplète des carburants… tout en réduisant
la pollution.
Le piston à
quatre temps de nos voitures fait feu une fois à chaque deux tours et produit
un couple moteur positif environ 17% du temps, étant 83% du temps en traînée.
Pour obtenir une densité spécifique de puissance raisonnable, il faut donc
utiliser la chambre à combustion le plus grand nombre de fois possible à
chaque minute, c’est à dire tourner à des régimes élevés indésirables, là
où les limitations dues aux écoulements et à l’inertie des soupapes sont
difficilement contournables. Le haut régime impose aussi des contraintes qui
requièrent une course réduite des pistons, laquelle engendre une réduction du
diamètre du vilebrequin et du couple moteur, et conséquemment un besoin plus sévère
sur la boîte de rapport de vitesse et sur les aspects cinétiques comme le
volant d’inertie, lequel réduit fortement les accélérations du moteur.
D’autre part, la chambre à combustion au point haut des moteurs est un volume parasite indésirable du point de vue de l’efficacité énergétique, puisqu’il faut la pressuriser en pure perte avant de pouvoir produire de fortes pressions sur le piston et ainsi produire du travail utile. Idéalement, il faudrait donc que la chambre à combustion au point haut soit la plus petite possible, ce qui implique un taux de compression élevé (Réf. 1). Or le piston rencontre au moins 3 obstacles majeurs qui limitent son taux de compression : la robustesse mécanique, l’auto-allumage (photo-détonation), et la production de polluants. À bas taux de compression avec un carburant pré-mélangé, la bougie produit une onde thermique d’allumage qui se propage dans la chambre, produisant une combustion progressive et uniforme, mais quelque peu incomplète. Dans la même situation avec un taux de compression élevé, c’est la chaleur et la radiation (lumière, un peu comme celle d’un laser) qui allume spontanément, parfaitement et uniformément la combustion (détonation ou cognement que les pistons ne peuvent supporter en raison de la trop longue impulsion de pression qu’ils produisent). Déjà pour atteindre le mode Diesel, il a fallu faire une concession de taille, c’est à dire abandonner la combustion d’un mélange uniforme pour une combustion beaucoup moins désirable qu’est celle du jet localisé de l’injecteur de carburant. Mis à part les additifs qui absorbent les radiations et augmentent ainsi l’indice d’octane, les récentes recherches visant à optimiser le moteur à pistons portent sur des bielles de longueurs variables permettant d’ajuster de façon continue le taux de compression pour qu’il soit juste en dessous du seuil de la photo-détonation, quel que soit le régime moteur, mais sans jamais l’excéder. Notez que la photo-détonation se produit à des pressions légèrement supérieures à l’allumage thermique désigné aux É.-U. par "Homogeneous Charged Compression Ignition" HCCI combustion (SCCI lorsque « Stratified ») , en Europe par "Controled Auto Ignition" CAI combustion, et au Japon par "Active Thermo Atmosphere" ATA combustion. Bien que le sujet passionne les chercheurs, le contrôle de l’allumage thermique et photonique dans le piston demeure un problème non encore résolu, et possiblement une impasse que la Quasiturbine contourne!
À faible facteur de charge, la dépressurisation à l'admission du cycle Otto dissipe de la puissance moteur puisque le papillon est presque fermé et que le piston descendant agit en pompe à vide colmatée contre la pression atmosphérique, vide qui est subséquemment partiellement détruit par la vaporisation du carburant durant la compression. En raison de cet effet, le moteur en cycle Otto résiste à toute augmentation RPM de vitesse (bien connu comme frein moteur en compression) et cette résistance intrinsèque à l'augmentation de vitesse est combattue par une consommation constante et importante de carburant. Le mode photo-détonation n'utilise pas de papillon et accepte sans contrainte toute l'air disponible à pression atmosphérique (comme le Diesel d'ailleurs, où l'énergie de pressurisation est alors restituée à la détente). Pour cette raison, le rendement à faible facteur de charge du moteur à photo-détonation est le double de celui du cycle Otto conventionnel, et considérant que le facteur de charge d'une auto se situe en moyenne autour de 10 à 15%, cela n'est pas peu dire (économie encore plus grande dans les embouteillages...).
Or, la
Quasiturbine (Réf. 2) permet de résoudre
ces dilemmes grâce à deux des particularités originales (… et ce ne sont
pas les seules), qui sont :
Parce qu’elle
est conçue pour l’allumage thermique et photonique, la Quasiturbine ne peut
pas être considérée comme un « moteur à piston rotatif », ni être
correctement caractérisée par les paradigmes du piston.
Pour surpasser
les capacités du moteur à pistons à l’égard de l'allumage thermique et
photonique, il est apparu nécessaire de concevoir un moteur dont le volume ne
suit pas les mouvements sinusoïdaux habituels des machines rotatives à
vilebrequin et qui est par conséquent très asymétrique dans ses variations de
volume par rapport au volume moyen de la cylindrée totale. Les Quasiturbines
n’ont donc pas de vilebrequin, ni de cames (ni soupapes d’ailleurs). Elles
comprennent toute une famille de géométries possibles associées à un rotor déformable
(Fig. 1) avec ou sans chariot de support périphérique. Ces deux versions de
Quasiturbines ont d’ailleurs des caractéristiques sensiblement équivalentes,
les chariots accentuant la rampe de pression.
Le rotor prend une forme définie par un ensemble de 7 variables et le défi
considérable de conception consiste à calculer un profil de confinement du
rotor tel que la seule variable indépendante restante est l’angle de
rotation. Le rotor déformable est composé de 4 pales identiques articulées à
leurs extrémités et attachées les unes aux autres. Au cours de la rotation,
cet ensemble se déforme constamment en losange et en carré, mais conserve un
centre de masse immobile, ce qui en fait un moteur à zéro vibration.
Le stator de la
Quasiturbine (Fig. 2) est fort simple, comprenant seulement des fenêtres fixes
(radiales ou axiales) sans soupape, ni aucun système de synchronisation mécanique.
L’arbre moteur est facultatif et non nécessaire au bon fonctionnement du
moteur. Bien que le moteur rotatif Wankel n’ait plus de problème d’étanchéité
depuis 20 ans, il a acquis auparavant mauvaise presse à ce chapitre, car l’étanchéité
du Wankel est difficile à réaliser parce que les joints périphériques
interceptent le contour durant la rotation avec un angle variable de –60 à
+60 degrés, alors que ceux de la Quasiturbine restent orthogonaux au contour à
tout moment. D’autre part, en plus d’assurer l’étanchéité, suite à
l'usure des engrenages les joints périphériques
du Wankel doivent fournir les forces de réalignement du rotor au cours de la
rotation et pour cette raison ils doivent être positionnés davantage en absolu,
contrairement au cas de la Quasiturbine où les joints n’assurent que l’étanchéité
et sont positionnés de façon différentielle, de sorte qu’ils peuvent
compenser l’usure.
Du point de vue
des turbines à gaz, la Quasiturbine résulte d’une volonté de regrouper en
un seul plan, la turbine du compresseur et celle de puissance. Pour ce faire, il
n’était plus possible de laisser les pales de turbines attachées à un arbre
central, mais il fallait plutôt les attacher les unes aux autres (Fig. 1 et 2).
La Quasiturbine agit donc en fait comme turbine de compression pendant un quart
de tour et comme turbine de puissance le quart
de tour suivant. Il n’est donc pas surprenant que la Quasiturbine
conserve plusieurs des qualités de la turbine à gaz.
La Quasiturbine
surpasse avantageusement tous les autres moteurs répertoriés (Fig. 3) et en
particulier sur le plan des densités spécifiques de puissance en version à
l’essence, où elle domine les piles à combustible utilisant l’hydrogène
par presque deux ordres de grandeur.
Contrairement
aux turbines conventionnelles, la Quasiturbine n’utilise pas les propriétés
d’écoulements rapides aérodynamiques ou hydrodynamiques, et c’est là
justement l’une des innovations de la « Quasiturbine » d’être
purement hydrostatique, c’est à dire de répondre uniquement à l’effet de
pression. L’une des autres remarquables particularités de la Quasiturbine en
mode combustion est de permettre le mode photo-détonation interdit aux moteurs
à pistons. Au lieu de produire une onde sinusoïdale de pression, la
Quasiturbine (surtout la configuration AC avec chariots) produit une impulsion de pression
plus brève, avec une
rampe de pression linéaire et discontinue au point mort haut. À mi-volume de
la chambre, l’impulsion (de volume) est de 2 à 3 fois plus brève que celle du piston,
ce qui engendre une impulsion de pression de 15 à 30 fois plus brève près du sommet (Cas QT-AC avec chariots). La photo-détonation est un
phénomène très rapide dont le déclenchement est imprévisible et incontrôlable,
d’où le rôle crucial de la rampe linéaire et rapide de pression de la
Quasiturbine qui assure que la photo-détonation se produit (sans nécessité de
bougie) au voisinage de la détente qui suit immédiatement la rampe montante.
Comme la combustion est provoquée par la radiation, la forme de la chambre à
combustion et son rapport surface / volume ont ici peu d’effet, contrairement
au cas du piston.
Mais pourquoi
la Quasiturbine supporte-t-elle ce que le piston ne tolère pas? Parce que les
caractéristiques cinétiques au voisinage du point haut du « piston »
et de la « pale-QT » sont diamétralement opposées, à la fois en
volume et en vitesse. En volume, puisque que le piston passe au point haut à
volume presque constant, alors que la pale-QT passe le point haut à volume
variant rapidement et discontinu (rampes linéaires ascendante et descendante,
dont le sommet est un brusque virage sinusoïdale).
En
vitesse, parce que le piston passe au point haut avec une vitesse variant
rapidement et discontinue (décélération, arrêt, et accélération en sens
opposé du piston), alors que la
pale-QT passe le point haut à vitesse constante (avec de plus une composante
radiale nulle). Deux considérations mécaniques découlent directement de ces
caractéristiques physiques. Primo, le piston est en montée (cinétique
ascendante) lorsque la photo-détonation précoce vient le frapper (cinétique
descendante), et comme deux objets en mouvement en sens contraire se heurtent très
violemment, le piston résiste mal, alors que la pale-QT passe le point haut
avancé à moment cinétique radial constant et nul. Secundo, la courte
impulsion de la Quasiturbine retient la pression moins longtemps que la
longue impulsion sinusoïdale du piston et conséquemment la pale-QT fatigue
beaucoup moins. La force centrifuge sur les pales de la Quasiturbine aide
également à contenir la haute pression. Remarquez qu’en raison de son vilebrequin, le moteur rotatif
Wankel a le même comportement volumique près du point haut que le piston, et
conséquemment ne tolère pas non plus la photo-détonation.
Du point de vue
géométrique, la Quasiturbine complète 16 temps moteur par révolution, alors
que le piston n’en complète que 2. Il s’ensuit que les écoulements sont
continus dans les conduites d’entrée et de sortie et que le couple moteur est
très élevé même à basse révolution, ce qui permet de réduire le poids des
moteurs conventionnels par un facteur 5, et le volume par un facteur 4.
Comparativement au piston qui produit un couple de crête de 7 fois son couple
moyen, la Quasiturbine produit un couple de crête seulement 20% supérieur à
son couple moyen, ce qui permet une fabrication relativement moins robuste, et
donc encore plus légère. La Quasiturbine n’a pas de vilebrequin et ne
requiert pas de volant d’inertie, lequel atténue grandement les accélérations
des moteurs. Comme la Quasiturbine est annulaire et que son centre est creux, on
peut ancrer les crochets d’entraînement directement sur l’arbre d’une génératrice
ou d’une boîte de rapport de vitesses et glisser la Quasiturbine par-dessus,
évitant ainsi d’avoir deux arbres et leur problème d’alignement, et
supprimant des encombrements et des poids appréciables.
En plus des
caractéristiques d’impulsions plus courtes que le piston et de la
compatibilité avec la photo-détonation, la Quasiturbine présente un cycle de
pression très asymétrique qui améliore beaucoup la caractéristique
d’admission du carburant (avec ou sans turbo), tout en permettant une meilleure détente
des gaz brûlés. Du point de vue thermodynamique, un confinement plus bref
permet de réduire la conduction de chaleur entre le gaz chaud et le bloc
moteur, augmentant d’autant l’efficacité du moteur qui dégage alors un
moindre flux de chaleur et plus de travail mécanique. N’ayant pas besoin de
lubrification de surface comme le piston lorsque projeté contre la paroi
ovalisante à mi-course par la bielle oblique, et le lubrifiant n’étant pas nécessaire
comme caloporteur, la Quasiturbine a le potentiel d’être un véritable moteur
sans lubrifiant (« régime sec » selon les tribologistes) tel que
requis par l’hydrogène du futur, lequel a la propriété de dégrader les
huiles et même de fragiliser les métaux. L’insensibilité à la détonation
est également une caractéristique très avantageuse pour la combustion de
l’hydrogène. N’ayant pas de carter récupérant l’huile par gravité, la
Quasiturbine peut tourner dans toutes les orientations et même en apesanteur.
Les caractéristiques
uniques de la Quasiturbine permettent une opération multi-modes et
multi-carburants : En fluides pressurisés (pneumatique, azote, peroxyde
d’hydrogène, vapeur, hydraulique, barrages hydroélectriques…), en combustion interne
(Essence, Diesel, gaz naturel ou de synthèse, hydrogène, photo-détonation,
Brayton), en combustion externe ou co-génération (Stirling, vapeur cycle
court, pompe à chaleur), et en mode pompe et turbo-pompe. Notez qu’en mode
combustion interne, la Quasiturbine peut même être démarrée à l’air
comprimé ou via un réservoir pressurisé à même la pression interne de
combustion (envisageable même sur une tronçonneuse). En raison de sa grande
densité de puissance spécifique et de sa géométrie des plus homocinétique,
la Quasiturbine se prête bien à de petits moteurs, mais peut aussi être
dimensionnée pour de très puissantes unités. À titre d’exemple, des
calculs sommaires indiquent qu’une Quasiturbine à vapeur ou pour barrages
hydroélectriques ayant un rotor de seulement 1 m de diamètre par 0,41 m d’épaisseur,
opérant sous un différentiel réel de 33 bars (500 livres/po2), développerait
jusqu’à 33,000 CV (25 MW) à seulement 1800 RPM!
Le diagramme de
Ragon (Fig. 3) permet de situer les différents moteurs en fonction de la densité
énergétique des carburants ou sources (X) et de leur densité de puissance
(Y). Les moteurs présentent une efficacité intrinsèque au banc d’essai,
mais leurs caractéristiques peuvent aussi grandement influencer l’efficacité
dans l’usage auquel ils sont destinés.
En ce qui a
trait à l’efficacité intrinsèque des moteurs à combustion interne en général,
l’énergie du carburant se perd principalement à 5 niveaux : dans la
consommation interne des accessoires
du moteur (comme les arbres de cames), dans la combustion incomplète, dans le
flux de chaleur au bloc moteur, dans la pression (vitesse) et la chaleur résiduelle
des gaz d’échappement, et dans un rendement thermodynamique limité dû aux
contraintes de température et de pollution. La Quasiturbine améliore chacune
de ces considérations en n’ayant aucun accessoire moteur interne à entraîner,
en permettant une combustion thermique et photonique plus complète, en limitant
le flux de chaleur au bloc moteur par un confinement plus bref, en refroidissant
mieux les gaz d’échappement par détente adiabatique, en tolérant une plus
haute température de combustion par l’absence de soupapes, et en réduisant
la production de polluants par une compression trop brève pour permettre la
chimie des NOx de se réaliser. La géométrie rotative permet de
plus de supprimer les substantielles frictions statiques aux arrêts hauts et
bas du piston, et n'a pas la friction de la surface ovalisante du piston. De plus, la continuité
des écoulements à l’entrée et à la sortie de la Quasiturbine permet
d’augmenter le facteur d’utilisation des tubulures par un facteur de 6 à
10.
En ce qui a
trait à l’efficacité des moteurs dans l’usage, mentionnons seulement le
cas des futurs véhicules mus par une Quasiturbine dont le volume à puissance
égal est 4 fois moindre et le poids 5 fois inférieur à celui du moteur à
pistons, avec une boîte de rapports de vitesse très simplifiée et moins énergivore.
L’économie de carburant sur la durée de vie du véhicule sera appréciable,
remboursant à toute fin pratique le coût de la Quasiturbine, qui devient ainsi
gratuite! L’option multi-carburants est également un élément d’efficacité
qui permet d’utiliser la ressource locale la plus disponible et la moins chère,
permettant souvent un impact économique sur des ressources importées.
La plus haute
efficacité de la Quasiturbine a un premier impact direct et majeur sur le préoccupant
bilan du carbone fossile tant discuté au niveau de l’entente de Kyoto. Du coté
de l’environnement chimique, la pollution vient principalement des imbrûlés
et des NOx. Dans le cas de la combustion de l’hydrogène qui est
hautement d’actualité, s’il est vrai que la combustion de l’hydrogène et
de l’oxygène donne de la pure vapeur d’eau, il se trouve en pratique que la
combustion se fait en présence d’air, lequel contient 79% d’azote. Or,
comme les brèves impulsions de pression de la Quasiturbine permettent d’éliminer
les NOx, elle sera sans doute très appréciée des promoteurs de
l’hydrogène comme carburant du futur, tout comme par les usagers des
carburants actuels. Mentionnons de plus que le gaz naturel CH4 est un
puissant gaz à effet de serre, difficile à brûler complètement dans les
moteurs à pistons. Or, grâce à la photo-détonation qui est extrêmement
rapide et laisse ensuite beaucoup de temps aux quelques molécules qui auraient
pu échapper à la combustion pour brûler complètement, la Quasiturbine permet
de relancer l’usage du gaz naturel (et des gaz de synthèse et de gazogènes)
dans les moteurs, tout en rencontrant les plus sévères critères
environnementaux. Notez aussi qu’une partie des imbrûlés du piston provient
de la proximité des soupapes d’admission et d’échappement en culasse, une
situation que l’on ne retrouve pas dans la Quasiturbine, puisque les fenêtres
d’admission et d’échappement sont respectivement à l’opposé de la
chambre.
L’environnement
humain est aussi fort affecté par le bruit et les vibrations des moteurs
conventionnels. On connaît tous la « maladie du bûcheron » ou le
Syndrome du Dr Raynaud provoqué par le déchirement des vaisseaux sanguins sous
l’effet de fortes vibrations. La Quasiturbine est un moteur à zéro vibration
qui élimine complètement ce syndrome, particulièrement chez les travailleurs
forestiers utilisant des tronçonneuses, et ultérieurement chez les
camionneurs. À puissance égale, la Quasiturbine fractionne la puissante
combustion du piston en plusieurs petites, et comme ses écoulements d’échappement
sont continus, elle produit 20 fois (pas 20%) moins de bruit, ce qui est un
important facteur de sécurité particulièrement pour les utilisateurs
d’outils à main, qui seront d’autre part moins incommodés par des échappements
plus propres.
Bien que
l’invention de la Quasiturbine soit très récente, elle a déjà fait
l’objet d’importants articles dans de nombreuses publications
internationales (Réf. 3 et 4), et des moteurs de recherche Internet (comme
Google) dénombrent déjà plus de 700 références à travers le monde et dans
plusieurs langues. L’intérêt et le potentiel considérables de cette
technologie font de plus en plus consensus chez les experts. On peut même voir
un prototype de la « Tronçonneuse Thérapeutique Quasiturbine »
exposé en vitrine au Centre des Sciences du Vieux Port de Montréal (Réf. 5).
Les chercheurs
québécois ont non seulement inventé ce moteur, mais ils se sont aussi impliquée
activement dans son développement technologique ayant réalisé à ce jour pas
moins d’une vingtaine de prototypes, les améliorant les uns après les
autres. Les Quasiturbines pneumatiques et vapeur avec des chambres de 50 cc sont
à toute fin pratique prêtes pour des projets de démonstration d’endurance.
Les prototypes de Quasiturbines à combustion interne ont déjà livré tous les
résultats de recherche requis pour compléter l’ingénierie de petites
machines pré-commerciales présentement en chantier.
Des projets étudiants
(Réf. 6) ont cours dans divers Cégep et Universités. Mentionnons le Cégep de
Sorel-Tracy qui initie les étudiants à la technologie Quasiturbine vapeur
depuis déjà 3 ans. Le Collège de Rimouski en est à sa deuxième année
d’activité sur « la RIMOUS », une moto Quasiturbine à zéro
pollution utilisant l’azote liquide (déjà gagnante de prix!). Les étudiant(e)s
du Cégep de Saint-Laurent participent à la réalisation de gabarits et de
composants académiques. À Polytechnique, un groupe d’étudiants a élaboré
un projet sur la « Motorisation d’aéronefs ultra-légers avec des
Quasiturbines », alors qu’un autre groupe a proposé
« La Quasiturbine à la rescousse de la motoneige - Ingénierie et
démonstration de la faisabilité QT400 ». Plusieurs autres projets sont
en élaboration au Québec et de nombreux élèves de grandes écoles en Amérique
et en Europe ont déjà choisi la Quasiturbine comme sujet de travaux théoriques
et pratiques.
De leur coté, les inventeurs font activement la promotion de trois projets
principaux, dont celui de la « Tronçonneuse Thérapeutique Quasiturbine»
(Réf. 7) qui mise sur la vibration zéro, sur l’efficacité accrue, sur la
suppression de gaz d’échappements polluants, sur l’inertie moindre, sur un
niveau de bruit 20 fois inférieur, et sur un révolutionnaire démarreur à gaz
(d’échappement) comprimé. Le projet de re-motorisation automobiles (Réf. 8)
est aussi bien dans leur cible, ainsi que le concept de moteurs à très haute
efficacité à cycles thermiques combinés (Réf. 9), juxtaposant une
Quasiturbine à combustion avec une Quasiturbine Stirling. Toutefois, les
inventeurs comptent initialement faire connaître leur technologie par
l’ambitieux projet d’une auto de course « FORMULE QT » (Réf.
10) qui pourrait faire des circuits amicaux avec des Indy, Cart et F1! À Montréal
en juin 2001, des livres « La Quasiturbine Écologique, le meilleur du
piston et de la turbine » (Réf. 11) furent remis à chacun des chefs
d'atelier des 11 écuries de F1 et plusieurs rencontres sont prévues en 2002. Déjà
un important groupe d'ingénierie Européen impliqué dans la Formule 1 appuie
le projet et les démarches internationales sont fort encourageantes sur un
calendrier de 3 ans.
Finalement, qui
pourrait ignorer les usages militaires (Réf. 12) de la Quasiturbine?. Qu’on
aime ou pas, il faut bien reconnaître que les militaires ont beaucoup contribué
à faire avancer des technologies stratégiques et il ne faudrait pas se
surprendre que la Quasiturbine en soit?
Au Québec, on
estime à plus de 1 million le nombre de petits moteurs de moins de 10 CV, mais
l’on n’en fabrique aucun. Inutile de discourir sur les besoins et les usages
variés des petits moteurs, ils sont omniprésents et indispensables. La
Quasiturbine peut être un moteur général de remplacement avantageux pour la
majorité des usages. Non seulement faudra-t-il les manufacturer, mais il faudra
aussi les intégrer dans les dispositifs les utilisant. C’est pourquoi la
Quasiturbine présente une formidable dynamique capable de rassembler un grand
nombre d’industries au niveau de la fabrication, de l’intégration dans les
machineries existantes et du développement d’usages nouveaux. Plus encore, la
technologie Quasiturbine est susceptible de stimuler la créativité d’une
multitude d’innovateurs et d’industriels de chez nous, dont les nouveaux
produits pourraient créer une activité économique diversifiée et régionalisée,
apportant ainsi un espoir renouvelé particulièrement chez nos jeunes en région.
À quoi bon être
efficace si on pollue beaucoup? Et réciproquement, à quoi bon polluer peu si
on gaspille inefficacement nos précieuses ressources? C’est justement parce
que la Quasiturbine réconcilie l’efficacité énergétique et la qualité de
l’environnement qu’elle peut aussi rassembler l’intérêt des gens et des
populations qui ont exprimé leur désir de solution par l’entente de Kyoto.
C’est dans ce contexte d’ailleurs que la technologie Quasiturbine fut répertoriée
comme solution environnementale canadienne (Réf. 13) sur le site d’Industrie
Canada depuis la conférence GLOBE sur l’environnement, tenue à Vancouver en
mars 2000.
(*)
Roxan est designer-vérificateur ASIC pour Tropic Networks en Ontario
Ylian est informaticien ingénieur-architect sénior pour INTEL en Oregon, aux
É.-U.
Gilles est physicien nucléaire et chercheur de profession.
Françoise est vice-présidente de Quasiturbine Agence Inc.
1 – « A Low-Pollution Engine Solution - New sparkless-ignition
automotive engines gear up to meet the challenge of cleaner combustion »
par Steven Ashley - Scientific American, juin 2001.
2 – http://quasiturbine.promci.qc.ca
3 – « Rotary turbine torques of more power » par Mark
Fletcher - European Automotive Design Magazine, septembre 1999.
http://quasiturbine.promci.qc.ca/EADSept99.html
4 – « An engine for the new millennium » par Dave Bode - Diesel
Progress Magazine NA, avril 2000.
http://quasiturbine.promci.qc.ca/DieselUSA0004.html
5 – Un
prototype 1997 de la « Tronçonneuse Thérapeutique Quasiturbine »
est exposé à la galerie du Centre des Sciences du Vieux Port de Montréal.
http://www.isci.ca/FR/index.asp
6 - Quelques
projets étudiant(e)s :
Cegep de Sorel-Tracy – Machine à vapeur académique.
Bertrand Péloquin bertrand_peloquin@cegep-sorel-tracy.qc.ca
Cegep de Saint-Laurent – Gabarits et composants académiques.
Laurent Sicard lsicard@cegep-st-laurent.qc.ca
Collège de Rimouski - « LA RIMOUS » Une moto Quasiturbine à zéro
pollution.
Simon-Nicolas Deschênes (étudiant à l’UQAR) sims99@globetrotter.net
POLY - Motorisation d’aéronefs ultra-légers avec des Quasiturbines.
Guillaume Maheu guillaume.maheu@polymtl.ca
POLY - La Quasiturbine à la rescousse de la motoneige - Ingénierie QT400.
Erwan Chapelier chap3d@caramail.com
7 – La tronçonneuse
thérapeutique Quasiturbine.
http://quasiturbine.promci.qc.ca/QTTronconneuseInv2002.html
8 – Filet de
sécurité pour les travailleurs de l’automobile du Québec.
http://quasiturbine.promci.qc.ca/FQTReMotorisationQ.html
9 – « Ultra-low Emissions and High Engine Efficiency Fuel
Interest In the Combined Cycle Quasiturbine »
par Marchetti and Saint-Hilaire - GHG Alberta Solutions Showcase Newsletter, Mai
2002.
http://quasiturbine.promci.qc.ca/GHGAlberta0205.html
10 – L’auto
de course « FORMULE QT »
http://quasiturbine.promci.qc.ca/FQTAutoFormuleQT.html
11 – « La
Quasiturbine écologique, le meilleur du piston et de la turbine »
Livre de 292 pages ISBN 2-922888-00-2 - Promci Édition, Montréal.
http://quasiturbine.promci.qc.ca/QTLivreFrancais.html
12 – Usages
militaires de la Quasiturbine
http://quasiturbine.promci.qc.ca/QTMilitaireUsages.html
13 – « Quasiturbine
– Une solution environnementale canadienne »
http://strategis.ic.gc.ca/SSGF/es32198f.html
La
Quasiturbine fut d’abord une théorie des moteurs, dans laquelle 14 différents
paramètres ont été étudiés, dont plusieurs par simulation numérique sur
ordinateur. Ensuite, ces paramètres ont été optimisés individuellement de
façon théorique sans égard à l’existence ou non d’un dispositif
capable d’intégrer toutes ces optimisations simultanément. C’est de
cette façon que les chercheurs ont pu observer que les trois principaux
moteurs contemporains (piston, Wankel et turbine à gaz) avaient tous des écarts
à l’optimisation, et qu’ils ont pu établir un portrait des caractéristiques
du moteur idéal. Il ne restait plus par la suite qu’à inventer le
dispositif!
Bien
que les chercheurs québécois en soient à leur 11 ième année d’activité
sur le projet Quasiturbine, le brevet d’invention vient d’être accordé
il y a seulement un an et demi. Dans le domaine de la mécanique, il faut
savoir que les premières années qui suivent l’émission d’un brevet
n’attirent généralement pas les partenaires, qui s’affairent plutôt à
tenter de contourner l’invention. Dans ce contexte, on peut affirmer que la
Quasiturbine est en avance par rapport au calendrier type d’innovation.
Les
inventeurs donnent une réponse technique précise à cette question. En
effet, si le rotor est sorti de son profil de confinement et posé sur une
table, il se comporte comme un « Jello » mécanique, puisque le
rotor est déformable en X, Y, en rotation (thêta), et ses quatre chariots
peuvent prendre des angles quelconques (phi1 à phi4). Du point de vue théorique,
le problème consiste à calculer un profil de confinement tel que la seule
variable indépendante une fois le rotor confiné est l’angle de rotation thêta.
Or étrangement, ce profil n’existe pas plus que la quadrature du cercle, ce
qui a empêché les mathématiciens sans ordinateur des décennies précédentes
de trouver des solutions rapprochées. Les calculs numériques sur ordinateur
montrent qu’il y a une infinité de solutions approximatives et que l’écart
résiduel insoluble n’est que 1,2 millièmes sur un diamètre de 5 unités!
Quelques
dizaines de prototypes ont été construits par la famille Saint-Hilaire au
cours des ans, incorporant à chaque fois de nouvelles améliorations. Au
cours des derniers mois, l’effort a surtout porté sur les techniques de
production industrielle en petite série qui permettront bientôt de fabriquer
un petit volume régulier de prototypes de recherche et de démonstration
(pneumatique, vapeur et combustion interne). Ces prototypes ne seront pas
disponibles au public en général, mais plutôt destinés à des laboratoires
et de grandes entreprises désireuses d’explorer l’intérêt d’intégrer
des Quasiturbines à leurs produits. Les inventeurs s’en serviront aussi
pour faire progresser leur recherche et démonstration.
Les
étudiants collégiaux et universitaires en mécanique et en techniques
environnementales et le public en général apprécieront le livre « La
Quasiturbine Écologique, le meilleur du piston et de la turbine » (Réf.
11) disponible sur Internet et dans les coopératives étudiantes de plusieurs
écoles et universités. Ce livre se prête aux besoins académiques et à la
consultation et couvre particulièrement bien la comparaison entre les divers
moteurs, tout en dégageant objectivement et systématiquement les avantages
de la théorie Quasiturbine. Pour ceux qui n’exigent pas une présentation
aussi structurée et complète, le site Internet quasiturbine.promci.qc.ca
est à consulter.
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