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

Des copies peuvent être obtenues de 
M. Denis Tanguay, Directeur général, AQMÉ - 514-866-5584 poste 24
dtanguay@aqme.org 

 


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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.

 


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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. 

 


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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.

La problématique des moteurs performants

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.

La description d’une Quasiturbine

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.

Les particularités innovantes de la Quasiturbine

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!

L’impact sur l’efficacité

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.

L’impact sur l’environnement

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.

Les projets prioritaires

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?

La Quasiturbine : Un défi rassembleur

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.

Références

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://www.quasiturbine.com/EADSept99.html

4 – « An engine for the new millennium » par Dave Bode - Diesel Progress Magazine NA, avril 2000.
http://www.quasiturbine.com/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://www.quasiturbine.com/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

À la fois une théorie et un dispositif

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! 

Une invention récente

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.

 

Pourquoi la Quasiturbine ne fut-elle pas inventée auparavant?

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!

 

Prototypes de recherche disponibles

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.

 

Pour en apprendre plus

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 www.quasiturbine.com est à consulter.

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