Moteur à air comprimé

Écrit par les experts Ooreka

Le moteur à air comprimé, pneumatique alternatif ou rotatif, utilise directement la pression de l'air comprimé stocké dans un réservoir annexe. Si son fonctionnement est acceptable dans le cas des petits moteurs rotatifs industriels, une voiture à air comprimé reste toutefois handicapée par une autonomie trop limitée, des performances modestes et un bilan énergétique médiocre.

Moteurs à air comprimé : une impasse technologique ?

Côté automobile, seule MDI (Motor Developement International), une société anonyme luxembourgeoise, a réalisé des mini-véhicules à air comprimé à détente étagée. Mais face à la dure réalité d'une concurrence affûtée, ses prototypes n'ont eu aucune suite commerciale depuis sa création en 1991, contrairement notamment aux véhicules électriques.

supergenijalac / Getty Images

Très curieusement, après toutes ces années d'existence, aucun des véhicules MDI n'a pu être homologué, ce qui interdit toute immatriculation pour la route. Seuls, quelques investisseurs sous le charme du projet et de son ingénieur-inventeur y placent quelques euros et achètent des options.

Étant donnés les défauts inhérents de ce type de motorisation et surtout le peu d'énergie embarquée disponible, aucun véhicule au monde n'a été vendu, malgré une très forte médiatisation par la marque depuis plus de 10 ans. L'impasse technologique semble immense, malgré des tarifs alléchants débutant dès 5 000 €.

À noter : du côté des moteurs rotatifs industriels, le succès lui est bien au rendez-vous !

Principe de fonctionnement du moteur à air comprimé

Avec le moteur à air comprimé, la pression des gaz sur le piston n'est plus générée par une combustion comme dans le cas des moteurs thermiques (essence, diesel, GPL, GNV), mais issue d'un solide réservoir. Son énergie potentielle est convertie en travail mécanique par sa détente au sein d'un moteur alternatif ou rotatif le plus souvent. Comme à l'accoutumée, la pression s'exerçant sur la surface du ciel du piston, quelle que soit sa forme, produit une force motrice.

Bon à savoir : il existe aussi des moteurs hydrauliques fonctionnant grâce à la pression et au débit circulant d'un fluide, généralement de l'huile. Là encore, le piètre rendement limite fortement son utilisation.

Moteur à air comprimé alternatif

Ici, un réservoir d'air alimente successivement les trois cylindres via une classique distribution à soupapes. Voici le principe de fonctionnement :

  • L'air sous pression entre par la soupape d'admission avant de produire la force motrice sur le ciel du piston.
  • Ensuite, le système bielle-manivelle transforme les allers-retours linéaires du ou des pistons en rotation du vilebrequin exploitables pour la transmission.
  • On peut obtenir une poussée par tour de vilebrequin comme avec un 2 temps.

Pour améliorer fortement le rendement du système, les ingénieurs ont ajouté un échangeur de chaleur à la fin de chaque détente. Peine perdue ! Un réservoir d'air comprimé n'a pas une densité énergétique volumique suffisamment élevée, même à 300 bars.

Autre perfectionnement : le compresseur électrique embarqué qui permet de recharger laborieusement le réservoir et le freinage récupératif, toujours intéressant en milieu urbain.

Moteur à air comprimé rotatif

Il s'agit là de petits moteurs stationnaires avec une alimentation fixe par compresseur. Basée sur une pompe à palette fonctionnant en récepteur, la pression de l'ordre de 4 à 6 bars est envoyée de façon continue via une ou plusieurs lumières d'admission. Cet air peut être lubrifiant ou sec, selon les modèles.

Cette pression s'exerce sur des aubes ou palettes droites et produit un couple de rotations dépendant de la pression. Sa vitesse, elle, sera déterminée par le débit d'air s'extirpant des lumières d'échappement.

Caractéristiques de conduite des moteurs à air comprimé

N'étant pas encore au point, les véhicules dotés de moteur à air comprimé n'ont donc pu être testés que par le biais de prototypes, non concluants.

Agrément de conduite des moteurs à air comprimé

Les rarissimes retours proviennent des différents prototypes MDI. Si la carrosserie et le châssis ont bien servi de base à la Tata Nano en Inde, le moteur à air comprimé reste bruyant, poussif et dénué d'autonomie réelle ; un résultat décevant mais techniquement logique et prévisible.

Par ailleurs, les détentes entretenues de l'air comprimé absorbent beaucoup de chaleur ambiante et feront une climatisation efficace, mais permanente. Inversement donc, en hiver, elles deviendront un inconvénient majeur.

Moteurs à air comprimé : pour de tout petits trajets

À la limite, on peut penser à des applications de voiturettes à l'intérieur même de bâtiments industriels à risques particuliers déjà en concurrence directe avec certains VE (véhicules endommagés).

Dans le meilleur des cas, il s'agira de circuits urbains réduits où la récupération d'énergie au freinage pourra optimiser la maigre autonomie. À ce sujet, PSA (Peugeot SA) a présenté l'Hybrid Air qui stocke rapidement une partie de l'énergie du ralentissement avant de la renvoyer pour aider l'accélération suivante. Au bilan, un gain intéressant de 25 % en circuit urbain et une faisabilité technique prouvée.

Important : ce gain sensible est aussi permis par le retour de la roue libre inventée dans les années 20.

Aspects environnementaux des moteurs à air comprimé

Bien sûr et en local, ce type de moteur ne rejette que de l'air froid. Si l'air est gratuit, sa compression à la forte pression nécessaire de 300 bars ne l'est plus du tout ! Selon le type de production de l'électricité du compresseur, on retrouve la problématique évoquée pour les moteurs électriques : la pollution est simplement déplacée et globalement souvent supérieure aux véhicules thermiques.

Selon deux études de l'École nationale supérieure des mines de Paris et de l'European fuel cell forum, le rendement thermodynamique global du véhicule à air comprimé reste inférieur à celui des véhicules électriques.

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