Pierre RANC «Contribution au développement d’un Moteur à Apport de Chaleur Externe de type Ericsson"

Travaux : « Contribution au développement d’un Moteur à Apport de Chaleur Externe à soufflets métalliques. Etude théorique, conception, réalisation et caractérisation expérimentale. »

Résumé :
Un état de l'art des études théoriques et expérimentales antérieures est présenté. Nous avons développé un modèle numérique basé sur le couplage des équations de la thermodynamique et de la mécanique. La modélisation des écoulements au travers des soupapes et des clapets repose sur l'équation de Barré-de-Saint-Venant.
Ce modèle permet de simuler le comportement dynamique du moteur pour une large gamme de fonctionnement. La variation des paramètres de simulation comme le taux de compression, la charge mécanique, la température ou le coefficient polytropique permet d'analyser leur influence sur les performances du moteur.
Nous avons construit un banc d'essais de M.A.C.E. à enceintes déformables constitué par des soufflets métalliques. Le compresseur, relié au détendeur par l'intermédiaire d'un bras de levier permet de diminuer l'effort de compression lors de la phase de détente.
Ce système autorise également la variation de cylindrée entre les enceintes. Le prototype est instrumenté avec des capteurs de pression, de force, de débit, de déplacement et des microthermocouples afin de mesurer les variations temporelles des signaux au cours des essais. Le moteur a été testé avec une admission d'air comprimé à température ambiante afin de caractériser son fonctionnement. Des réchauffeurs électriques permettent de tester l'influence de la température à l'admission avec une valeur maximale en entrée de 450°C. La quantité de chaleur transmise à la culasse réduit alors la température effective dans l'enceinte à seulement 160°C au mieux.
La comparaison des résultats théoriques et expérimentaux présente un très bon accord en termes de dynamique de fonctionnement du moteur (pression, déplacement, volume). Un système de refroidissement de la compression par injection d'eau est ajouté au banc d'essais afin de diminuer l'énergie de compression. La température de compression est alors toujours inférieure au cas sans injection. Enfin, le couplage fluidique des enceintes donne une estimation des pertes de charge de l'ensemble du banc d'essais et des niveaux de température.
La technologie étudiée est prometteuse en particulier grâce à la capacité des soufflets à échanger de la chaleur avec le fluide de travail et par l'absence de fuite et de frottement liés à la segmentation.

Membre du Jury :
- Madame Grosu Lavinia Maître de Conférences HDR à l’Université de Paris Nanterre, LEME Rapporteur
- Monsieur Stouffs Pascal, Professeur à l’Université de Pau et des Pays de l’Adour, LaTEP, Rapporteur
- Monsieur Vincent Lemort, Professeur à l’Université de Liège, Laboratoire de Thermodynamique, B49, Examinateur
- Monsieur Eric Delacourt, Maître de Conférences à l’Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, ENSIAME, Examinateur
- Monsieur François Lanzetta, Professeur à l’Université de Franche-Comté, FEMTO-ST, Directeur de thèse
- Monsieur Philippe Nika, Professeur à l’Université de Franche-Comté, FEMTO-ST, Co-directeur de thèse
- Monsieur Eric Gavignet, Maître de conférences à l’Université de Franche-Comté, Encadrant
- Monsieur Guillaume Layes, Maître de conférences à l’Université de Franche-Comté, Encadrant
- Monsieur Thibaut Cartigny, Directeur général société Ananké, Invité

Lieu : amphithéâtre n°3 du bâtiment D de l'IUT Belfort-Montbéliard Département Génie Civil et Construction Durable, 19 avenue du Maréchal Juin, 90000 Belfort.

Une vidéo résumant le sujet de la thèse ainsi que l’assemblage en accéléré du moteur réalisé est visible en suivant ce lien : https://youtu.be/Ocs8sOcMQZY

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